کابل قدرت و بررسی ساختار کابل برق در صنعت سیم و کابل
کابل قدرت
همانگونه که می دانید، استانداردهای متفاوتی در صنایع کابل سازی وجود دارد که هر شرکت محصولات خود را براساس آن ها و نیاز مشتریان خود تولید می نماید. از این رو شاید نتوان استاندارد واحدی برای تمامی شرکت های کابل سازی تعریف نمود.
لازم بذکر است، این استانداردها معمولا بر روی لایه نهایی کابل ها درج می شوند. (به عنوان مثال می توان به استاندارد IEC-60502-1 اشاره نمود.) از انواع این استانداردها می توان به موارد ذیل اشاره نمود :
- استاندارد IEC
- استاندارد VDE
- استاندارد BS
- استاندارد ASTM
- استاندارد ISIRI
مشخصات لایه های کابل های تولیدی
لایه های کابل ها معمولا براساس نیاز مشتری، نوع کاربرد کابل، سطح ولتاژ و … تغییر می یابند، از این رو نمی توان انتظار داشت، لایه هایی که در آینده به شرح آن ها می پردازیم در تمامی کابل ها به همین شکل و ترتیب مورد بهره برداری قرار گیرند. در ادامه بخش‌هایی از کابل که عموما در تولید کابل استفاده می‌شود مورد بررسی قرار می‌گیرد.
(علی رغم آن که ساختار کابل واحد نبوده و تنوع وسیعی دارد، در این مطلب سعی شده است تا به طورجامع تمامی سطوح کابل مورد بررسی دقیق قرار گیرد. امید است این کار باعث درک بهتر شما مخاطب عزیز از کابل و کاهش نیاز شما در جهت یافتن مطالبی از این دست در حوزه سیم و کابل گردد. )
https://fapool.ir/file/62930/?ref=sbargh.ir
مشخصات فنی کابل های قدرت، کنترل و ابزاردقیق
همانطور که پیش تر در بخش کدهای اختصاری کابل های قدرت، اشاره کردیم تنها لایه های خاصی از کابل جزء مشخصات فنی کابل بوده و برخی پارامتر های دیگر نظیر پرکننده ها ( فیلر – FILLER )، لایه زیرین ( بِدینگ – BEDDING ) و مواردی دیگر از این دست، جزء این مشخصات نبوده و تنها در ساخت کابل مورد استفاده قرار می گیرند.
از این رو گرچه در کدگذاری لایه های کابل به برخی از این موارد اشاره نمی شود، ما در این بخش علاوه بر لایه های اصلی کابل به این اجزاء و به علل استفاده از آن ها نیز می پردازیم.
( شایان ذکر است این مطلب بیشتر در مورد ساختار کابل قدرت و لایه های آن می باشد. سایر کابل ها نظیر کابل های کنترلی و ابزاردقیقی ساختاری ساده تری نسبت به کابل های قدرت دارند.
از این رو تنها چند لایه از لایه های کابل که در ادامه به آن می پردازیم معمولا در آن ها مورد استفاده قرار می گیرد. شرح دقیق ساختار آن کابل ها و مواد بکار رفته در آن ها شاید در قالب این مطلب نگنجد و در آینده بهتر به آن ها اشاره کنیم. )
بخش های سازنده کابل قدرت – اجزا تشکیل دهنده کابل
به طور کلی بخش های یک کابل قدرت و سایر انواع کابل های کنترلی و ابزار دقیقی به صورت زیر دسته بندی می شوند :
( از داخلی ترین سطح به نام هادی تا خارجی ترین سطح یعنی ژاکت – روکش کابل )
۱- هادی / Conductor
۲- اسکرین هادی / Conductor Screen
۳- عایق / Insulation
۴- اسکرین عایق / Insulation Screen
۵- پرکننده یا فیلر / Filler
۶- نوار نیمه‌هادی کاغذی
۷- شیت هادی یا شیلد (غلاف یا سپر رسانا) / Conductor Sheath or Shield
۸- لایه زیرین یا غلاف داخلی / Bedding or Inner Sheath
۹- آرمور یا زره / Armour
۱۰- شیت (غلاف) بیرونی یا ژاکت / Inner Sheath or Jacket
در ادامه هریک از موارد گفته شده در ساختار کابل ( لایه های کابل ) به تفکیک و به همراه شکل های گوناگون مورد بررسی بیشتر قرار خواهند گرفت.
۱- لایه اول – هادی (Conductor)
اصلی ترین بخش در ساختار کابل که مسئولیت هدایت جریان الکتریکی را برعهده دارد، هادی کابل می باشد. هادی معمولا از جنس مس یا آلومینیوم تابانده شده ( Stranded ) می باشد. که به اختصار به آن ها CU و AL می گویند. مس دارای وزن بیشتر ( در هر متر ) و هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به آلومینیوم می باشد.
وزن مخصوص مس : ۸٫۸۹ وزن مخصوص آلومینیوم : ۲٫۷۱
علاوه بر موارد یاد شده برای عبور یک جریان یکسان از کابل آلومینیوم، سطح مقطع کابل آلومینیوم باید در حدود ۱٫۶ برابر بیشتر از کابل مسی جهت عبور همان مقدار جریان باشد. موارد یاد شده باعث کاهش میزان قیمت کابل آلمینیومی نسبت به کابل مسی ( برای عبور یک جریان ثابت ) خواهد شد.
