TDS สายเคเบิล ค่ามาตรฐานวัสดุ และเทคโนโลยี: ทองแดงส่วนเกินไปไหน

ลูกค้าสั่งสายไฟฟ้ากำลังขนาด 3 × 2.5 mm² ยาว 5 กม. แบบสายระบุว่าใช้ทองแดง 68.3 กก. ต่อกิโลเมตร นักวางแผนการผลิตจึงตั้งเบิกไว้ 342 กก. แต่เมื่อผลิตเสร็จ ใช้ทองแดงไป 369 กก. และไม่มีใครขโมยอะไรไป ส่วนต่างนี้อยู่ในส่วนหนึ่งของค่ามาตรฐานการใช้วัสดุที่สเปรดชีตส่วนใหญ่ไม่มี นั่นคือของเสียคงที่ที่แต่ละสายการผลิตต้องทิ้งทุกครั้งที่เริ่มเดินเครื่อง

ในการผลิตสายเคเบิล มีเอกสารสามชุดที่อธิบายผลิตภัณฑ์เดียวกัน เอกสารข้อมูลทางเทคนิค (TDS) คือสิ่งที่รับรองกับลูกค้า ได้แก่ โครงสร้างสาย ขนาด ค่าทางไฟฟ้า และมาตรฐานอ้างอิง ค่ามาตรฐานการใช้วัสดุ (Material Norms) บอกว่าสายหนึ่งกิโลเมตรใช้ทองแดง ฉนวน และเปลือกนอกเท่าไร เทคโนโลยีการผลิต หรือใบกำหนดเทคโนโลยีการผลิต (Technology Card) บอกว่าแต่ละสายการผลิตทำสายนี้อย่างไร ทั้งขั้นตอนงาน ความเร็ว อุณหภูมิ ระยะเกลียว (Lay Length) และการทดสอบ เอกสารทั้งสามรวมกันคือโครงสร้างผลิตภัณฑ์ (BOM) และขั้นตอนการผลิต (Routing) ของโรงงานเคเบิล

TDS: สิ่งที่รับรองกับลูกค้า

ตัวอย่างของเราคือสายขนาด 3 × 2.5 mm² แรงดัน 0.6/1 kV ฉนวน PVC เปลือกนอก PVC ผลิตตามมาตรฐาน IEC 60502-1 รายการสำคัญใน TDS มีดังนี้

• ตัวนำ: ทองแดงเปลือย ตีเกลียว Class 2 จำนวน 7 เส้น
• ความต้านทานตัวนำสูงสุดที่ 20 °C: 7.41 Ω/km
• ฉนวน: PVC ความหนาระบุ 0.8 มม. แกนสายสีน้ำตาล ดำ และเทา
• เปลือกนอก: PVC ความหนาระบุ 1.8 มม. สีดำ
• เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก: ประมาณ 11.4 มม.
• การทดสอบแรงดันประจำ (Routine Test): 3.5 kV AC นาน 5 นาที

TDS เขียนด้วยค่าที่ลูกค้าทดสอบได้ ไม่ได้บอกว่าต้องใช้วัสดุอะไรกี่กิโลกรัม นั่นคืองานของโรงงาน

ความเชื่อผิด ๆ: “2.5 mm² แปลว่ามีทองแดง 2.5 mm²”

ไม่ใช่ พื้นที่หน้าตัดระบุ (Nominal Cross-Section) กำหนดจากค่าความต้านทาน ไม่ใช่จากรูปทรงเรขาคณิต ตัวนำของเราใช้ลวด 7 เส้น เส้นละ 0.67 มม. คิดเป็นทองแดง 7 × π/4 × 0.67² = 2.468 mm² ความต้านทานออกมาประมาณ 7.13 Ω/km ต่ำกว่าขีดจำกัด 7.41 อย่างสบาย จึงผ่านเป็นสาย 2.5 mm² การออกแบบตามค่าความต้านทานแทนพื้นที่ระบุช่วยประหยัดทองแดงได้ทุกกิโลเมตร และเมื่อคิดตามราคาทองแดง ตัวเลขนี้สะสมเร็วมาก

ค่ามาตรฐานการใช้วัสดุ: จากแบบสายสู่ กก./กม.

