Enstrümantasyon Kabloları ve Seçim Kriterleri

Bu yazımızda; endüstriyel tesisler, rafineri, petrokimya tesisi, enerji santrali, doğal gaz çevrim ve dolum tesisi gibi sanayi kuruluşlarında çok sık uygulanan, analog ve dijital sinyal iletimlerinde kullanılmak üzere geliştirilen "Enstrümantasyon Kabloları"nı, 2M Kablo'nun katkılarıyla inceleyeceğiz.

A- A+

16.02.2016 tarihli yazı 17403 kez okunmuştur.

Enstrümantasyon kabloları, analog ve dijital sinyal iletimlerinde, zor şartlarda kullanılmak üzere geliştirilen iletişim kablolarıdır. Bu kablolar sıklıkla endüstriyel tesisler, rafineri, petrokimya tesisi, enerji santrali, doğal gaz çevrim ve dolum tesisi gibi sanayi kuruluşlarında kullanılır. Bunun dışında alışveriş merkezleri, okullar, oteller, ticari binalar, bu kabloların diğer kullanım alanlarını oluşturur. Sahip oldukları kılıf özellikleri bakımından yangına dayanıklılık, alev iletmezlik, yağa, benzine, yakıt yağına, çözücü maddelere ve haşerelere dayanıklılık, düşük sıcaklıklarda kullanıma uygunluk, UV dayanıklılık, yüksek sıcaklıklara dayanıklılık gibi zor şartlar altında kullanıma uygundurlar. Bu kabloları üretmek için, belli bir tecrübeye sahip olunması gerekmektedir. Kablonun teknik olarak dizaynı ayrıntılıdır ve üretimdeki işçilik payı fazladır. Sahip olduğu özellikler bakımından başarıyla geçmesi gereken testler fazladır. Bu sebeple enstrümantasyon kabloları katma değeri yüksek kablolardır. Enstrümantasyon kabloları temel olarak EN 50288-7, PAS 5308 part 1&2, BS 5308 part 1&2 standartlarına göre alçak gerilim hatlarında çalışmaya uygun olarak üretilirler. Çalışma gerilimleri 90V, 300V, 500V, 300/500V, 600V ve 1kV’dir.

Şekil 1: Bireysel Ekranlı - Zırhlı Enstrümantasyon Kablosu

1.1 Enstrümantasyon Kablolarının Tanımlanması

Her kablo tipinde olduğu gibi bu kabloların da tanımlanması için çeşitli sembollerden ve harflendirmelerden yararlanılır. Bu isimlendirmeler Çizelge 1, Çizelge 2 ve Çizelge 3’te ki gibidir.

Çizelge 1: Enstrümantasyon kablolarında kullanılan izole/kılıf materyalleri kısaltma isimlendirmeleri

Çizelge 2: Enstrümantasyon kablolarında kullanılan zırh materyalleri kısaltma isimlendirmeleri

ENSTRÜMANTASYON KABLOSU KOD KISALTMALARI

Çizelge 3: Enstrümantasyon kablolarında kullanılan ekranlama materyalleri kısaltma isimlendirmeleri

* Enstrümantasyon kablolarında kullanılan temel standartlar ise Çizelge 4’te ki gibidir.

Çizelge 4: Enstrümantasyon kablolarında kullanılan standartlar

* Bu kablolarda yapılan testler ve standartları Çizelge 5’te ki gibidir.

Çizelge 5: Enstrümantasyon kabloları genel test standartları

1.2 Enstrümantasyon Kablosu'nun Yapısı

Aşağıda enstrümantasyon kablolarının genel yapı özellikleri maddeler halinde verilmiştir.

Şekil 2: Enstrümantasyon Kablosu Yapısı

1.2.1 İletken

Enstrümantasyon kablolarının iletkenleri, iletken standartlarına uygun (Çizelge 1.4’te verilmiştir) çıplak veya kalaylı bakırlardan oluşur. Bu bakırlar solid (mono, tek tel) veya bükülü bakırlardan oluşabilir. Bu kablolarda bakırların seçim kriteri sahip olduğu direnç değerleridir. Dirence uygun kesit bilgisi ve kablonun boyut hesaplamalarında önemlidir.