با این وجود به دلیل پاره ای از موارد، هنوز هم استفاده از کابل های مسی با اقبال بیشتری از سوی خریداران و صنایع همراه است.
(این مطلب در مورد خطوط فشار ضعیف می باشد. در خطوط انتقال و توزیع طیف نسبتا وسیعی از کابل ها را کابل های آلمینیومی تشکیل می دهند. )
رسانایی :
رسانایی آلومینیوم ۶۱ در صد رسانایی مس است.
چگالی :
چگالی آلومینیوم در حدود یک سوم چگالی مس است.
سطح مقطع :
برای رسانایی برابر، به آلومینیوم با سطح مقطع ۱٫۶ برابر مس نیاز است.
قیمت :
علارغم آنکه قیمت مس و آلومینیوم روزانه و باتوجه به تغییرات بورس فلزات لندن (LME) تغییر می یابد. در مورخ انتشار این مطلب به تاریخ ۱۵ دسامبر ۲۰۱۸ – معادل دوشنبه ۸ مهر ماه ۱۳۹۸ ، قیمت هر تن مس در بورس فلزات لندن برابر با ۵۷۱۴ دلار در برابر قیمت هر تن آلومینیوم به قیمت ۱۷۱۳ دلار می باشد.
موارد استفاده از آلومینیوم :
رساناهای آلومینیوم همراه رشته های فولادی ( نظیر کابل های هاینا، ACSR و … ) در خطوط هوایی کاربرد دارند. ( بیش از نیم قرن ) – خطوط زمینی فشار ضعیف ( استفاده کمتر نسبت به مس )
معایب استفاده از آلومینیوم :
۱- پوسته اکسیدی روی آن پس از مدتی ظاهر شده که از رسانایی آن بخصوص در نقاط اتصال می کاهد ( مفصل ها و سرکابل ها ) که به روش هایی برای زدایش آن ها می پردازند.
۲- توانایی کم در برابر تنش های وارده (به عنوان مثال در صورتی که کابل در فرایند کابل کشی با پیچ به جایی محکم شود، نقطه ای با مقاومت زیاد ایجاد شده که در اثر عبور جریان، کابل گرم شده و با گرم شدن بیش از حد سرانجام از هم گسیختگی هادی منجر می شود.)
۳- تجهیزات در سطح ولتاژ پایین بیشتر برای کابل های مسی طراحی شده اند به همین دلیل در عمل کابل های آلومینیومی بیشتر در مقاطع بالای ۵۰ میلی متر مربع مورد بهره برداری قرار می گیرند.
https://fapool.ir/file/55271/?ref=sbargh.ir
ACSR :
به اختصار یعنی Aluminium-conductor steel-reinforced (کابل با هادی آلومینیوم که با فولاد تقویت شده – فولاد در مرکز، آلومینیوم دور فولاد تابانده شده)
هاینا (Hyena) :
کابل ACSR با سطح نامی ۱۰۰ میلی متر مربع آلومینیوم ( سطح مقطع واقعی ۱۰۵ میلی متر آلومینیوم و نزدیک ۲۰ میلی متر مربع فولاد ) می باشد. این کابل در لغت به معنای کفتار است، شاید برای شما جالب باشد که بدانید در استاندارد BS 215 که مخصوص کابل های آلومینیومی است، هر سطح مقطع نامی از کابل های آلومینیوم با نام یک حیوان به عنوان کد، نام گذاری شده است، از این دست می توان به کابل های آلومینیوم DOG، WOLF، RABBIT، FOX و … که به ترتیب به معنی روباه، خرگوش، گرگ و سگ است اشاره نمود.
۲- لایه دوم – اسکرین هادی ( Conductor Screen)
اسکرین هادی یک نوار نیمه رسانا می باشد، که برای حفظ یک میدان الکتریکی یکنواخت و به حداقل رساندن تنش های الکترواستاتیک در کابل های MV و HV مورد استفاده قرار می گیرد.
( عموعا در ساختار کابل های فشار ضعیف کاربردی ندارد. ) با قرارگیری این لایه روی سطح هادی های استرند شده ( رشته های تابانده شده )، فضاهای خالی، بین قسمت هایی از کابل و عایق آن از بین رفته و در نتیجه، فضایی صاف و مسطح بین هادی و عایق ایجاد می گردد.
بدین وسیله میدان الکتریکی در این ناحیه به حالت یکنواخت در آمده و از جرقه های الکتریکی ناخواسته جلوگیری خواهد شد.
نیمه رسانا :
موادی هستند که خاصیتی بین مواد عایق و رسانا را دارند، این مواد در حالت طبیعی خاصیت عایقی دارند اما می توانند با افزایش مقداری ناخالصی به ان ها هدایت الکتریکی آن ها را افزایش داد، همچنین هدایت الکتریکی در این مواد با افزایش دما می تواند افزایش یابد.
LV :
ولتاژ پایین Low Voltage ( محدوده ولتاژ کمتر از ۱۰۰۰ ولت که شامل تاسیسات شهری با ولتاژ سه فاز ۶۰۰ و ۴۰۰ ولت و ولتاژ تک فاز خانگی ۲۲۰ ولت می شود.)
MV :
ولتاژ متوسط Medium Voltage ( محدوده ولتاژ ۱۰۰۰ ولت تا ۶۹ کیلو ولت که شامل خطوط توزیع ۱۱ کیلوولت، ۲۰ کیلوولت، ۳۳ کیلوولت و ۶۹ کیلو ولت می باشد. )
HV :
ولتاژ بالا High Voltage ( محدوده ولتاژی بین ۶۹ کیلوولت تا ۴۰۰ کیلوولت که شامل خطوط انتقال ۱۳۲ کیلولت، ۲۳۰ کیلوولت و ۴۰۰ کیلوولت می باشد.)
EHV :
ولتاژ بسیار بالا Extra High Voltage ( محدوده ولتاژ بین ۲۳۰ کیلوولت تا ۱۱۰۰ کیلوولت که به علت عدم وجود رنج آن در کشور، این رنج در ایران کاربرد ندارد.)
https://fapool.ir/file/53149/?ref=sbargh.ir
۳- لایه سوم – عایق (Insulation)
جهت ایزوله شدن هادی کابل و عدم انتقال جریان الکتریکی و نشتی آن، از مواد عایقی نظیر PVC و XLPE ( به طور معمول ) برای ناحیه عایقی در کابل استفاده می شود. PVC متداول ترین عایق در بین خریداران و تولید کنندگان کابل ( به خصوص در رنج ولتاژ های پایین ) می باشد. در مقال XLPE بیشتر در کابل های فشار متوسط و فشار قوی کاربرد دارد.
این عایق در قیاس با PVC ، مقاومت عایقی بالاتر، طول عمر بیشتر و قدرت تحمل درجه حرارت های بالاتر را دارد، همچنین به موارد فوق می توان، تحمل بیشتر در برابر مواد شیمیایی را اضافه نمود. اما از آنجایی که انعطاف پذیری (خم شدن) XLPE کمتر و قیمت بیشتری نسبت به PVC دارد، استفاده از آن در سطوح ولتاژ پایین (LV) با اقبال کمتری نسبت به PVC رو به رو می باشد.
این لایه به طور معمول در کابل های فشار ضعیف دومین لایه ( اولین لایه بعد از هادی ) در ساختار کابل خواهد بود.
PVC :
پی وی سی یا پلی وینیل کلراید، ترکیبی شیمیایی است که از افزودن کلر به اتیلن به دست می آید. (بسپاری با ساختار قطبی است)
XLPE :
پلی اتیلن کراس لینک یا بسپار اتیلن کراس لینک می باشد. به دلیل آن که در دمای بالاتر از ۷۰ درجه پلی اتیلن نرم می شود، مصرف آن محدود شده است.
با استفاده از فرآیند بسپار یا پختن ساختار ملوکول های خطی آن برهم زده شده و با تشکیل مولکول های بزرگ شبکه شبکه و در هم تنیده، ماده ای حاصل می شود که قدرت تحمل دمای آن تا ۹۰ درجه سانتی گراد نیز افزایش می یابد. این ماده که همانند بسپار پلی اتیل، بسپاری ناقطبی محسوب می شود. ویژگی های برجسته تری نسبت به PVC را دارا می باشد.
عایق های XLPE | کراس لینک پلیمر چیست؟
سایر مواد عایقی :
پلی اتیلن PE نیز ماده دیگری می باشد که در مواردی به عنوان عایق در کابل های قدرت از آن استفاده می گردد. سایر مواد از جمله کاغذهای روغنی، سیلیکون SILICONE، تی پی ای TPE رابر RUBBER، فایبرگلاس FIBER GLASS، مواد هالوژن فری HALOGEN FREE و … در سایر انواع کابل ها بیشتر ( کنترلی، ابزاردقیقی و … ) کاربرد دارند.
۴- لایه چهارم – اسکرین عایق (Insulation Screen)
جنس این عایق به مانند مورد گفته شده در بخش دو از جنس مواد نیمه رسانا بوده و عملکردی مشابه مورد گفته شده در بخش دو را دارد. (معمولا در ساختار کابل های ولتاژ متوسط MV و ولتاژ بالا HV از این لایه استفاده می گردد.) در کابلهایی که فاقد نوار نیمه‌هادی کاغذی هستند، این لایه به طور مستقیم با شیلد در ارتباط است. از سوی دیگر اگر کابل‌ها دارای نوار نیمه‌هادی کاغذی باشند، این اتصال از طریق نوار نیمه‌هادی برقرار می‌شود.
https://fapool.ir/file/50320/?ref=sbargh.ir
۵- لایه پنجم – فیلر یا پرکننده (Filler)
این بخش را نمی توان به عنوان یک لایه در ساختار کابل نام گذاری کرد اما با توجه به نام گذاری های قبلی و از آنجایی که معمولا استفاده از آن بعد از لایه های زیرین یاد شده در قبل است، در این بخش قرار گرفته است.
