Mezinárodní strojírenský veletrh Výběr kabelů s jistotou
Vsaďte na kvalitního a spolehlivého partnera S velkou pečlivostí, důrazem na kvalitu, poslední vývojové trendy a v neposlední řadě se zapojením celých řešitelských týmů vybíráte i měsíce aktivní či pasivní prvky pro automatizaci, rozvody nebo pohony. Určitě jste už byli do podobného scénáře někdy vtaženi a stali jste se jeho součástí. Vytvořit kvalitní a úspěšné dílo však vyžaduje vžít se do příběhu a mít smysl pro detail. Přeneseno do reality průmyslového prostředí – základním předpokladem pro bezporuchovou funkci automatizované výroby je použití vysoce kvalitní kabeláže s měděnými či optickými vlákny. Tento článek si klade za cíl seznámit projektanty i uživatele s některými kritérii pro kabely a vodiče, které mají pro bezpečnost a funkčnost systému základní význam. V zásadě se rozlišuje mezi systémově podmíněnými, mechanickými a elektrotechnickými vlastnostmi kabelů.  Systémově podmíněné vlastnosti
Pro funkčnost a konformitu systému je rozhodující, aby kabely a vodiče respektovaly pokud možno přesně podstatné elektrotechnické systémové parametry, především charakteristickou impedanci, provozní kapacitu a plánovaný průřez vodiče. Cílem je co největší zabezpečení funkčnosti systému a snížení rizika poruch na minimum. Volba měděné nebo optické kabeláže nezávisí jen na tom, které řešení je projektantovi nebo uživateli milejší. Tematika elektromagnetické kompatibility napomáhá optické kabeláži (POF, HCS/PCF, sklo) získávat stále větší význam, především kvůli své necitlivosti vůči elektromagnetickému rušení popříp. kvůli větším schopnostem přenosu. Mechanické funkce
Způsob uložení a použití podmiňuje konstrukci kabelů (obr. 1). Rozlišuje se zde mezi pevným uložením (vnitřní i venkovní uložení, uložení do země), flexibilním a vysoce flexibilním namáháním, popř. i torzním namáháním. U některých aplikací spočívá problém v kombinaci různých požadavků, které se musí samozřejmě odrazit v konstrukci kabelu. Při konstrukci kabelu je nutno začít již u řešení samotného jádra měděného vodiče, nemalou pozornost si však zasluhují i zvolené izolační materiály a velmi důležitá je i skladba kabelu a použití přídavných mechanických prvků, jako jsou různé fólie, omotávky, pomocné výztuže apod. U pevného uložení se zpravidla volí masivní vodič, ale také např. sedmidrátový vodič – většinou v místech, kde lze očekávat vibrace. Pro venkovní uložení či uložení do země jsou typické masivní vodiče, větší tloušťka stěny vnějšího pláště, převážně černá barva pláště a odolnost vůči záření UV. U ohybatelného použití se doporučuje vodič složený z jemnějších drátků, a to všude tam, kde masivní vodiče neposkytují požadovanou pružnost. Na vyšším stupni jsou vysoce flexibilní kabely. Uplatnění najdou např. u vlečných řetězů a často se pohybujících strojních dílů. Zde se volí pramencové vodiče z velmi jemných drátků a konstrukce kabelu vhodná pro střídavý ohyb. Ještě vyšší požadavky jsou kladeny na kabely v případě torzního namáhání, jako např. u robotů nejrůznějšího druhu. V těchto případech musí složení pramenů a kabelu odolávat zčásti extrémním pohybovým procesům. Izolace a materiál pláště
Volba materiálu pro izolaci žil a plášť kabelu má značný význam. Materiál pro izolaci žil podstatně určuje elektrotechnické parametry, jako jsou provozní kapacita, impedance atd. a v případě pohybových procesů, jako jsou střídavý pohyb nebo torze popř. kombinace obou, je také významná kluznost materiálu. Výběr materiálu pláště závisí na daných mechanických, chemických nebo teplotních požadavcích. Vysoce mechanicky namáhané kabely, např. ve vlečných řetězech a robotech mají často plášť z polyuretanu. U chemického zatížení přírodními nebo syntetickými oleji, chemikáliemi, chladicím mazivem atd. musí materiál pláště vykazovat odpovídající stálost. Požadovaný stupeň ohnivzdornosti rovněž podmiňuje určitá složení kabelů a použité materiály. To se zvláštní měrou týká kabelů a vodičů podléhajících