سیم و کابل

کابل برق

برشی از کابل برق 3 رشته مسی دارای غلاف فلزی با عایق PVC روی سطح میز که در کنار چند کابل با اندازه کوچکتر قرار گرفته است.

به عنوان کیفی ترین شبکه انتقال و توزیع توان، شبکه های کابلی به نسبت در زمینه رعایت جنبه های زیست محیطی، قابلیت اطمینان بالا و همچنین از طرف دیگر طول عمر بالاتر و تلفات توان کمتر توانسته اند محبوبیت زیادی را کسب نمایند. لازم به ذکر است که در طراحی بسیاری از شبکه ها به خصوص در شبکه های مربوط به بافت شهری، استفاده از خطوط هوایی امکان پذیر نیست، چرا که از لحاظ زیست محیطی محدودیت هایی وجود داشته و همچنین موارد مربوط به حریم و باند مناسب عبور در شبکه های فشار قوی و فشار متوسط و ضعیف منجر به ایجاد این محدودیت و عدم کاربرد خطوط هوایی شده است. از این رو شناخت کابل مناسب برای طراحی و به کارگیری در شبکه ها بسیار ضروری است و عدم رعایت نکاتی همچون انتخاب سایز درست و اجرای اتصالات مرتبط به صورت صحیح می تواند منجر به بروز خطرات و خسارات بی شمار و در نهایت هزینه های سرسام آور شود.
با توجه به اینکه یکی از وسایل اساسی و مهم در صنعت برق، سیم و کابل ها هستند، می بایست به این نکته اشاره کرد آشنایی با این وسایل می تواند از بروز مشکلات احتمالی جلوگیری نماید. سیم و کابل ها برای انتقال و هدایت جریان الکتریکی به کار می روند. ذکر این نکته ضروری است که امروزه بخش بزرگی از توزیع انرژی الکتریسیته علی الخصوص در فشار ضعیف توسط کابل ها انجام می پذیرد. به همین خاطر این کابلها در تاسیسات الکتریکی کاربردهای وسیع و حائز اهمیتی دارند. اما کابل برق به طور دقیق چیست؟

لایه های مختلف کابل برق افشان از رشته های افشان، تا عایق PVC، عایق رشته های افشان، الیاف قیر اندود و غیره در این تصویر نشان داده شده اند

ساختار و لایه های کابل برق

هر هادی که قابلیت عبور جریان برق را از خود داشته باشد و سطح خارجی آن توسط مواد عایق الکتریکی از محیط اطراف خود عایق شده باشد و این فرآیند به گونه ای صورت می گیرد که ولتاژ روی عایق نسبت به زمین صفر یا با زمین ولتاژ یکسانی داشته باشد و البته ولتاژ روی هادی نیز در مقایسه با ولتاژ زمین، از ولتاژ فازی برخوردار باشد، را کابل می نامند. کابل برق برای انتقال انرژی الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر به کار می رود و بسته به کاربرد نهایی که کابل دارد می توان مشخصات و انواع مختلفی را برای کابل برق در نظر گرفت و همچنین می بایست به این نکته اشاره کرد که برای طراحی این کابلهای برق می بایست قوانین بین المللی و ملی را بررسی و به کار گرفت. توجه شود زمانی که کابل در زمین قرار گرفته و در تماس با هادی های دیگر و اطراف خود می باشد، می بایست برای جلوگیری از اتصال کوتاه یا اتصال هادی به زمین و محل های تماس و یا اتکاء، پیرامون یا سطح خارجی هادی ایزوله گردد.
کابل برق در واقعیت از چینش دو یا چند سیم هادی در کنار هم یا از پیچیده شدن این دو یا چند رشته سیم و بافته شدن آن ها به یکدیگر مونتاژ می شود و می بایست توجه داشته باشید که مونتاژ کابل ترکیبی از یک یا چند کابل برق و اتصالات الکتریکی به شمار می رود. در برخی مواقع استفاده از مونتاژ کابل برای برقراری ارتباط مستقیم بین دو دستگاه مناسب نیست در این راستا می تواند به صورت بخشی از دستگاه به کار رود. مونتاژ کابل ها همچنین می توانند به شکل کابل درختی و یا کابل مهار، تهیه و تولید شوند که قادرند به پایانه های زیادی متصل گردند.