معمولا جهت یکنواخت کردن کابل های چند رشته (Multi Core) پس از قرار گیری چند رشته از سیم ها در کنار هم، برای فراهم کردن لایه ای یکنواخت روی آن ها ( جهت آسان شدن مراحل اضافه کردن سایر لایه ها روی مجموعه این هادی ها در کنار هم ) فضای خالی بین رشته سیم ها با مواد پلیمری نرمی به نام فیلر یا پرکننده پر می شود.
(به عنوان مثال جهت پر کردن فضای خالی بین رشته سیم های ۲٫۵×۱ در کابل ۲٫۵×۳ )
۶- لایه ششم – نیمه‌هادی کاغذی
این لایه از کابل ساختاری نوار مانند دارد. این نوار از جنس کاغذ موج دار یا الیاف بافته شده است و به دو دلیل در کابل های فشار متوسط و فشار قوی در ساختار کابل مورد مصرف قرار می‌گیرد: (معمولا در این سطوح در ساختار کابل از آن ها استفاده می گردد.)
۱- ایجاد اتصال الکتریکی هادی های شیلد به لایه اسکرین عایق
۲- حفاظت لایه اسکرین عایق از تماس مستقیم با رشته‌های اسکرین و جلوگیری از صدمه زدن سیم‌های شیلد به لایه اسکرین عایق مخصوصاً در زمان وقوع اتصال کوتاه ( در صورت وقوع اتصال کوتاه، جریان زیادی از لایه شیلد عبور می‌کند که در اثر عبور این جریان، لایه شیلد افزایش دمای چشمگیری خواهد داشت و در نتیجه احتمال فرورفتگی شیلد در لایه نیمه‌هادی افزایش می یابد).
نوار نیمه‌هادی کاغذی به صورت مارپیچ طور بر روی لایه نیمه هادی قبل از خود قرار می‌گیرد.
۷-لایه هفتم – شیت هادی یا شیلد (غلاف) ( Conductor Sheath or Shield)
غلاف یا سپر رسانا، که به علت تلفظ انگلیسی آن به شیلد یا شیت هادی معروف است، معمولا بصورت نواری از مس یا گاه آلیاژ سرب به عنوان سپری در برابر امواج الکترومغناطیس کابل تعبیه می گردد. علاوه بر مورد فوق، این لایه مسیری جهت عبور جریان های خطا و نشتی در کابل می باشد.
( شیلد در یک نقطه از دو سر کابل زمین می شود.)
شیلدهای سربی سنگین تر و عموما اتصال آن ها ( Termination ) دشوار تر از نمونه مسی می باشد، اما عموما ظرفیت جریان خطای بالاتری را دارند. این ناحیه بعضا با نام اسکرین فلزی یا Metallic screen نیز شناخته می شود.
https://fapool.ir/file/50813/?ref=sbargh.ir
علت استفاده از شیلد در کابل های کنترل و ابزاردقیق
(shield in instrument and control cables) :
همانطور که می دانید، در کابل های کنترلی، جریان کابل محدود و در بیشترین حالت معمولا در حد چند آمپر است، این کابل ها معمولا جهت نمایش و انتقال یک دیتا در نقطه ای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.
تغییراتی اندک در جریان این کابل ها می تواند موجب اختلال در دیتای انتقالی آن ها گردد. از این رو با قرار دادن لایه ای به اسم شیلد در ساختار آن ها، این کابل ها را از تاثیرات اعمالی به وسیله میدان های مغناطیسی ایجاد شده در اطراف آن ها ( که متعاقبا موجب ایجاد جریان القایی در این کابل ها می شود. ) مصون می دارند.
موارد ایجاد کننده این میدان می تواند خواه کابل قدرتی باشد که در نزدیکی این کابل ها قرار دارد. خواه یک موتور الکتریکی در کنار آن ها ( تاثیر میدان های کابل های درون موتور ) و یا یک نویز از سایر دستگاه ها و فرستنده های مجاور (شیلد در ساختار این کابل ها معمولا در دو نقطه ابتدا و انتهای کابل، جهت انتقال جریان های ایجاد شده بر روی این لایه به زمین وصل می شود)
مراحل تبدیل رزین PVC به گرانول پی وی سی
علت استفاده از شیلد در کابل های قدرت یا پاور
(shield in power cables) :
بحث شیلد یا غلاف در کابل های قدرت کمی متفاوت است. علاوه بر مواردی که در کابل های ابزاردقیق و کنترل گفته شد، این لایه در ساختار کابل جهت تحمل شرایط جریان اتصال کوتاه نیز به کار می رود. به تعبیری دیگر، این لایه در ساختار کابل های قدرت در واقع سیستم حفاظتی زمین (نقش ارتینگ در ساختار کابل) کابل را تشکیل می دهد .
