ساختار کابل و انواع آن

ساختار کابل و انواع آن

 

امروز در صنعت برق، بخش عظیمى از توزیع انرژى الکتریکى، به ویژه در فشار ضعیف، به وسیله ى کابل ها صورت مى گیرد. البته براى انتقال الکتریکى فشار متوسط و قوى نیز در برخى موارد از کابل هاى مخصوص استفاده مى شود.

کاربرد کابل ها در تأسیسات الکتریکى بسیار وسیع و داراى اهمیت زیادى است. کارخانجات کابل سازى کابل ها را در اندازه ها و کاربردهاى گوناگون و با ساختمان هاى داخلى متفاوت تولید مى کنند.

شکل ۱ – ۲ نمونه هایى از این کابل ها را نشان مى دهد. البته علاوه بر بخش تولید، استفاده از کابل نیز نیازمند مهارت و تخصص کافى است و اتصال هاى مختلف در کابل کشى فشار ضعیف و فشار قوى نیاز به مهارت و رعایت اصول فنى دارد. در این مقاله ضمن شناخت کلى درباره ى کابل ها، با اصول علمى و عملى کابل کشى نیز آشنا خواهید شد.

شکل ۱ – ۲  نمونه اى از انواع کابل ها

1-تعریف کابل

اصولاً هر نوع هادى، که بتواند جریان برق را از داخل خود عبور دهد و توسط موادى از محیط اطراف خود عایق شده باشد، به طورى که ولتاژ روى سطح عایق نسبت به زمین برابر صفر و در « کابل » ، روى سطح سیم نسبت به زمین داراى ولتاژ فازى باشد نامیده مى شود.

2-ساختمان کابل ها

به طور کلى کابل ها همواره از دو قسمت اصلى هادى و عایق تشکیل شده اند. تفاوت کابل ها ناشى از کاربرد آن هاست. یعنى نوع کارشان موجب مى شود که جنس، شکل، سطح مقطع و تعداد هادى ها و عایق ها با یکدیگر تفاوت داشته باشند. این تفاوت ها موجب تقسیم بندى کابل ها مى گردد. ساختمان و اجزاى تشکیل دهنده ى کابل هاى مخابراتى کاملاً با کابل هاى مورد استفاده در صنعت برق فشار قوى و فشار ضعیف تفاوت دارند.

2-1-هادى کابل ها

هادى ها از سیم مسى تقریباً خالص و داراى انعطاف قابل قبول یا از آلومینیوم یا آلیاژهاى مخصوص ساخته مى شوند.

سطح مقطع هادی ها، با توجه به مقدار جریان عبورى و نوع کاربرد، در انداز ه هاى گوناگون و شکل هاى متفاوت درست می شود. هادى هاى کابل را از دیدگاه هاى مختلف می توان تقسیم بندى نمود. در این جا کابل ها را از نظر سطح مقطع هادى و تعداد رشته به صورت زیر مورد بررسى قرار مى دهیم.

الف) هادى ها از نظر تعداد رشته به دو شکل تک رشته (مفتولى) و چند رشته (افشان) مطابق شکل 2-۲ وجود دارند. براى مشخص کردن هادى هاى تک رشته از حرف اختصارى (e) و کابل هاى چند رشته از حرف اختصارى (m) استفاده مى شود.

ب) هادى ها از نظر شکل سطح مقطع نیز به دو شکل گرد و مثلثى (سکتور) مطابق شکل ۳ – ۲ وجود دارند. براى مشخص  کردن هادى هاى گرد از حرف اختصارى ( r) و کابل هاى مثلثى از حرف اختصارى(s)  استفاده مى شود.

۲-2  عایق کابل ها

با توجّه به این که کابل ها در زیر زمین و یا روى تجهیزات فلزى نصب مى شوند، نباید هیچ گونه اتصال الکتریکى بین هادى و زمین برقرار گردد. به عبارت دیگر، باید ولتاژ روى بدنه ى عایق نسبت به زمین صفر باشد. براى عایق کردن کابل هاى الکتریکى، بسته به نوع مصرف و ولتاژ روى هادى کابل، از مواد مختلفى به عنوان عایق استفاده مى شود، که مهم ترین آن ها به شرح زیر اند:

  • کاغذهاى آغشته به روغن مخصوص
  • مواد لاستیکى
  • مواد پی وی سى(PVC)، که به نام پروتودور معروف است.
  • مواد عایق از جنس پلى اتیلن، که به نام XLPE معروف است.

