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

مقدمه

انتخاب کابل مناسب در تأسیسات الکتریکی فشار ضعیف، یکی از مراحل مهم طراحی و اجرای سیستم‌های برق ساختمان و صنعت است. در این فرایند، صرفاً توجه به جریان مصرف‌کننده و انتخاب کابلی با سطح مقطع متناسب کافی نیست؛ بلکه باید شرایط حرارتی کابل در زمان بهره‌برداری نیز بررسی شود.

عبور جریان الکتریکی از هادی کابل موجب تولید حرارت می‌شود. این حرارت باید از طریق عایق، غلاف و محیط اطراف دفع شود. اگر گرمای تولیدشده از توان دفع حرارت کابل بیشتر باشد، دمای هادی افزایش پیدا می‌کند و ممکن است از محدوده مجاز عایق فراتر رود. چنین وضعیتی می‌تواند موجب کاهش عمر مفید کابل، تخریب عایق و افزایش احتمال بروز خطاهای الکتریکی شود.

بر اساس فایل «سیم، کابل و پاسداکت فشار ضعیف»، ظرفیت جریان مجاز کابل با محدودیت حرارتی عایق ارتباط مستقیم دارد. در این فایل، دمای مجاز هادی برای کابل‌های دارای عایق PVC برابر با ۷۰ درجه سانتی‌گراد و برای کابل‌های دارای عایق XLPE یا EPR برابر با ۹۰ درجه سانتی‌گراد معرفی شده است. این مقادیر به نوع عایق مربوط‌اند و به‌تنهایی ظرفیت جریان کابل را مشخص نمی‌کنند.

۱. جریان مجاز کابل چیست؟

جریان مجاز کابل، بیشترین جریانی است که کابل می‌تواند تحت شرایط مشخص نصب و بهره‌برداری، بدون عبور از محدودیت‌های حرارتی مجاز، به‌صورت پیوسته از خود عبور دهد.

این ظرفیت به مجموعه‌ای از مشخصات الکتریکی، حرارتی و اجرایی وابسته است که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• جنس هادی، مانند مس یا آلومینیوم
• سطح مقطع هادی و مقاومت الکتریکی آن
• نوع عایق و حداکثر دمای مجاز هادی
• دمای محیط اطراف کابل
• روش نصب و میزان تبادل حرارت با محیط
• تعداد کابل‌های مجاور و میزان تجمع آن‌ها
• شرایط تهویه و امکان دفع حرارت

بنابراین، یک کابل با مشخصات الکتریکی یکسان ممکن است در دو شرایط نصب متفاوت، ظرفیت جریان مجاز یکسانی نداشته باشد.

برای مثال، ظرفیت جریان یک کابل که در فضای آزاد و با امکان مناسب دفع حرارت نصب شده است، لزوماً با ظرفیت همان کابل در داخل لوله، کانال بسته یا مسیر متراکم کابل‌ها برابر نیست.

نکته مهم: جریان مجاز درج‌شده در جدول‌های استاندارد، معمولاً بر اساس شرایط مرجع مشخصی تعیین می‌شود. برای استفاده از این مقادیر در پروژه واقعی، باید اختلاف شرایط نصب پروژه با شرایط مرجع بررسی شود.

۲. تأثیر دمای محیط بر ظرفیت جریان مجاز کابل

دمای محیط یکی از عوامل مهم در تعیین ظرفیت جریان مجاز کابل‌های فشار ضعیف است. هنگامی که کابل در حال انتقال جریان است، به دلیل مقاومت الکتریکی هادی، گرما تولید می‌شود. این گرما از سطح کابل به محیط اطراف منتقل می‌شود. هرچه دمای محیط بیشتر باشد، اختلاف دمای موجود برای انتقال حرارت کاهش پیدا می‌کند و دفع گرمای تولیدشده دشوارتر می‌شود. در نتیجه، کابل در محیط گرم‌تر برای رعایت همان محدودیت دمایی هادی، باید با جریان کمتری کار کند.

شرایطی که افزایش دمای محیط اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛

الف) نصب کابل در فضاهای گرم

در موتورخانه‌ها، اتاق‌های تجهیزات الکتریکی، فضاهای صنعتی و محل‌هایی که تجهیزات گرمازا فعالیت می‌کنند، دمای محیط ممکن است از شرایط مرجع جداول بیشتر باشد. در چنین شرایطی، استفاده مستقیم از جریان مجاز جدول بدون اعمال تصحیحات لازم می‌تواند به انتخاب نامناسب کابل منجر شود.

ب) عبور کابل از مسیرهای در معرض تابش خورشید

کابل‌های نصب‌شده در فضای باز ممکن است تحت تأثیر تابش خورشید و افزایش دمای سطح خود قرار بگیرند. در این وضعیت، بررسی شرایط واقعی حرارتی مسیر ضروری است و نباید فقط به دمای معمول هوای محیط توجه کرد.

