เคเบิลไฟฟ้า

เคเบิลไฟฟ้า () หรือที่เรียกรวมกันว่า สายไฟฟ้า ประกอบด้วยลวดหนึ่งเส้นหรือมากกว่าที่วางเคียงข้างกันหรือมัดรวมกัน ซึ่งใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าเพื่อนำกระแสไฟฟ้า 

เคเบิลไฟฟ้าใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์สองชิ้นขึ้นไป ทำให้สามารถถ่ายโอนสัญญาณไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า หรือทั้งสองอย่างจากอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่งได้ ในทางกายภาพ เคเบิลไฟฟ้าเป็นชุดประกอบที่ประกอบด้วยตัวนำหนึ่งชิ้นขึ้นไปซึ่งมีฉนวนของตัวเองและแผ่นปิดที่เป็นทางเลือก วัสดุหุ้มแต่ละชิ้น วัสดุป้องกันชุดประกอบ และวัสดุหุ้มป้องกัน 

เคเบิลไฟฟ้าหนึ่งเส้นขึ้นไปและขั้วต่อที่เกี่ยวข้องอาจสร้างเป็นชุดเคเบิล ซึ่งไม่จำเป็นต้องเหมาะสำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์สองเครื่อง แต่สามารถเป็นผลิตภัณฑ์บางส่วนได้ (เช่น บัดกรีบนแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีขั้วต่อติดอยู่กับตัวเรือน) ชุดเคเบิลยังสามารถอยู่ในรูปแบบโครงเคเบิลหรือชุดเคเบิลที่ใช้เชื่อมต่อขั้วต่อหลายตัวเข้าด้วยกัน

 การใช้งาน 
เคเบิลไฟฟ้าใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์สองเครื่องขึ้นไป ทำให้สามารถถ่ายโอนสัญญาณไฟฟ้าหรือกำลังไฟฟ้าจากอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่งได้ การสื่อสารระยะไกลเกิดขึ้นผ่านเคเบิลสื่อสารใต้น้ำ (submarine communications cable) เคเบิลไฟฟ้ากำลัง (power cable) ใช้สำหรับส่งไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรงจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้เคเบิลไฟฟ้าแรงสูง (high-voltage cable) เคเบิลไฟฟ้าใช้กันอย่างแพร่หลายในการเดินสายไฟในอาคารสำหรับไฟส่องสว่าง กำลังไฟฟ้า และวงจรควบคุมที่ติดตั้งถาวรในอาคาร เนื่องจากสามารถติดตั้งตัวนำวงจรทั้งหมดที่จำเป็นในสายเดียวได้พร้อมกัน จึงประหยัดแรงงานในการติดตั้งเมื่อเทียบกับวิธีการเดินสายไฟอื่น ๆthumb|เคเบิลระบายความร้อนด้วยน้ำมันขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 6 นิ้ว (15 ซม.) พาดผ่านเขื่อนแกรนด์คูลี ตัวอย่างเคเบิลหนักสำหรับส่งไฟฟ้า

เคเบิลไฟฟ้าเป็นชุดประกอบที่ประกอบด้วยตัวนำหนึ่งตัวหรือมากกว่าซึ่งมีฉนวนและแผ่นปิดเป็นทางเลือก แผ่นหุ้มแต่ละแผ่น ตัวป้องกันชุดประกอบ และแผ่นหุ้มป้องกัน เคเบิลไฟฟ้าอาจมีความยืดหยุ่นมากขึ้นโดยการพันสาย ในขั้นตอนนี้ สายไฟแต่ละเส้นที่เล็กกว่าจะถูกบิดหรือถักเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสายไฟขนาดใหญ่ที่มีความยืดหยุ่นมากกว่าสายไฟทึบที่มีขนาดใกล้เคียงกัน การมัดสายไฟขนาดเล็กเข้าด้วยกันก่อนพันเป็นเกลียวจะเพิ่มความยืดหยุ่นสูงสุด สายไฟทองแดงในเคเบิลอาจเปลือยหรืออาจเคลือบด้วยโลหะชนิดอื่นบาง ๆ ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นดีบุก แต่บางครั้งก็เป็นทอง, เงิน หรือวัสดุอื่น ๆ ดีบุก ทอง และเงินมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันน้อยกว่าทองแดงมาก ซึ่งอาจทำให้สายไฟมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น และทำให้บัดกรีได้ง่ายขึ้น

ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 และต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 เคเบิลไฟฟ้ามักจะหุ้มด้วยผ้า ยาง หรือกระดาษ วัสดุพลาสติกมักใช้ในปัจจุบัน ยกเว้นสายไฟฟ้าที่มีความน่าเชื่อถือสูง เทอร์โมพลาสติกชนิดแรกที่ใช้คือกัตต้าเปอร์ชา (น้ำยางธรรมชาติ) ซึ่งพบว่ามีประโยชน์สำหรับสายใต้น้ำในคริสต์ศตวรรษที่ 19 พลาสติกที่มนุษย์สร้างขึ้นชนิดแรกซึ่งยังคงใช้กันทั่วไปสำหรับหุ้มสายเคเบิลคือพอลีเอทิลีน ซึ่งคิดค้นขึ้นในปี พ.ศ. 2473 แต่ไม่สามารถใช้ได้นอกกองทัพจนกระทั่งหลังสงครามโลกครั้งที่สอง ซึ่งในระหว่างนั้นได้มีการวางสายโทรเลขที่ใช้พลาสติกชนิดนี้ข้ามช่องแคบอังกฤษเพื่อสนับสนุนกองกำลังหลังวันดีเดย์Ash, Stewart, "The development of submarine cables", ch. 1 in, Burnett, Douglas R.; Beckman, Robert; Davenport, Tara M., Submarine Cables: The Handbook of Law and Policy, Martinus Nijhoff Publishers, 2014 . 

เคเบิลสามารถยึดและจัดระเบียบได้อย่างปลอดภัย เช่น การใช้ท่อร้อยเคเบิล ถาดร้อยเคเบิล สายรัด หรือการร้อยเคเบิล เคเบิลแบบยืดหยุ่นหรือแบบต่อเนื่องที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายภายในตัวพาสายเคเบิลสามารถยึดได้โดยใช้อุปกรณ์คลายแรงดึงหรือสายรัด

 ลักษณะเฉพาะ 

ตัวนำไฟฟ้าทุกชนิดรวมทั้งเคเบิลจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ในทำนองเดียวกัน ตัวนำไฟฟ้าหรือเคเบิลใด ๆ ก็ตามจะรับพลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่รอบ ๆ ตัว ผลกระทบเหล่านี้มักไม่เป็นที่ต้องการ ในกรณีแรกคือการส่งผ่านพลังงานที่ไม่ต้องการซึ่งอาจส่งผลเสียต่ออุปกรณ์ที่อยู่ใกล้เคียงหรือส่วนอื่น ๆ ของอุปกรณ์ชิ้นเดียวกัน และในกรณีที่สองคือ การรับสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการซึ่งอาจบดบังสัญญาณที่ต้องการที่สายเคเบิลส่งมา หรือหากสายเคเบิลส่งพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟหรือแรงดันไฟฟ้าควบคุม ก็จะทำให้สายเคเบิลปนเปื้อนจนทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ

วิธีแก้ปัญหาแรกคือให้เคเบิลในอาคารมีความยาวไม่มากนัก (หรือให้สั้น) เนื่องจากการรับและส่งสัญญาณจะแปรผันตามความยาวของเคเบิล วิธีแก้ปัญหาที่สองคือการจัดวางเคเบิลให้ห่างจากปัญหา นอกจากนี้ ยังมีการออกแบบเคเบิลแบบพิเศษที่ช่วยลดการรับและส่งสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า เทคนิคการออกแบบหลัก 3 ประการ ได้แก่ การป้องกัน เรขาคณิตแบบโคแอกเซียล และเรขาคณิตแบบคู่บิด

การป้องกันจะใช้หลักการไฟฟ้าของกรงฟาราเดย์ เคเบิลจะถูกหุ้มด้วยฟอยล์หรือตาข่ายลวดตลอดความยาว สายไฟทั้งหมดที่เดินอยู่ภายในชั้นป้องกันนี้จะแยกออกจากสนามไฟฟ้าภายนอกเป็นส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าชั้นป้องกันเชื่อมต่อกับจุดที่มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ เช่น ดินหรือกราวด์ อย่างไรก็ตาม การป้องกันแบบง่าย ๆ ประเภทนี้ไม่ได้ผลมากนักต่อสนามแม่เหล็กความถี่ต่ำ เช่น "ฮัม" ของแม่เหล็กจากหม้อแปลงไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียง การป้องกันสายดินบนเคเบิลที่ทำงานที่ 2.5 กิโลโวลต์หรือมากกว่านั้น จะรวบรวมกระแสไฟรั่วและกระแสไฟแบบเก็บประจุ ช่วยป้องกันผู้คนจากไฟฟ้าช็อตและปรับความเค้นบนฉนวนของสายเคเบิลให้เท่ากัน

การออกแบบแบบโคแอกเซียลช่วยลดการส่งผ่านและการรับคลื่นแม่เหล็กความถี่ต่ำลงอีกด้วย ในการออกแบบนี้ แผ่นฟอยล์หรือแผ่นตาข่ายจะมีหน้าตัดเป็นวงกลม และตัวนำด้านในจะอยู่ตรงจุดกึ่งกลางพอดี ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำโดยสนามแม่เหล็กระหว่างแผ่นฟอยล์และตัวนำแกนกลางประกอบด้วยสองขนาดที่เกือบจะเท่ากัน ซึ่งจะหักล้างกันเอง