aprobaci UL/CSA pro americký, popř. kanadský trh. U teplot nad 100 oC přichází do úvahy už jen teplotně odolné speciální směsi z PVC, TPE, směsi na bázi polyolefin-kopolymer nebo silikon a teflon. V ještě větší míře je třeba zohlednit teplotní odolnost u vodičů s optickými vlákny. Silné zatížení vodičů a kabelů v tahu by nemělo působit na jednotlivé žíly. Pomoci zde může odlehčení v tahu, např. kevlarovými vlákny, použitými ať už v opletu kabelu či v nosném prvku v jeho jádru. Pro ochranu kabelu před příliš velkým tlakovým zatížením nebo před eventuálním jiným mechanickým poškozením (naříznutím, proseknutím) se používá opředení nebo ovinutí provedené buď z ocelového drátu nebo ocelových pásků (tzv. armování).  Elektrotechnická kritéria
Jak již bylo zmíněno, patří konformita systému a systémových součástí – jakož i kabelů a vodičů – ke klíčovým kritériím, pokud jde o zabezpečení správné funkce, což je základní požadavek ze strany projektantů a uživatelů. Často kladená otázka zní: na jakou vzdálenost je možné zajistit spolehlivý přenos? Údaje k tomu poskytují výrobci systémů. Tento vztah „kapacita – délka vedení“ se dá u měděné kabeláže vyjádřit obecným pravidlem: čím vyšší přenosová kapacita a frekvence, tím kratší délka segmentu. Dále platí: čím větší vzdálenost, tím větší musí být zvolen průřez vodiče v závislosti na útlumu. Odstínění elektromagnetických rušivých polí hraje v automatizační technice na pozadí problematiky elektromagnetické kompatibility velmi významnou roli. Nezřídka dochází k vedení kabelů přes rušivá magnetická pole, např. u svářecích robotů ve výrobní lince, nebo se datové rozvody kladou paralelně s rozvody silnoproudu. Typy odstínění, které se obvykle používají v kabelovém odvětví, jsou většinou stínění celková: hliníkem potažené plastové fólie, měděný oplet, měděné obložení, párové odstínění s hliníkovou fólií a kombinace fólie a oplet. K tomu se nasazují doplňkové produkty jako kabelové vývodky schopné propojit stínění kabelu se zemí (např. Skintop MS-SC). V zásadě se doporučuje měděné vedení uzemnit. U kabeláže s optickými vlákny není vyrovnání potenciálu problém, neboť kabely s optickými vlákny nejsou citlivé vůči elektromagnetickým rušivým polím (obr. 2). Variantu řešení problému elektromagnetické kompatibility představuje nasazení jednoduše nebo dvojitě odstíněných měděných kabelů v oblastech nezatížených elektromagnetickým rušením a v rušivých polích kabely s optickými vlákny za použití elektro-optických měničů. Naprostou jistotu v prostředí s velkým elektromagnetickým rušením poskytuje pouze rozvod kabely s optickými vlákny, je však třeba zohlednit i náklady s tím spojené. Další možností jak získat jistotu elektromagnetické kompatibility je přenos dat optickými vlákny – podle vzdálenosti a nároků použití vláken POF, HCS/PCF nebo vláken skleněných – a dodávku elektrické energie (např. 24 V) prostřednictvím měděných žil. Je třeba očekávat, že tyto tzv. hybridní kabely v budoucnu získají na důležitosti.  Souhrnem
Cíl projektantů a koncových uživatelů systémů automatizační techniky je bezpochyby vysoká funkční bezpečnost a odstranění, popříp. minimalizace poruch a výpadků s jejich nákladnými dopady. Zde hraje pečlivý výběr vhodného přenosového média velmi podstatnou roli. K systémově konformním a pro uživatele „na míru šitým“ přenosovým médiím neexistuje alternativa – nespecifické, obyčejné a bez rozmyslu navržené vedení je rizikem, kterému je třeba se vyhnout. Není pravidlem, že nejdražší řešení musí být zákonitě i nejlepší, a proto každý konkrétní příklad užití musí být analyzován individuálně. Firma Lapp Kabel se už mnoho let zabývá vývojem, výrobou a prodejem kabelů (obr. 3) a vedení pro automatizační techniku a má zkušenosti zejména u průmyslových aplikací – má tak veškeré předpoklady být dobrým partnerem, který „ušetří vaše nervy“. LAPP KABEL s. r. o.
Tovární 1333
769 01 Holešov
tel.: 0635/50 10 11
fax: 0635/39 46 50
e-mail: info@lappkabel.cz
http://www.lappkabel.cz |
