دانلود مقاله کابل ها

بخشی از مقاله

كابل ها هادي هاي عايق شده هستند كه عايق آنها از مواد لاستيكي يا پلاستيكي ساخته مي شوند امروزه با پيشرفت تكنولوژي ساخت كابل ها، استفاده از آنها در شبكه توزيع بسيار زياد شده است و جزء مهمترين تجهيزات محل انرژي در شبكه توزيع در حساب مي آيند. عناصر سازنده كابل ها عبارتند از: هادي و عايق.

هادي:
بين فلزات هادي كه در صنعت كابل سازي استفاده مي شوند. مس بهتر از همه، جريان برق را هدايت مي كند. و داراي استحكام مكانيكي خوبي است و در مقابل تأثيرات جوي پايدار مي باشد. به خوبي مي‌توان آن را بدهد شكلي در آمدن پس از مس، آلومينيوم بيشترين كاربرد را دارد ولي ضريب هدايت آن از مس كمتر است و در عوض داراي وزن كمتر نيز مي باشد. براي آنكه سيم آلومينيومي از نظر مقاومت الكتريكي معادل سيم مي باشد. بايد مقطع آن 6/1 برابر مقطع سيم مي باشد. در اين صورت وزن آن فقط نصف وزن سيم مسي است.

در هنگام اتصال سيم آلومينيومي به دستگاه هايي كه پيچ اتصال آنها از برنج يا مس است در صورتي كه رطوبت اثر كند در نتيجه عبور جريان، آلومينيومي به تدريج خورده مي شود. بدين جهت بايد سيم آلومينيومي را قبل از اتصال، كاملاً صيقلي كرد و روي آن بر چرب نمود (گريس يا وازلين)
عايق‌ها:

در طول دهه هاي اخير مواد عايقي بيشتر ؟؟ زيادي كرده اند تا جايي كه خواص الكتريكي، مكانيكي و حرارتي كابل ها را براي اهداف خاص عبور بخشيده اند و اين در استفاده از كابل ها، براي شرايط خاص و موقعيتهاي سخت آسان كرده است، بطور كلي عايق كابلها به سه دسته: 1- پروتودور 2- پروتوتن 3- لاستيك .

پروتودور:
PVC يا پلي وينيل كلرايد از مهمترين مواد مورد استفاده در ساختار عايق و پوشش كابل ها است. براي افزايش استقامت مكانيكي، حرارتي و همچنين بهبود خاصيت شكنندگي PVC در دماهاي پايين به آن مواد افزودني اضافه مي كنند PVC توليد شده براي عايق كابل ها به پروتودر معروف است و مزاياي كابلهاي PVC
* قدرت دي الكتريك و مقاومت عايقي بالا حتي براي كابل هاي مورد استفاده در آب.
* استقامت DC بالا

* قدرت كششي بالا
* مقاومت بالا در مقابل سايش
* استقامت در مقابل فشار و دماي زياد
* عدم حساسيت نسبت به تأثيرات جوي و شيميايي و اسيدها و بازهاي رقيق.
پروتوتن:

كابل هايي كه از عايق پلي اتيلن (PE) ساخته مي شوند تحت عنوان پروتوتن نامگذاري مي گردند. محدوده دماي مورد استفاده براي كابل‌هاي پروتوتن محدود كم است. دليل استفاده از اين عايق در قسمت كابل خاصيت دي الكتريك (عايق) بالاي آن مي باشد.
براي كاهش اشتعال پذيري اين نوع عايق، از مواد ضد اشتعال پروتودور در خارج پوشش آن استفاده مي گردد.
لاستيك:
اكثر تجهيزات پيشرفته از PVC يا PE براي عايق استفاده مي كنند اما لاستيك هنوز جايگاه خود را حفظ كرده است. لاستيك ها داراي قابليت انعطاف پذيري زيادي حتي در محدوده و پس از دما هستند لاستيكها به دو دسته طبيعي و مصنوعي تقسيم مي شوند لاستيك طبيعي از شيرة برخي درختان به دست مي آيد اما لاستيك مصنوعي از تركيب پليمرها و مواد آلي ايجاد مي گردد انتخاب صحيح نوع لاستيك مصنوعي قبلي از نيازهاي مربوطه از جمله قابليت اشتعال پايين، قدرت كشش، مقاومت در مقابل نفت و روغن. اثرات جوي و عدم تأثير نسبت به لايه اُزن را تأمين مي كند. اين كابلها امروزه بدليل مصارف خاص (كشتي سازي) توليد مي باشد.

