سیم و کابل

محاسبه سطح مقطع کابل

مقطعی از یک کابل دایره ای که از هادی های افشان فشرده تشکیل می شود

کابل برق در واقع به انواع هادی های فلزی گفته می شود که بتواند جریان برق را از خود عبور دهد و به وسیله مواد عایقی از محیط اطراف ایزوله می شود. سطح مقطع هادی کابلها و همچنین نوع و ضخامت عایق و سایر لایه های موجود در آن بستگی به شرایط محیطی، مقدار جریان، سطح ولتاژ، نوع خاک و نیروهای مکانیکی وارد شده بر کابل دارد. محیطهای شیمیایی و سایر شرایط آب و هوایی والبته انرژی مورد انتقال یا توزیع درجه حرارت محیط و دمای کار کابل نیز همگی بر روی سطح مقطع کابل موثرند. از طرفی سطح مقطع هادی های قدرت از نمره 1.5 میلی متر مربع شروع و تا 1000 میلی متر مربع ادامه می یابد. اما محاسبه سطح مقطع کابل برق به چه صورت انجام می شود و به طور کلی سطح مقطع چیست؟

سطح مقطع چیست؟

سطح مقطع در تعاریف هندسی تقاطع یک شکل در فضای دوبعدی با خط یا جسم و همچنین در فضای سه بعدی با یک صفحه یا غیره میتواند سطح مقطع خاصی را ایجاد نماید. به تعریف ساده تر زمان بریدن یک جسم به چند قطعه، سطح مقطع هایی به صورت موازی ایجاد می گردند. سطح مقطع کابل برق نیز به همین صورت است زمانی که بخشی از کابل برق به صورت عمودی بریده می شود می توان سطح مقطع کابل برق را مشاهده نمود. این سطح مقطع ها می توانند در اشکال مختلف به کار روند که سطح مقطع هادی به صورت دایره ای، سکتوری و قطاعی می باشد. حال به نحوه محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس فاکتورهای مختلف خواهیم پرداخت.

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس جریان

برای به دست آوردن مقاطع کابلها و سیم می بایست به مواردی از جمله جریان مجاز، جریان اتصال کوتاه و البته در نهایت حداکثر افت ولتاژ توجه کرد چرا که می توان بر اساس این موارد به راحتی سطح مقطع مد نظر خود را بیابید. اما تعیین مقاطع کابلها بر اساس جریان مجاز خود در دو بخش مختلف از جمله مدار تک فاز و سه فاز مورد بررسی قرار می گیرد و از این رو می بایست در ابتدا مقدار جریان را در این سری از مدارها بررسی نماییم،

جریان در مدار تک فاز

بر اساس فرمول محاسبه آمپر کابل برق I=W/V.Cosφ می توان به آسانی جریان را بر حسب آمپر در مدار تکفاز به دست آورد. W توان ورودی، V ولتاژ مدار و نهایتا Cosφ که ضریب توان است. به طور کلی فرض می شود تمام تجهیزات با هم کار می کنند. این در حالی است که در شرایط واقعی تمام تجهیزات به صورت همزمان عمل نمی نمایند. از این رو ضریب kd به فرمول مربوط به جریان اضافه می گردد. این ضریب خود از تقسیم حداکثر توان مصرفی همزمان به کل توان بارها به دست می آید و به آن ضریب مصرف یا ضریب همزمانی گفته می شود و فرمول بالا را به شکل I=kd.W/V. Cosφ تبدیل می نماید.
جریان موتورهای تک فاز نیز از طریق I=kd.w/V.η. Cosφ به دست می آید که در این فرمول w توان خروجی موتور، η راندمان موتور، V ولتاژ تغذیه موتور، Cosφ نیز ضریب قدرت است.

جریان در مدار سه فاز

در صورتی که موتور در حالت کار در ظرفیت اسمی خود باشد، جریان آن معادل I=w/√3.η. Cosφ است. در موتورهای سه فاز همچنین در لحظه راه اندازی جریان موتور می توان به 5 تا 7 برابر مقدار اسمی خود برسد ولی با توجه به اینکه زمان شارش این جریان کم است روی سطح مقطع تاثیری ندارد. توجه داشته باشید که با استفاده از جریان هر موتور و یا تجهیزات برقی نیز می توان محاسبه سطح مقطع کابل برای موتور سه فاز را انجام داده و کابل برق مد نظر خود را انتخاب نمایید. کافی است به جدول زیر توجه کنید.