ج) نصب کابل در فضاهای کم‌تهویه

در فضاهایی که گردش هوا محدود است، گرمای تولیدشده توسط کابل و تجهیزات مجاور ممکن است در محیط باقی بماند. این وضعیت می‌تواند دمای اطراف کابل را افزایش دهد و ظرفیت انتقال جریان آن را کاهش دهد.

ارتباط دمای محیط با نوع عایق

نوع عایق کابل، حداکثر دمای مجاز هادی را تعیین می‌کند. بر اساس مقادیر معرفی‌شده در فایل مبنا:

 

این مقادیر نباید با دمای محیط اشتباه گرفته شوند. برای مثال، دمای مجاز ۷۰ درجه سانتی‌گراد برای هادی کابل PVC به این معنا نیست که کابل می‌تواند در محیطی با دمای ۷۰ درجه سانتی‌گراد، جریان نامی جدول را بدون کاهش ظرفیت عبور دهد. همچنین، دمای مجاز عایق به‌تنهایی معیار کافی برای انتخاب کابل نیست؛ زیرا ظرفیت جریان به شرایط انتقال حرارت و مشخصات ساختاری کابل نیز وابسته است.

۳. تأثیر روش نصب بر ظرفیت جریان مجاز

روش نصب کابل، مسیر انتقال حرارت از هادی به محیط را تغییر می‌دهد. به همین دلیل، در طراحی تأسیسات الکتریکی باید روش نصب واقعی با شرایطی که جریان مجاز کابل بر اساس آن تعیین شده است، مطابقت داده شود.

۳-۱. نصب کابل در هوای آزاد

در این روش، کابل امکان تبادل حرارتی مستقیم‌تری با محیط اطراف دارد. بااین‌حال، ظرفیت جریان آن به فاصله از سطوح، جریان هوا، دمای محیط، نحوه آرایش کابل‌ها و میزان قرارگیری در معرض تابش خورشید وابسته است.

بنابراین، عبارت «نصب در هوای آزاد» به‌تنهایی برای تعیین ظرفیت جریان کافی نیست و باید شرایط واقعی نصب بررسی شود.

۳-۲. نصب کابل در لوله و مجرا

در نصب داخل لوله یا مجرا، مسیر دفع حرارت با نصب در فضای آزاد متفاوت است. جنس و ابعاد لوله، میزان پرشدگی، تعداد کابل‌های داخل آن و شرایط تهویه بر وضعیت حرارتی کابل تأثیر می‌گذارند.

هنگامی که چند کابل حامل جریان در یک مجرا قرار می‌گیرند، گرمای تولیدشده توسط آن‌ها می‌تواند دمای محیط داخلی مجرا را افزایش دهد. در نتیجه، ظرفیت انتقال جریان هر کابل ممکن است کاهش پیدا کند.

به همین دلیل، استفاده از جدول جریان مجاز مربوط به کابل‌های نصب‌شده در هوای آزاد برای کابل‌های داخل لوله، بدون بررسی روش نصب و شرایط مرجع، صحیح نیست.

۳-۳. نصب کابل روی سینی کابل

سینی کابل یکی از روش‌های متداول در تأسیسات صنعتی و ساختمانی است. در این روش، وضعیت دفع حرارت به عواملی مانند نوع سینی، نحوه چیدمان کابل‌ها، فاصله میان آن‌ها و میزان تهویه بستگی دارد.

چیدمان فشرده کابل‌ها می‌تواند تبادل حرارتی را محدود کند. در مقابل، آرایش مناسب و رعایت فاصله‌های لازم، در صورت سازگاری با الزامات طراحی و استاندارد، به بهبود شرایط حرارتی کمک می‌کند.

نکته مهم این است که ظرفیت جریان کابل‌های نصب‌شده روی سینی را نمی‌توان صرفاً بر اساس نوع سینی تعیین کرد؛ زیرا تعداد کابل‌های مجاور، آرایش آن‌ها و شرایط محیطی نیز باید در نظر گرفته شوند.

۳-۴. نصب کابل در کانال یا مسیرهای بسته

در کانال‌های کابل و مسیرهای بسته، شرایط دفع حرارت به ساختار کانال، میزان تهویه، تعداد کابل‌ها و نحوه آرایش آن‌ها وابسته است.

اگر چند مدار پرجریان در یک فضای محدود قرار گیرند، تجمع حرارتی می‌تواند موجب افزایش دمای کابل‌ها شود. در چنین شرایطی، بررسی ظرفیت جریان هر مدار باید با توجه به اثر حرارتی سایر کابل‌های مجاور انجام شود.

در پروژه‌هایی که مسیرهای کابل طولانی یا دارای تراکم زیاد هستند، ارزیابی شرایط حرارتی در بخش‌های بحرانی مسیر اهمیت ویژه‌ای دارد.

