عوامل موثر در انتخاب نوع سیم و کابل

0
21
عوامل موثر در انتخاب نوع سیم و کابل
عوامل موثر در انتخاب نوع سیم و کابل

مشخصات اصلی کابل ها

  1. ولتاژ  اسمی و جریان مجاز
  2. جنس هادی، سطح مقطع و شکل آن
  3. جنس عایق
  4. نوع هسته
  5. نوع حفاظ
  6. جنس غلاف
  7. نوع زره
  8. نوع حفاظت در برابر خوردگی

مشخصات اصلی کابل ها

عوامل مؤثر در انتخاب نوع کابل

  1. بار مورد نظر و ظرفیت مجاز کابل
  2. ولتاژ اسمی
  3. افت ولتاژ مجاز
  4. حفاظت مدار
  5. بار اتصال کوتاه لازم یا مجاز
  6. شرایط مکانیکی
  7. شرایط محیطی (دمای محیط، میزان فشار و کشش وارد بر کابل، رطوبت محیط و اثرات خوردگی نصب کابل)
  8. مشخصات فنی تعیین شده

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

جریان مجاز کابل

عبور جریان برق از سیم ها و کابل ها منجر به افزایش درجه حرارت آنها و در نتیجه خرابی عایق های آن می شود. لذا برای حفاظت عایق ها لازم است درجۀ حرارت تولید شدۀ آن در حالت تعادل از حداکثر درجه حرارت مجاز آن کمتر باشد که لازمۀ آن انتقال حرارت تولید شده به محیط خارج است.

هدایت و تشعشع راه های انتقال حرارت به محیط خارج است که تابع درجۀ حرارت محیط، درجه حرارت نهایی، ضریب انتقال حرارت و مشخصات کابل می باشد. لذا جریان مجاز نیز تابع عوامل فوق می باشد که تعیین دقیق آن مستلزم حل مسائل انتقال حرارت می باشد.

ﺟﺮﻳﺎن ﻣﺠﺎز ﻋﺒﻮری از ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎ ﺑﻪ ﮔﻮﻧﻪ ای ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ در ﻫﺮ ﻧﻘﻄﻪ  از ﻛﺎﺑﻞ، ﺣﺮارت ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺷﺪه در ﻫﺎدی ﻫﺎی آن ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ ﺑﻪ ﻣﺤﻴﻂ اﻃﺮاف ﻣﻨﺘﻘﻞ ﺷﻮد ﺑﻪ ﻃﻮری ﻛﻪ درجۀ ﺣﺮارت ﻋﺎﻳﻖ در ﺳﻄﺢ ﻫﺎدی کابل های پی وی سی از ۷۰ درﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﻲ ﮔﺮاد ﺑﻴﺸﺘﺮ ﻧﺸﻮد.

ﻣﻴﺰان ﺗﺤﻤﻞ ﺟﺮﻳﺎن ﻛﺎﺑﻞ ﺑﻪ ﺷﺮاﻳﻂ ﻣﺤﻴﻄﻲ آن، ﻛﻪ در ﻫﻮای آزاد و ﻳﺎ ﻣﺤﻴﻄﻲ ﺑﺴﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ، ﺑﺴﺘﮕﻲ دارد ﻫﺮ ﭼﻪ ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن ﻋﺒﻮری از ﻛﺎﺑﻞ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ، ﺣﺮارت اﻳﺠﺎد ﺷﺪه در ﻓﻀﺎی اﻃﺮاف آن زﻳﺎدﺗﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد و ﺑﺎﻳﺪ در ﻧﺤﻮۀ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻦ ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎ در ﻛﻨﺎر ﻫﻢ ﺑﻪ آن توجه کرد.

   همانطور که قبلاً نیز ذکر شد شدت جریان مجاز هر کابل مقدار معینی بوده و از مشخصات اصلی کابل به شمار می رود. مقدار مجاز جریان بستگی به سطح مقطع سیم های کابل دارد و عامل محدود کننده آن حرارت ناشی از عبور جریان در داخل کابل است. چون عایق هر کابل تا حد معینی از درجه حرارت را می تواند تحمل نماید و ازدیاد درجه حرارت کابل از حد مجاز، سبب از بین رفتن عایق و کم شدن عمر کابل می گردد، برای هر نوع از کابل ها جداول مخصوصی طراحی شده است که مشخص کننده شدت جریان مجاز در آن کابل خواهد بود.

شدت جریان مزبور برای یک درجه حرارت معینی محاسبه شده و در جداول ذکر می شود. باید توجه داشت که مقدار مجاز جریان کابل با درجه حرارت محبط و محل (زمین یا هوا) و طریقه قرار گرفتن کابل نیز بستگی دارد. هر چه هوای محیط سردتر باشد، قابلیت جذب مقدار بیشتری از حرارت تولید شده در کابل را داشته و عمل انتقال حرارت توسط عایق بهتر انجام می گیرد.

به عنوان مثال در جدول زیر جریان مجاز یک کابل کمربندی (مثلاً NKBA) برای ۰٫۶/۱ کیلوولت سه یا چهار سیمه برای درجه حرارت های مختلف در زمین داده شده است.