جریان مجاز کابلهای برق به آمپر
سطح مقطع بر حسب میلی متر مربع کابلهای یک سیمه DC کابلهای دو سیمه کابلهای سه و چهار سیمه سه کابل یک سیمه سه فار
مس آلومنیویم در خاک در هوا در خاک در هوا در خاک در هوا در خاک در هوا در خاک در هوا
1.5 2.5 37 26 30 21 27 18
2.5 4 50 35 41 29 36 25
4 6 65 46 53 38 46 34
6 10 83 58 66 48 59 44
10 16 110 80 88 66 77 50
16 25 145 105 115 90 100 80 120 100 110 86
25 50 190 140 150 120 130 105 155 135 140 120
35 70 235 175 180 150 155 130 185 170 170 145
50 95 280 215 185 160 220 205 200 180
70 120 350 270 230 200 275 260 240 225
95 150 420 335 275 245 325 320 295 280
120 185 80 390 315 285 370 375 335 330
150 240 540 445 355 320 420 430 380 380
185 300 620 510 400 370 470 450 430 440
240 400 720 620 465 435 540 590 490 530
300 500 820 710 620 680 550 610
400 600 960 850 710 820 650 740
500 700 1110 1000 820 960 740 860

حال می بایست به این نکته دقت نماییم که می بایست به افت ولتاژ، دمای اتصال کوتاه و سرعت تغییر جریان برای تعیین اندازه سایز کابل دقت کنیم.

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ

افت ولتاژ روی کابل در حالت پایدار با استفاده از فرمول Vd=√3.I.(RCosφ+XSinφ)L که شامل Vd افت ولتاژ، R مقاومت کابل در هر فاز تحت جریان متناوب، I ماکزیمم جریان حالت پایدار، X راکتانس هر کابل در هر فاز، Cosφ نیز ضریب توان در شرایطی که حالت بار کامل است و در نهایت L به معنی طول کابل می شود.
افت ولتاژ به هیچ وجه نباید از مقادیر اندازه گیری شده در استاندارد ها بیشتر باشد. افت ولتاژ بر اساس استاندارد در حین حرکت نرمال موتور 5 درصد، در حین شروع حرکت 15 درصد، در حین اعمال بار به موتور 5 درصد و در حین اعمال برد نور 3 درصد می باشد. توجه داشته باشید همانطور که اشاره شد با توجه به بالا بودن جریان در زمان فعال سازی، افت ولتاژ می بایست در زمان راه اندازی حتما بررسی و اندازه گیری شود. در

محاسبه سطح مقطع کابل تک فاز

در صورتی که کابل کشی سیم و کابل برق به صورت زمینی صورت گیرد می بایست بر اساس افت ولتاژ در مدار و سایر پارامترهای مهم سطح مقطع کابل برق را اندازه بگیرید. البته توجه داشته باشید برای دستیابی به سطح مقطع نیاز است با توجه به افت ولتاژ در مدار تک فاز و سه فاز بررسی ها را انجام دهیم،
در مدارهای تک فاز مقدار سطح مقطع بر اساس افت ولتاژ و کابل کشی زمینی بر اساس فرمول a=200ρℓICosφ/αV به دست می آید که α بر اساس استانداردها درصد افت ولتاژ مجاز است که می بایست از حد مشخصی فراتر نباشد و جزو بخش های مشخص و معلوم فرمول است که پیش تر درباره آن صحبت نموده ایم. ρ مقاومت ویژه هادی کابل برق، a سطح مقطع سیم، ℓ مسافت، Cosφ ضریب توان و در آخر V ولتاژ می باشد. این فرمول زمانی قابل استفاده است که خط تغذیه بار یکسانی داشته باشد در غیر این صورت برای به دست آوردن سطح مقطع می بایست محاسبات سطح مقطع کابل را برای هر یک از خطوط بار به دست آورید و سپس با یکدیگر جمع نمایید.