1.2.2 İzole (Yalıtkan)

Gelişen malzeme teknolojisi ile beraber izole malzemeleri çeşitlilik göstermektedir. Temel olarak enstrümantasyon kablolarında şu plastikler kullanılır;

► PVC (Polyvinyl chloride)
► PE (Polyethylene)
► XLPE (Cross-linked Polyethylene)
► PP (Polypropylene)
► HFFR (Halogen free flame retardant compound)
► Silikon
► EPR (Ethylene propylene rubber)

Kablolarda bakılması gereken kritik değerlerden birisi işletme sıcaklığı verileridir. Çalışan bir kabloda iletkenden geçen akıma karşı bakır üzerinde sıcaklık oluşur. Bu sıcaklık doğrudan izole malzemesine etki eder. Bu noktada izole malzemesinin ilgili gerilim değerlerinde yalıtkanlık özelliğini kaybetmemesi gerekir. Farklı plastikler ile farklı sıcaklık dayanımları karşılanabilir. Örneğin PVC ile maksimum 70ºC’ye dayanım sağlanırken XLPE ile maksimum 90ºC’ye, PE ile maksimum 80ºC’ye, HFFR ile maksimum 70ºC’ye kadar dayanım sağlanabilir. Tabi bu dayanımlar mühendislik çalışmaları sonucu artırılabilmektedir. Örneğin 70ºC’ye dayanan PVC özel katkılar ile sıcaklık dayanımı 90ºC’ye yükseltilebilmektedir.

Yalıtkan malzemelerde izolasyon direnci değerlendirilmesi gereken bir diğer özelliktir. İzolasyon direnci, yalıtkanın elektrik akımına karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. İzolasyon direnci meger ölçü aletleri vasıtasıyla ölçülür. Kataloglarda bu direnç değeri beyan edilmektedir.

1.2.3 Ekranlama Elemanları

İletilen sinyalin, doğal veya doğal olmayan sinyaller tarafından bozulmasının engellenmesine ekranlama denir. Ekranlama, kabloyu elektromagnetik olarak bu tür etkilere karşı izole ekmektir. Literatürde farklı ekranlama yapılarından bahsedilir. Bunlardan bazıları;

► ALPES folyo ve toprak telinin beraber kullanılması,
► Çıplak bakır veya kalaylı bakır tellerden örgü,
► Galvanizli çelik tel örgüdür.

Bu ekranlama yapıları tek başına veya çeşitli kombinasyonlarla kullanılabilir. Enstrümantasyon kablolarında sıklıkla ikilenmiş damarlar ALPES folyo ve toprak telinin beraber kullanılması ile ekranlanır. Genel kablo yapısı da ALPES folyo ve toprak telinin beraber kullanılması ile ekranlanır.

1.2.4 Ara Kılıf

Ara kılıf koruyucu bir katmandır. Kabloda zırh veya metalik ekran var ise önceki katmanların metalik malzemeden dolayı ezilmemesi için ara kılıf kullanılır. Ara kılıf materyali çeşitli geliştirmelerle fiziksel ve yangına karşı dayanıklılığı artırılır. Bunun yanında müşteri özel isteklerine göre (örneğin yağa dayanım özelliği) artırılabilir.

1.2.5 Metalik Zırh veya Metalik Ekran

Kablolarda zırhın temel görevi, içinden akım geçen damarları fiziksel etkenlere karşı koruyarak sinyal iletiminin devamını sağlamaktır. Sıva altında, toprak altında, duvar arkasında kullanılan kablolar haşereler ve kemirgenler için bir hedeftir. Zırh katmanı haşere ve kemirgenlerden gelecek zararı önler. Bir farenin ısırarak ulaşabileceği iletkenin kısa devre yapmasını veya çıkabilecek yangınların önünü keser. Buna ek olarak herhangi bir patlama anında kablo bütünlüğünü zırh korur.

Doğal veya elektrikli cihaz kaynaklı girişimlerin önlenmesinde metalik ekran yapısı kullanılır. Bu yapı "1.2.3 Ekranlama Elemanları" kısmında bahsedilen çıplak bakır, kalaylı bakır tellerden örgü veya galvanizli çelik tel örgü yapısı olabilir. Farklı ekranlama elemanları mevcut olmakla beraber enstrümantasyon kablolarında metalik olarak galvanizli çelik tel örgü veya çelik bant uygulamaları mevcuttur.

Şekil 3: SWA: Çelik tel sargı zırh

Şekil 4: SWB: Çelik tel örgü

Şekil 5: STA: Çelik bant sargı

1.2.6 Dış kılıf

Kablonun çevresel etkilere maruz kalan ve kozmetik açıdan kabloyu gösteren kısım dış kılıftır. Dış kılıf materyali çeşitli etkenlere karşı kabloyu korur. Bunlardan bazıları;

► Yangına dayanım,
► Alev iletmeme,
► Yağa dayanım,
► Yüksek sıcaklıklara dayanım,
► Yağa, benzine, solvent ve türevlerine dayanım,
► Alifatik ve aromatik hidrokarbonlara dayanım,
► Bükülme, burkulma dayanımı,
► Kemirgen ve haşerelere dayanımdır.

