Lớp chống nhiễu cáp điện: cấu tạo, phân loại & cách chọn

1. Tại sao lớp chống nhiễu cáp điện lại quan trọng?

Tín hiệu điện trong hệ thống truyền tải thường xuyên bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI). Đây là hiện tượng nhiễu điện bắt nguồn từ động cơ công suất lớn, biến tần và thiết bị chuyển mạch.

Tín hiệu điều khiển thường có điện áp rất thấp, vì vậy rất dễ bị ảnh hưởng bởi các nhiễu từ môi trường xung quanh làm cho dữ liệu truyền tải có thể bị méo mó và sai lệch. Điển hình như hệ thống PLC (hoạt động dựa trên các thuật toán lập trình để đọc và xử lý dữ liệu từ cảm biến) sẽ dễ dàng nhận sai giá trị do nhiễu tín hiệu gây ra.

Lớp chống nhiễu hoạt động như một lồng Faraday (là một vật dẫn rỗng mà bên trong nó có điện trường tại mọi điểm là bằng 0) bao quanh các lõi dẫn. Khi sóng điện từ tiếp xúc với lớp kim loại này, chúng tạo ra dòng điện cảm ứng trên bề mặt của lớp chống nhiễu. Dòng điện này được dẫn xuống đất thay vì xâm nhập vào bên trong cáp, từ đó ngăn chặn nhiễu điện từ xâm nhập vào tín hiệu bên trong.

2. Cấu tạo của sợi cáp chống nhiễu

Để hiểu rõ cơ chế hoạt động, việc phân tích cấu tạo cáp chống nhiễu là cần thiết. Một sợi cáp chống nhiễu bao gồm 4 thành phần chính.

2.1. Ruột dẫn

Ruột dẫn là thành phần chính chịu trách nhiệm truyền tải tín hiệu, thường được làm từ đồng để đảm bảo độ dẫn điện cao. Trong môi trường ẩm ướt hoặc có hóa chất, người ta sử dụng đồng mạ thiếc.

Về cấu trúc, ruột dẫn có thể là đơn sợi hoặc nhiều sợi. Ruột nhiều sợi mang lại độ linh hoạt cao hơn, phù hợp cho các ứng dụng cần uốn cong thường xuyên.

2.2. Lớp cách điện

Mỗi ruột dẫn được bao bọc bởi lớp cách điện làm từ PVC hoặc XLPE. Chức năng chính là ngăn chặn hiện tượng chập, ngắn mạch giữa các ruột dẫn.

PVC là vật liệu phổ biến với chi phí thấp với khả năng cách điện tốt ở nhiệt độ dưới 70°C. XLPE là vật liệu cách điện cao cấp hơn với khả năng chịu nhiệt lên đến 90°C, vượt trội hơn PVC khoảng 30% về độ cách điện.

2.3. Lớp chống nhiễu

Lớp chống nhiễu thường được làm từ lá nhôm mỏng hoặc lưới đồng bện, được đặt bao bọc bên ngoài cụm lõi dẫn đã được bọc cách điện. Đây là lớp quan trọng giúp phân biệt cáp chống nhiễu với cáp thường, hoạt động như một hàng rào bảo vệ tín hiệu.

2.4. Vỏ bọc ngoài

Lớp ngoài cùng có nhiệm vụ bảo vệ toàn bộ thành phần bên trong cáp, giúp chống lại tác động vật lý, hóa chất, độ ẩm và tia UV. PVC là vật liệu thích hợp và phổ biến để làm lớp vỏ bọc ngoài với khả năng chống mài mòn tốt.

Trong các công trình yêu cầu phòng cháy chữa cháy nghiêm ngặt, người ta thường sử dụng vỏ bọc LSZH. Khi cháy, LSZH sinh ra rất ít khói, không phát thải khí độc chứa halogen. Tại Ngoc Lan Cable, chúng tôi cung cấp đầy đủ các dòng cáp vỏ bọc LSZH đáp ứng tiêu chuẩn IEC 60332.

3. Các loại lớp chống nhiễu phổ biến

Hiệu quả của cáp chống nhiễu phụ thuộc rất lớn vào loại lớp chống nhiễu được sử dụng. Phổ biến gồm tấm chắn lá, lá chắn lưới (bện) và loại kết hợp cả hai.

3.1. Tấm lá chắn

Tấm lá chắn sử dụng lá nhôm hoặc lá đồng mỏng với độ dày từ 0.05 – 0.1mm phủ polyester (PET). Cấu trúc này tạo lớp che phủ 100% bề mặt lõi cáp, ngăn chặn hoàn toàn sóng nhiễu tần số cao trên 15 KHz xâm nhập vào lõi dẫn.

Vì vậy, tấm lá chắn phù hợp cho môi trường có thiết bị điện tử số và chuyển mạch tốc độ cao. Ưu điểm chính là chi phí thấp và dễ tiếp địa qua dây thoát. Tuy nhiên, độ linh hoạt kém khiến tấm lá chắn dễ rách khi uốn cong nhiều lần.