به تعبیر ساده تر استفاده از شیلد یا غلاف در ساختار کابل قدرت را می توان معمولا به بخش های زیر خلاصه نمود :
-محافظت از کابل در برابر نویز ها و میدان های مغناطیسی خارجی و سایر کابل های مجاور و بالطبع محافظت از کابل های مجاور در برابر اثرات سو و نویز های ایجاد شده توسط خود کابل (معمولا در سطح ولتاژ پایین LV)
-محافظت از کابل های مجاور از اثرات مغناطیسی ایجاد شده توسط کابل (معمولا در سطح ولتاژ متوسط MV و ولتاژ بالا HV)
-محافظت از افراد و تجهیزات نزدیک به کابل در شرایط خطا و خرابی – ارتینگ (معمولا در سطح ولتاژ متوسط MV و ولتاژ بالا HV)
-محافظت از کابل در برابر نفوذ آب (جنس شیلدر در این حالت معمولا از جنس سرب یا آلیاژهای آن است – استفاده در محیط هایی که احتمال نفوذ آب در کابل وجود دارد.)
https://fapool.ir/file/51570/?ref=sbargh.ir
لایه ها در ساختار کابل ۲۰ کیلوولت بالا به ترتیب به شرح ذیل می باشند :
۱- هادی کابل ( مس – cu )
۲- نیمه هادی رسانا (بین رسانا و عایق بوده و در تصویر به وضوح مشخص نیست.)
۳- عایق کابل ( از جنس XLPE – نسبت به PVC شفاف تر است )
۴- نیمه هادی عایق
۵- نیمه هادی کاغذی
۶- شیلد مسی (نواز مسی بدون مفتول – در تولیدات جدید معمولا از هر دو استفاده می شود.)
۷- بدینگ (Bedding)
۸- آرمور یا زره (Armour)
۹- نوار PP یا PET یا مایلار (جهت نگهداری لایه های زره)
۱۰- ژاکت یا شیت بیرونی (PVC- رنگ قرمز جهت نشان دادن کابل MV به کار رفته است.)
تقریبا در این کابل از تمامی لایه ها استفاده شده است (به علت تک رشته بودن فیلر بکار نرفته است.)
اطلاعات تکمیلی
کابل کنترل و ابزاردقیق :
دسته ای از کابل ها هستند که برای انتقال دیتا به کار می روند. جریان عبوری از آن ها د بیشترین حالت در حد چند آمپر و سطح مقاطعی بسیار کوچک در قیاس با کابل های قدرت دارند، (معمولا هر رشته از آن ها کمتر از ۱ میلی متر مربع است)، حساسیت زیادی به نویز و میدان های مغناطیسی اطراف دارند، این کابل ها برخلاف کابل های قدرت می توانند از یک یا دو رشته تا ۷۰ ، ۸۰ رشته نیز باشند ( بسته به نیاز و محاسبات )، ولتاژ اسمی آن ها معمولا در محدوده کمتر از ۱۰۰۰ ولت می باشد
کابل قدرت یا پاور :
دسته ای از کابل ها که برای انتقال جریان به کار می روند. سطح مقاطع آن ها از ۰٫۵ میلی متر مربع تا ۵۰۰ میلی متر مربع نیز می باشد. حساسیت کمی به نویز دارند، ولتاژ اسمی آن ها از ۲۳۰ ولت تا چند صد کیلوولت را در برمی گیرد.
https://fapool.ir/file/50088/?ref=sbargh.ir
انواع شیلد :
شیلد در کابل های کنترل و ابزاردقیقی معمولا از جنس برید BRAID (بافته شده ) و فویل (FOIL) و در کابل های قدرت معمولا از جنس مفتول مس همراه با شیت مس یا لایه های سرب و آلمینیومی می باشد. مواد از جنس های دیگری نیز برای شیلد استفاده می گردند که شاید در مطلبی دیگر به آن ها بپردازیم.
– در زمانی که شیلد ما از جنس مس است، این لایه معمولا از مفتول های مسی تابانده شده (وایر WIRE – به قطر حداقل ۰٫۵ میلی متر ) به همراه یک لایه نواری مسی تابانده شده دور این لایه مفتولی ( با ضخامت حدودی ۰٫۱ میلیمتر می باشد. ) تشکیل شده است.
(این لایه جهت همبندی و ایجاد اتصال کامل الکتریکی بین وایرهای شیلد در طول کابل می باشد.) البته بسته به سفارش مشتری می توان تنها از لایه نواری در این بخش استفاده نمود.
– از شیلد در سایر کابل ها از جمله کابل های اعلام حریق / اعلان حریق، کابل میکروفون، کایب اتوماسیون و سایر کابل های آنالوگ و دیجیتال در مدارهای کنترل و فرمان نیز استفاده می گردد.
شیلد در ساختار کابل های قدرت :
این لایه معمولا در سطوح ولتاژی ولتاژ متوسط MV و ولتاژ بالا HV مورد استفاده قرار می گیرند. اما چرا ؟ فرض کنید در یک کابل دفنی بدلیل نقص مکانیکی و یا خراب شدن عایق کابل در شرایط خاص، هادی کابل با لایه های بعدی در ارتباط قرار گیرد.
ژاکت (روکش) کابل معمولا نقش هم بندی سایر لایه ها و نقش آخرین محافظ کابل در برابر گرد و غبار، باران و سایر شرایط محیطی را دارد. ضخامت این لایه برخلاف عایق کابل تقریبا در سطوح ولتاژی مختلف تغییر نمی کند و متناسب با افزایش ولتاژ بزرگ نمی شود.