شکل4- ۲، یک نوع کابل با عایق پى وى سى (PVC) را نشان مى دهد.

براى جلوگیرى از اشتباه و جهت تشخیص سیم هاى کابل از یکدیگر، عایق سیم هاى هادى را در رنگ هاى مختلف انتخاب می کنند. در جدول ۱ – ۲ رنگبندى عایق سیم ها بر اساس استاندارد VDE 0271 آلمان و ۱ -۶۰۷ مؤسس هى استاندارد و تحقیقات صنعتى ایران نشان داده شده اند.

جدول ۱ – ۲

۲-3  غلاف کابل

در برخى کابل ها از لایه و یا لایه هایى در روى کابل استفاده می شود که می توانند عایق کابل را در مقابل انواع نیروهاى مکانیکى محافظت کنند و هم چنین از نفوذ رطوبت به داخل کابل جلوگیرى نمایند. اصطلاحاً به این محافظ « غلاف کابل » یا « زره »مى گویند. در ساده ترین حالت، مطابق شکل ۵ – ۲ کابل داراى یک غلاف از مواد پى وى سى است که کابل را در مقابل عوامل بیرونى، از جمله نفوذ رطوبت محافظت مى کند.

حال اگر کابل در جاهایى مورد استفاده قرار گیرد که نیروهاى دیگرى، مانند نیروى مکانیکى به آن وارد می شود ضرورت دارد، با استفاده از زره فولادى و یا زره آلومینیومى که در تمام طول کابل به صورت مفتول و یا ورق تعبیه مى گردد،محافظت مکانیکى شود. به عنوان مثال مى توان از کابل کشى براى توزیع انرژى الکتریکى در شهرها، که به صورت دفنى در خاک و در زیر معابر و خیابا نها اجرا م ىشود، نام برد.کاب لهاى فوق حتماً به غلاف (زره) فولاد گالوانیزه و یا آلومینیومى مجهزند (شکل ۶ – ۲)

کابل ها را از نظر کاربرد به دو دسته ى کابل هاى مسلح و کابل هاى غیر مسلح مى توان تقسیم نمود. کابل هاى مسلح که براى تحمل ضربه ها، فشار، نفوذ رطوبت و سایر عوامل داراى محافظ اند و کابل هاى غیر مسلح که فاقد محافظ اند.

 

3-عوامل مؤثر در انتخاب نوع کابل ها

به طور کلى براى انتخاب یک کابل باید به موارد زیر توجه کرد.

  • جریان مورد نیاز بار و میزان تحمل کابل در برابر جریان عبورى
  • ولتاژ نامى (ولتاژ نامى مورد استفاده با ولتاژ نامى قابل تحمل کابل برابر یا کم تر باشد)
  • افت ولتاژ مجاز
  • حفاظت مدار
  • بار اتصال کوتاه مجاز
  • شرایط محیطى (دماى محیط، میزان فشار و کشش وارد بر کابل، رطوبت محیط و اثرات خوردگى محل نصب کابل)

از بین عوامل فوق جهت تعیین سطح مقطع کابل باید بهجریان مورد نیاز مصرف کننده و میزان تحمل کابل در برابر عبور جریان و افت ولتاژ مجاز، توجه خاص داشته باشیم.

  • جریان مجاز

جریان مجاز عبورى از کابل ها به گونه اى تعیین مى شود که در هر نقطه از کابل، حرارت تولید شده در هادى هاى آن به خوبى به محیط اطراف منتقل شود؛ به طوری که درجه ى حرارت عایق در سطح هادى کابل هاى پى.وى.سى از ۷۰ درجه سانتى گراد بیشتر نشود. میزان تحمل جریان کابل به شرایط محیطى آن، که در هواى آزاد و یا محیطى بسته باشد، بستگى دارد. هر چه میزان جریان عبورى از کابل بیش تر باشد، حرارت ایجاد شده در فضاى اطراف آن زیادتر خواهد بود و باید در نحوه ى قرار گرفتن کابل ها در کنار هم به آن توجه کرد.