ساختمان كابل ها
كابل ها بر اساس نوع كاربردي كه دارند بسيار متنوع هستند و به شكل هاي گوناگوني در بازار يافت مي شوند. ساختمان و اجزاي تشكيل دهنده كابل هاي مخابراتي كاملاً با كابل هاي مورد استفاده در صنعت برق فشار قوي و فشار ضعيف تفاوت دارند. اما به طور كلي كابل ها همواره از دو قسمت اصلي هادي و عايق تشكيل شده اند. تفاوت كابل ها ناشي از نوع كاربرد آنهاست يعني نوع كاربردشان موجب مي شود كه جنس، شكل، سطح مقطع و تعداد هادي ها و عايق‌ها با يكديگر تفاوت داشته باشند. اين تفاوت ها موجب تقسيم بندي كابل ها مي گردد.

بيش از 90% كابلهاي جريان زياد داراي عايقي از كاغذ آغشته به روغن مي باشند. بدين معني كه سيم ها با نوارهاي كاغذي باندپيچي شده و سپس به نوعي از روغن معدني غليظ آغشته مي شوند. كه اين كابل ها براي ولتاژهاي 1 تا 60 هزار ولت ساخته و نرم شده اند.
سيم كابل از مس يا آلومينيوم است و مي تواند يك لا يا چند لا (طنابي) باشد. سيم هاي چند لا نرم تر است و قابليت انحناي آلفا نيز نسبت به كابل با سيم يك لا بيشتر است.

براي جلوگيري از نفوذ رطوبت بداخل كابل، سيم عايق شده با يك غلاف فلزي پوشانده مي شود و بهمين جهت دو انتهاي كابل نيز با سه كابل مخصوص بسته مي شود. غلاف كابل امروزه بيشتر از سرب است كه داراي مقدار كمي مس و يا براي محلهاي مخصوص مقدار كمي آنتيمون و روي مخلوط دارد.

اين اضافات باعث مي شود كه سرب قدري سخت تر شده و پايداري و استقامت آن در مقابل خوردگي بيشتر شود. در بعضي از كابلها بجاي سرب از غلاف آلومينيومي بدون درز استفاده مي شود.
اين كابلهاي با غلاف آلومينيومي بخوبي كابلها سربي خم نمي شوند و انعطاف پذير نيستند ولي در عوض به مراتب سبكتر از كابلهاي سربي هستند.

غلاف كابل علاوه بر اينكه تحت تأثير عوامل شيميايي قرار مي گيرد. بعلت جريانهاي كه از زمين عبور مي كند. تحت تأثير عوامل الكتروليتي نيز واقع مي شود. لذا بايد كابل از نظر الكتريكي نيز عايق شود. به همين جهت غلاف سربي توسط كاغذ قير اندود شده باشد از مس شود و روي آن را با موادي شبيه قير و گوني مي پوشانند.
كابلهاي كه بطور آزاد در زيرزمين كشيده مي شوند. همگي تحت تأثير نيروي مكانيكي سطحي نيز قرار مي گيرند كه باعث فرورفتگي‌هايي در كابل مي شود و در نتيجه استقامت الكتريكي كابل در اين نقاط تنزل مي كند.