درجه حرارت محیط (در رمین) سیم مسی

۴۵ ᵒ C

۲۰ ᵒ C

۱۵ ᵒ C

جریان مجاز به A سطح مقطع mm2
۲۰ ۲۶ ۲۷ ۱٫۵
۲۶ ۳۵ ۳۷ ۲٫۵
۳۵ ۴۷ ۴۹ ۴
۴۴ ۵۹ ۶۲ ۶
۶۰ ۸۰ ۸۳ ۱۰
۷۸ ۱۰۵ ۱۰۹ ۱۶
۱۰۰ ۱۳۵ ۱۴۱ ۲۵

جریان مجاز سیم های مسی بدون عایق

سیم های بدون عایق مورد استفاده در شبکه های هوایی باید استحکام مکانیکی کافی برای تحمل وزن خود و همچنین فشار باد و یخ و برف را داشته باشند؛ لذا معمولاً از سیم های کوچکتر از ۶ میلیمتر مربع در سیم کشی هوایی استفاده نمی شود. افزایش درجه حرارت نیز منجر به کاهش مقاومت کششی سیم می شود. بنابراین لازم است درجه حرارت کار سیم محدود شود.

جریان مجاز سیم های مسی با عایق PVC

این سیم ها با توجه به کاربرد و وضعیت نصب آنها به سه گروه سیم های داخل لوله، سیم چند لا در هوا و چند سیم یک لا در هوا تقسیم می شوند.

جریان مجاز سیم های مسی با عایق PVC

جریان مجاز کابل های مسی با عایق و غلاف PVC

این کابل ها به دو صورت نصب شده در زمین در عمق ۷۰ سانتی متری و درجه حرارت ۲۰ درجه سانتیگراد و کابل های مستقر در هوا با درجه حرارت ۳۰ درجه سانتیگراد تقسیم می‌شوند. جریان مجاز این کابل ها بر اساس سطح مقطع آن ها می باشد. حداکثر درجه حرارت مجاز هادی با روکش PVC برابر ۷۰ درجه سانتیگراد است.

جریان مجاز کابل های مسی با عایق و غلاف PVC

جریان مجاز سیم ها و کابل های آلومینیومی

جریان مجاز هادی های آلومینیومی در مقایسه با هادی های مسی هم مقطع کمتر است، زیرا مقاومت ویژۀ آنها، ۱/۶۵ برابر مقاومت ویژۀ مس است. بر این اساس با برابری توان حرارتی تولیدی در یک متر طول از این دو هادی، رابطۀ جریان مجاز هادی آلومینیوم به هادی مس هم مقطع خود به دست می آید.

افت ولتاژ در کابل

در اﻧﺘﺨﺎب ﻛﺎﺑﻞ، ﻋﻼوه ﺑﺮ ﺟﺮﻳﺎن ﻣﺠﺎز ﻋﺒﻮری، ﻃﻮل ﻛﺎﺑﻞ ﻛﻪ ﻣﺘﻨﺎﺳﺐ ﺑﺎ اﻓﺖ وﻟﺘﺎژ اﺳﺖ ﻧﻴﺰ ﻋﺎﻣﻞ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻛﻨﻨﺪه ای ﺑﻪ ﺷﻤﺎر ﻣﻲ آﻳﺪ.

ولتاژ نامی

ولتاژی که کل یا بخشی از تأسیسات الکتریکی، برای کار با آن طراحی شده است. ممکن است ولتاژ واقعی کار تجهیزات در خلال بهره برداری، تغییرات قابل قبولی نسبت به ولتاژ نامی داشته باشد.

افت ولتاژ

در طراحی تأسیسات الکتریکی ضرورت دارد افت ولتاژ از منبع تا محل بار را محاسبه نمائیم. افت ولتاژ زیاد می تواند اثرات سوئی بر عملکرد تجهیزات داشته باشد برای مثال:

  در موتورها: افت ولتاژ باعث کاهش گشتاور راه اندازی و گشتاور ماکزیمم می شود، زیرا گشتاور موتور با مجذور ولتاژ ترمینال آن نسبت مستقیم دارد. در ﻣﺼﺮف ﻛﻨﻨﺪه ﻫﺎی ﻣﻮﺗﻮری ﺳﻪ ﻓﺎز، اﻓﺖ وﻟﺘﺎژ ﻧﺒﺎﻳﺪ از ۳ درﺻﺪ وﻟﺘﺎژ ﻧﺎﻣﻲ ﺗﺠﺎوز ﻛﻨﺪ.

درلامپ های رشته ای: افت ولتاژ منجر به کاهش نور لامپ و افزایش طیف قرمز آن می شود.

در لامپ های تخلیه: این لامپ ها به افت ولتاژ کوچک، خیلی حساس نیستند ولی افت ولتاژهای بیشتر ممکن است به خاموشی آنها منجر گردد.

  در دستگاه های الکترونیکی: به افت ولتاژ بسیار حساسند و به همین دلیل است که در آنها از مدارهای تثبیت کننده استابیلیزر استفاده می شود.