Vì lý do trên, chỉ dùng tấm lá chắn cho ứng dụng lắp đặt cố định trong ống.

3.2. Lá chắn lưới (bện)

Lá chắn lưới được tạo thành từ các sợi đồng hoặc đồng mạ thiếc có đường kính sợi từ 0.1 – 0.2 mm đan chéo thành lớp lưới bao quanh lõi dẫn. Cấu trúc này mang lại độ bền cơ học tốt hơn so với tấm lá chắn và chống nhiễu hiệu quả với tần số thấp dưới 15 KHz.

Nhiễu tần số thấp thường xuất hiện trong môi trường nhà máy có động cơ và biến tần. Lá chắn lưới chịu được hàng nghìn lần uốn cong mà không bị hỏng, phù hợp cho các ứng dụng di động như cánh tay robot công nghiệp.

Nhược điểm là chi phí cao hơn và nặng hơn tấm lá chắn. Độ che phủ chỉ đạt 70-95% so với tấm lá chắn.

3.3. Lá chắn kết hợp (tấm lá chắn và lá chắn lưới)

Lá chắn kết hợp bao gồm một lớp tấm lá chắn bên trong và một lớp lá chắn lưới bên ngoài. Cấu trúc này mang lại hiệu quả bảo vệ tối ưu trên toàn dải tần số.

Loại cáp này được sử dụng trong môi trường có mức độ EMI cực kỳ cao. Ví dụ điển hình là nhà máy luyện kim, trạm phát sóng và trung tâm dữ liệu lớn, đây là nơi có cả nhiễu tần số cao lẫn thấp xuất hiện đồng thời.

Lá chắn kết hợp có chi phí hơn 2 loại còn lại, cần cân nhắc khi môi trường thực sự đòi hỏi mức bảo vệ tối đa.

4. Bảng so sánh ưu nhược điểm tấm chắn lá và lá chắn lưới

Việc so sánh tấm chắn lá và lá chắn lưới là quyết định kỹ thuật quan trọng giúp bạn đưa ra lựa chọn phù hợp. Bảng dưới đây tóm tắt và so sánh các đặc tính chính.

Như bảng so sánh cho thấy, không có loại nào hoàn hảo cho mọi trường hợp. Môi trường có nhiễu tần số cao và cáp lắp cố định thì tấm lá chắn là lựa chọn kinh tế. Cáp phải di chuyển thường xuyên hoặc môi trường có nhiễu tần số thấp thì sử dụng lá chắn lưới là lựa chọn tối ưu hơn.

Trong nhiều dự án tại các nhà máy sản xuất ô tô và thực phẩm, việc phân tích đúng nguồn nhiễu đã giúp giảm 40-60% số lượng sự cố liên quan đến nhiễu tín hiệu. Các chuyên gia của Ngoc Lan Cable luôn sẵn sàng tư vấn giải pháp cáp phù hợp cho từng môi trường cụ thể.

5. Hướng dẫn 4 tiêu chí lựa chọn cáp chống nhiễu phù hợp

Việc lựa chọn cáp chống nhiễu đúng đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về các yếu tố kỹ thuật. Dưới đây là 4 tiêu chí quan trọng bạn cần xem xét.

5.1. Tiêu chí 1: Phân tích môi trường nhiễu

Bước khởi đầu là xác định nguồn gây nhiễu chính trong môi trường nhiễu để chọn đúng loại lá chắn:

Nhiễu tần số thấp (<15 KHz):

• Nguồn: Động cơ công suất lớn, biến tần, máy hàn điện, thiết bị chuyển mạch cơ khí
• Đặc điểm: Tạo từ trường mạnh biến thiên chậm
• Giải pháp: Sử dụng lá chắn lưới

Nhiễu tần số cao (>15 KHz):

• Nguồn: Thiết bị vô tuyến, thiết bị kỹ thuật số, bộ nguồn chuyển mạch
• Đặc điểm: Sóng điện từ lan truyền trong không gian
• Giải pháp: Sử dụng tấm lá chắn với độ che phủ 100%

Nhiễu hỗn hợp:

• Môi trường: Nhà máy luyện kim, xưởng gia công kim loại phức tạp
• Giải pháp: Sử dụng lá chắn kết hợp

5.2. Tiêu chí 2: Đánh giá yêu cầu về cơ học và độ linh hoạt

Bạn cần xem xét liệu cáp sẽ được lắp đặt cố định hay phải di chuyển, uốn cong liên tục, vì điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ linh hoạt cáp cần có.

Ứng dụng tĩnh (cáp cố định):

Cáp được lắp đặt từ tủ điện đến máy cố định. Nó được đi trong ống hoặc trên giá đỡ cáp, không phải di chuyển trong suốt quá trình vận hành. Vì vậy, tấm lá chắn là lựa chọn phù hợp.