لذا اينگونه كابل ها كه بايد فشارهاي خارجي را نيز تحمل كنند. شامل زرهي از تسمه هاي فولادي مي شوند و بهمين جهت بنام كابلهاي زرهي معروف هستند. زره فولادي نيز براي جلوگيري از زنگ زدگي و خورندگي با قشري از قيرو گوني و يا مواد مصنوعي PVC در پوشانده مي شود.
كابلهايي كه تحت كشش زياد نيز قرار مي گيرد (مثل كابلهايي كه در معادن زيرزميني در كاربرد مي شوند و يا كابلهايي كه از رودخانه و يا درياچه مي گذرند، با زره فولادي از تسمه هاي باريك، مفتول هادي گرد و يا پروفيل پوشانده مي شوند.

كابلها داراي سطح مقطع گرد و صنعتي هستند كابلها با دسته سيم‌هاي مثلثي داراي قطر كمتري نسبت به كابلهاي با رشته سيم دايره‌اي شكل هستند بهمين جهت سبكتر و قابليت انحناي آنها تيز بيشتر است ولي به خاطر اينكه حوزه الكتريكي اطراف آن غيريكنواخت است نمي توان در اختلاف سطح هاي زياد نيز از آن استفاده كرد. بهمين جهت فقط در كابلهاي تا ولتاژ KV10 از مقطع مثلثي (سكتوري) استفاده مي شود.

در داخل كابلهاي PVC در مقداري پودر PVC قرار مي دهند. خاصيت اين پودر اين است كه در حالت عادي موجب خنك شدن كابل و در هنگام آتش سوزي از شعله ور شدن كابل جلوگيري مي كند.
براي جلوگيري از اشتباه و جهت تشخيص سيم هاي كابل از يكديگر، عايق سيم هاي هادي در رنگ هاي مختلف انتخاب مي كنند رنگ بندي عايق سيم ها بر اساس استاندارد VDE آنان در جدول زير نشان داده شده است.

عوامل موثر طرز شناسايي كابل
براي معرفي و شناسايي كابل از ظروف لاتين استفاده مي شود و هر ضرف مشخصاً به خصوص در كابل PVC است.
به تعدادي از آنها اشاره مي كنيم.
N : كابل با سيم مسي
NA : كابل با سيم آلومينيومي
Y : عايق PVC يا پروتودور، (اولين Y در رديف علامت گذاري)
2y : عايق PE (اولين 2y در رديف علامت گذاري)

C : غلاف مسي بعنوان سيم صفر و يا محافظ.
CW : غلاف از مقتول هاي نازك مسي كه بطور مربي دور تا دور كابل را پوشانده است و يك تصور نازك مسي بطور مارپيچي آنها را نگه مي دارد.
F : ذره از سيم تحت فولادي قلع اندود.
R : ذره از مقتول فولادي قلع اندود شد.
Gb : تسمه فولادي مارپيچي براي محكم كردن F يا R .

T : سيم نگهدارنده در كابلهاي هوايي از فولاد تابيده شده.
بعد از حروف اختصاري كه معرف چگونگي كابل است. علائمي براي مشخص كردن سيم از نظر تعداد سطح مقطع نوشته مي شود كه عبارتند از:
re : گرد، يك رشته
rm : گرد چند رشته
Se : سكتور يك رشته (مثلثي يك رشته)

Sm : سكتور چند رشته (مثلثي چند رشته)
و سطح مقطع سيم و بعد از يك خط مايل مقطع سيم صفر يا سيم محافظ نوشته مي شود و بالاخره در انتهاي علامت گذاري اختلاف سطح تامي كابل درج شده است.
چند مثال بر روي كابلي نوشته شده است. مفهوم اين حروف چيست.
N : جنس هادي از مس

yy دو پونس هر كدام از رشته ها و روپوش خارجي كابل پروتودور مي باشد.
: كابل چهار رشته با سطح مقطع 5/1 گرد و چند رشته
: قابليت تحمل ولتاژ فازي و ولتاژ خطي

NA : جنس هادي از آلومينيوم
yy : روپوش داخلي و خارجي پروتودور
: و سه رشته سيم يا سطح مقطع 4 به همراه يك رشته سيم با سطح مقطع 5/2 (چهار رشته)
Sm : مثلثي چند رشته
عوامل موثر در تعيين سطح مقطع كابل:
جريان مجاز:

همانطور كه مي دانيم، جريان الكتريكي عبوري از سيمها، در آنها توليد حرارت مي كند و سبب افزايش درجه حرارت سيم ها مي شود. در صورتي كه درجة حرارت هادي زياد شود.
موجب خرابي عايق سيم ها مي گردد. عايق سيم ها معمولاً P.V.C بوده و حداكثر حرارت مجاز آنها است. بنابراين، لازم است براي جريان الكتريكي مشخصي، با توجه به شرايط نصب و حداكثر دماي محيط، سيمي با سطح مقطع مناسب انتخاب شود تا سبب خرابي عايق سيم و اتصالي بين آنها نشود. سازندگان، سيم هاي الكتريكي را با سطح مقطع استاندارد با مقاطع 75/0-1-5/1-5/2-4-6-10-16-25-35-50-70-95/0 ميلي متر مربع توليد مي كنند.

سيم هاي عايق دار، بسته به وضعيت نصب آنها به سه گروه تقسيم مي‌شوند.
گروه 1: سيم هاي داخل لوله كه تعداد آنها در هر لوله يك تا سه سيم در نظر گرفته شود.
گروه 2: سيم هاي دو لا يا سه لا كه آزادانه در هوا كشيده مي شوند و معمولاً براي مصرف كننده هاي سيار به كار مي روند.

گروه 3: تعداد سيم يك لا كه آزادانه در هوا كشيده مي شود و فاصلة بين سيم هاي مجاور حداقل برابر قطر سيم است.
طبق استاندارد VDE آلمان، جدول فوق جريان مجاز و فيوز استاندارد براي جلوگيري از عبور جريان بيش از حد مجاز را نشان مي‌دهد. اين جدول براي حداكثر دماي 25 درجه سانتيگراد محاسبه شده است چنانچه درجة حرارت محيط از 25 درجة سانتي گراد بيش‌تر يا كم‌تر شود. بايد مقادير جدول فوق را در ضريبي كه از جدول زير بدست مي آيد ضرب كرد. تا جريان مجاز سيم و جريان نامي فيوز محافظ تصحيح شود.

افت ولتاژ:
انتخاب سطح مقطع مناسب سيم، علاوه بر جريان مصرف كننده و دماي محيط، به افت ولتاژ در سيم ها نيز بستگي دارد. افت ولتاژ درون سيم ها باعث مي شود كه ولتاژ سرمصرف كننده از مقدار مجاز كم تر شده موجب به كار كردن يا سوختن وسيله الكتريكي توده هر چه طول سيم ها بيشتر شود. افت ولتاژ مسير بيش تر مي شود.

محاسبه افت ولتاژ: مصرف كننده هاي الكتريكي ولتاژ نامي معين دراند، اگر ولتاژ دو سر آنها از مقدار نامي بيشتر شود. باعث آسيب ديدن آن مي شود و اگر از مقدار تعيين شده كمتر باشد. باعث اختلال در كار مصرف كننده مي شود. افت ولتاژ به طور كامل از بين نمي رود ولي تا حد امكان كاهش مي يابد. كه به آن افت ولتاژ مجاز مي گويند معمولاً افت ولتاژ مجاز را برحسب درصد ولتاژ بيان مي كنند و براي اينكه افت ولتاژ خط بيش از اندازه نباشد درصد مجاز براي آن تعيين شده است كه عبارتند از:

1: براي مصرف كنندگان خانگي و روشنايي حداكثر 5/1%
2: براي الكتروموتورها 3%
3: براي سيم هاي اصلي تا ورودي كنتور برق 5/0%
فرمول محاسبه سطح مقطع با استفاده از افت ولتاژ مجاز در شبكه‌هاي تكفاز و سه فاز
در حالت تكفاز

در حالت سه فاز
كه در فرمول فوق:
P : مقاومت مخصوص . : ضريب توان كه در حالت Dc برابر يك است. I : جريان مصرف كننده
: افت ولتاژ L : طول كابل مورد نياز
U : ولتاژ شبكه
مثال: اگر يك مصرف كننده تك فاز يا جريان مصرفي 16 آمپر و ضريب 7/0 توسط سيمي با مقاومت مخصوص 01785/0 و به طول 20 متر از منبع 220 ولتي تغذيه مي شود. سطح مقطع بايد چقدر باشد تا افت ولتاژ از 3% بيشتر نشود.