  در تجهیزات الکترومکانیکی: استاندار تاکید می کند که تجهیزاتی از قبیل کنتاکتورها در صورت کاهش ولتاژ تا یک حد خاص، دیگر به صورت صحیح کار نمی کنند. رفتار کنتاکتورها، چنانچه ولتاژ به ۸۵% مقدار نامی برسد، عملاً بسیار نامطمئن خواهد بود.

طبق استاندار IEC60364-5-52 افت ولتاژ از نقطۀ شروع تأسیسات تا محل مصرف باید به کمتر از ۴% محدود باشد البته افت ولتاژ موقت در لحظۀ راه اندازی موتورها یا کشیده شدن جریان های هجومی و یا افت ناشی از ولتاژهای گذرا و یا افت ولتاژ هنگام بروز اتصالی در سیستم مد نظر نیست.

عوامل مؤثر در انتخاب سطح مقطع هادی

سطح مقطع هادی ها باید با توجه به عوامل زیر تعیین گردد:

  •  نوع مصرف (تک فاز یا سه فاز)
  • جریان مجاز
  • شرایط محیط نصب هادی مانند روکار یا توکار بودن، در  هوای آزاد یا داخل زمین
  • حداکثر دمای مجاز هادی
  •  افت ولتاژ مجاز مجاز هادی
  • اثر هارمونیک ها روی هادی
  •  تنش های الکترومکانیکی که ممکن است در اثر اتصال کوتاه در آنها به وجود آید.
  •  تنش های مکانیکی دیگری که ممکن است در هادی ها ایجاد شود.
  •  حداکثر مقاومت ظاهری، با توجه به عملکرد وسیله حفاظتی در برابر اتصال کوتاه

این نکات، در درجه اول، مربوط به تأمین حفاظت تأسیسات الکتریکی است؛ ولی از لحاظ بهره برداری اقتصادی ممکن است از مقاطعی بزرگتر از آن چه که برای تأمین حفاظت لازم است، استفاده گردد.

اﻧﺠﺎم ﻣﻨﺎﺳﺐ و دﻗﻴﻖ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ اﻧﺘﺨﺎب آن ﻫﺎ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﻧﻘﺶ ﺑﻪ ﺳﺰاﻳﻲ در ﭘﺎﻳﻴﻦ آوردن ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻫﺎ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ. ﺑﻪ ﻃﻮر ﻛﻠﻲ ﺑﺮای ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺳﻄﺢ ﻣﻘﻄﻊ و ﻧﻮع ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎ، باید این داده ها موجود باشد:

  • ﻣﺸﺨﺼﺎت ﺑﺎر ﺷﺎﻣﻞ ﺗﻮان و ﺿﺮﻳﺐ ﺗﻮان، ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن و ﻣﻴﺰان اﻓﺖ وﻟﺘﺎژ ﻣﺠﺎز.
  • فاصله بار تا تابلو و یا طول کابل.
  • ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻣﺴﻴﺮ ﻋﺒﻮر ﻛﺎﺑﻞ ﻣﺎﻧﻨﺪ درﺟﻪ ﺣﺮارت.

محاسبات سطح مقطع سیم و کابل

یکی از مباحث مهم در طراحی تأسیسات الکتریکی، محاسبۀ سطح مقطع هادی هاست. سه عامل مهم در تعیین سطح مقطع هادیها؛ جریان مجاز هادی، افت ولتاژ و تلفات مجاز در طول مسیر هادی هستند.

به عبارت دیگر، سطح مقطع نهایی هادی انتخاب شده باید به نحوی باشد که علاوه بر توانایی عبور جریان بار در بدترین شرایط محیطی (حداکثر درجه حرارت)، مقدار افت ولتاژ و تلفات آن هنگام تغذیه مصرف کننده، در حد استاندارد تعیین شده باشند.

فرمول های محاسبۀ سطح مقطع کابل

ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺗﻌﺪاد ﻣﺼﺮف ﻛﻨﻨﺪه ﻫﺎ و ﻧﻮع آنﻫﺎ، ﻣﻲﺗﻮاﻧﻴﻢ از ﺗﺎﺑﻠﻮ اﺻﻠﻲ ﭼﻨﺪﻳﻦ اﻧﺸﻌﺎب ﻳﺎ ﻣﺴﻴﺮ ﻣﺠﺰا در  نظر بگیریم و سر راه هر یک ﻓﻴﻮز، کلید مینیاتوی یا کلید اتوماتیک ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ ﻗﺮار دﻫﻴﻢ. ﻟﺬا ﺑﺮای ﻫﺮ ﻣﺴﻴﺮ و ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺗﻮان ﻣﺼﺮﻓﻲ آن ﻣﺴﻴﺮ، می توانیم ﺳﻄﺢ ﻣﻘﻄﻊ ﻛﺎﺑﻞ ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ را ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻛﻨﻴﻢ. ﮔﻔﺘﻨﻲ اﺳﺖ در اﻧﺘﺨﺎب ﺳﻄﺢ ﻣﻘﻄﻊ اﺳﺘﺎﻧﺪارد ﻫﻤﻴﺸﻪ ﺑﺎﻳﺪ ﻣﻘﻄﻌﻲ را اﻧﺘﺨﺎب ﻛﻨﻴﻢ ﻛﻪ از ﻣﻘﺪار ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪه ﺑﻴﺶ ﺗﺮ ﻳﺎ ﻣﺴﺎوی ﺑﺎ آن ﺑﺎﺷﺪ.                             