۴. تأثیر تجمع کابل‌ها بر ظرفیت جریان

یکی از نکات مهم در طراحی مسیرهای کابل، اثر متقابل حرارتی کابل‌های مجاور است.

هر کابل حامل جریان، مقداری حرارت تولید می‌کند. زمانی که چند کابل در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند، بخشی از این حرارت در فضای مشترک میان کابل‌ها باقی می‌ماند و دمای محیط اطراف آن‌ها افزایش پیدا می‌کند.

در چنین شرایطی، ظرفیت جریان مجاز هر کابل ممکن است نسبت به حالتی که به‌تنهایی نصب شده است، کاهش یابد.

میزان این کاهش به عوامل زیر وابسته است:

• تعداد کابل‌ها و مدارهای مجاور
• فاصله میان کابل‌ها
• آرایش کابل‌ها در یک یا چند لایه
• نوع مسیر نصب و میزان تهویه
• دمای محیط و شرایط حرارتی اطراف
• میزان بارگذاری هم‌زمان مدارها

برای مثال، در یک سینی کابل که چندین مدار به‌صورت متراکم نصب شده‌اند، نمی‌توان بدون بررسی شرایط نصب فرض کرد که تمام کابل‌ها قادر به انتقال جریان مجاز درج‌شده در جداول مرجع هستند.

نکته طراحی: افزایش تعداد کابل‌ها در یک مسیر باید هم‌زمان با بررسی ظرفیت حرارتی مسیر انجام شود. صرفاً بزرگ‌تر انتخاب کردن سطح مقطع کابل، بدون ارزیابی شرایط نصب و آرایش کابل‌ها، جایگزین یک بررسی حرارتی صحیح نیست.

۵. نقش جنس هادی و نوع عایق در ظرفیت جریان

جنس هادی و نوع عایق از عوامل اصلی تعیین‌کننده ظرفیت جریان مجاز کابل هستند.

جنس هادی

هادی‌های مسی و آلومینیومی از نظر مقاومت الکتریکی و رفتار حرارتی متفاوت‌اند. در شرایط یکسان، مقاومت الکتریکی هادی بر میزان گرمای تولیدشده اثر می‌گذارد؛ بنابراین، کابل‌های مسی و آلومینیومی با سطح مقطع یکسان الزاماً ظرفیت جریان یکسانی ندارند.

همچنین، انتخاب میان این دو نوع هادی باید با توجه به الزامات طراحی، مشخصات کابل، شرایط اتصال و استانداردهای مربوط انجام شود.

نوع عایق

عایق کابل باید بتواند دمای ایجادشده در اثر عبور جریان را در محدوده مجاز تحمل کند. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، فایل مبنا برای عایق PVC حداکثر دمای ۷۰ درجه سانتی‌گراد و برای عایق‌های XLPE و EPR حداکثر دمای ۹۰ درجه سانتی‌گراد را ذکر می‌کند.

بااین‌حال، بالاتر بودن دمای مجاز هادی در یک نوع عایق به این معنا نیست که آن کابل در تمام شرایط نصب، ظرفیت جریان بیشتری خواهد داشت. شرایط انتقال حرارت، ساختار کابل و محدودیت‌های سایر اجزای سیستم نیز مؤثرند.

بنابراین، انتخاب کابل باید بر اساس مشخصات کامل محصول و جداول جریان مجاز مرتبط با همان ساختار و روش نصب انجام شود.

۶. چگونه ظرفیت جریان مجاز کابل را در شرایط واقعی بررسی کنیم؟

برای انتخاب صحیح کابل در پروژه، لازم است ظرفیت جریان جدول مرجع با شرایط واقعی نصب تطبیق داده شود.

فرایند بررسی را می‌توان در چند مرحله انجام داد:

مرحله اول: تعیین مشخصات کابل

جنس هادی، سطح مقطع، تعداد رشته‌ها، نوع عایق و ساختار کابل را مشخص کنید.

مرحله دوم: تعیین جریان موردنیاز مدار

جریان طراحی مدار باید با توجه به بار الکتریکی، شرایط بهره‌برداری و الزامات حفاظتی تعیین شود.

مرحله سوم: مشخص کردن روش نصب

مشخص کنید کابل در هوای آزاد، داخل لوله، روی سینی، در کانال یا در شرایط دیگری نصب خواهد شد. همچنین، نحوه چیدمان و تعداد کابل‌های مجاور را ثبت کنید.

مرحله چهارم: تعیین دمای محیط

دمای محیط در محل نصب کابل را با شرایط مرجع جدول مربوط مقایسه کنید. در صورت وجود تغییرات قابل‌توجه دما در طول مسیر، شرایط بخش‌های مختلف را نیز بررسی کنید.

