منبع: جلد اول تاسيسات برقی فشار ضعيف و فشار متوسط ، ضابطه شماره 110-1

 

مقدمه

کابل‌های قدرت از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی هستند که وظیفه انتقال جریان از منبع تغذیه به تجهیزات مصرف‌کننده را بر عهده دارند. عملکرد مطمئن یک کابل تنها به ظرفیت عبور جریان آن وابسته نیست، بلکه مجموعه‌ای از عوامل مانند کیفیت هادی، مشخصات عایقی، مقاومت در برابر تنش‌های الکتریکی، شرایط محیطی و میزان حفاظت مکانیکی نیز در قابلیت اطمینان آن تأثیرگذار هستند.

در ساختار کابل‌های قدرت، هر لایه وظیفه مشخصی بر عهده دارد و عملکرد صحیح مجموعه به هماهنگی میان این لایه‌ها وابسته است. هادی مسیر عبور جریان را فراهم می‌کند، عایق از برقراری اتصال ناخواسته جلوگیری می‌کند، شیلد فلزی در کنترل میدان الکتریکی و شرایط حفاظتی نقش دارد، زره مقاومت مکانیکی کابل را افزایش می‌دهد و غلاف نهایی از ساختار داخلی در برابر عوامل محیطی محافظت می‌کند.

شناخت دقیق این اجزا برای انتخاب کابل مناسب، بررسی مشخصات فنی، طراحی سیستم‌های برق‌رسانی و ارزیابی شرایط نصب اهمیت زیادی دارد.

۱. هادی (Conductor)؛  مسیر اصلی انتقال جریان الکتریکی

هادی اصلی‌ترین بخش کابل قدرت است که وظیفه انتقال جریان الکتریکی را بر عهده دارد. این بخش معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می‌شود و انتخاب جنس آن بر مقاومت الکتریکی، وزن، ابعاد و مشخصات عملکردی کابل تأثیر مستقیم دارد.

از نظر ساختار، هادی‌ها می‌توانند به دو شکل اصلی تولید شوند:

– هادی مفتولی (Solid): از یک رشته فلزی یکپارچه تشکیل شده و معمولاً در کابل‌هایی با نیاز کمتر به انعطاف‌پذیری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

– هادی افشان یا چندرشته‌ای (Stranded): از چند رشته سیم نازک‌تر تشکیل شده است که به‌صورت منظم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. این ساختار انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به هادی مفتولی دارد.

همچنین شکل سطح مقطع هادی می‌تواند گرد یا قطاعی باشد. در کابل‌های چندرشته‌ای، استفاده از هادی‌های قطاعی می‌تواند به کاهش فضای اشغال‌شده توسط رشته‌ها و بهینه‌سازی ابعاد کابل کمک کند.

نکته مهندسی: انتخاب هادی صرفاً بر اساس جنس مس یا آلومینیوم انجام نمی‌شود. جریان مجاز، افت ولتاژ، شرایط نصب، دمای محیط و مشخصات اتصال نیز باید در فرآیند انتخاب مورد توجه قرار گیرند.

۲. عایق (Insulation)؛ جلوگیری از اتصال الکتریکی ناخواسته

عایق یکی از مهم‌ترین اجزای کابل قدرت است که به‌عنوان یک لایه غیررسانا در اطراف هادی قرار می‌گیرد. وظیفه اصلی آن جلوگیری از عبور جریان الکتریکی به بخش‌های ناخواسته، جلوگیری از اتصال بین هادی‌ها و حفظ ایمنی سیستم الکتریکی است.

عایق کابل باید متناسب با ولتاژ نامی، دمای کاری و شرایط بهره‌برداری انتخاب شود. در فایل آموزشی، چند نوع ترکیب عایقی معرفی شده است که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

الف) پلی‌وینیل کلراید (PVC)

PVC یکی از مواد پرکاربرد در ساخت عایق کابل است. این ماده از خانواده پلیمرهای ترموپلاستیک بوده و با توجه به ترکیبات و افزودنی‌های مورد استفاده، می‌تواند خواص مکانیکی و الکتریکی متفاوتی داشته باشد.

ب) پلی‌اتیلن کراس‌لینک شده (XLPE)

XLPE نوعی پلی‌اتیلن با ساختار شبکه‌ای حاصل از فرآیند اتصال عرضی است. این ساختار موجب بهبود ویژگی‌های حرارتی و عملکرد عایقی ماده می‌شود. این نوع عایق در کابل‌های قدرت کاربرد گسترده‌ای دارد.

ج) لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR)

EPR از ترکیبات لاستیکی مصنوعی است که در ساخت عایق برخی کابل‌های قدرت استفاده می‌شود. خواص این ترکیب متناسب با فرمولاسیون و شرایط تولید تعیین می‌شود.