فرمول های محاسبۀ سطح مقطع کابل
محاسبۀ سطح مقطع کابل
  • A: سطح مقطع بر حسب میلی متر مربع
  • L: فاصله مصرف کننده از تابلو بر حسب متر
  • I : جریان مصرف کننده {بر حسب آمپر} (جریان خط در مصرف کننده های سه فاز)
  • ∆U %: افت ولتاژ مجاز در طول هادی
  • U: ولتاژ خط
  • P: توان حقیقی موردنیاز مصرف کننده
  • X: ضریب هدایت هادی (در مس ۵۶ و در آلومینیوم ۳۵)

هدایت کابل

اگر مصرف کننده الکتروموتور باشد مقدار توان حک شده بر روی پلاک توان خروجی را نشان می دهد و برای محاسبه توان ورودی از رابطه:

محاسبه توان ورودی
محاسبه توان ورودی

استفاده می شود. در مرحله بعد با استفاده از شدت جریان موردنظر مصرف کننده درج شده بر روی پاکت مشخصات یا محاسبه آن از رابطه:

شدت جریان

به جدول جریان مجاز کابل ها یا هادی ها مراجعه نموده و سطح مقطع مربوطه را بدست می آوریم. هر دو سطح مقطع بدست آمده (از طریق محاسبه A و از طریق جدول) را با هم مقایسه نموده و سطح مقطع بزرگتر را انتخاب می نماییم.

در صورتی که درجه حرارت محیط بیش از ۳۰ درجه سانتی گراد باشد و یا مسیر انتقال هادی ها به صورتی باشد که فاصله بین هادی ها از دو برابر قطر هادی بزرگتر، کمتر شود نیاز به اعمال ضریب حرارتی و ضریب همجواری خواهد بود که در این صورت ابتدا بهتر است جریان موردنیاز را محاسبه کرده و پس از اعمال ضرائب حرارتی و همجواری نسبت به دست آوردن سطح مقطع هادی ها (از هر دو طریق) اقدام نماییم تا سطح مقطع زیاد بزرگتر نشود.

سطح مقطع به دست آمده برای تعیین قطر گلند ورودی به تابلو (در صورت نیاز) شماره ترمینال کابل شو و سرسیم مورد نیاز است. به عنوان مثال در کابل ۱۶×۴ میلی متر مربع گلند برای قطر کابل ۲۳٫۵ میلی متر و ترمینال نمره ۱۶ لازم است.

سطح مقطع هادی های درون تابلو بر اساس حداکثر شدت جریان موردنیاز و از جدول جریان مجاز سیم ها بدست می آید. پس از تعیین فیوز ، کلید، هادی ها و سایر وسایل موردنیاز هر خط، بر روی مسیر تک خطی جریان مقدار دقیق هر یک از آنها را نوشته و در نهایت قدرت مورد نیاز تابلو را با جمع کردن توان یا جریان یک یک مصرف کننده ها به دست می آوریم.

با در دست داشتن جریان کشیده شده از شینه و مراجعه به جدول جریان مجاز شینه ها ابعاد شینه موردنیاز را به دست آورده و قدرت کلید اصلی و فیوز کل را نیز بر روی نقشه مشخص می کنیم. در صورتی که در محاسبه توان کشیده از تابلو ضریب هم زمانی مصرف کننده ها مطرح باشد، با تشخیص مهندس طراح و استفاده از مراجع موجود ضرایب هم زمانی مصرف کننده های مختلف در توان کل اعمال می شود.

مقطع کابل

جدول مقایسه سیم و کابل مسی و آلومینیومی

جدول مقایسه سیم و کابل مسی و آلومینیومی
جدول مقایسه سیم و کابل مسی و آلومینیومی

محاسبه سطح مقطع هادی بر اساس جریان مجاز

مصرف کننده ها، از هر دو سیستم تک فاز و سه فاز جهت تأمین توان مصرفی خود استفاده میکنند، لذا لازم است جریان بارها را برای هر دو سیستم تک فاز و سه فاز به دست آورد.

مصرف بالای توان الکتریکی ساختمان های مسکونی مدرن به دلیل تعداد زیاد واحدها و استفاده از بارهای سه فاز در این ساختمان ها (مانند آسانسور و موتورخانه) نیاز به استفاده از کابل های سه فاز را ضروری می سازد.

استاندارد AWG چیست

استاندارد AWG مخفف American Wire Gauge است. استاندارد AWG در مورد سیم های مفتولی گرد عنوان می شود. هر چه عدد استاندارد AWG بزرگتر باشد، قطر سیم کمتر می شود. با کاهش قطر سیم، مقاومت سیم نیز کمتر و خاصیت رسانایی بیشتر خواهد بود.

تبدیل AWG به میلی متر

در شکل زیر نحوه به دست آوردن سایز سیم در استاندارد AWG، تبدیل آن به میلی متر و ارتباط سایز سیم با جریان را مشاهده می کنید:

تبدیل AWG به میلی متر
تبدیل AWG به میلی متر

در رابطه بالا n عدد AWG است.

