مقاله – سیم و کابل

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 کلی، بخش های مختلف سیم و کابل از قسمت هایی همچون هادی (از جنس مس، آلومینیم و یا مس قلع اندود)، عایق، حفاظ، زره فلزی، روکش جداکننده، پوشش میانی و روکش 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 کابل 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:
۱٫ هادی: بخشی از سیم و کابل که وظیفه هدایت جریان برق را بر عهده دارد.
۲٫ عایق: در واقع بخشی از کابل ها هستند که مانع هدایت جریان برق می شوند.
۳٫ حفاظ: لایه ای است فلزی یا غیرفلزی که وظیفه کنترل میدان الکتریکی را در سیم و کابل بر عهده دارد.
۴٫ زره فلزی: لایه ای است که وظیفه محافظت از کابل را در برابر صدمات مکانیکی بر عهده دارد.
۵٫ روکش جداکننده: لایه ای است برای جلوگیری از اثرات سوء بین دو لایه فلزی در کابل که دارای جنس متفاوت باشند.
کابل های قدرت را می توان با توجه جنس عایق و شیوه حفاظتی آن ها به ۴ گروه زیر تقسیم کرد:
الف) کابل های فشار ضعیف دارای استحکام عایقی ۱۰۰۰ ولت
ب) کابل های فشار متوسط دارای استحکام عایقی ۳۳۰۰ تا ۴۵۰۰۰ ولت
ج) کابل های فشار قوی دارای استحکام عایقی ۶۰۰۰۰ تا ۹۰۰۰۰ ولت
د) کابل های فشار خیلی قوی که دارای قدرت و استحکام عایقی از ۱۱۰ کیلو ولت تا ۳۸۰ کیلو 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 کابل 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 ۵۰۰ 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 کابل 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 کابل های فشارقوی در بازار موجود است اما همه آن ها شامل سه قسمت مهم می باشند که عبارت است از:
۱٫ هادی
۲٫ شیلد نیمه هادی
۳٫ 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 کابل های فشار قوی می توانند دارای چند هسته (Core) نیز باشند.

کابل خودنگهدار:

و بهینه سازی شبکه 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 بکارگیری کابل های خودنگهدار هوایی:
این نوع کابل ها برای اولین بار در سال ۱۹۵۵ در کشور فرانسه برای جایگزینی در شبکه های فشار ضعیف با هادی سیمی مورد استفاده قرار گرفت و به دلیل مزایای متعدد جایگاه کاربری مناسبی یافتند. سابقه بکارگیری این نوع سیم و کابل در ایران چندان طولانی نیست و تعداد معدودی از شرکت های توزیع اقدام به استفاده از این نوع سیم و کابل ها کرده اند.
عایق این نوع کابل ها از نوع مواد ترموپلاستیک و یا الاستومریک می باشد که عمدتا به دو نوع پلی وینیل کلراید PVC یا کراس لینک پلی اتیلن XLPE تقسیم می شوند.
کابل های خودنگهدار با هر دو نوع عایق ذکر 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 که در زیر گفته شده است مقاومت بهتری دارد:
۱- اشعه ماورا بنفش
۲- محرک های شیمیایی (اسید، اوزون، نمک)
۳- اصطکاک و شوک های مکانیکی
۴- تنش های مکانیکی و الکتریکی در حرارت بالا و رنج دمایی ۹۰ + و ۲۵ – درجه سانتیگراد
مزایای استفاده از کابلهای فشار ضعیف خودنگهدار:
۱- بهبود وضعیت بهره برداری بدلیل اینکه اتفاقات کمتری در کابل های هوایی ایجاد می شود و این کابل ها در برابر اشیاء خارجی بسیار مطمئن تر عمل می کنند.
۲- کاهش هزینه شاخه زنی در مناطق مشجر
۳- کاهش تلفات با از بین رفتن جریان نشتی درختان و کاهش خطر آتش سوزی در مناطق مشجر و بوته زارها
۴- آزادی عمل بیشتر در طراحی خطوط بدلیل فاصله حریم کوتاه کابل های خودنگهدار
۵- افزایش قابلیت اطمینان شبکه در برابر برف و اتفاقات ناشی از برخورد اشیا ءخارجی
۶- امکان نصب خط جدید کابل خودنگهدار در کنار خط قبلی بر روی یک تیر
۷- امکان نصب کابل خود نگهدار فشار ضعیف بر روی پایه های موجود خطوط ۲۰ کیلوولت
۸- امکان نصب خطوط تلفن و فیبر نوری روی یک پایه مشترک با حفظ حریم ۰٫۵ متر
۹- راحت تر بودن ترمیم تیر شکستگی در خطوط کابلی خودنگهدار در قیاس با خطوط هوایی معمولی
۱۰- امکان زیباسازی شهری با مخفی کردن کابل خود نگهدار از انظار عموم با عبور دادن کابلها از روی دیوار و یا مخفی کردن آن در کانال های خاص
۱۱- ایزوله بودن نسبت به خوردگی و در نتیجه کاهش پارگی خطوط فشار ضعیف
۱۲- کاهش انرژی توزیع نشده به مقدار قابل ملاحظه
۱۳- کاهش میزان استراق برق
۱۴- تفاوت هزینه اندک و قابل جبران
نتیجه گیری:
با توجه به توضیحات و مزایایی که در بالا گفته شد نتیجه می گیریم استفاده از این سیم و کابل 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.