ضخامت روکش
( به طور مثال در سطح ولتاژ پایین LV ضخامت ژاکت تقریبا نزدیک به عایق است، در حالی که در سطح ولتاژ متوسط MV علارغم حداقل دو برابر شدن ضخامت عایق، ضخامت این لایه نسبت به سطح ولتاژ پایین LV تغییر محسوسی نکرده است. )
حال در این شرایط اختلاف ولتاژ زیادی بین هادی و سطح بیرون کابل (زمین) شکل می گیرد (در زمان خرابی عایق و اتصال سیم به لایه های بعدی) و از آن جایی که ضخامت ژاکت مانند عایق اصلی بالا نیست قدرت تحمل این اختلاف ولتاژ را نداشته و شکسته خواهد شد.
این اتفاق موجب جریان نشتی و ایجاد شرایط خطرناک ولتاژی در نقطه حادثه خواهد شد. از این رو برای محافظت از تجهیزات و انسان ها در اطراف کابل های ولتاژ متوسط MV و ولتاژ بالا HV از لایه ای به نام شیلد استفاده می کنند.
گاز صنعتی پروپان برای انجام آزمون انتشار شعله سیم و کابل
این لایه در ساختار کابل های قدرت نقش انتقال دهنده جریان های نشتی ایجاد شده و سایر جریان های القایی، که در اثر میدان مغناطیسی در اطراف کابل ایجاد شده اند (که بر اثر ولتاژ بالای آن ایجاد شده اند.) را بر عهده دارد. (انتقال به زمین) معمولا یک سر شیلد را زمین می کنند تا این جریان ها علی رغم ایجاد تلفات انرژی و گرمایی به زمین منتقل شوند.
مدارهای ولتاژ بالا
در مدارهای ولتاژ بالا که دارای طول زیادی هستند برای ایجاد یک سطح هم پتانسیل که ولتاژی نزدیک به زمین ( صفر فرضی ) دارند، چند نقطه از شیلد کابل را زمین می کنند ( معمولا دو نقطه در دو سر کابل ) در غیر اینصورت به دلیل مقاومت کابل در طول بالا، جریان کشی در طول شیلد و قانون ساده V=IR، در نقطه خطای ایجاد شده ولتاژ دیگر برابر صفر تقریبی نخواهد بود و باز ممکن است شاهد پدیده شکست عایقی و سایر پدیده های اتفاقی بعد از آن باشیم.
جلوگیری از تاثیر میدان های مغناطیسی
-یکی از دلایل دیگر استفاده از شیلد در ساختار کابل های MV , HV، جلوگیری از تاثیر میدان های مغناطیسی ایجادی توسط این کابل ها بر روی سایر کابل ها و تجهیزات اندازه گیری نزدیک به آن ها می باشد.
-یکی از دلایل دیگر استفاده از شیلد فلزی در کابل ها، عدم نفوذ رطوبت (در مناطق مستعد) به لایه های داخلی کابل می باشد. (معمولا شیلدهای سربی و آلیاژ های سرب) در این حالت معمولا فلز مورد نظر مانند یک کاغذ دور کابل قرار گرفته، سپس از دو طرف به طور گرد خم شده و مرز دو صفحه به هم جوش می خورد تا هیچ گونه نفوذ پذیری در کابل ایجاد نگردد.
https://fapool.ir/file/69507/?ref=sbargh.ir
-در سطح ولتاژ پایین LV معمولا هنگامی که از VFD یا اینورتر برای تغییر دور موتور استفاده می کنیم ( موتورهایی با قابلیت تغییر دور ) برای جلوگیری از تاثیر نویز ایجاد شده توسط سایر کابل های مجاور ( در سینی، لدر، ترنچ و یا کابل های دفنی کناری و … ) معمولا بنا به توصیه سازنده VFD و INVERTER بهتر است از کابل های شیلد دار استفاده شود.
شایان ذکر است میدان های مغناطسی کابل های کناری می تواند در شکل موج ولتاژ و جریان انتقالی کابل موتور دور متغیر، اختلال ایجاد کرده و در نتیجه مشکلاتی را برای موتور ایجاد نمایند. (این کار متعاقبا باعث کاهش تاثیرات ایجادی در این کابل بر روی سایر کابل های مجاور نیز می گردد.)
VFD :
به معنی درایو فرکانس متغیر VARIABLE FREQUENCY DRIVE می باشد. این درایو با تغییر فرکانس برق (ایران = ۵۰ هرتز) دور نامی موتور را تغییر می دهد.
۸- لایه هشتم – لایه زیرین (Bedding or Inner Sheath)
این لایه معمولا از جنس مواد ترموپلاستیک (مثل PVC) و یا ترموستینگ ها (مثل CSP) می باشد. بدینگ جهت باندل کردن لایه های قبل از خود (یکپارچه نگه داشتن) و فراهم کردن بستری مناسب برای قرارگیری زره ها (آرمور یا Armour) روی لایه شیت هادی (غلاف) یا شیلد (Conductor sheath or shield) می باشد.