Kablolarda bakılması gereken kritik değerlerden birisi işletme sıcaklığı verileridir. Çalışan bir kabloda iletkenden geçen akıma karşı bu maddeler genelde enstrumantasyon kablosundan istenen özelliklerdir. Dış kılıfın bu dayanım özellikleri teker teker kullanılabileceği gibi bir arada da üretilip kullanılabilir. Farklı kablo tiplerinden beklenen bu maddelerden farklı kılıf dayanımları da mevcuttur.

1.3 Kablo Konstrüksiyonu

Enstrümantasyon kabloları temel olarak EN 50288-7, PAS 5308 part 1&2, BS 5308 part 1&2 standartlarına göre alçak gerilim hatlarında çalışmaya uygun olarak üretilirler. Bu standartlar genellikle Avrupa’da tercih edilir. Her devletin kendine ait standartları ve kabulleri vardır. Temel olarak Türkiye’de de EN 50288-7 standardı ışığında TS EN 50288-7 kullanılmaktadır. Bu standartların dışında müşteriler tarafından istenen ek özellikler kablo dizaynında etkili olur. Projenin planına göre müşteri ile kablo üreticisi anlaşarak malzeme et kalınlıkları, malzeme özellikleri, bakır yapısı, dış kılıf rengi vb. gibi özelliklerde değişiklik yapabilir.

Şekil 6: Genel Ekranlı - Zırhlı Enstrümantasyon Kablosu

1.4 Kablo Katalogları ve Üretici Firma

Kablo ihtiyacı doğduğu zaman öncelikle projelendirme ve istenilen özellikler uygulayıcı tarafından belirlenmelidir. Daha sonra üretici firmalar ile temasa geçilmelidir. Eğer uygulayıcı istediği özellikleri doğru bir şekilde tarif ederse üretici firma onun için kablo tiplerinden uygun olanları önerebilir. Doğru iletişim için uygulayıcı tarafından oluşturulan şartnameler veya uzman kişiler tarafından doldurulan formlar kullanılır. Üretici firmaların kendine ait katalogları bulunur. İlgili kataloglara firmaların web sitelerinden rahatlıkla ulaşılabilmektedir. Bu kataloglarda kablolara ait özellikler ve kablo görselleri verilir. İncelenmesi gereken ilk özellik kablo yapı özellikleridir. Kablo isimleri yapısına göre çeşitlenerek farklılık gösterir. İstenilen yapıya karar verildikten sonra kablonun geçtiği testlere ve elektriksel değerlerine bakılır. Eğer kablonun geçmesi gerektiği testlere ek olarak uygulayıcının istediği başka testler varsa bu bilgiler üretici firma ile paylaşılmalıdır. Bir üreticinin Ar-Ge departmanına sahip olması onun sektöre yeni fikirler sunan bir firma olduğuna işaret eder. Ar-Ge departmanına sahip bir firma ile çalışmak uygulayıcı tarafından kabloya yapılmak istenen ek testlerin veya ek uygulama ve dizayn geliştirmelerinin önünü açar. Ar-Ge departmanına sahip bir üretici ile çalışılırsa uygulayıcının kendine özel istediği kablo dizaynları oluşturmak mümkündür.

1.5 Enstrümantasyon Kablosu Seçimi

Kabloların doğru yerde doğru görev için kullanılması, iletilen sinyal bütünlüğü ve maliyetler için önem arz eder. Data iletişimi için veri aktarmanın ihtiyaç olduğu bir bölümde data kablolarının yerine maliyeti daha az olacak şekilde kontrol kablosu seçilip kullanılması o bölgede doğru seçimin yapılmadığı anlamına gelir. Dolayısı ile istenen verim alınamayan kablo kusurlu bulunacak tekrar aynı tipte kabloyu farklı üreticilerden almak için masraf yapılacaktır. Fakat bu yanlış seçilen kablo da sorunu çözmeyecek maliyetleri önceden planlanan projelerde sapmalara neden olacaktır.

Enstrümantasyon kabloları alçak gerilim uygulamalarında kullanılan kablolardır. Hem analog hem de dijital sinyal iletimi için kullanılabilirler. Bu kablolar ile 1 kV’ye kadar iletim yapılmaktadır. Üretim tesislerinde panolarda, cihazlar arası haberleşmelerde, kritik proses kontrollerinde, fiziksel koşulların zorlu olduğu bölgelerde (dondurucu soğuklar, benzinin gölet şeklinde birikme ihtimalinin olduğu bölgeler vs.) tercih edilirler.

Bu kablolar genellikle üretim tesislerinde kullanılırlar. Dolayısıyla tesislerin yapımında bir kablo projesi ile yapılandırılırlar. Bu projelerde elektrikli cihazların konumu kabloların yerleştirilmesi açısından önem arz eder. Patlama ihtimalinin fazla olduğu bölgelerde özellikle zırhlı dizaynlar tercih edilmelidir. Kritik proses işlenen ve alarm sistemlerinin bulunduğu bölgelerde ekranlı dizaynlar tercih edilmelidir. Bu kabloların incelenmesi gereken ana özellikleri aşağıda belirtildiği gibidir ve bu özellikler projelerin ihtiyaçlarına göre değişiklik gösterir;

► Kablonun L/R oranı (µH/Ω)
► İletken direnci (Ω/km)
► Çalışma gerilimi (V)
► Kapasite değeri (nF/km)
► Kapasite dengesizliği (pf/m)
► Kablonun işletme sıcaklığı (0C)

Bahsedilen bu özellikler kabloların test standartlarında anlatılır. Standartlarda verilen test metotlarına uygun cihazlarla kalite laboratuvarlarında kablo test edilir. Eğer kablonun test sonuçları standardın bahsettiğine uygunsa ilgili kablonun geçtiği standartlar kataloglarda ve datasheet ile beyan edilir.

Şekil 7: Genel Ekranlı - Zırhsız Enstrümantasyon Kablosu

► İlginizi Çekebilir: Yangına Dayanıklı Kablo Nedir?

1.6 İyi Bir Enstrümantasyon Kablosu'nun Özellikleri

Enstrümantasyon kablosu alçak gerilim uygulamalarında analog veya dijital sinyal göndermek için iyi bir seçimdir. Bu kabloların üretimi için üretici firmanın belirli bir tecrübeye sahip olması gerekir. Kaliteli üretimi ilke edinmiş bir firmadan alınan kablolar uzun ömürlüdür. Kısaca maddeler halinde iyi bir enstrümantasyon kablosunun olması gereken özelliklerini sıralayalım.

► Kablo yapısını oluşturan hammaddelerin kaliteli olması gerekir. Kaliteli hammadde ancak belirli bir fiyat politikası olan firmalar tarafından kullanılır. Özellikle son yıllarda Çin malı kablo ve rekabetin artması sonucunda saflık dereceleri çok düşük bakırlarla, testlerden geçemeyen ama kataloglarda testi geçtiği beyan edilen kablolarla sıklıkla karşılaşmaktayız.
► Bu kabloların bir çoğunda ALPES ve PES bant gibi ekranlamada, nemi önlemek için kullanılan bant uygulamalarına rastlanır. Bu bantların muntazam bir şekilde uygulanması kabloda bütünlüğü sağlamada kritik öneme sahiptir. İyi atılmış bir bant dış kılıfta kozmetik açıdan göze hoş görünen bir görünüm oluşturur.
► Uygulayıcının isteklerine üreticinin doğru cevap verebilmesi önemlidir. Bu durum üreticinin tecrübesini ve farklı malzeme türlerini bir araya getirebilme yeteneğini gösterir.
► Uygulayıcı kablodan beklediği özellikleri belirlemelidir. Sıva altında kullanılacak bir kablo için UV dayanım özelliği istemek sadece uygulayıcının maliyetlerini artırır. Uygulayıcının kablo hakkında tecrübesi yok ise ihtiyaçlarını kablo üzerinde uzmanlaşmış satış personelleri ile paylaşmalıdır.
► Standartlara uygun bir kablo oldukça önemlidir. Üreticinin hangi standartlara uygun kablo ürettiği sorulmalıdır. Kablosunda standart veren bir firma kablosunun ilgili standarda uygunluğunu beyan eder.
► Kabloyu güvenilir kılmanın bir başka yolu kalite raporlarıdır. Üretimi yapılmış enstrümantasyon kablosuna ait test edilmiş ve değerlendirilmiş kalite raporları bulunmalıdır. Bu üretici firmanın bir kalite departmanına sahip olmasını gerektirir.

Kaynak: