مقاله - سیم و کابل

[irantarh]

سیم یا کابل عبارت است از یک هادی یا همان رسانا که قابلیت عبور جریان برق را داشته و دارای موادی برروی آن به عنوان عایق می باشد. ولتاژ بین سطح عایق و زمین صفر بوده و ولتاژ سطح هادی نسبت به زمین برابر با ولتاژ فازی است.
به بیان دیگر کابل به یک یا چند سیم به هم پیچیده شده گفته می شود. به عنوان مثال یک کابل نوری چند فیبر نوری است که در یک پوشش برای محافظت قرار گرفته اند.
به صورت كلی، بخش های مختلف سیم و كابل از قسمت هایی همچون هادی (از جنس مس، آلومینیم و یا مس قلع اندود)، عایق، حفاظ، زره فلزی، روكش جداكننده، پوشش میانی و روكش نهایی تشکیل شده است.

ساختمان کابل ها:
کابل ها بسته به نوع کاربردشان تنوع بسیار زیادی دارند. کابل های مورد استفاده در کاربردهای مخابراتی و شبکه از نظر ساختمان و اجزای تشکیل دهنده با کابل های قدرت موجود در صنعت برق تفاوت های زیادی دارند. در حالت کلی سیم و کابل دارای دو بخش اصلی هادی و عایق می باشد که باعث تقسیم بندی های مختلف کابل ها می شود.
رایج ترین عایقی که در سیم و كابل استفاده می شود PVC (پلی وینیل کلراید) است. P.V.C. دارای مزایای زیادی می باشد که از جمله آن می توان به منعطف بودن، ضد اشتعال بودن، قیمت مناسب، سادگی تولید و انبوه آن ها اشاره کرد. یکی دیگر از عایق های مورد استفاده در سیم و کابل ها PET (پلی اتیلن) است که مشتعل بوده و در کاربردهای خاص استفاده می شود. نوعی دیگر از عایق ها پلاستیکی هستند که به طور گسترده کاربردی ندارند.

قسمت های مختلف یک کابل:
1. هادی: بخشی از سیم و كابل كه وظیفه هدایت جریان برق را بر عهده دارد.
2. عایق: در واقع بخشی از كابل ها هستند كه مانع هدایت جریان برق می شوند.
3. حفاظ: لایه ای است فلزی یا غیرفلزی كه وظیفه كنترل میدان الكتریكی را در سیم و كابل بر عهده دارد.
4. زره فلزی: لایه ای است كه وظیفه محافظت از كابل را در برابر صدمات مكانیکی بر عهده دارد.
5. روكش جداكننده: لایه ای است برای جلوگیری از اثرات سوء بین دو لایه فلزی در كابل كه دارای جنس متفاوت باشند.
کابل های قدرت را می توان با توجه جنس عایق و شیوه حفاظتی آن ها به 4 گروه زیر تقسیم کرد:
الف) كابل های فشار ضعیف دارای استحکام عایقی 1000 ولت
ب) كابل های فشار متوسط دارای استحکام عایقی 3300 تا 45000 ولت
ج) كابل های فشار قوی دارای استحكام عایقی 60000 تا 90000 ولت
د) كابل های فشار خیلی قوی كه دارای قدرت و استحكام عایقی از 110 كیلو ولت تا 380 كیلو ولت می باشد.
قبل از استفاده از سیم یا کابل باید به میزان استحکام عایقی و حرارتی که در کابل ایجاد می شود توجه کنیم. زیرا کابل مورد استفاده تا میزان قدرت عایقی مورد نظر کارایی دارد و در حالت بیشتر از آن کاربرد صحیحی نخواهد داشت.


معرفی کابل های چند رشته:
برای معرفی سیم ها و کابل های مختلف یک عدد در نظر می گیریم. اولین عدد از سمت چپ در سایز هر کابل نمایشگر تعداد رشته سیم داخل آن می‌باشد. در زیر برخی از کابل های چند رشته را معرفی می کنیم:
کابل دو رشته: جریان الکتریکی تک فاز بدون سیم ارت
کابل سه رشته: جریان الکتریکی تک فاز به همراه سیم ارت
کابل چهار رشته: جریان الکتریکی سه فاز بدون سیم ارت
کابل پنج رشته: جریان الکتریکی سه فاز به همراه سیم ارت


افت ولتاژ در کابل:
یکی دیگر از عوامل مهم در تعیین نوع سیم و كابل مورد استفاده در کاربردهای مورد نظر مسئله افت ولتاژ در کابل ها می باشد. بنابراین در کنار عامل جریان مجاز عبوری، طول کابل که متناسب با افت ولتاژ در آن می باشد نیز بسیار حائز اهمیت است.

