روش انتخاب کابل

 

در تأسیسات مربوط به انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، و تجهیزات برقی، نیاز به استفاده از کابل می باشد. لذا بایستی با مشخصات کابل ها و کاربرد آنها آشنایی مختصر پیدا کرد. یکی از مشخصه های اصلی هر کابل قدرت تحمل جریان الکتریکی آن می باشد که به نوع کابل، شرایط محیط و محل نصب آن بستگی دارد.

و چنانچه مقدار جریان از حد معینی بیشتر گردد علاوه بر گرم شدن کابل ممکن است موجب سوختن آن نیز بشود. از دیگر عواملی که در انتخاب کابل باید در نظر داشت، افت ولتاژ آن است، زیرا کاهش ولتاژ دستگاههای صنعتی علاوه بر ایجاد اشکال در طرز کار صحیح آنها در پاره ای موارد موجب آسیب دیدن دستگاه نیز می شود. بطور کلی در انتخاب کابل برق باید به نکات زیر توجه نمود :

1-    جریان مصرفی تحت هیچ شرایطی نبایستی از جریان مجاز کابل بیشتر شود.
2-    از آنجا که تعویض کابل غالباً با هزینه سنگین همراه است، لذا افزایش جریان ناشی از طرح توسعه آینده در نظر گرفته شود.
3-    افت ولتاژ کابل از حد مجاز زیادتر نگردد.
4-    سطح مقطع کابل (و در نتیجه قیمت آن) با توجه به تلفات الکتریکی، تا حد ممکن مقرون به صرفه باشد.
5-    انتخاب کابل با پوشش مناسب، با توجه به شرایط محیط ( هوای آزاد، زیر خاک، حرارت و برودت و غیره ) صورت پذیرد.

محاسبه جریان مصرفی
با استفاده از روابط زیر می توان جریان مصرفی را در یک شبکه تعیین نمود :

در شبکه تکفاز    

                            

 

در شبکه سه فاز  

                                   

 

I = جریان مصرفی به آمپر
V = ولتاژ به ولت
P = توان مصرفی به وات
PF = ضریب توان یا      Cos
مثال 1- یک موتور الکتریکی سه فاز دارای مشخصات زیر است :

ولت                     V=380 
توان (وات)                 P=18.4 kW
0.85                        Cos 
جریان مصرفی موتور را محاسبه نمائید.

 

                                                            
وات   P = 18.4 X 1000 =  18400          

                             
آمپر    

 

                                        
 

محاسبه جریان مجاز کابل

جهت جلوگیری از آسیب رسیدن به کابل، بایستی گرمای ناشی از عبور جریان در کابل، با محیط اطراف مبادله گردد. سرعت تبادل حرارت به عواملی از قبیل درجه حرارت محیط، نحوه قرار گرفتن دو یا چند کابل در مجاورت یکدیگر و غیره، بستگی دارد. بدیهی است که نصب کابل در فضای کوچک و بسته ای مانند کانال و لوله ها باعث کندی تبادل حرارت با محیط اطراف می گردد.

بنابراین تحت چنین شرایطی باید کابلی با جریان مجاز بیشتر از جریان مصرفی مورد نیاز انتخاب نمود. بعبارت دیگر برای تبدیل جریان مصرفی به جریان مجاز کابل، باید از ضرائب معینی، بنام ضرایب تصحیح جریان که در جداول 1، 2 و 3 داده شده، طبق رابطه مقابل استفاده نمود :           

Ic = جریان مجاز کابل               I = جریان مصرفی          F = حاصلضرب ضرایب تصحیح

مثال 2- می خواهیم دو موتور با مشخصات مثال 1 را در نزدیکی تابلوی توزیع برق نصب کنیم. چنانچه کابل کشی در زیر خاک و در مجاور هم انجام شود، با توجه به درجه حرارت محیط که °c 40 می باشد، از چه نوع کابل باید استفاده نمائیم.
ضریب درجه حرارت محیط                           77/0
ضریب تعداد کابلهای مجاور هم                        85/0
با توجه به جداول شماره 1 و 3 و جریان مصرفی محاسبه شده در مثال قبل، جریان مجاز هر کابل برابر است با:    F = 0.77 X 0.85 = 0.65    

               
 آمپر                                               

 

با توجه به جریان بدست آمده و جریان مجاز نوشته شده در کاتالوگها ، کابل مناسب قابل انتخاب  است.