محاسبه سطح مقطع کابل سه فاز

در صورتی که مدار دارای سیستم سه فاز باشد خاطر نشان می شویم که در شرایط تعادل جریان خط نوترال یا ارت صفر است. در حالت بار متعادل با توجه به اینکه فازها مشابه یکدیگر هستند کافی تنها سطح مقطع را در یک فاز بررسی نماییم و محاسبات را انجام دهیم. a=100plw/α(VL)2 فرمولی است که با توجه به شرایط تعادل به دست می آید. در واقع در مدار سه فاز سعی می شود که بار به صورت متعادل در هر سه فاز مربوطه تقسیم شود و در غیر این صورت می بایست محاسبات جریان مجاز و افت ولتاژ و در نهایت سطح مقطع سیم را جداگانه محاسبه نمایید. از طرفی باز هم در صورتی که خط تعذذیه بارهای مختلفی را در مسیر اعمال نماید می بایست به صورت جداگانه محاسبه و با هم جمع شوند.

برای محاسبه سطح مقطع کابل فشار متوسط، کابل فشار قوی و یا کابل فشار ضعیف مصرف کنندگان می توانند به مقاله انتخاب کابل برق مناسب مراجعه نمایند.

محاسبه سطح مقطع کابل ارت

سطح مقطع سیم ارت که از دستگاه و وسایل برقی در برابر آسیب های ناشی از اتصال کوتاه و برق گرفتی برای افراد به کار می رود بر اساس جدول زیر قابل محاسبه است. از طرفی برای محاسبه دقیق این مقادیر سیم ارت تحت گرمایش آدیاباتیک قرار می گیرد و سپس سطح مقطع با توجه به فرمول SPE=√(I2t)/K محاسبه می گردد که در اینجا SPE سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع، I جریان عبوری از سیم ارت بر حسب آمپر، t زمان توقف بر حسب ثانیه و در نهایت K نیز ضریب تعدد کابل در کانال است.

محاسبه سطح مقطع کابل ارت
S:سطح مقطع سیم فاز میلی متر مربع

حداقل سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع
زمانی که هادی فاز و ارت از یک جنس باشند زمانی که هادی فاز و ارت از یک جنس نباشند
S ≤ 16 S (K1/k2).S
16˂S≤35 16 (K1/k2).16
S˃35 S/2 (K1/k2).(S/2)
ضریب تصحیح تعداد سیم فاز :K1

ضریب تصحیح ارت: k2

مصرف کنندگان می بایست توجه داشته باشند که سطح مقطع سیم نول بهتر است همواره با سطح مقطع خطوط فاز برابر باشد. برای بررسی اندازه سطح مقطع به دو وجه مهم دقت می شود، اول اینکه مدار تک فاز و دو سیمه باشد، دوم شرایطی که مدار چند فاز و یا تک فاز سه سیمه باشد و اندازه سطح مقطع در خطوط فاز کوچکتر مساوی 16 میلی متر مربع در سیم مسی و 25 میلی متر مربع در سیم آلومینیومی باشد.
سطح مقطع سیم نوترال یا سیم نول زمانی که سطح مقطع سیم فاز بزرگتر از 16 میلی متر مربع در سیم مسی و 25 میلی متر مربع در سیم آلومینیومی است، می تواند کمتر از سطح مقطع سیم فاز باشد. البته زمانی این شرط برقرار است که شرایط زیر نیز صدق کند؛

  • اول اینکه سطح مقطع سیم نوترال حداقل 16 میلی متر مربع برای هادی مسی و 25 میلی متر مربع برای هادی آلومینیومی می شود،
  • دوم اینکه اعوجاج هارمونیک بالایی از جریان بار وجود نداشته باشد به عبارتی اگر مقدار اعوجاج هارمونیک زیاد باشد یعنی بالاتر از 10 درصد، سطح مقطع سیم نول نمی تواند کوچکتر از سطح مقطع سیم فاز باشد.
محاسبه حداقل سطح مقطع کابل نول
S:سطح مقطع سیم فاز میلی متر مربع حداقل سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع
تک فاز/دو فاز (آلومینیوم و مس) برای هر سطح مقطعی 10 میلی متر مربع (آلومینیوم)
16 میلی متر مربع (مس)
سه فاز مسی S≤16
S˃16
16
16
سه فاز آلومینیومی S≤25
S˃25
10
25

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مسافت

برای محاسبه سطح مقطع کابل آلومینیومی و همچنین محاسبه سطح مقطع کابل مسی توصیه می نماییم که به مقاله انتخاب کابل برق مناسب مراجعه نمایید ولی به طور کلی محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مسافت و البته جدول جریان مجاز کابل برق از طریق جدول قرار داده شده در پایین صورت می گیرد. سطح مقطع و مقدار جریان مجازی که برای کابل اندازه گرفته شده است را انتخاب و سطح مقطع کابل برق مسی و کابل برق آلومینیومی را به آسانی مشاهده نمایید. توجه داشته باشید در صورتی که افت ولتاژ مقدار زیادی باشد، سطح مقطع بالاتر برای کابل برق انتخاب می شود.