د) سایر ترکیبات عایقی

در ساخت کابل‌ها از ترکیبات دیگری مانند پلی‌کلروپرن (PCP)، اتیلن وینیل استات (EVA) و PVC کراس‌لینک شده (XLPVC) نیز استفاده می‌شود.

انتخاب نوع عایق باید با توجه به شرایط کاری کابل و مشخصات فنی موردنیاز صورت گیرد.

۳. شیلد فلزی (Metallic Screen)؛ لایه حفاظتی الکتریکی کابل

شیلد فلزی یکی از اجزایی است که در برخی ساختارهای کابل قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این لایه می‌تواند از یک یا چند نوار فلزی، بافت سیمی یا ترکیبی از رشته‌ها و نوارهای فلزی تشکیل شود.

شیلد در ساختار کابل، به‌ویژه در طراحی کابل‌هایی که کنترل میدان الکتریکی و حفاظت الکترومغناطیسی در آن‌ها اهمیت دارد، نقش مهمی ایفا می‌کند.

از جمله وظایف متداول شیلد فلزی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– کمک به کنترل توزیع میدان الکتریکی در ساختار کابل، متناسب با طراحی آن.

– ایجاد مسیر مناسب برای تخلیه جریان‌های القایی یا نشتی در صورت طراحی و اتصال صحیح.

– کاهش اثر برخی تداخلات الکترومغناطیسی.

– کمک به افزایش ایمنی الکتریکی در ساختارهای دارای شیلد زمین‌شده.

جنس، شکل و نحوه اجرای شیلد باید متناسب با ساختار کابل و شرایط بهره‌برداری تعیین شود.

نکته تخصصی: شیلد فلزی و زره کابل دو جزء متفاوت هستند. شیلد عمدتاً با ملاحظات الکتریکی مرتبط است، درحالی‌که زره برای حفاظت مکانیکی طراحی می‌شود. بنابراین این دو لایه نباید از نظر عملکرد جایگزین یکدیگر در نظر گرفته شوند.

۴. زره (Armour)؛ حفاظت مکانیکی از ساختار کابل

زره یکی از لایه‌های حفاظتی کابل است که با هدف افزایش مقاومت مکانیکی در برابر نیروهای خارجی طراحی می‌شود. این لایه به‌خصوص در کابل‌هایی اهمیت دارد که در مسیرهای مستعد آسیب مکانیکی، نصب‌های صنعتی یا شرایط محیطی دشوار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

زره معمولاً از سیم‌ها یا نوارهای فلزی ساخته می‌شود. مطابق مطالب فایل آموزشی، برای ساخت این لایه می‌توان از فولاد گالوانیزه، فولاد با پوشش آلومینیوم یا نوارهای آلومینیومی استفاده کرد.

از مهم‌ترین وظایف زره می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– افزایش مقاومت کابل در برابر ضربه و فشارهای مکانیکی.

– محافظت از لایه‌های داخلی در شرایط نصب و بهره‌برداری.

– کاهش احتمال آسیب به عایق و هادی در اثر تنش‌های خارجی.

– افزایش استحکام کابل در مسیرهای نصب خاص.

انتخاب نوع زره به شرایط نصب و نوع تنش‌های مکانیکی احتمالی وابسته است. برای مثال، در برخی کاربردها زره سیمی و در برخی دیگر زره نواری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نکته مهم در طراحی این بخش، توجه به جنس فلز زره و شرایط الکتریکی شبکه است. در سیستم‌های جریان متناوب، انتخاب ساختار فلزی زره باید با ملاحظات مربوط به اثرات مغناطیسی و تلفات احتمالی نیز هماهنگ باشد.

۵. غلاف (Sheath)؛ محافظت از لایه‌های داخلی کابل

غلاف یکی از لایه‌های بیرونی کابل است که وظیفه حفاظت از اجزای داخلی را در برابر عوامل محیطی و آسیب‌های مکانیکی بر عهده دارد.

غلاف می‌تواند از مواد فلزی یا غیرفلزی ساخته شود. از جمله مواد معرفی‌شده در فایل آموزشی می‌توان به مس، سرب، آلومینیوم و PVC اشاره کرد.

غلاف در ساختار کابل نقش مهمی در جلوگیری از نفوذ رطوبت، آلودگی و عوامل محیطی به بخش‌های داخلی ایفا می‌کند. همچنین با ایجاد یک پوشش محافظ، احتمال آسیب‌دیدگی لایه‌های زیرین را کاهش می‌دهد.

در کابل‌هایی که دارای زره هستند، ممکن است لایه‌های دیگری نیز میان زره و غلاف نهایی قرار بگیرند.