(البته گاهی نیز قبل از لایه شیلد به کار می رود.) از دیگر کاربردهای این لایه می توان به حفاظت لایه زیر خود (شیت یا غلاف، عایق و …) در برابر خوردگی و هچنین حفاظت آن لایه (شیت یا غلاف، عایق و …) از آسیب های مکانیکی آرمور و یا شیلد نام برد. جنس این لایه معمولا با جنس لایه نهایی (ژاکت) یکسان است.
شایان ذکر است در برخی مواقع بر اثر نیاز به محافظت از لایه های قبل ممکن است حتی دو لایه بدینگ در کابل مورد استفاده قرار می گیرد. (به عنوان مثال یک لایه برای حفاظت در برابر آرمور و لایه دیگر برای حفاطت در برابر شیلد. نمونه کابل CU/XLPE/Bd/Lsh/Bd/SWA/PVC در سطح ولتاژ پایین LV : هادی کابل یاد شده از نوع مس – عایق آن XLPE – لایه سوم : بدینگ – شیلد سربی – لایه پنجم بدینگ – آرمور از جنس سیم گالوانیزه فولادی – ژاکت از جنس PVC)
https://fapool.ir/file/66748/?ref=sbargh.ir
۹- لایه نهم – زره یا آرمور (Armour)
این بخش از کابل جهت حفاظت مکانیکی بخش های زیرین به هم پیوسته در کابل می باشد. به عنوان مثال در کابل های زیر زمینی که احتمال برخورد بیل های مکانیکی، پیکور و … با آن ها بیشتر است (در حین عملیات راه سازی، شهرسازی و عمرانی)، برای حفاظت بیشتر از کابل ها از کابل های زره دار استفاده می شود.
شاید باز هم با این کار روکش اولیه کابل آسیب ببیند، اما نیروهای تاسیساتی با مشاهده مقاومت زمین یا دیدن رشته های آرمور خارج شده بر اثر برخورد بیل یا پیکور از محل بهره برداری، از ادامه فعالیت جلوگیری کرده و جهت ترمیم کابل مورد نظر اقدام نمایند. با این کار احتمال قطعی برق در خطوط مورد نظر بر اثر صدمات مکانیکی به حداقل مقدار خود می رسد.
مسیر از نقشه های تاسیات
(هرچند که هر تیم باید قبل از بهره برداری، یک مسیر از نقشه های تاسیات، برق، لوله ها و کابل های عبوری از محل مورد نظر را مورد بازبینی قرار داده تا از نبود تقاطع در آن محل، اطمینان حاصل نماید.)
در بیشتر مواقع جهت این کار از سیم فولادی و یا تابانده شده (Stranded) استفاده می شود. در مواردی که معمولا آرمور از جنس استیل (فولاد یا steel) اجازه استفاده نداشته و یا محدود شده باشد، از فسفر، برنز، مس قلع اندود و یا مواردی دیگر در ساختار کابل استفاده خواهد شد.
اطلاعات تکمیلی
انواع آرموز یا زره را می توان به سه دسته زیر تقسیم نمود :
- آرمورهای سیمی (Wire Armour)
- آرمورهای نواری (Tape Armour)
- آرمورهای تخت (Flat Armour)
الف ) آرمورهای سیمی (Wire Armour) به دو گروه کلی زیر تقسیم می شوند :
SWA :
به معنی Steel Wire Armour ( آرمور با سیم فولادی – گالوانیزه )
AWA :
به معنی Aluminium Wire Armour ( آرمور با سیم آلومینیومی )
SWA در کابل های مولتی کور ( چند رشته یا Multi Core ) و AWA در کابل های تک رشته ( سینگل کور یا Single Core ) در ساختار کابل مورد بهره برداری قرار می گیرند
ب ) آرمورهای نواری (Tape Armour) معمولا از جنس آلمینیوم یا فولاد تولید می شوند.
ج ) آرمورهای تخت (Flat Armour) به دو گروه کلی زیر تقسیم می شوند :
- آلومینیوم (Aluminium) : در کابل یک رشته مورد استفاده قرار می گیرد.
- گالوانیزه (Galvanized steel) : در کابل یک رشته به بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
نکته : از آرمورهای وایر یا سیمی (Wire Armour) معمولا در محیط های صنعتی که احتمال برخورد ماشین آلات عمرانی وجود دارد استفاده می شود، در حالی که آرمورهای نواری یا تِیپ آرمور ها (Tape Armour) معمولا جهت محافظت کابل در برابر جوندگان ( نظیر موش ) در ساختار کابل مورد استفاده قرار می گیرند.
https://fapool.ir/file/62930/?ref=sbargh.ir
۱۰- لایه دهم – شیت بیرونی یا ژاکت (Outer Sheath or Jacket)
این لایه که لایه نهایی کابل و معمولا از جنس ترکیبات PVC یا CSP می باشد، جهت حفاظت مکانیکی، حفاظت در برابر آب و هوا (گرما، بارندگی) و حفاظت شیمیایی و الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. در این لایه معمولا از جنس مورد استفاده شده در لایه زیرین ( Bedding ) در ساختار کابل، استفاده می شود. ( جنس این دو لایه در ساختار کابل معمولا یکسان است. )
اطلاعات تکمیلی
۱- این لایه همان لایه ای است که در کدگذاری کابل معمولا حرف آخر بوده با Y نشان داده می شود. ( به عنوان مثال Y آخر در NYY یا N2XY به معنای کابل با ژاکت و یا روکش خارجی PVC در لایه اخر است،N نشان دهنده استاندارد DIN آلمان، Y و ۲X (در وسط) نیز به ترتیب نشان دهنده روکش PVC و XLPE در لایه عایقی (لایه دوم) می باشند.)