کاربرد کابل برق

کابلهای برق کاربرد های فراوانی دارند و بکارگیری آنها در وسایل الکتریکی برای تامین و حمل انرژی الکتریکی و ایجاد مدار الکتریکی و به عبارتی به کار انداختن دستگاه بسیار رایج است. ارتباطات از راه دور به وسیله کابل زیر دریایی که قابلیت انتقال و مخابره سیگنال را از دو ایستگاه زمینی برق در بستر دریا به عهده دارد، انجام می شود. کابل قدرت نیز برای انتقال جریان برق مستقیم و یا متناوب به کار می رود، که در این مورد کابل فشار قوی بسیار پرکاربرد است. همانطور که می دانید از کابل برق برای سیم کشی ساختمان برای روشنایی، و آسانسور و همچنین هرگونه مدار الکتریکی در ساختمان که نیاز به اتصال به منبع برق دارد، استفاده می شود. برای اینکه درک بهتری از چگونه تهیه شدن رشته های سیم در کابل برق داشته باشیم نیاز است بیشتر به جزییات مربوط به آن اشاره نماییم.

در این تصویر یک عدد کابل برق قدرت نمایش داده شده است که دارای 4 رشته سیم که سه فاز بوده که فازهای این رشته های سیم افشان با عایق هایی به رنگ آبی، قرمز و سیاه نشان داده شده اند و رشته مربوط به نول با رنگ زرد مشخص گردیده است. بین این 4 رشته الیاف عایق قرار گرفته و سپس با عایقی از جنس PVC کنار هم محکم شده اند و لایه بعدی محافظ و غلاف فلزی است و در نهایت باز هم عایق PVC کابل را در مقابل آسیب محافظت می نماید

لایه های مختلف کابل برق

بسته به نوع کاربردی که کابلها دارند دسته بندی آنها نیز متنوع است و در طرح ها و اشکال مختلف می توان آنها را از بازار خریداری کرد. لازم به ذکر است که سطح مقطع هادی کابلها، نوع کابل و البته ضخامت عایق آن و همچنین سایر لایه های به کار رفته در کابل به عوامل مختلفی که در زیر آورده شده است؛

  • محیطی که کابل قرار است در آن نصب گردد،
  • مقدار جریانی که کابل از خود عبور می دهد،
  • سطح ولتاژ،
  • جنس و نوع خاکی که کابل در آن قرار می گیرد،
  • تمامی نیروهای مکانیکی وارده به کابل و از طرفی شرایط محیطی از لحاظ شیمیایی، شرایط آب و هوایی، مقدار انرژی توزیعی، درجه حرارت پیرامون کابل در حین کار و سایر موارد، بستگی دارد.

انواع کابل

از سال 1880 تا به امروز طرح ها و ساختار مختلفی برای تهیه کابل آغاز و در نظر گرفته شده است و اولین کابلهایی که ساخته شدند، کابلهای مخابراتی بودند. انواع کابلها بر اساس قابلیت عبور جریان و سطح آن، شامل کابلهای مخابراتی که قابلیت عبور جریان پایین را دارند و کابلهای الکتریکی یا کابل برق که می توانند جریان بالا را از خود عبور دهند می شود. مصرف کنندگان می توانند با مراجعه به صفحه انواع کابل بیشتر درباره انواع آنها مطالعه نمایید. از طرفی به طور کلی می توان انواع کابل برق را بر اساس نوع هادی به کار رفته به دو دسته کابل برق مسی و کابل برق آلومینیومی تقسیم کرد.