مرحله پنجم: مراجعه به جدول جریان مجاز مناسب

جدولی را انتخاب کنید که با جنس هادی، نوع عایق، ساختار کابل و روش نصب موردنظر مطابقت داشته باشد.

مرحله ششم: اعمال ضرایب تصحیح

در صورت تفاوت شرایط واقعی با شرایط مرجع، ضرایب تصحیح مرتبط با دمای محیط، تجمع کابل‌ها و سایر عوامل مؤثر را مطابق استاندارد مربوط اعمال کنید.

در یک محاسبه متداول، جریان مجاز اصلاح‌شده از حاصل‌ضرب جریان مرجع در ضرایب تصحیح مربوط به شرایط نصب به دست می‌آید:

جریان مجاز اصلاح‌شده = جریان مجاز مرجع × حاصل‌ضرب ضرایب تصحیح

این رابطه بیانگر روش کلی اعمال ضرایب است. تعداد و مقدار ضرایب باید بر اساس استاندارد و شرایط واقعی پروژه تعیین شود؛ بنابراین، بدون مشخص بودن روش نصب و شرایط مرجع، نمی‌توان مقدار عددی معتبری برای ظرفیت نهایی کابل اعلام کرد.

مرحله هفتم: بررسی هماهنگی کابل و تجهیزات حفاظتی

پس از تعیین ظرفیت جریان اصلاح‌شده، باید هماهنگی میان جریان طراحی، ظرفیت مجاز کابل و مشخصات وسیله حفاظتی مدار بررسی شود. هدف آن است که کابل در شرایط بهره‌برداری پیش‌بینی‌شده، تحت اضافه‌بار نامجاز قرار نگیرد و الزامات حفاظت مدار نیز رعایت شوند.

۷. خطاهای رایج در تعیین جریان مجاز کابل

در طراحی و اجرای تأسیسات فشار ضعیف، برخی اشتباهات می‌توانند باعث انتخاب نامناسب کابل شوند.

۱. استفاده از جریان جدول بدون توجه به دمای محیط

جریان‌های جدول معمولاً به شرایط مرجع وابسته‌اند. اگر دمای واقعی محیط بالاتر باشد، باید تأثیر آن بر ظرفیت جریان بررسی شود.

۲. یکسان در نظر گرفتن ظرفیت کابل در تمام روش‌های نصب

کابل نصب‌شده در هوای آزاد، داخل لوله یا در یک مسیر متراکم، شرایط حرارتی یکسانی ندارد.

۳. نادیده گرفتن تجمع کابل‌ها

در نظر نگرفتن اثر حرارتی کابل‌های مجاور می‌تواند موجب برآورد بیش از حد ظرفیت قابل استفاده شود.

۴. انتخاب کابل فقط بر اساس جنس هادی و سطح مقطع

جنس هادی و سطح مقطع مهم‌اند، اما بدون اطلاع از نوع عایق، روش نصب و دمای محیط، برای تعیین ظرفیت جریان کافی نیستند.

۵. اشتباه گرفتن دمای مجاز هادی با دمای محیط

دمای مجاز هادی، محدودیت حرارتی کابل را مشخص می‌کند؛ درحالی‌که دمای محیط یکی از عوامل مؤثر بر رسیدن هادی به این محدودیت است.

۶. بی‌توجهی به شرایط واقعی مسیر کابل

ممکن است بخش عمده مسیر در شرایط مناسبی قرار داشته باشد، اما بخشی از آن در محیط گرم یا فضای بسته نصب شود. در این حالت، شرایط حرارتی بخش محدودکننده مسیر نیز باید بررسی شود.

نتیجه‌گیری

 ظرفیت جریان مجاز کابل‌های فشار ضعیف، یک ویژگی ثابت و مستقل از شرایط نصب نیست؛ بلکه به مشخصات کابل و وضعیت حرارتی آن در زمان بهره‌برداری وابسته است.

دمای محیط، روش نصب، تجمع کابل‌ها، جنس هادی و نوع عایق از مهم‌ترین عواملی هستند که باید در تعیین ظرفیت جریان مورد توجه قرار گیرند. افزایش دمای محیط یا محدود شدن امکان دفع حرارت می‌تواند ظرفیت جریان قابل استفاده کابل را کاهش دهد؛ حتی اگر مشخصات ظاهری کابل تغییری نکرده باشد.

در نتیجه، انتخاب مهندسی کابل باید بر پایه جریان طراحی، جداول مرجع متناسب با ساختار کابل و روش نصب، ضرایب تصحیح معتبر و الزامات حفاظت مدار انجام شود. تنها با در نظر گرفتن هم‌زمان این عوامل می‌توان از انتخاب کابل متناسب با شرایط واقعی پروژه اطمینان بیشتری حاصل کرد.

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.