計装ケーブル ガイド: 構造、シールド、選択

計装ケーブルとは

計装ケーブルは、産業およびプロセス環境におけるフィールド機器 (センサー、トランスミッター、コントローラー) と制御システムの間で信号を伝送するために特別に設計された低電圧ケーブルであり、主な設計焦点は次のとおりです。 微弱な高精度信号を電気ノイズや干渉から保護 力を与えるのではなく。これは、電流を効率的に流すように設計された電源ケーブルや、高速デジタル伝送用に最適化されたデータ ケーブルとは異なるカテゴリです。

これらのケーブルは通常、小さなアナログ信号 (4 ～ 20 mA の電流ループなど)、低電圧デジタル信号、または熱電対や RTD の温度信号を伝送します。これらの信号はすべて、産業環境でよく見られる近くの電源ケーブル、モーター、および可変周波数ドライブからの電磁干渉に非常に敏感です。

計装ケーブルの用途

• プロセスセンサー (圧力、温度、流量、レベル) を制御室計装に接続する
• フィールドトランスミッタと PLC/DCS システム間の 4 ～ 20mA アナログ電流ループ信号伝送
• プロセスプラントにおける熱電対およびRTD温度センサーの配線
• 石油およびガス、発電、水処理、製造施設における低電圧制御および監視回路
• 信号の完全性がプロセス制御の精度に直接影響するフィールドバスおよび通信プロトコルの配線

計装ケーブルの仕組み

計装ケーブルは、銅導体自体の特別な特性ではなく、導体のペアリング、シールド、物理的構造の組み合わせによって信号の完全性を保護します。 ツイスト導体ペアが誘導電磁干渉を打ち消す ツイストペアの両方のワイヤで均等に拾われたノイズは、実際の信号を運ぶ差動信号ではなくコモンモード信号として現れるため、受信機器で拒否される原理によります。

シールドは、導体ペアの周囲に導電性バリア (通常は箔または編組銅) を設けることで 2 番目の保護層を追加します。これにより、外部の電磁場が遮断され、一端が適切に接地されている場合、誘導ノイズが信号導体に結合する前にグランドに排出されます。

計装ケーブルの構造と構造

計装ケーブルの種類と用途

• シングルペアケーブル: 1 つの信号回路、単純なポイントツーポイント機器接続に使用
• マルチペアケーブル: 複数のツイストペアを 1 つのジャケットにバンドルし、多くの機器が共通のコントロール パネルに戻る場合に使用されます。
• トライアドケーブル: 3本の導体を撚り合わせたもので、回路ごとに専用の基準導体または接地導体を必要とする信号に使用されます。
• 熱電対延長ケーブル: 特定の熱電対タイプに適合した導体合金を使用して、温度信号の精度を維持します
• フィールドバスケーブル: デジタルフィールドバス通信プロトコルの特定のインピーダンスと静電容量の要件を満たすように構築されています

シールド計装ケーブルの説明

シールドは計装ケーブルを汎用の低電圧配線から分離するものであり、特に敏感な信号導体への結合による電磁干渉や無線周波数干渉をブロックするために存在します。 シールドは正しく接地された場合にのみ効果的に機能します — 通常は片端のみで、ノイズを除去するのではなく回路にノイズを導入するグランド ループの作成を回避します。

フォイル シールドは、高周波干渉に対してほぼ 100% のカバー率を提供し、軽量かつ低コストです。一方、編組シールドは、機械的耐久性が向上し、低周波数での抵抗が低くなりますが、通常、適切に適用されたフォイル シールドよりもカバー率がわずかに低くなります。一部のケーブル構造では、高周波ノイズと要求の厳しい機械的条件や屈曲条件の両方に直面するアプリケーション向けに、フォイル シールドとその上に重なる編組の両方を組み合わせています。

ツイストペア計装ケーブルの利点

導体ペアを一緒にツイストすると、純粋な幾何学的なメカニズムによってノイズが除去されます。つまり、ケーブル上の任意の点でノイズ源に対して本質的に同じ物理的位置を占有するため、干渉源は密にツイスト ペアの両方の導体にほぼ均等に結合します。 受信機器は2つの導体の違いを読み取るため、 等しく誘導されたノイズは相殺されますが、実際の差動信号は影響を受けずに通過します。

ツイスト レート (単位長さあたりのツイスト数) は、さまざまな干渉周波数でこのキャンセルがどの程度うまく機能するかに影響します。一般に、ツイストをしっかりとすると、高周波ノイズの除去が向上します。そのため、高ノイズ環境や高周波デジタル信号向けのケーブルでは、一般的な緩いツイストではなく、より厳密に制御されたツイスト レートが指定されることがよくあります。

計装ケーブルのシールドの種類

計装ケーブル仕様ガイド

計装ケーブルを正確に指定するには、一般的な「信号ケーブル」仕様をデフォルトとするのではなく、いくつかのパラメータを信号タイプ、環境、設置方法に一致させる必要があります。 コア仕様には、導体ゲージ、ペア数と構成、シールドの種類、絶縁体とジャケットの材質、電圧/温度定格が含まれます。

• 導体ゲージ (AWG): 信号電流とケーブル全長にわたる許容可能な電圧降下に応じたサイズ
• ペア/トライアド数: ルーティングされる楽器または回路の数に一致します
• シールドのタイプと適用範囲: ノイズ環境と予想される干渉の頻度に基づいて選択されます。
• ジャケット材質: 一般屋内使用向け PVC、危険物、屋外、または防火用途向け特殊化合物 (LSZH、XLPE)
• 温度と電圧定格: 設置環境と信号回路要件に適合

計装ケーブルの選び方

計装ケーブルの選択は、伝送される信号のタイプ (アナログ電流ループ、低電圧デジタル、または温度センサー信号) から始まります。これにより、導体の数、ゲージ、およびツイスト ペアまたはツイスト トライアド構造が適切かどうかが決まります。そこから、計画されたケーブル ルートに沿った電気ノイズ環境を評価します。電源ケーブル、モーター、または可変周波数ドライブに近い場合は、より高いカバー率のシールドが推奨されるはずです。

• 最初に信号タイプと必要な導体/ペア構成を特定します
• ケーブル経路に沿った電気ノイズ源を評価して、シールド要件を決定します。
• ジャケットの材質を設置環境 (屋内、屋外、埋設場所、または危険場所) に適合させます。
• 施設の関連業界基準（防火等級、危険場所の分類）への準拠を確認します。
• 不適切な接地はケーブルの品質に関係なくシールドの利点を損なうため、ケーブルの選択を最終的に行う前にシールド終端の接地計画を確認してください