غلاف جداکننده (Separation Sheath)

در برخی کابل‌ها، به‌ویژه زمانی که لایه‌های فلزی زیرین و فوقانی از جنس‌های متفاوت باشند، از یک لایه جداکننده استفاده می‌شود. این لایه می‌تواند از موادی مانند PVC یا PE ساخته شود و وظیفه جداسازی لایه‌های مجاور را بر عهده داشته باشد.

غلاف نهایی (Oversheath)

غلاف نهایی خارجی‌ترین پوشش کابل است که وظیفه محافظت از مجموعه لایه‌های داخلی را بر عهده دارد. جنس این پوشش با توجه به شرایط نصب، محیط بهره‌برداری و ویژگی‌های موردنیاز کابل انتخاب می‌شود.

بنابراین، غلاف نهایی صرفاً یک پوشش ظاهری نیست، بلکه یکی از اجزای مهم در افزایش دوام و قابلیت اطمینان کابل محسوب می‌شود.

۶. ارتباط عملکرد لایه‌های مختلف در ساختار کابل قدرت

عملکرد صحیح کابل قدرت حاصل همکاری مجموعه‌ای از لایه‌های مختلف است. هرکدام از این لایه‌ها وظیفه مشخصی دارند و ضعف در طراحی یا انتخاب هر بخش می‌تواند بر عملکرد کلی کابل تأثیر بگذارد.

 

نکته مهم این است که تمام کابل‌های قدرت الزاماً دارای همه این لایه‌ها نیستند. ساختار کابل با توجه به سطح ولتاژ، نوع کاربرد، شرایط نصب و الزامات فنی تعیین می‌شود. برای مثال، ممکن است یک کابل دارای هادی و عایق باشد، اما نیازی به زره یا شیلد فلزی نداشته باشد.

۷. اهمیت شناخت ساختار کابل در انتخاب و طراحی تأسیسات الکتریکی

شناخت اجزای داخلی کابل برای مهندسان برق تنها یک موضوع تئوری نیست، بلکه در بسیاری از مراحل طراحی، اجرا و نگهداری سیستم‌های الکتریکی کاربرد دارد.

در مرحله طراحی، مهندس برق باید با توجه به جریان مصرفی، افت ولتاژ، ولتاژ نامی و شرایط نصب، کابل مناسبی انتخاب کند. در این فرآیند، جنس هادی و نوع عایق از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند.

در مرحله اجرا نیز شناخت ساختار کابل به انتخاب روش مناسب کابل‌کشی، تجهیزات اتصال و شرایط حفاظت مکانیکی کمک می‌کند. برای نمونه، استفاده از کابل زره‌دار در مسیرهایی که احتمال آسیب مکانیکی وجود دارد، می‌تواند بخشی از راهکار حفاظتی سیستم باشد.

در مرحله بهره‌برداری و نگهداری نیز آگاهی از عملکرد هر لایه، تشخیص بهتر آسیب‌های احتمالی و ارزیابی وضعیت کابل را امکان‌پذیر می‌کند.

از طرف دیگر، دمای کاری عایق یکی از عوامل مهم در تعیین جریان مجاز کابل است. مطابق اطلاعات فایل آموزشی، حداکثر دمای هادی در شرایط کاری برای عایق PVC برابر ۷۰ درجه سانتی‌گراد و برای XLPE و EPR برابر ۹۰ درجه سانتی‌گراد ذکر شده است. این مقادیر نشان می‌دهند که نوع عایق در تعیین شرایط حرارتی بهره‌برداری کابل اهمیت دارد.

جمع‌بندی

ساختار کابل‌های قدرت از مجموعه‌ای از اجزای الکتریکی، عایقی و مکانیکی تشکیل شده است که هرکدام در تأمین عملکرد مطمئن کابل نقش مشخصی دارند. هادی وظیفه انتقال انرژی الکتریکی را بر عهده دارد، عایق از ایجاد اتصال ناخواسته جلوگیری می‌کند، شیلد فلزی در کنترل میدان الکتریکی و حفاظت الکتریکی مؤثر است، زره مقاومت مکانیکی کابل را افزایش می‌دهد و غلاف از لایه‌های داخلی در برابر عوامل محیطی محافظت می‌کند.

برای انتخاب صحیح کابل قدرت، شناخت جداگانه این اجزا کافی نیست؛ بلکه باید عملکرد آن‌ها در کنار یکدیگر و متناسب با شرایط واقعی پروژه بررسی شود. توجه به مشخصات هادی، جنس عایق، ساختار شیلد، نوع زره، جنس غلاف و شرایط نصب، از مهم‌ترین مواردی است که در طراحی و اجرای اصولی سیستم‌های کابل‌کشی باید مورد توجه مهندسان برق قرار گیرد.

اگر شما هم علاقه‌مند به یادگیری تخصصی و حرفه ای مهندسی برق با اساتیدی مجرب هستید، می‌توانید فیلم‌های آموزشی دپارتمان برق  آکادمی کاشانه را مشاهده کنید.