ในงานออกแบบสายเคเบิลมีกฎที่ใช้สะดวก: พื้นที่ (mm²) × ความหนาแน่น (g/cm³) = กก. ต่อ กม. ต่อไปนี้คือค่ามาตรฐานสำหรับสายสำเร็จหนึ่งกิโลเมตร

ทองแดง 2.468 mm² × 8.89 g/cm³ = 21.94 กก. ต่อตัวนำ 1 กม. ลวดหกเส้นด้านนอกพันเกลียวรอบเส้นกลาง แต่ละเส้นจึงยาวกว่าตัวนำประมาณ 2% คิดเพิ่มได้ 1.7% เป็น 22.32 กก. ต่อแกนสาย 1 กม. การรวมแกนสาม (Laying Up) เพิ่มความยาวแกนสายอีก 2% (3 × 1.02 = แกนสาย 3.06 กม. ต่อสายสำเร็จ 1 กม.) ทองแดงจึงเท่ากับ 22.32 × 3.06 = 68.3 กก./กม.

ฉนวน แกนสายมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มจาก 2.01 มม. เป็น 3.61 มม. พื้นที่วงแหวนคือ π/4 × (3.61² − 2.01²) = 7.06 mm² เมื่อ PVC มีความหนาแน่น 1.45 g/cm³ จะได้ 10.24 กก. ต่อแกนสาย 1 กม. และ × 3.06 = 31.3 กก./กม. ของสายสำเร็จ

เปลือกนอก แกนสามแกนที่รวมกันแล้ววัดได้ประมาณ 7.78 มม. เมื่อหุ้มเปลือกนอก 1.8 มม. สายจะมีขนาด 11.38 มม. เปลือกนอกยังเติมช่องว่างระหว่างแกนสายด้วย พื้นที่จึงเท่ากับวงกลมเต็มลบด้วยแกนสายสามแกน: π/4 × (11.38² − 3 × 3.61²) = 71.0 mm² ที่ความหนาแน่น 1.50 g/cm³ จะได้ 106.5 กก./กม.

รวมประมาณ 206 กก. ต่อกิโลเมตร ใกล้เคียงกับน้ำหนักมาตรฐานที่ผู้ผลิตทั่วไปเผยแพร่สำหรับสายประเภทนี้

ส่วนของค่ามาตรฐานที่ไม่ได้คิดต่อกิโลเมตร

ทุกสายการผลิตสูญเสียความยาวคงที่ทุกครั้งที่เริ่มเดินเครื่อง คือสายที่ผลิตออกมาระหว่างรอให้เครื่องอัดรีดนิ่ง ปรับเส้นผ่านศูนย์กลางให้ได้ค่า และให้การทดสอบประกายไฟ (Spark Test) ผ่านครั้งแรก สำหรับโรงงานนี้

• สายการหุ้มฉนวน: แกนสาย 150 ม. ต่อสี
• เครื่องรวมแกนสาย: สาย 50 ม.
• สายการหุ้มเปลือกนอก: สาย 200 ม.

สำหรับคำสั่งซื้อ 5 กม. ให้คำนวณย้อนกลับ: หุ้มเปลือกนอก 5,000 + 200 = 5,200 ม. รวมแกนสาย 5,200 + 50 = 5,250 ม. แกนสายต่อสี 5,250 × 1.02 + 150 = 5,505 ม. สามสีรวม 16,515 ม. ของแกนสาย