اثر دما و هم جواری بر جریان مجاز کابل

ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎ ﺑﻪ روش ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﻧﺼﺐ ﺷﺪه ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ ﻧﺤﻮه ﻧﺼﺐ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺑﻪ ﺳﺰاﻳﻲ در ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺤﻤﻞ ﻛﺎﺑﻞ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ. ﻣﻌﻤﻮﻻً روش ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺼﺐ را ﺑﻪ ﮔﺮوه ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ ﻛﻪ از آنها ﻣﻲﺗﻮان ﺑﻪ ﮔﺮوه های  A1، A2، B1، B2، C، D، E، G، F  اشاره کرد.

ﺑﺮ اﺳﺎس ﻧﺤﻮه ﻧﺼﺐ ﻛﺎﺑﻞ و ﺑﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻲ دﻳﮕﺮ، ﮔﺮوه ﻧﺼﺐ، ﺟﺪاوﻟﻲ ﺗﻬﻴﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺟﺮﻳﺎن ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺤﻤﻞ ﻛﺎﺑﻞ را ﺑﺮ اﺳﺎس ﺟﻨﺲ ﻫﺎدی، ﺟﻨﺲ ﻋﺎﻳﻖ و ﺗﻌﺪاد ﻫﺎدی ﻫﺎی زﻳﺮ ﺑﺎر در ﻳﻚ ﻣﺪار ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ. اﻳﻦ ﺟﺪاول اغلب برای دمای محیطی مرجع تهیه شده اند که معمولاً این دما برابر ۳۰ درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود.

ﺑﺮای ﺑﻪ دﺳﺖ آوردن ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن واﻗﻌﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺤﻤﻞ ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﻛﺎﺑﻞ دو ﻓﺎﻛﺘﻮر دﻳﮕﺮ ﻧﻴﺰ ﺑﺎﻳﺪ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ ﻳﻜﻲ ﺗﺄﺛﻴﺮ دﻣﺎی ﻣﺤﻴﻂ و دﻳﮕﺮی ﺗﺄﺛﻴﺮ ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎی ﻣﺠﺎور روی ﻛﺎﺑﻞ اﺳﺖ. ﻣﻌﻤﻮﻻً اﻳﻦ دو ﻋﺎﻣﻞ ﺗﻮﺳﻂ ﺿﺮاﻳﺒﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ ﺿﺮاﻳﺐ اﺻﻼح ﻣﻌﺮوﻓﻨﺪ ﻣﺪل ﺷﺪه و در ﻣﻘﺎدﻳﺮ ﻣﻨﺪرج در دو ﺟﺪول نام برده ﺿﺮب ﺷﺪه ﺗﺎ ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن واﻗﻌﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺤﻤﻞ ﺗﻮﺳﻂ ﻛﺎبل ﺑﻪ دﺳﺖ آﻳﺪ.

ﺑﺮای در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ ﺗﺄﺛﻴﺮ دﻣﺎی ﻣﺤﻴﻂ، ﺑﺮای دماهای غیر از ۳۰ درجه ﺳﺎﻧﺘﻲ ﮔﺮاد ﻛﻪ دﻣﺎی ﻣﺮﺟﻊ اﺳﺖ، ﺿﺮایبی ﻟﺤﺎظ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ در ﺻﻮرﺗﻲ ﻛﻪ ﻛﺎﺑﻞ در آن دﻣﺎﻫﺎ ﺑﻪ ﻛﺎر ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮﻧﺪ، ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه در ﺿﺮاﻳﺐ مشخصی ﺿﺮب ﺷﻮد ﺗﺎ ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺤﻤﻞ ﻛﺎﺑﻞ در آن دﻣﺎ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻳﺪ. ﺿﺮاﻳﺐ اﺻﻼح ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ دﻣﺎﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮ اﺳﺎس ﺟﻨﺲ ﻋﺎﻳﻖ ﻛﺎﺑﻞ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺟﺪول زﻳﺮ اﻧﺘﺨﺎب ﮔﺮدد.     

اثر دما و هم جواری بر جریان مجاز کابل
ضرایب اصلاح مربوط به دماهای مختلف بر اساس جنس عایق کابل

ﺗﺄﺛﻴﺮ ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎی ﻣﺠﺎور ﻧﻴﺰ ﻣﺸﺎﺑﻪ ﺗﺄﺛﻴﺮ دﻣﺎ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺿﺮاﻳﺐ اﺻﻼح ﻟﺤﺎظ ﻣﻲﮔﺮدد. ﺿﺮﻳﺐ اﺻﻼح در ﻣﻮارد زﻳﺮ ﺑﺮاﺑﺮ ﻳﻚ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﺪه و ﺑﺪﻳﻦ ﻣﻌﻨﺎ اﺳﺖ ﻛﻪ ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎ روی ﻫﻢ ﺗﺄﺛﻴﺮی ﻧﺪارﻧﺪ:

  • ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎی ﺗﻚ رﺷﺘﻪ ﻛﻪ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﺑﻴﻦ آ نﻫﺎ از دو ﺑﺮاﺑﺮ ﻗﻄﺮ ﺧﺎرﺟﻲ ﺑﺰرﮔﺘﺮﻳﻦ ﻛﺎﺑﻞ، ﺑﺰرگ ﺗﺮ اﺳﺖ.
  • کابل های چند رشته که فاصله بین آنها حداقل به اندازه قطر خارجی بزرگترین کابل باشد.