สายคู่บิดเกลียวประกอบด้วยเคเบิลสองเส้นพันกัน สาธิตได้โดยวางปลายด้านหนึ่งของสายคู่ไว้ในสว่านมือแล้วหมุนโดยรักษาแรงตึงสายให้อยู่ในระดับปานกลาง ในกรณีที่สัญญาณรบกวนมีความยาวคลื่นยาวกว่าระดับเสียงของสายคู่บิดเกลียว สายที่มีความยาวสลับกันจะสร้างแรงดันไฟฟ้าตรงข้ามกัน ส่งผลให้ผลของสัญญาณรบกวนลดลง

 การป้องกันไฟ 

วัสดุหุ้มเคเบิลไฟฟ้าโดยทั่วไปทำจากพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นซึ่งสามารถเผาไหม้ได้ อันตรายจากไฟไหม้จากเคเบิลที่รวมกันเป็นกลุ่มอาจมีมาก วัสดุหุ้มเคเบิลไฟฟ้าสามารถผลิตขึ้นเพื่อป้องกันการลุกลามของไฟ (ดูเคเบิลไฟฟ้าหุ้มทองแดงที่หุ้มด้วยฉนวนแร่) อีกวิธีหนึ่งคือ สามารถป้องกันไฟลุกลามระหว่างเคเบิลไฟฟ้าที่ติดไฟได้โดยการเคลือบสารหน่วงไฟโดยตรงที่ภายนอกเคเบิล หรือสามารถแยกภัยคุกคามจากไฟไหม้ได้โดยติดตั้งกล่องที่ทำจากวัสดุไม่ติดไฟรอบ ๆ การติดตั้งเคเบิลไฟฟ้าจำนวนมาก

 ประเภท 

 เคเบิลโคแอกเชียล (coaxial cable) – ใช้สำหรับสัญญาณความถี่วิทยุ เช่น ในระบบจำหน่ายโทรทัศน์ผ่านสายเคเบิล
 Direct-buried cable
 Flexible cables
 Filled cable
 Heliax cable
 เคเบิลหุ้มด้วยวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (หรือสายอาคารที่ไม่ใช่โลหะ NM, NM-B)
 Armored cable (หรือ BX)
 Multicore cable (ประกอบด้วยสายไฟมากกว่าหนึ่งเส้นและหุ้มด้วยปลอกหุ้มสายไฟ)
 Paired cable –  ประกอบด้วยตัวนำที่หุ้มฉนวนแยกกันสองตัว โดยปกติแล้วจะใช้กับระบบไฟฟ้ากระแสตรง (DC) หรือระบบไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต่ำ (low-frequency AC)
 Portable cord – เคเบิลแบบยืดหยุ่นสำหรับไฟกระแสสลับในอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าพกพา
 เคเบิลไฟฟ้ากำลัง (power cable) – เคเบิลที่ใช้ในการส่งกำลังไฟฟ้า
 สายแพ (ribbon cable) – มีประโยชน์เมื่อต้องใช้สายไฟจำนวนมาก สายไฟประเภทนี้สามารถงอได้ง่าย และได้รับการออกแบบมาให้รองรับแรงดันไฟฟ้าระดับต่ำ
 Shielded cable – ใช้สำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนหรือเพื่อให้การป้องกันในการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูง
 Single cable (บางครั้งชื่อนี้จะใช้เรียกสายไฟฟ้า)
 Structured cabling
 Submersible cable
 Twin and earth
 Twinax cable
 Twin-lead – เคเบิลประเภทนี้เป็นสายแบนสองเส้น โดยทั่วไปเรียกว่าสาย 300 Ω เนื่องจากสายมีค่าอิมพีแดนซ์ 300 Ω มักใช้เป็นสายส่งสัญญาณระหว่างสายอากาศและเครื่องรับ (เช่น ทีวีและวิทยุ) สายเหล่านี้จะพันกันเพื่อลดผลกระทบต่อผิวหนัง 
 สายคู่บิดเกลียว (twisted pair) – ประกอบด้วยสายหุ้มฉนวนสองเส้นพันกัน มีลักษณะคล้ายสายคู่ ยกเว้นว่าสายคู่จะบิดเป็นเกลียว

CENELEC HD 361 เป็นมาตรฐานที่ได้รับการรับรองและเผยแพร่โดย CENELEC ซึ่งเกี่ยวข้องกับประเภทการทำเครื่องหมายสายไฟและเคเบิล ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อปรับเคเบิลให้สอดคล้องกัน Deutsches Institut für Normung (DIN, VDE) ได้เผยแพร่มาตรฐานที่คล้ายกัน (DIN VDE 0292)

 อ้างอิง 

 บรรณานุกรม 
 R. M. Black, The History of Electric Wires and Cables, Peter Pergrinus, London 1983 
 BICC Cables Ltd, "Electric Cables Handbook", WileyBlackwell; London 3rd Edition 1997, 

 แหล่งข้อมูลอื่น