جداول ۱ – ۲، میزان تحمل جریان کابل را (با سطح مقطع هاى مختلف در شرایط گوناگون) نشان مى دهد.

جدول ۲ – ۲  قابلیت بار مجاز سیم هاى مسى عایق دار و سطح مقطع هاى مربوط

جدول ۳ – ۲، جریان مجاز کابل هاى برق را، با توجه به قرارگیرى در خاک و یا هواى آزاد و هم چنین با توجه به تعداد رشته سیم هاى آن، نشان مى دهد.

جدول ۳ – ۲  جریان مجاز کابل هاى برق با ولتاژ اسمى KV

  • افت ولتاژ در کابل

در انتخاب کابل، علاوه بر جریان مجاز عبورى، طول کابل که متناسب با افت ولتاژ است نیز عامل تعیین کننده اى به شمار مى آید. در مصرف کننده هاى موتورى سه فازه افت ولتاژ نباید از ۳ درصد ولتاژ نامى تجاوز کند. یعنى در شبکه ى ایران حداکثر افت ولتاژ مجاز برابر خواهد شد با

V=٪∆V×V=٪۳×۳۸۰=۱۱/۴V

محاسبه ى سطح مقطع کابل ها: با توجه به تعداد مصرف کننده ها و نوع آ نها، می توانیم از تابلو اصلى، چندین انشعاب یا مسیر مجزا در نظر بگیریم و سر راه هر یک فیوز مناسبى قرار دهیم. لذا، براى هر مسیر و با توجه به توان مصرفى آن مسیر، مى توانیم سطح مقطع کابل مورد نظر را محاسبه کنیم. گفتنى است در انتخاب سطح مقطع استاندارد، همیشه باید مقطعى را انتخاب کنیم که از مقدار محاسبه شده بیش تر یا مساوى با آن باشد.

براى مصارف تک فازه:

براى مصرف کننده هاى سه فازه:

که در فرمول هاى فوق:

A= سطح مقطع کابل برحسب[mm]

I= جریان مصرف کننده [برحسب آمپر] (جریان خط در  مصرف کننده هاى سه فاز)

L= طول کابل [برحسب متر]

VL= ولتاژ خط [برحسب ولت]

%ΔV= درصد افت ولتاژ

κ= قابلیت هدایت مخصوص کابل بر حسب

مثال ۱: سطح مقطع کابل مصرف کننده تک فاز ۲۲۰ ولتى که فاصله اش از تابلو ۲۰ متر است و جریان ۱۵ آمپر را   با ضریب قدرت ۶/٠ پس فاز دریافت مى کند، در صورتى که  56 =κ و %ΔV = 2 محاسبه کنید.

مثال ۲: مى خواهیم جهت اتصال یک موتور سه فازه با جریان نامى ۲۰ آمپر و ضریب توان ٧۵/ ٠، که در فاصله ى ۵۰  مترى از تابلو قرار دارد، از یک کابل استفاده کنیم. سطح مقطع کابل را محاسبه کنید.   %ΔV =2 و 56 =κ

حل: چون شبکه ى برق سه فاز کشورمان ولتاژ خط آن ۳۸۰ ولت است بنابراین، 380= VL را قرار مى دهیم.

چون سطح مقطع به دست آمده جزو کابل هاى استاندارد نیست. بنابراین، اولین شماره ى کابلى را، که مقطع آن بیش تر از مقدار محاسبه شده است، انتخاب مى کنیم. در این مسئله، کابل نمره ى ۴ خواهد بود بنابراین، نوع کابل 4×4NYY انتخاب مى شود، که در جدول (۴ – ۴) سطح مقطع سیم هاى استاندارد آمده است.

4-سیم هاى برق

عمده ترین انواع سیم هاى عایق دار مورد استفاده در تأسیسات برقى و کارهاى ساختمانى را مى توان برابر استاندارد (VDE) به سه دسته ى کلى زیر تقسیم نمود.