Ứng dụng động (cáp di chuyển):

Cáp phải uốn cong liên tục trong các ứng dụng như cánh tay robot. Thiết bị di động trên ray hoặc xích cáp cần cáp chịu được hàng nghìn lần uốn. Vì lý do trên, lá chắn lưới là lựa chọn phù hợp về độ bền.

5.3. Tiêu chí 3: Đánh giá phương pháp tiếp đất

Hiệu quả của lớp chống nhiễu phụ thuộc hoàn toàn vào việc tiếp đất cáp chống nhiễu. Nếu không tiếp đất, lớp chắn trở thành ăng-ten thu nhiễu, làm tăng nhiễu cho hệ thống.

Tiếp đất một đầu:

Tiếp đất một đầu thường được sử dụng trong các trường hợp liên quan đến tần số thấp, nơi nhiễu cảm ứng có thể tạo ra dòng điện vòng lặp nếu nối đất ở nhiều điểm.

Tiếp đất hai đầu:

Tiếp đất 2 đầu sử dụng cho các trường hợp đặc biệt như cáp dài hoặc môi trường có nhiễu rất mạnh, việc nối đất ở cả hai đầu giúp bảo vệ chống lại nhiễu điện từ hiệu quả hơn. Tuy nhiên, thiết kế phải kỹ lưỡng để tránh nhiễu vòng lặp.

5.4. Tiêu chí 4: Đọc và hiểu thông số kỹ thuật của cáp

Cuối cùng, bạn cần phải biết cách đọc và hiểu các ký hiệu cũng như thông số kỹ thuật của cáp do nhà sản xuất cung cấp để đảm bảo lựa chọn chính xác.

Ký hiệu loại lá chắn trên cáp:

• CVV/Sa: Cáp có tấm lá chắn nhôm chống nhiễu
• CVV/Sc: Cáp có tấm lá chắn đồng chống nhiễu

Thông số kỹ thuật khác cần chú ý:

• Số lõi và tiết diện (mm²)
• Vật liệu cách điện (PVC hoặc XLPE)
• Tiêu chuẩn chống cháy (nếu dự án yêu cầu)
• Điện áp định mức và nhiệt độ làm việc

Đọc đúng thông số giúp tránh sai sót trong việc lựa chọn sản phẩm dây và cáp điện phù hợp cho dự án.

6. Ứng dụng thực tế: Khi nào dùng cáp điều khiển và cáp tín hiệu chống nhiễu?

Về ứng dụng cáp chống nhiễu trong thực tế, chúng thường được phân thành hai loại chính là cáp điều khiển và cáp tín hiệu, mỗi loại phục vụ cho các mục đích khác nhau.

6.1. Cáp điều khiển chống nhiễu

Cáp điều khiển chống nhiễu được sử dụng để truyền tải tín hiệu điện áp thấp. Chúng được ứng dụng trong tự động hóa thiết bị công nghiệp như kết nối PLC, cảm biến, rơ le và van điện từ để tạo thành hệ thống tự động hóa, phục vụ trong các dây chuyền sản xuất.

Môi trường nhà máy thường có nhiều động cơ công suất lớn và biến tần hoạt động. Chúng tạo ra nhiễu tần số thấp phổ biến, vì vậy cáp điều khiển thường sử dụng lá chắn lưới đồng làm lớp chống nhiễu, vừa có độ bền cơ học cao.

6.2. Cáp tín hiệu chống nhiễu

Cáp tín hiệu chống nhiễu dùng để truyền tải dữ liệu, âm thanh và video. Điểm quan trọng của cáp là đảm bảo độ toàn vẹn dữ liệu tuyệt đối vì dữ liệu số rất nhạy cảm với nhiễu, ngay cả một xung nhiễu nhỏ cũng có thể làm sai lệch bit dữ liệu.

7. Các câu hỏi thường gặp về cáp chống nhiễu

Để làm rõ hơn các vấn đề kỹ thuật thường gặp, dưới đây là phần giải đáp một số câu hỏi phổ biến về cáp chống nhiễu mà các kỹ sư điện và kỹ thuật viên thường đặt ra khi thiết kế và lắp đặt hệ thống

8. Tổng kết

Việc lựa chọn cáp chống nhiễu phù hợp là quyết định kỹ thuật quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định vận hành của toàn bộ hệ thống.

Qua phân tích chi tiết, có 3 nội dung quan trọng cần lưu ý:

• Biết được cấu tạo của cáp chống nhiễu và tầm quan trọng của lớp chống nhiễu
• Hiểu rõ sự khác biệt giữa tấm lá chắn và lá chắn lưới để chọn đúng loại
• Nắm được 4 tiêu chí để lựa chọn cáp chống nhiễu phù hợp

Để được tư vấn kỹ thuật chi tiết và nhận báo giá cáp chống nhiễu phù hợp cho dự án của bạn, hãy liên hệ với các chuyên gia của Ngoc Lan Cable. Chúng tôi mong muốn mang đến sản phẩm chất lượng cao đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật IEC và TCVN cho hệ thống công nghiệp của bạn.