۲- این لایه همان لایه ای در بخش های کابل است که تولید کنندگان کابل، اسم شرکت، علائم تجاری، استاندارد و متراژ کابل خود را روی آن درج می کنند
مشخصات روی کابل
۳- متراژ کابل روی شیت به طور معمول در هر ۱ متر یکبار به همراه سایر مشخصات روی کابل درج می شود. این کار باعث راحت تر شدن برش کابل ( کاتینگ Cutting ) می شود. ( بطور معمول شماره ها از ۱ شروع شده و تا متراژ کل قرقره و یا حلقه سیم، یک متر یک متر بالا می رود، تا به پایان رسد. در صورت بسته شدن کابل روی قرقره این اعداد به احتمال زیاد روی نِیم پلیت یا پلاک اسمی ( Name plate ) قرقره یا درام (DRUM) درج شده است.
۴- در صورت استفاده از حلقه در سایز های پایین (حلقه های بسته بندی شده)، متراژ معمولا ۱۰۰ متر بوده که اعداد ۱ تا ۱۰۰ ( هر یک متر یک بار ) روی سیم یا کابل درج می شوند
تا اینجا، لایه‌های پرکاربرد در ساختار کابل ها مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، لایه‌های دیگری که در صورت نیاز می‌توان در ساختار لایه های کابل از آن ها استفاده کرد، مورد بررسی قرار می‌گیرد.
https://fapool.ir/file/58783/?ref=sbargh.ir
نوار میکا
این نوار در کابل‌های مقاوم در برابر آتش مورد استفاده قرار می‌گیرد و در زمان آتش‌سوزی توانایی جلوگیری از قطعی مدار الکتریکی یا اتصال رشته‌های کابل به یکدیگر، تا دمای ۸۵۰ درجه سانتیگراد را دارد. محل قرارگیری این لایه، مابین هادی و نوار اسکرین هادی است.
شایان ذکر است در برخی حالات که فقط نیاز دارند تحمل حرارتی کابل کمی بالاتر از حالت عادی باشد و توانایی قطع مدار اهمیت بالایی ندارد. می توان به جای رشته های مس از مس قلع اندود در ساختار کابل استفاده نمود.
کابل دیتای LIYCY نمونه ای از این کابل ها می باشد. ( LI : مس قلع اندود، Y : عایق پی وی سی، C : شیلد برید مسی، Y : ژاکت پی وی سی )
نوار مایلار ( نوار PP، نوار PET)
استفاده از این نوار، به غیر از کابل‌های ابزار دقیق، در ساختار کابل اجباری نبوده و تنها به منظور بالا بردن کیفیت شکل ظاهری کابل از این لایه استفاده می گردد. درواقع استفاده از این نوار به نوع مراحل کابل‌سازی وابسته است.
از مصارف این نوارها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
۱- پس از تابیده شدن عایق‌های کابل سکتور (کابلهایی با هادی‌های دارای سطح مقطع مثلثی – به منظور بهره‌وری بیشتر از فضا)، جهت نگه داشتن عایق‌ها در کنار یکدیگر از یک یا چند نوار مایلار استفاده می‌شود.
۲- به منظور جلوگیری از فرورفتگی سیم‌های شیلد یا آرمور در مرحله بعد از اکسترود شدن (فرآیند آب شدن مایع عایقی به صورت خمیری دور کابل) استفاده می‌شود. این نوار همچنین باعث حفظ کردن سطح مقطع دایره ای کابل نیز می‌شود.
۳- استفاده از این نوارها در کابل‌های ابزار دقیق جهت شکل‌گیری مناسب رشته‌های بهم تابیده شده و همچنین یک حفاظ خوب به عنوان نگهدارنده کابل‌ها در کنار هم می‌باشد. در یک کلام و به طور خلاصه این نوار هیچ کاربرد خاصی به جز هم بندی لایه های زیر خود و ایجاد یک شکل دایره ای در ساختار کابل را ندارد.
https://fapool.ir/file/53421/?ref=sbargh.ir
سخن آخر
در این مطلب سعی شد تا در عین سادگی و عدم خروج زیاد از حد از موضوع اصلی، ساختار کابل ها و به ویژه ساختار کابل قدرت مورد بررسی قرار گیرد. لایه های موجود در کابل ممکن است گاهی بیش از موارد یاد شده باشد، اما سعی شد تا در این مطلب به بیشتر موارد اصلی مورد نیاز برای شما مخاطبین عزیز اشاره شود.
https://fapool.ir/file/53002/?ref=sbargh.ir
https://fapool.ir/file/53009/?ref=sbargh.ir
https://fapool.ir/file/41634/?ref=sbargh.ir