کابلهایی قطور با روکش PVC که برای نصب در زیر زمین در بخش حفاری شده مخصوص به خود در خیابان قرار گرفته اند

کابلهای برق دفن شده در زمین

ساختار کابل برق

هر کابل دارای حداقل سه جزء اصلی برای تشکیل شدن است و این سه جزء شامل هادی کابل، عایق و غلاف بیرونی میشود.

هادی کابل برق از جنس مس یا آلومینیوم

از زمانی که از کابلها برای انتقال و توزیع انرژی برق استفاده می شود، سیم ها و کابلهای مسی به دلیل هدایت بالای انرژی الکتریکی، محبوبیت بیشتری یافته اند. با این حال در سالهای اخیر به دلیل مسائل اقتصادی و همچنین بالا بودن وزن مخصوص مس، از هادی های آلومینیومی نیز برای این منظور استفاده می گردد. برای اینکه بتوان به خواص خوب الکتریکی مس یا آلومینیوم دست یافت، درجه خلوص آنها تا حد امکان بالا برده می شود. لازم به ذکر است که درجه خلوص برای هر یک متفاوت می باشد؛ در مورد مس این درجه 90.99 و برای آلومینیوم 5.99 درصد است. از طرفی رساناها می بایست دارای کلاس 1 و 2 باشند و از مس یکپارچه یا از نوع مس انیل شده دارای روکش در کلاس 1 و یا آلومینیوم و آلیاژهای آن بر پایه استاندارد IEC به شماره 60228 در کلاس 2 تهیه گردند.
توجه داشته باشید که برای ساخت هادی های فلزی، کارخانه های کابل سازی، از مفتول هایی با قطر 8 میلی متر با آلومینیوم به قطر 5.9 میلی متر استفاده می نمایند. این مفتول ها به روش جدید به شکل کلافهای استوانه ای پیچیده می شوند که تو خالی هستند و توسط ماشین آلاتی به قطر مد نظر می رسند. توجه داشته باشید که مفتول مس پس از عمل کشیده شدن، سخت و شکننده می شود و در نتیجه هدایت الکتریکی آن کاهش می یابد. برای اینکه بتوان این مشکل را برطرف کرد می بایست مفتول پس از کشیده شدن در کوره الکتریکی حرارت ببیند و دوباره نرم شود و خواص اولیه خود را بازیابد.

رشته های سیم مس مفتولی که در کنار هم قرار گرفته و سیم چند مفتوی و یا هادی افشان را تشکیل می دهند، دور این رشته های افشان با عایق PVC پوشانده شده است.

هادی های مسی افشان

عایق کابل برق

موادی عایقی روی کابل ها به روش اکسترودی یا تزریق اندودی کشیده شده و معمولا از بین مواد زیر انتخاب می شوند؛

  • ماده گرما-نرم (PVC/B): پلی وینیل کلراید بری ولتاژهای 3 الی 6.6 کیلوولت،
  • ماده گرما-سخت (EPR): لاستیک پروپیلن-اتیلن یا مشابه آن (EPDM یا EPM)،
  • ماده گرما-سخت (HEPR): لاستیک پروپیلن-اتیلن با ضریب کشسانی بالا با درجه سخت،
  • ماده گرما-سخت (XPLE): پلی اتیلن کراسلینک.
بخشی از عایق PVC بریده شده در اثر ضربه در کابل برق

عایق PVC آسیب دیده در اثر ضربه

روپوش بیرونی کابل برق

این روپوش می تواند همانطور که اشاره شد از جنس الیاف آغشته به مواد نفتی، از جمله قیر و یا مواد رزینی، PVC و یا پلی اتیلن باشد. لازم به ذکر است که ساختمان کابل بسته به ولتاژ نامی کابل، شرایط محیطی و نیروهای مکانیکی وارد شده به آن می تواند شامل اجزای دیگری نیز باشد. از جمله؛

کابل برق چند رشته که به صورت هادی افشان هم مرکز کنار هم قرار گرفته اند و دارای سیم ارت به رنگ سبز و زرد نیز هستند.