تعیین افت ولتاژ کابل
افت ولتاژ معمولاً بر حسب درصد بیان می شود. برای محاسبه افت ولتاژ در یک کابل مشخص، با مراجعه به جدول شماره4، ضریب افت ولتاژ مربوط به آن را پیدا نموده و سپس با استفاده از روابط زیر می توان درصد افت ولتاژ کابل را محاسبه نمود:
                         

                                                  
 = افت ولتاژ کابل به ولت
 V = ولتاژ شبکه به ولت
 L = طول کابل به متر
 P = توان مصرفی به کیلووات
 m = ضریب افت ولتاژ کابل (جدول 4)
در محاسبات افت ولتاژ، معمولاً حداکثر درصد افت ولتاژ (افت ولتاژ مجاز) را برای کابلها 3 درصد درنظر  می گیرند.

همانطور که در جدول شماره 4 ملاحظه می گردد، با افزایش سطح مقطع، ضریب افت ولتاژ و نتیجتاً درصد افت ولتاژ کابل، کاهش می یابد که این امر نیز به نوبه خود منجر به تقلیل توان الکتریکی تلف شـده در کابل می شود.

اما از طرفی با افزایش سطح مقطع کابل قیمت آن نیز بالا می رود. لذا برای رسیدن به بهترین نوع انتخاب کابل، توجه به نکات زیر ضروری می باشد:
1- با توجه به توان مصرفی، جریان مجاز و سپس سطح مقطع کابل را مشخص نمائید.
2- با استفاده از سطح مقطع تعیین شده، افت ولتاژ کابل را محاسبه کنید. حال چنانچه درصد افت ولتاژ از حد مجاز زیادتر باشد، سطح مقطع بالاتر را در نظر بگیرید.

 

جدول شماره 1  -  ضریب تصحیح جریان کابلها در خاک

حداکثر درجه حرارت هادی °c 70

 

60	55	50	45	40	35	30	25	20	15	درجه حرارت محیط (درجه سانتیگراد)
0.45	0.55	0.63	0.71	0.77	0.84	0.89	0.95	1	1.05	ضریب تصحیح

 

جدول شماره 2  -  ضریب تصحیح جریان کابلها در هوا

حداکثر درجه حرارت هادی °c 70
 

60	55	50	45	40	35	30	25	20	15	درجه حرارت محیط (درجه سانتیگراد)
0.50	0.61	0.71	0.79	0.87	0.94	1	1.06	1.12	1.17	ضریب تصحیح

 

جدول شماره 3  -  ضریب تصحیح جریان کابلهای مجاور* هم در خاک

حداکثر درجه حرارت هادی °c 70
 

10	8	6	5	4	3	2	1	تعداد کابلهای مجاور هم
0..53	0.56	0.60	0.64	0.68	0.75	0.85	1	ضریب تصحیح

 

 *   توضیح اینکه فاصله بین کابلها از یکدیگر 7 سانتیمتر  می باشد.

 

جدول شماره 4

ضریب افت ولتاژ سیم ها و کابلها
 

سه فاز 380 ولت	تک فاز 220 ولت	ولتاژ شبکه (ولت)               سطح مقطع (mm²)
0.031	0.108	1.5
0.019	0.065	2.5
0.012	0.041	4
0.008	0.027	6
0.0046	0.0162	10
0.0029	0.001	16
0.00188	-	25
0.00134	-	35
0.00094	-	50
0.00067	-	70
0.00050	-	95
0.00039	-	120
0.00031	-	150
0.000254	-	185
0.000195	-	240
0.000156	-	300
0.000117	-	400
0.000093	-	500

 

 

برخی ازعلائم اختصاری در کدینگ ساختار کابل ها

 

N	کابل با هادی مسی
NA	کابل با هادی آلومینیومی
Y	عایق یا روکش  پی وی سی
2Y	عایق یا روکش  پلی اتیلن
2X	عایق XLPE
C	هادی هم مرکز
B	زره نواری
R	زره مفتولی
J	رشته زرد - سبز
RE	هادی گرد تک لا
RM	هادی گرد چند لا (استرند)
SM	هادی سکتوری چند لا
SWA	زره مفتول فولادی
STA	زره نوار فولادی
AWA	زره مفتول آلومینیومی
ATA	زره نوار آلومینیومی

 

کنتور وسیله‌ای است که مقدار انرژی الکتریکی مصرف‌شده را اندازه‌گیری می‌کند. مهم‌ترین عوامل در تعیین کابل مناسب برای کنتور برق عبارتند از :

• تک‌فاز یا سه‌فاز بودن مصرف‌کننده

• ولتاژ

• حداکثر جریان عبوری (آمپر مصرفی)

• فاصله خط توزیع تا محل انشعاب

در این مقاله صرفا به بررسی مصرف‌کننده‌های تک‌فاز می‌پردازیم. ولتاژ در مدار ثانویه ترانسفورماتورهای توزیع در ایران تقریبا 230 ولت (به صورت تک‌فاز) است که با در نظر گرفتن افت ولتاژ، برقی که به مصرف‌کننده می‌رسد، تقریبا در حدود 220 ولت خواهد شد. بر خلاف ولتاژ که برای مصرف‌کننده‌های تک‌فاز، تقریبا ثابت است، از نظر جریان عبوری از کنتور، تفاوت زیادی بین مصرف‌کننده‌ها وجود دارد.