جدول سطح مقطع سیم مسی و آلومینیومی با توجه به جریان و مسافت
مس آلومنیویم 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000
1.5 2.5 27 15 7 5
2.5 4 36 25 12 8 6
4 6 46 40 20 13 10 8 8
6 10 58 58 30 20 15 12 10 8 7 6.5 6 5
10 16 77 77 50 33 25 20 18 14 12 11 10 8 7 6 5 5
16 25 100 100 80 53 40 32 26 22 20 17 16 13 11 10 8 8
25 50 130 130 125 83 62 50 41 35 31 27 25 20 17 15 13 12
35 70 155 155 155 115 86 69 57 49 43 38 34 28 24 21 18 17
50 95 185 185 185 158 117 93 78 66 58 52 46 38 32 28 25 23
70 120 230 230 230 222 166 133 111 95 83 74 66 55 47 41 36 33
95 150 275 275 275 275 225 180 150 129 112 100 90 75 64 58 50 45
120 185 315 315 315 315 275 222 185 159 139 123 111 92 89 69 87 55
150 240 355 355 355 355 330 264 220 189 165 147 132 110 94 82 73 66
185 300 400 400 400 400 393 314 267 224 198 176 157 131 112 98 87 78
240 400 465 465 465 465 437 349 291 249 218 194 174 145 124 109 97 87
300 500 550 550 550 550 496 397 331 283 248 220 189 165 141 124 110 99

پرسشهای متداول پیرامون محاسبه سطح مقطع کابل

  1. سطح مقطع سیم در کابل چیست؟ با توجه به این که کابل برق می تواند اشکال مختلفی داشته باشد ولی کابل برق با سطح مقطع دایره ای یکی از رایج ترین انواع سطح مقطع در کابل برق می باشد. از این رو برای به دست آوردن سطح مقطع در کابل برق همواره سیم و کابل را با سطح مقطع دایره ای در نظر می گیریم و سپس اندازه مساحت آن را بر حسب مربع شعاع در عدد پی محاسبه می گردد.
  2. چطور محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس قطر کابل انتخاب شده انجام می شود؟ بر اساس فرمول قطر به توان دو ضربدر عدد پی تقسیم بر 4 می توان سطح مقطع یک کابل را محاسبه کرد. در واقع این روش تنها زمانی کاربرد دارد که شما از قطر کابل برق مد نظر خود اطلاع داشته باشید.
  3. انواع سطح مقطع کابل برق چیست؟ با اینکه به طور معمول از سطح مقطع دایره ای برای ساخت سیم و کابل استفاده می شود ولی در برخی از مواقع به دلیل فشرده بودن هادی های مقاطع دیگر و همچنین کمبود فضا از مقاطع سکتوری یا قطاعی استفاده می شود.
  4. سطح مقطع کابل برق بر چه اساسی محاسبه می شود؟ برای به دست آوردن سطح مقطع می بایست به جریان مصرفی، جریان کابل برق، مسافتی که کابل برق در آن نصب می شود و در نهایت از همه مهم تر مقدار افت ولتاژ در نصب به صورت کابل کشی زمینی و کابل کشی هوایی توجه گردد.
  5. محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس جریان به چه صورت است؟ برای به دست آوردن مقاطع کابلها و سیم می بایست به مواردی از جمله جریان مجاز، جریان اتصال کوتاه و البته در نهایت حداکثر افت ولتاژ توجه کرد چرا که می توان بر اساس این موارد به راحتی سطح مقطع مد نظر خود را بیابید.

منابع:

  • سیم و کابل و مفصل-علیرضا رضایی
  • شناخت کابل و اجرای عملی کابل کشی، سرکابل و مفصل- خیرالله اولاد غفاریو امیر سعید بردبار
  • Electrical installation handbook-Volume 2
  • IEC 60364-5-54
  • Digikey-Measurement of the Cable Cross Section

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.