در ﻣﻮاردی ﻏﻴﺮ از ﻣﻮارد ﻓﻮق، ﻛﺎﺑﻞ ﻫﺎی ﻣﺠﺎور روی ﻫﻢ ﺗﺄﺛﻴﺮ داﺷﺘﻪ ﻛﻪ ﺗﺄﺛﻴﺮ آن ﻫﺎ ﺑﺎ ﺿﺮاﻳﺐ اﺻﻼح مشخصی ، ﻟﺤﺎظ می گردد.

محاسبه سطح مقطع هادی بر اساس افت ولتاژ مجاز

بارهای مصرفی سیستم های فشار ضعیف در ایران، با دو لتاژ ۲۳۰ و ۴۰۰ ولت تغذیه میشوند. افزایش و کاهش ولتاژ در این بارها، باعث ایجاد اختلال در کار وسایل و کاهش بازدهی آنها می شود.

علاوه بر این، مقاومت و ضریب خود القایی در خطوط فشار ضعیف، منجر به افت ولتاژ در آن خطوط میشود. لذا لازم است با تغییر سطح مقطع و رعایت حداقل آن ها برای هادی ها از ایجاد این افت تا حدودی جلوگیری کرد. بر این اساس، با توجه به نوع شبکه، حداکثر افت ولتاژ مجاز را جهت کارکرد بهینه وسایل تعیین میکنند.

محاسبه افت ولتاژ و سطح مقطع مدارهای سه فاز

با توجه به اینکه در ساختمان های تجاری، ساختمان های اداری و به طور کلی مصرف کننده های شبکه توزیع بارهای تک فاز با قدرت های مختلف به شبکه سه فاز متصل شدهاند، لذا در این حالت با عدم تعادل بار مواجه هستیم.

در این حالت سیم نول نیز حامل جریان خواهد بود. در چنین حالتی مقدار افت ولتاژ را از جمع افت ولتاژ های هادی نول و هادی فاز با بیشترین جریان محاسبه می کنیم.

مقاومت الکتریکی سیم و کابل

در جریان متناوب، مقاومت سیم به علت خاصیت خود القایی و تقسیم غیر یکنواخت جریان در سطح مقطع سیم (اثر پوستی) از مقدار آن برای جریان مستقیم قدری بیشتر است. میزان افزایش مقاومت، بستگی به فرکانس، ساختمان و اندازۀ سیم دارد. در فرکانس ۵۰ هرتز ضریب افزایش برای سیم تک رشته ای ۱٫۰۲ است که برای سیم های افشان با تعداد رشته های زیاد تا ۱٫۰۵ افزایش مییابد. هرچه درجه حرارت افزایش یابد مقاومت ویژه مس بیشتر می شود.

از طرف دیگر در سیم های افشان، رشته ها به طور مارپیچ به هم تابیده می شود و لذا طول رشته ها به استثنای رشته ای که در وسط قرار می گیرد از طول کابل با سیم عایق دار بیشتر است. نظر به اینکه مقاومت را بر اساس طول سیم عایق دار یا کل محاسبه میکنیم، برای محاسبۀ مقاومت واقعی استفاده از ضریبی برابر یک برای سیم های یک رشته ای و تا ۱٫۰۴ برای سیم های افشان با رشته های زیاد ضروری است.

در مورد کابل های چند سیمی، چون سیم ها به طور مارپیچ به هم تابیده می شوند طول واقعی هر سیم از طول کابل بیشتر است. لذا استفاده از ضریبی برابر یک برای کابل تک سیمی و تا ۱٫۰۴ برای کابل های چند سیمی ضروری است.

مشخصات اصلی سیم و عوامل مؤثر در انتخاب آن

ولتاژ نامی

ولتاژی است که سیم برای آن طراحی شده است و به صورت U0/U بر حسب ولت بیان می شود. در این نماد، U0، مقدار موثر ولتاژ بین هر رشته سیم و زمین می باشد و U مقدار موثر ولتاژ بین هر دو فاز سیستمی از سیم ها را بیان می کند. ولتاژ نامی بستگی به نوع و ضخامت پوشش (عایق) دارد.

جریان نامی

مقدار ثابتی از جریان است که تحت شرایط تعیین شده ای بدون اینکه درجه حرارت تعادل هادی از میزان معینی تجاوز نماید، می تواند از سیم عبور کند. جریان نامی یا جریان مجاز به نوع و سطح مقطع هادی، نوع نصب و مکان نصب بستگی دارد.                                                                                           

حداقل سطح مقطع یا قطر هادی های مسی برای مدارهای مختلف الکتریکی

نوع مدار

حداقل سطح مقطع یا قطر هادی

سیستم روشنایی

۱٫۵ میلی متر مربع

سیستم پریزها

۲٫۵ میلی متر مربع

سیستم تلفن یا فکس

۰٫۶ میلی متر مربع

سیستم فراخوان و در بازکن

میلی متر مربع

۱ میلی متر مربع

میلی متر مربع

۰٫۵ میلی متر مربع

سیستم اعلام حریق و اطفای حریق

۱٫۵ میلی متر مربع

سیستم صوتی

۱ میلی متر مربع

سطح مقطع هادی های حفاظتی، مشترک حفاظتی-خنثی، خنثی در جدول زیر ارائه شده است.

سطح مقطع فاز مدار S (میلی متر مربع)

سطح مقطع هادی حفاظتی مدار SP (میلی متر مربع)

S≤۱۶

S

۱۶≤S≤۳۵

۱۶

۳۵≤S

S/2

چنانچه سطح غیر استاندارد به دست آید، باید از نزدیکترین سطح مقطع استاندارد استفاده شود.

در مورد مدارهای با سطح مقطع هادی فاز تا ۴ میلی متر مربع چنان چه هادی حفاظتی (PE) همراه مدار (رشته ای از یک مدار در داخل لوله) نبوده، به صورت جدا کشیده شده باشد، سطح مقطع آن نباید از مقادیر زیر کوچکتر باشد:

  1. ۲٫۵ میلی متر مربع، اگر هادی حفاظتی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار باشد.
  2. ۴ میلی متر مربع، اگر هادی حفاظتی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار نباشد.

سیم فاز

هادی حفاظتی عایق دار

سیم مسی لخت

سیم عایقدار

کابل ۴ رشته ای

با حفاظت مکانیکی

بدون حفاظت مکانیکی

۱٫۵

۴

۴

۴

۴

۲٫۵

۴

۴

۴

۴

۴

۴

۴

۴

۴

۶

۶

۶

۴

۴

۱۰

۱۰

۱۰

۶

۶

۱۶

۱۶

۱۶

۱۰

۱۰

۲۵

۱۶

۱۶

۱۶

۱۶

۳۵

۱۶

۱۶

۱۶

۱۶

۵۰

۲۵

۲۵

۲۵

۲۵

۷۰

۳۵

۳۵

۳۵

۳۵

۹۵

۵۰

۵۰

۵۰

۵۰

۱۲۰

۷۰

۷۰

۵۰

۵۰

۱۵۰

۷۰

۷۰

۵۰

۵۰

۱۸۵

۹۵

۹۵

۵۰

۵۰

۲۴۰

۱۲۰

۵۰

۵۰

۳۰۰

۱۵۰

۵۰

۵۰

۴۰۰

۱۸۵

۵۰

۵۰

چنانچه سطح مقطع هادی های فاز کمتر از ۱۰ میلی متر مربع باشد، هادی نول و هادی حفاظتی باید از یکدیگر مجزا باشند و در مورد مقطع هادی های فاز برای ۱۰ میلی متر مربع و بیشتر می توان از یک هادی مشترک به عنوان هادی نول و هادی حفاظتی استفاده کرد.

سیم های با سطح مقطع کمتر از ۲۵ میلی متر مربع باید دارای سطح مقطع فاز و نول و هادی حفاظتی هم سایز باشند و در سیم های با سطح مقاطع بالاتر از ۲۵ میلی متر مربع، سیم اتصال زمین می تواند نصف انتخاب شود.

کابل های فشار ضعیف

در کابل های چند رشته فشار ضعیف مخصوص کابل های چهار سیمه که یکی از انواع کابل برق است، معمولاً سطح مقطع سه سیم از کابل ها مساوی و سطح مقطع رشته چهارم کوچکتر است. مقدار کوچکتر بودن این سیم معمولاً یک نمره از سایر سیم ها است ولی در بعضی از اندازه های کابل تا چند نمره نیز از سایر سیم ها کوچکتر می شود.

در مورد کابل های فشار ضعیف و فشار قوی وقتی که مقطع ها زیاد می گردد از کابل های تک سیمه استفاده می شود، زیرا مثلاً ساختمان یک کابل سه سیمه ۳۰۰ میلیمتر مربع از نظر قطر خارجی و پیچش در سر زوایا ایجاد اشکال می نماید. از عواملی که در طول عمر کابل مؤثر هستند شرایط به کار بردن آن است. باید در هنگام خواباندن کابل در زمین کلیه شرایط و دستورات ایمنی را رعایت نمود. و به علاوه دقت نمود که شعاع گردش کابل نباید از ۱۵ برابر قطر خارجی کابل کمتر باشد و درجه حرارت نیز در موقع کابل کشی از ۵ درجه سانتیگراد بالای صفر کمتر نباشد.

افت ولتاژ در شبکه های توزیع بسته

در شبکه های مهم (جریان مستقیم و جریان متناوب) برای تغذیۀ همه مصرف کننده ها نباید فقط از یک خط استفاده نمود (البته در بعضی موارد، این روش عملی نیست)،  لذا لازم است چند خط اصلی داشت و مصرف کننده ها را به نسبت اهمیت و نوع کارشان روی این خطوط تقسیم نمود. از طرفی وقتی که یک شبکه توزیع طبیعی باشد و خطوط تغذیۀ زیادی به طور گسترده از آن منشعب شده باشند، در انشعابهای انتهایی، افت ولتاژ زیادی پدید می آید.