بنابراين سيم استاندارد بايد 5/1 باشد.
چنانچه در مثال فوق حداكثر دماي محيط به 45 درجه سانتي گراد برسد. مقطع مناسب سيم چقدر بايد انتخاب شود.

با توجه به جدول جريان مجاز سيم 5/1 برابر 5/16 مي باشد.
و همچنين با توجه به اينكه در دماي محيط است با استفاده از جدول ضرايب تصحيح ضريب تصحيح 65/0 است كه در اين صورت جريان مجاز سيم 5/1 برابر مي شود. پس مي بينيم كه سيم 5/1 مناسب مصرف كننده نيست سيم با سطح مقطع 5/2 نيز به همين صورت جريان مجاز 5/2 برابر 21 آمپر است بنابراين از سيم استفاده مي كنيم كه جريان مجازش در درجه برابر مي باشد و با توجه به ضريب تصحيح 65/0 جريان مجاز آن در برابر مي شود ما كه مي تواند جريان 16 آمپر مصرف كننده را به راحتي عبور دهد.

تمرين، يك مصرف كننده سه فاز با جريان مصرفي و ضريب 7/0 توسط سيمي با مقاومت مخصوص 01785/0 و به طول 25 متر از منبع تغذيه مي شود. سطح مقطع بايد چقدر باشد تا افت ولتاژ از 13% بيشتر شود. دماي 25
سطح مقطع كابل را در دماي 50 درجه نيز محاسبه كنيد.
شرايط نصب و قرار دادن كابل هاي برق

شرايط مختلف نصب نيز در تعيين سطح مقطع كابل بسيار مؤثر است از مجله اين شرايط به درجه حرارت محيط اشاره كرد در هنگام كابل كشي شعاع خمش كابل هاي پلاستيكي نبايد از بطور متوسط 15 برابر قطر خارجي كابل كوچك تر باشد. در هنگام كابل كشي توسط دستگاه هاي مخصوص بايد مراقب بود كه نيروي كششي وارده به كابل از مقادير مجاز بيشتر شود در هنگام كابل كشي در كانالهاي خاكي و بر روي ديوار و بسته كابل شرايطي وجود دارد كه در ادامه به آن مي پردازيم.

شعاع خمش كابل: در موقع كشيدن كابل بايد دقت شود كه كابل پيچانده نشود. تا نخورده، جمع نشود. در ضمن خيلي تحت فشار كنشي قرار نگيرد. اگر بخواهيم كابل در مقابل خم شدن و فشار محافظت شود. بايد شعاع خمش كابلهاي مختلف حداقل مطابق جدول زير باشد.
انواع كانالهاي كابل:

كانالهاي خاكي: كانالهاي خاكي را به مقطع ذوزنقه مي سازند تا از ريزش خاك به داخل كانال جلوگيري مي شود. ابتدا كف كانال بايد آجر فرش شده، بعد به ضخامت ماسه نرم ريخته و كابل را روي آن قرار داد.

مجدداً به ضخامت روي كابل بايد ماسه ريخته و روي آن را آجر فرش كرد ماسه و شن هاي ريخته شده علاوه بر حفاظت كابل، چون هوا در بين ماسه ها وجود دارد باعث خنك شدن كابل نيز مي‌شود.

عمق كانال از سطح زمين بستگي به تعداد كابلها و ولتاژ كابلها دارد.
كابل هاي طبقه فوقاني بايد حداقل زير خاك پياده رو و يك متر زير سطح خيابان باشد. عرض كانال كه براي كانال كنده مي‌شود بستگي به تعداد كابلهايي و نوع كابلهايي دارد كه پهلوي يكديگر قرار مي گيرند.