۴-1  سیم هاى مفتولى

هادى این نوع سیم ها از مس استاندارد شده با پوششى از ماده ى پى.و ى.سى است. ولتاژ اسمى سیم، ۷۵۰/۴۵۰ ولت است و براى جریان هاى مختلف، با سطح مقطع هاى ۱ / ۵ تا mm۲۴۰،ساخته مى شود.

براى مصرف در تابلوهاى برق و تأسیساتى که به طور ثابت نصب مى شوند در نقاط خشک در داخل لوله، روى دیوار، داخل دیوار و خارج از آن با استفاده از مقره به کار مى رود. استفاده از این سیم در داخل دیوار، به طور مستقیم، مجاز نیست .(شکل ۷ – ۲)

۴-2  سیم هاى نیمه افشان

ساختمان این سیم مشابه سیم هاى مفتولى است.ولتاژ اسمى این سیم ۷۵۰/ ۴۵۰ ولت است و زمینه هاى کاربردى آن  مشابه سیم هاى مفتولى است (شکل ۸ – ۲). فقط در مواردى که نیاز به انعطاف بیش ترى نسبت به سیم هاى مفتولى است، از این سیم استفاده مى شود.

۴-3  سیم هاى افشان

ساختمان این نوع سیم مانند سیم هاى مفتولى و نیمه افشان است. ولتاژ اسمى آن ۵۰۰/۳۰۰ ولت است.قابلیت انعطاف این سیم نسبت به سیم هاى نیمه افشان بیش تر است (شکل ۹ – ۲).

5-نحوه ى استخراج اطلاعات از روى کابل ها

بر روى بدنه ى کابل ها از یک سرى حروف، که نشان دهنده ى نوع عایق به کار رفته در کابل است و هم چنین یک سرى اعداد، که نشان دهنده ى تعداد رشته و سطح مقطع هر رشته است (به همراه حروف اختصارى تعداد رشته و سطح مقطع، در کنار ولتاژ قابل تحمل عایق کابل)، استفاده می شود. از این اطلاعات براى تشخیص زمینه ى کاربرد کابل ها مى توان استفاده کرد.

با توجه به توضیحات فوق، ساختار کلى نوشتن اطلاعات روى کابل ها را به صورت زیر، مى توان بیان کرد:

براى بیان جنس هادى و عایق به کار رفته در کابل ها و هم چنین براى توضیحات بیش تر، از حروف اختصارى استفاده مى شود. در جدول ۴ – ۲ به چند نمونه ى آن ها اشاره شده است.

مثال ۱: کابل هاى زمینى(NYY)

این نوع کابل هاى برق، براى کابل کشى در زیرزمین، در آب، در کانال و محل هایى که احتمال ضربه ى مکانیکى نباشد، با ولتاژ اسمى کابل ۱۰۰۰/۶۰۰ولت مورد استفاده قرار مى گیرد. ساختمان این نوع کابل ها از رشته هاى هادى مسى نرم شده، که به وسیله ى پى. وى .سى. عایق و غلاف مى شوند، تشکیل شده است. مقطع هادى این نوع کابل ها گرد یا سه گوش است. سیم هاى عایق شده، پس از تابیدن براى گرد شدن مقطع در داخل ماده ى پرکننده، قرار مى گیرند. به دور کابل هاى داراى هادى سه گوش، نوار پلاستیکى پیچیده مى شود. شکل ۱۰ – ۲، سه نوع از این کابل ها را نشان مى دهد.

مثال ۲: کابل NKBA۳×۳۵sm۶/۱۰kv    

براى ولتاژ 6/۱۰kv با غلاف سربى، پوشش حفاظتى  داخلى، نوار حفاظتى فولادى، و غلاف خارجى پروتودور به رنگ مشکى و براى ولتاژهاى بالاتر به رنگ قرمز است. در ولتاژ پایین براى نصب داخل ساختمان ها و در کانال هایى که، در برابر آتش سوزى و سائیدگى حفاظت لازم دارند، به کار برده مى شوند. هم چنین براى دفن کردن در زمینى، که در آن مواد شیمیایى یا الکترولیتى وجود دارد، مورد استفاده قرار مى گیرد شکل(۱۱ – ۲).

شکل ۱۱ – ۲  کابل NKBA

دیدگاهتان را بنویسید

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