ทองแดงที่ใช้จริง: 16.515 กม. × 22.32 กก. = 368.6 กก. หรือ 73.7 กก. ต่อสายสำเร็จ 1 กม. สูงกว่าค่ามาตรฐานตามแบบ 8% สำหรับคำสั่งซื้อ 20 กม. ของเสียคงที่ชุดเดียวกันจะถูกเฉลี่ยบางลง: ทองแดง 1,393 กก. หรือ 69.6 กก./กม. เกินเพียง 2% ดังนั้นค่ามาตรฐานจึงมีสองส่วน คือส่วนที่คิดต่อกิโลเมตรและส่วนที่คิดต่อการเดินเครื่องหนึ่งครั้ง และความยาวของคำสั่งซื้อเป็นตัวตัดสินว่าส่วนไหนจะหนักกว่า นี่คือเหตุผลที่คำสั่งซื้อสั้น ๆ มีต้นทุนสูงใน การวางแผนการผลิตสายเคเบิล ด้วย

เทคโนโลยีการผลิต: แต่ละสายการผลิตทำอย่างไร

ใบกำหนดเทคโนโลยีการผลิตติดตามสายเคเบิลไปตลอดโรงงาน

1. การรีดลวด (Wire Drawing): รีดแท่งทองแดง 8 มม. ลงเหลือ 0.67 มม. แล้วอบอ่อน (Annealing) ให้ลวดนิ่มพอสำหรับการตีเกลียว
2. การตีเกลียว (Stranding): ตีเกลียวลวด 7 เส้นเป็นตัวนำ Class 2 ตามระยะเกลียวที่กำหนด
3. การหุ้มฉนวน: อัดรีด PVC หนา 0.8 มม. ที่ความเร็วประมาณ 600 ม./นาที หนึ่งสีต่อการเดินเครื่องหนึ่งครั้ง พร้อมการทดสอบประกายไฟแบบอินไลน์
4. การรวมแกนสาย (Laying Up): พันเกลียวแกนสายสามแกนเข้าด้วยกันที่ความเร็วประมาณ 60 ม./นาที
5. การหุ้มเปลือกนอก (Sheathing): อัดรีด PVC หนา 1.8 มม. ที่ความเร็วประมาณ 50 ม./นาที พร้อมพิมพ์ระยะเมตรบนเปลือกสาย
6. การทดสอบและม้วนลงล้อ: วัดความต้านทานตัวนำ ทดสอบแรงดัน 3.5 kV แล้วตัดเป็นความยาว 1,000 ม. ลงล้อเคเบิล (Drum) ห้าล้อ

ใบกำหนดเทคโนโลยีการผลิตยังเก็บโปรไฟล์อุณหภูมิของเครื่องอัดรีด ขนาดดาย และระยะเกลียวไว้ด้วย เพราะสิ่งเหล่านี้ตัดสินว่าค่าใน TDS จะออกมาถูกต้องหรือไม่ ความเร็วสายการผลิตเป็นตัวกำหนดเวลา: หุ้มเปลือกนอก 5,200 ม. ที่ 50 ม./นาที ใช้เวลาเครื่องจักร 104 นาที และความยาวสายสำเร็จต้องพอดีกับ ล้อเคเบิล ที่โรงงานมีอยู่จริง

ใน factory.online ทำงานอย่างไร

ใน factory.online สายเคเบิลแต่ละแบบมีค่ามาตรฐานการใช้วัสดุต่อกิโลเมตรและขั้นตอนงานของตัวเอง และแกนฉนวนแต่ละสีเป็น สินค้ากึ่งสำเร็จรูป รายการหนึ่งของตัวเอง MRP แตกคำสั่งซื้อ 5 กม. ออกเป็นเมตรของแกนสายและกิโลกรัมของทองแดง ส่วนแบทช์และภาชนะบรรจุเก็บความยาวจริงบนล้อเคเบิลทุกล้อ เมื่อสายการผลิตยืนยันผลผลิตและของเสีย นักวางแผนการผลิตจะเห็นค่า กก./กม. ที่ใช้จริงเทียบกับค่ามาตรฐาน

ถ้า TDS ค่ามาตรฐานการใช้วัสดุ และใบกำหนดเทคโนโลยีการผลิตของคุณอยู่กันคนละไฟล์ นัดชมการสาธิต แล้วนำสายเคเบิลหนึ่งแบบมาด้วย