با افزایش استفاده از انرژی الکتریکی، ولتاژهای خط انتقال نیز رو به افزایش است. به منظور انتقال توان به مسافت های دور و بین کشورها، نیاز به سیم ها و کابل های فشار قوی داریم تا بتواند در استفاده های شهری یا زیرزمینی و دریایی به کار رود. امروزه ولتاژهای قابل تحمل کابل ها تا 500 کیلو ولت نیز رسیده است.
کابل های polymer-insulated یا (PE) شامل یک هادی فلزی با مقاومت کم است که توسط عایقی از جنس پلیمر پوشیده شده است. وظیفه این عایق جداسازی هادی از یکدیگر و اطرافشان می باشد. یک غلاف (sheath یا jacket) نیز از سیم و كابل در برابر محیط محافظت می کند. اجزای دیگری هم می تواند در این کابل ها به کار رود که شامل لایه نیمه هادی، سیم تقویت کننده و لایه ممانعت از آب می باشد.
اگر چه ساختارهای متفاوتی برای سیم و كابل های فشارقوی در بازار موجود است اما همه آن ها شامل سه قسمت مهم می باشند که عبارت است از:
1. هادی
2. شیلد نیمه هادی
3. عایق
در زیر توضیح مختصری راجع به هادی های مورد استفاده در کابل های فشار قوی می آوریم:
هادی ها:
هادی ها سیم هایی از جنس مس یا آلومینیوم هستند که هم به صورت مفتولی و هم به صورت افشان مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از هادی های افشان به دلیل بالابردن انعطاف پذیری سیم و کابل می باشد. در این نوع هادی ها آب به راحتی می تواند در داخل فضاهای میان رشته ها نفوذ کند. برای جلوگیری از این کار می توان از پلاستیک های جذب کننده آب درون رشته ها استفاده کرد. اما روش دیگر برای رفع این مشکل استفاده از هادی های مفتولی بوده که هیچ فضایی برای نفوذ آب نخواهد داشت. سیم های مفتولی در دو نوع مسی و آلومینیومی می باشد. استانداردهای آمریکا هادی های آلومینیومی را نمی پذیرند اما در اروپا استفاده از آن ها استاندارد است. سیم و كابل های فشار قوی می توانند دارای چند هسته (Core) نیز باشند.

کابل خودنگهدار:
سیم و كابل های خود نگهدار هوایی به منظور جلوگیری از استفاده غیر مجاز برق و ساماندهی و بهینه سازی شبكه توزیع فشار ضعیف مورد استفاده قرار می گیرد. این کابل ها برای مناطقی که امکان استفاده از کابل های زیر زمینی فراهم نباشد راه حل بسیار خوبی بوده و همچنین باعث جلوگیری از استفاده غیر مجاز برق می شود.
سابقه بكارگیری كابل های خودنگهدار هوایی:
این نوع كابل ها برای اولین بار در سال 1955 در كشور فرانسه برای جایگزینی در شبكه های فشار ضعیف با هادی سیمی مورد استفاده قرار گرفت و به دلیل مزایای متعدد جایگاه كاربری مناسبی یافتند. سابقه بكارگیری این نوع سیم و كابل در ایران چندان طولانی نیست و تعداد معدودی از شركت های توزیع اقدام به استفاده از این نوع سیم و كابل ها كرده اند.
عایق این نوع كابل ها از نوع مواد ترموپلاستیك و یا الاستومریك می باشد كه عمدتا به دو نوع پلی وینیل كلراید PVC یا كراس لینك پلی اتیلن XLPE تقسیم می شوند.
كابل های خودنگهدار با هر دو نوع عایق ذكر شده ساخته شده و مورد استفاده قرار می گیرند ولی به مرور XLPE به دلیل خصوصیات و قابلیت های بهتر جایگاه مناسبی یافته است. XLPE در برابر عواملی كه در زیر گفته شده است مقاومت بهتری دارد:
1- اشعه ماورا بنفش
2- محرك های شیمیایی (اسید، اوزون، نمك)
3- اصطكاك و شوك های مكانیكی
4- تنش های مكانیكی و الكتریكی در حرارت بالا و رنج دمایی 90 + و 25 - درجه سانتیگراد
مزایای استفاده از کابلهای فشار ضعیف خودنگهدار:
1- بهبود وضعیت بهره برداری بدلیل اینكه اتفاقات كمتری در كابل های هوایی ایجاد می شود و این كابل ها در برابر اشیاء خارجی بسیار مطمئن تر عمل می كنند.
2- كاهش هزینه شاخه زنی در مناطق مشجر
3- كاهش تلفات با از بین رفتن جریان نشتی درختان و كاهش خطر آتش سوزی در مناطق مشجر و بوته زارها
4- آزادی عمل بیشتر در طراحی خطوط بدلیل فاصله حریم كوتاه كابل های خودنگهدار
5- افزایش قابلیت اطمینان شبكه در برابر برف و اتفاقات ناشی از برخورد اشیا ءخارجی
6- امكان نصب خط جدید كابل خودنگهدار در كنار خط قبلی بر روی یك تیر
7- امكان نصب كابل خود نگهدار فشار ضعیف بر روی پایه های موجود خطوط 20 کیلوولت
8- امكان نصب خطوط تلفن و فیبر نوری روی یك پایه مشترك با حفظ حریم 0.5 متر
9- راحت تر بودن ترمیم تیر شكستگی در خطوط كابلی خودنگهدار در قیاس با خطوط هوایی معمولی
10- امكان زیباسازی شهری با مخفی كردن كابل خود نگهدار از انظار عموم با عبور دادن كابلها از روی دیوار و یا مخفی كردن آن در كانال های خاص
11- ایزوله بودن نسبت به خوردگی و در نتیجه كاهش پارگی خطوط فشار ضعیف
12- كاهش انرژی توزیع نشده به مقدار قابل ملاحظه
13- كاهش میزان استراق برق
14- تفاوت هزینه اندك و قابل جبران
نتیجه گیری:
با توجه به توضیحات و مزایایی که در بالا گفته شد نتیجه می گیریم استفاده از این سیم و كابل ها باعث کاهش اتفاقات و سوانح فشار ضعیف و استراق برق شده؛ علاوه بر این تفاوت بهای استفاده از خطوط فشار ضعیف سیمی و کابلی خود نگهدار ناچیز می باشد.