جریان استاندارد برای انشعاب تک‌فاز، 25 آمپر است، ولی در روستاها از انشعاب تک‌فاز 15 آمپر هم استفاده می‌شود. در حال حاضر به دلیل استفاده از تجهیزات پرمصرف، تعداد انشعاب‌های تک‌فاز 32 آمپر نیز رو به گسترش است.

پارامتر تأ‌ثیرگذار بعدی در انتخاب سیم مناسب برای کنتور، حداکثر فاصله مجاز است که در جدول زیر برحسب واحد متر برای اشتراک‌های 15، 25 و 32 آمپر تک‌فاز و برای سه سطح مقطع مختلف از کابل‌های مسی دو رشته‌ای بیان شده است.

برای کابل‌های آلومینومی باید سطح مقطع کابل مسی را در 6/1 ضرب کرد. در شرایط جریان یکسان، هرچه سطح مقطع کابل بیشتر باشد می‌تواند فواصل بیشتری را پوشش دهد.

آمپر مقطع	6mm2	10mm2	16mm2
15A	108m	180m	288m
25A	65m	108m	173m
32A	50m	84m	135m

انتخاب کابل برای موتور

بیشترین حجم مصرف برق در صنعت مربوط به الکتروموتورهای سه‌فاز است که توسط کابل سه‌فاز تغذیه می‌شوند. انتخاب کابل با سطح مقطع مناسب برای الکتروموتورها را می‌توان از دو دیدگاه ظرفیت آمپری و افت ولتاژ مجاز بررسی کرد. جریان نامی یک موتور سه فاز از رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شود:

که در این رابطه P توان موتور بر حسب وات، V ولتاژ خط بر حسب ولت، K ضریب قدرت، η راندمان موتور و I جریان نامی است. به عنوان مثال برای یک موتور سه‌فاز با توان 10 کیلو وات، ضریب قدرت 86/0، راندمان 95/0 و و لتاژ خط 400 ولت، جریان نامی با توجه به رابطه فوق، 18 آمپر می‌شود.

با استفاده از جدول تعیین جریان مجاز کابل‌های برق با توجه به شرایط محیط، می‌توان سطح مقطع مناسب کابل موتور را تعیین کرد که در مورد مثال بالا این مقدار 5/1 میلی‌متر مربع می‌شود.

از دیدگاه افت ولتاژ، سطح مقطع کابل را می‌توان از رابطه زیر محاسبه کرد:

که در این رابطه A سطح مقطع کابل بر حسب میلی‌متر مربع، N ضریب هدایت هادی، L طول کابل، P توان بر حسب کیلووات و ΔV افت ولتاژ مجاز است. در مورد مثال فوق و با فرض افت ولتاژ دو درصد، طول 100 متر برای کابل ضریب هدایت 56 برای مس، سطح مقطع کابل برابر با 6 میلی‌متر مربع خواهد شد.

جدول قطر کابل برق

پتانسیل حمل بار الکترکی توسط کابل‌ها با اندازه‌گیری قطر آنها سنجیده می‌شود. یکی از راه‌هایی که می‌توان قطر سیم و کابل را اندازه‌گیری کرد، استفاده از دستگاهی است که به همین منظور ساخته شده است.

دستگاه اندازه‌گیری قطر سیم و کابل، سوراخ‌های متعددی دارد که می‌توانید با قرار دادن سیم یا کابل مورد نظر روی آنها و پیدا کردن سوراخی مناسب با سیم و کابل خود، قطر را به دست آورید.

کولیس، دستگاه دیگری است که می‌توان از آن برای به دست آوردن قطر سیم و کابل کمک گرفت. کافیست کابل را داخل گیره‌های کولیس بگذارید و پس از کنار زدن گیره متحرک دستگاه، عدد نوشته شده را که در واقع همان قطر کابل است بخوانید. قطر سنج لیرزی هم برای به دست آوردن قطر کابل و سیم استفاده می‌شود.

جدول قطرهای رایج کابل های مسی و آلومینیومی در بازار

آلومینیوم (میلی تر)	مس (میلی تر)
2/5	1/5
4	2/5
6	4
10	6
16	10
25	16
50	25
70	35
95	50
120	70
150	95
185	120
240	150
300	185
400	240
500	300