کابل برق افشان هم مرکز

  • در کابل هایی با ولتاژ 10 کیلوولت به بالا از لایه نیمه هادی روی هادی استفاده می شود،
  • در ولتاژهای 10 کیلو ولت به بالا از لایه نیمه هادی روی عایق هادی استفاده می گردد،
  • استفاده از غلاف سربی در کابلهایی با عایق نوار روغنی و در برخی از انواع کابل به کارگیری عایق پلی اتیلن،
  • به کارگیری شیلد محافظ از سیم مسی یا نوار مسی در کابلهای دارای هادی متمرکز با عایق خشک،
  • سیم های گرد یا تخت فولادی و یا تسمه نواری فولادی ممکن است با زره فولادی روکش شوند،
  • فضای خالی بین کورها یا فازها با مواد پر می شوند که بیشتر در انواع سه کور یا با کورهای متعدد رخ میدهد،
  • به کارگیری لایه های نواری با پودر،
  • نوارهای آلومینیومی،
  • غلاف پلی اتیلن که دارای لایه گرافیتی است،
  • در سیم هایی که به طور مارپیچ قرار می گیرند، نوار نگهدارنده ای روی سیم های شیلد محافظ مسی وجود دارند،
  • بر روی غلاف سربی در کابلهای روغنی لایه کاغذی قیر اندود وجود خواهد داشت،
  • در نهایت ممکن است که روکش بیرونی کابل برای کابلهای روغنی از جنس الیاف آغشته به قیر و یا از مواد پلاستیکی PVC باشد.

منظور از کابل برق سه فاز و کابل برق تک فاز چیست؟

توجه داشته باشید که برای تامین انرژی الکتریکی لازم برای برقراری روشنایی در منازل مسکونی و یا به عبارتی دقیق تر راه اندازی و کارکردن تجهیزات الکتریکی که نیازمند وصل شدن به یک منبع برق می باشند از اتصالات و کابل برق مختلفی می توان استفاده کرد. در صورتی که در اتصالات تنها دو سیم وجود داشته باشد، اتصالات از نوع تک فاز هستند و در صورتی که از 3 یا 4 سیم برق استفاده شود، اتصالات از نوع سه فاز خواهد بود. ذکر این نکته ضروری است که هر یک از این اتصالات دارای مزایایی می باشند که دلیل استفاده از آنها است، به عبارت دقیق تر در سیستم تک فاز برقراری تعادل در بارهای الکتریکی شبکه آسان تر است و از اتصالات سه فاز نیز به طور معمول زمانی استفاده می شود که ساختمان و یا تجهیزات به منبع برق قوی تری احتیاج دارند تا توان لازم برای عملکرد دستگاه های استفاده شده را فرآهم آورد، برای مثال ماشین آلات صنعتی و یا آسانسور. در واقع همانطور که از نام اتصالات سه فاز می شود برداشت کرد، این اتصالات قادرند سه برابر اتصالات تک فاز قدرت و توان را تامین نمایند.

مقایسه کابل تک فاز که دارای 3 رشته سیم 2 فاز و 1 نول می باشد و سیم سه فاز که دارای 4 رشته سیم افشان که دارای 3 رشته سیم فاز و 1 نول است

مقایسه بین کابل برق تک فاز و کابل برق سه فاز

برای اینکه متوجه شوید که کابل برق از نوع تک فاز است یا سه فاز، علاوه بر تعداد سیمهایی که استفاده شده است، می توانید به رنگ سیم ها نیز دقت کنید. بر اساس استاندارد شماره 102_63 رنگ و پوشش تجهیزات صنعت برق: رنگ ظاهری منتشر شده توسط وزارت نیرو در ایران، برق تک فاز از دو رشته سیم تشکیل می شود که رشته اول دارای فاز بوده می تواند به هر یک از رنگهای قرمز، زرد یا آبی استفاده شود و رشته دوم نول به رنگ سیاه می باشد و بین این دو رشته سیم 220 ولت اختلاف ولتاژ وجود دارد. برق سه فاز نیز دارای 3 فاز بوده که فاز اول قرمز، فاز دوم زرد و فاز سوم آبی است و یک نول به رنگ سیاه، توجه داشته باشید که این قواعد بدون در نظر گرفتن سیم ارت می باشند، در صورتی که سیم ارت نیز به این کابل های برق اضافه شود رنگ آن سبز و زرد خواهد بود.