یکی از روشهای کم کردن افت ولتاژ شبکه توزیع تغذیۀ آنها از دو طرف است. در این وضعیت، کمترین پتانسیل فقط در یکی از نقاط خط به وجود میآید که مقدار افت ولتاژ خیلی کمتر از وضعیتی است که همان شبکه با همان مقطع فقط از یک طرف تغذیه می شود. این نقطه که پایین‌ترین پتانسیل را داراست (به بیانی دیگر افت ولتاژ در آن ماکزیمم است) نقطه ژرف نامیده می شود.

تشخیص و تعیین نقطه ژرف یکی از نکات مهم در محاسبات مربوط به شبکه های بسته است. در اینجا به ذکر چند روش که بتوان به راحتی ژرف را پیدا نمود اکتفا مینماییم.

   ۱-  در نقطۀ ژرف، افت ولتاژ حداکثر خواهد بود.

   ۲-  در نقطۀ ژرف، ولتاژ شبکه کمترین مقدار را دارا خواهد بود.

   ۳-  در نقطۀ ژرف، جهت جریان شبکه تغییر خواهد نمود.

شبکه های بسته شامل دو دسته زیر هستند:

   ۱-  شبکه های بسته با دو منبع تغذیه (شبکه های از دو سو تغذیه شونده)

   ۲-  شبکه های بسته با یک منبع تغذیه (شبکه های حلقوی)

شبکه های توزیع با مقاطع متغیر

در صورتی که شبکه توزیع طبیعی و دارای انشعابات متعددی و در عین حال ثابت باشند، می‌توان شبکه با مقاطع متغیر داشت. در استفاده از شبکههای با مقاطع متغیر محدودیتهایی وجود دارد که در زیر به چند مورد از آنها اشاره میکنیم:

   ۱-  در شبکه های توزیع با مقاطع متغیر، نمی توان قدرت مصرف کنندگان را افزایش داد.

   ۲-  در شبکه های توزیع با مقاطع متغیر، نمی توان تعداد انشعابات را افزایش داد.

   ۳-  جهت اتصال دو قسمت از شبکه در نقاطی که مقطع تغییر می کنند، همواره اشکالاتی وجود خواهد داشت.

   تنها مزیتی که چنین شبکههایی دارند از نظر اقتصادی است که هزینه‌ های هادی‌ های به کار رفته در آنها کمتر خواهد شد.

هدایت الکتریکی و اثر پوستی آن در هادی 

هادی

به هر ماده ای که جریان الکتریسیته را به خوبی از خود عبور دهد، رسانا یا هادی گفته می شود. هادی ها متداول، از جنس مس تقریباً خالص و دارای انعطاف قابل قبول یا از آلومینیوم یا آلیاژهای مخصوص ساخته می شوند. سطح مقطع هادی ها با توجه به مقدار جریان عبوری و نوع کاربرد، در اندازه ها و اشکال متفاوت ساخته می شود. در تأسیسات الکتریکی ساختمان از هادی مس ۹۹٫۵ % استفاده می شود.

از خواص مس می توان به مقاومت الکتریکی کم، هدایت الکتریکی عالی، مقاوم بودن در برابر اثرات جوی، استحکام مکانیکی خوب و قابلیت شکل پذیری آن و از خواص آلومینیوم می توان به استحکام مکانیکی خوب، شکل پذیری، هدایت الکتریکی کمتر از مس و ارزان قیمت تر بودن آن نسبت به مس اشاره نمود. آلومینیوم معایبی دارد از جمله نداشتن مقاومت در برابر اثرات جوی و نتیجه آن که اکسید شدن است و دیگر اینکه نقطه تسلیم پایینی دارد.

اثر پوستی هادی

اثر پوستی تمایل ذاتی جریان متناوب برای توزیع در نواحی نزدیک تر به سطح هادی است. این توزیع، بنا به فرکانس جریان متناوب در فاصله ای از سطح که آن را عمق پوستی می نامند، جریان می یابد. اثر پوستی سبب افزایش مقاومت موثر هادی می شود.

اثر پوستی هادی
اثر پوستی هادی

اثر پوستی هادی

در فرکانس های رنج ماکروویو (بین ۰٫۳ تا ۳۰۰ گیگا هرتز) بیشتر جریان از لایه بسیار نازک نزدیک به سطح می گذرد. عمق پوستی ناچیز در این رنج نشان می دهد که آن چه مورد توجه قرار خواهد گرفت پوشش نزدیک به سطح هادی است نه عمق آن. در جدول زیر عمق سطحی مس برای فرکانس های گوناگون نشان داده شده است.

فرکانس

عمق پوستی (میکرومتر)

۶۰ هرتز

۸۴۷۰

۱۰ کیلو هرتز

۶۶۰

۱۰۰ کیلو هرتز

۲۱۰

۱ مگا هرتز

۶۶

۱۰ مگا هرتز

۲۱

در نمودار زیر، اثر پوستی و شیوه عملکرد آن را بهتر می توانید ببینید:

نمودار اثر پوستی
نمودار اثر پوستی

 

 

 

 

منبع:الیکا

برای این مقاله نظر بگذارید:

لطفا دیدگاه خود را بنویسید
لطفا نام خود را وارد کنید