پرسشهای متداول پیرامون کابل برق

  1. کابل برق چیست؟ آنچه منجر به انتقال انرژی الکتریکی یا برق از یک نقطه به نقطه دیگر می شود، کابل برق است. در واقع کابل برق هر نوع هادی الکتریکی و یا رسانایی است که قابلیت عبور جریان را از خود داشته باشد و همچنین این رشته های هادی توسط مواد عایق الکتریکی پوشانده شده اند و نسبت به محیط اطراف عایق شده اند، به گونه ای که ولتاژ روی عایق در مقایسه با زمین صفر و ولتاژ هادی نیز نسبت به زمین برابر ولتاژ فاز باشد.
  2. انواع کابل به چند دسته تقسیم می شوند؟ لازم به ذکر است که کابلها بسته به نوع کاربردی که دارند انواع مختلفی دارند، برای مثال کابلهای سیار، قدرت و کنترل، کابلهای ساختمانی، کابلهای کنترل و ویژه ماشین آلات و ترموکوپل، کابلهای مقاوم در درجه حرارت بالا، کابلهای قدرت، کابلهای زره دار قدرت و کنترل، کابلهای الکترونیک، کابلهای تلفن، کابلهای نظامی، کابلهای دریایی در نهایت فیبر نوری که در اینجا ما به دو دسته بندی کلی کابل مخابراتی به عنوان محصول آغازی این صنعت و کابل برق پرداخته ایم.
  3. ساختمان کابل برق به چه صورت است؟ یک کابل برق بسته به نوع ولتاژ الکتریکی که حمل می کند و نوع عایقی که کابل را نسبت به اطراف ایزوله می نماید دارای ساختمان و ترکیب بندی متفاوتی هستند ولی در حالت کلی به طور معمول از هادی، پوشش عایقی و غلاف بیرونی تشکیل می شوند.
  4. چه نوع هادی یا رسانا در کابل برق به کار می رود؟ بسته به قابلیت هدایت الکتریکی و گرمایی می توان هادی های به کار رفته در کابل برق را به انواعی از جمله نقره، مس (نرم شده)، مس (سخت کشیده شده)، طلا، آلومینیوم، روی، نیکل، آهن، قلع، فولاد و سرب تقسیم بندی نمود که در دمای 20 درجه سانتی گراد قابلیت هدایت الکتریکی و گرمایی به ترتیب زیاد به کم رتبه بندی شده است.
  5. آیا هادی کابل برق باید از جنس مس باشد یا آلومینیوم؟ از آنجایی که از کابلها برای انتقال و توزیع انرژی برق استفاده می شود، نیاز است که سیم ها و کابلهای مسی از هدایت الکتریکی بالایی برخوردار باشند. در سالهای اخیر به دلیل مسائل اقتصادی و همچنین بالا بودن وزن مخصوص مس، از هادی های آلومینیومی نیز برای این منظور استفاده می گردد. ولی در حالت کلی معمولا برای اینکه بتوانند به خواص الکتریکی متناسبی برای مس یا آلومینیوم برسند، درجه خلوص آنها را تا حد امکان بالا می برند.

منابع:

  1. مرجع کاربری کابلها و سیم ها از مهندس محمد باقری
  2. شناخت کابل و اجرای عملی کابل کشی، سرکابل و مفصل (تا 132 کیلو ولت) از خیرالله اولاد غفاری و امیر سعید بردبار
  3. سیم و کابل و مفصل از علیرضا رضایی
  4. Electrical cable از Wikipedia
  5. Power cable از Wikipedia
  6. What is meant by single-phase or three-phase connection? از energuide
  7. متن استاندارد 63-102 وزارت نیرو

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *