کابل برق چیست؟ انواع کابل های برق توضیح داده شده است

a چیست کابل برق - تعریف و ساخت هسته

الف کابل برق مجموعه ای از یک یا چند هادی الکتریکی عایق شده است که در داخل یک پوشش محافظ بیرونی محصور شده اند و برای انتقال انرژی الکتریکی از یک منبع به یک بار طراحی شده اند. برخلاف کابل‌های سیگنال یا داده - که ولتاژها و جریان‌های سطح پایین را برای انتقال اطلاعات حمل می‌کنند - کابل‌های برق به‌طور خاص برای کنترل ظرفیت حمل جریان، تنش ولتاژ و شرایط حرارتی مرتبط با توزیع برق و تامین تجهیزات مهندسی شده‌اند.

ساختار اساسی یک کابل برق از سه لایه کاربردی تشکیل شده است. را هادی - معمولاً مس یا آلومینیوم جامد یا رشته ای - مسیر جریان با مقاومت کم را فراهم می کند. را عایق لایه احاطه کننده هادی در برابر ولتاژ کار مقاومت می کند و از نشت جریان به هادی های مجاور یا سازه های اطراف جلوگیری می کند. را ژاکت بیرونی یا غلاف اجزای داخلی را در برابر آسیب های مکانیکی، رطوبت، مواد شیمیایی، اشعه ماوراء بنفش و سایر عوامل محیطی مرتبط با محیط نصب محافظت می کند.

بین عایق و ژاکت، بسیاری از سازه‌های کابل برق شامل لایه‌های اضافی هستند: صفحه‌های فلزی یا سپرهای کابل‌های فشار متوسط ​​و بالا، توزیع میدان الکتریکی را در اطراف هادی مدیریت می‌کنند. لایه های زرهی سیم یا نوار فولادی محافظت مکانیکی را برای دفن مستقیم یا استفاده های صنعتی سنگین فراهم می کند. و مواد پرکننده سطح مقطع دایره ای کابل را حفظ کرده و از مهاجرت رطوبت داخلی جلوگیری می کند. ترکیب خاص این لایه‌ها ولتاژ نامی کابل، ظرفیت جریان، روش نصب و محیط سرویس را مشخص می‌کند - به همین دلیل است که درک انواع مختلف کابل‌های برق قبل از تعیین یا تهیه، اهمیت دارد.

انواع کابل برق بر اساس کلاس ولتاژ

اساسی ترین طبقه بندی از انواع کابل برق براساس رتبه بندی ولتاژ است، زیرا ولتاژ ضخامت عایق مورد نیاز، طراحی صفحه و الزامات نصب را تعیین می کند. سه کلاس اصلی ولتاژ مورد استفاده در استانداردهای بین المللی عبارتند از:

• کابل های ولتاژ پایین (LV) - تا 1 کیلو ولت: برای سیم کشی ساختمان، اتصالات تجهیزات، سیم کشی پانل های صنعتی و مدارهای توزیع نهایی استفاده می شود. ساخت و ساز نسبتاً ساده است: هادی های عایق، اغلب با روکش بیرونی PVC یا LSOH، بدون صفحه های فلزی. نام‌گذاری‌های رایج عبارتند از NYY، YJV (چین)، N2XY (IEC) و THHN/THWN (آمریکای شمالی). سطح مقطع هادی از 1.5 میلی متر مربع برای مدارهای روشنایی تا 400 میلی متر مربع یا بیشتر برای فیدرهای توزیع اصلی متغیر است.
• کابل های ولتاژ متوسط (MV) - 1 کیلو ولت تا 35 کیلو ولت: برای شبکه های توزیع آب و برق، فیدرهای کارخانه صنعتی، سیستم های جمع آوری مزارع بادی و خورشیدی و توزیع شهری زیرزمینی استفاده می شود. کابل های MV برای کنترل میدان الکتریکی و جلوگیری از تخلیه جزئی به صفحه های هادی، صفحه های عایق و غلاف فلزی یا صفحه سیمی نیاز دارند. عایق XLPE (پلی اتیلن متقاطع) به دلیل وزن کم نصب، عدم خطر نشت روغن و اتصال آسان تر، تا حد زیادی جایگزین عایق کاغذ-روغن در تاسیسات جدید MV شده است.
• کابل های ولتاژ بالا (HV) و ولتاژ فوق العاده بالا (EHV) - بالای 35 کیلو ولت: برای انتقال نیروی عمده، اتصالات زیردریایی و کابل های زیرزمینی در مناطق شهری متراکم که خطوط هوایی غیرعملی هستند استفاده می شود. ساخت و ساز در این سطوح ولتاژ به طور قابل توجهی پیچیده تر می شود و به عایق اکسترود شده دقیق با محتوای خالی بسیار کم، غلاف آلومینیومی سرب یا موجدار برای حذف رطوبت و کنترل دقیق صافی سطح صفحه رسانا و عایق برای جلوگیری از افزایش میدان الکتریکی در هنگام نقص نیاز دارد. کابل‌های عایق‌شده با XLPE اکنون تا 525 کیلو ولت در خدمات تجاری کار می‌کنند.

انواع کابل برق بر اساس مواد عایق

مواد عایق دومین محور اصلی است که انواع کابل های برق در امتداد آن واگرا می شوند، زیرا درجه حرارت، مقاومت شیمیایی، انعطاف پذیری، عملکرد آتش سوزی و رفتار پیری طولانی مدت را تعیین می کند. سیستم های عایق غالب در استفاده فعلی عبارتند از:

• پی وی سی (پلی وینیل کلراید): پرکاربردترین عایق برای کابل های LV در سطح جهان. اقتصادی، آسان برای پردازش، و در طیف گسترده ای از فرمولاسیون های ترکیبی برای دما و انعطاف پذیری های مختلف مورد نیاز است. عایق PVC استاندارد در دمای رسانا 70 درجه سانتیگراد است. درجه های مقاوم در برابر حرارت به 90 درجه سانتیگراد می رسد. محدودیت های اصلی عملکرد ضعیف در دماهای پایین (ترد شدن در زیر 15- تا 20- درجه سانتیگراد)، انتشار گاز کلرید هیدروژن خورنده در هنگام سوزاندن و تلفات دی الکتریک نسبتاً بالا در ولتاژهای بالا است - به همین دلیل از PVC بالای 6 کیلو ولت استفاده نمی شود.
• XLPE (پلی اتیلن متقاطع): در حال حاضر عایق استاندارد برای کابل های MV، HV، و EHV، و به طور فزاینده ای در کابل های LV نیز استفاده می شود. اتصال متقاطع پلی اتیلن ترموپلاستیک را به یک ماده ترموست تبدیل می کند که خواص خود را در دماهای بالا حفظ می کند - کابل های XLPE معمولاً در دمای 90 درجه سانتی گراد پیوسته و 250 درجه سانتی گراد در شرایط اتصال کوتاه درجه بندی می شوند که به طور قابل توجهی بالاتر از PVC است. XLPE همچنین تلفات دی الکتریک کمتر، مقاومت در برابر رطوبت بهتر و پیری طولانی مدت برتر را در مقایسه با PVC ارائه می دهد. مبادله هزینه مواد بالاتر و فرآیند اکستروژن بیشتر است.
• EPR (لاستیک اتیلن پروپیلن): الف thermoset rubber insulation offering excellent flexibility across a wide temperature range (-50°C to 90°C), superior resistance to ozone and UV, and very good performance in wet conditions. EPR is the preferred insulation for offshore, marine, and mining cables where repeated flexing, wet environments, and temperature extremes are combined. Its higher cost and slightly higher dielectric losses compared to XLPE limit its use in static utility cable installations.
• LSOH / LSZH (هالوژن کم دود صفر): نه یک ماده، بلکه یک کلاس ترکیبی - عایق ها و غلاف های مبتنی بر پلی اولفین که برای تولید حداقل دود و بدون گازهای هالوژن در هنگام سوزاندن فرموله شده اند. در فضاهای محدود از جمله تونل ها، سیستم های مترو، سکوهای فراساحلی، مراکز داده و ساختمان های عمومی که تخلیه در سناریوی آتش سوزی به حفظ دید و هوای قابل تنفس بستگی دارد، اجباری یا به شدت ترجیح داده می شود. ترکیبات LSOH هم برای عایق و هم برای پوشش بیرونی در کابل های LV برای این محیط ها استفاده می شود.
• عایق های معدنی (کابل های MICC): هادی های مسی که توسط پودر اکسید منیزیم فشرده در داخل یک لوله مسی بدون درز احاطه شده اند. کابل‌های عایق‌شده با مواد معدنی ذاتاً نسوز هستند - آنها در دماهای تا 1000 درجه سانتیگراد به کار خود ادامه می‌دهند - آنها را به نوع کابل مورد نیاز برای مدارهای بحرانی آتش سوزی از جمله روشنایی اضطراری، سیستم‌های اعلام حریق، و لوازم پمپ آبپاش در بسیاری از قوانین ملی ساختمان تبدیل می‌کند.

انتخاب کابل برق مناسب: روش نصب و عوامل محیطی

فراتر از کلاس ولتاژ و مواد عایق، محیط نصب تعیین می کند که کدام ویژگی کابل اضافی مورد نیاز است. همان مقطع هادی و نوع عایق بسته به نحوه و مکان نصب کابل می تواند مناسب یا کاملاً نامناسب باشد.

دفن مستقیم در خاک به کابل زره پوش (زره فولادی یا زره فولادی نواری) برای مقاومت در برابر آسیب مکانیکی ناشی از حرکت زمین و حفاری نیاز دارد، یا نصب در مجرای که حفاظت مکانیکی را فراهم می کند. کابل‌های دفن مستقیم همچنین به غلاف‌های بیرونی مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، در صورتی که بخشی از مسیر بالای زمین باشد، و ساختار مقاوم در برابر رطوبت برای جلوگیری از ورود آب در طول چندین دهه خدمات، نیاز دارند.

سینی کابل و تاسیسات هوای آزاد در کارخانجات صنعتی، تاخیر در شعله و سهولت بازرسی و جایگزینی را در اولویت قرار می دهند. کابل های چند هسته ای با روکش بیرونی LSOH یا FR-PVC روی سیستم های نردبان کابل استاندارد هستند. در جایی که کابل ها به صورت موازی روی سینی ها اجرا می شوند، عوامل کاهش جریان - معمولاً 0.7-0.85 درجه بندی تک کابل بسته به گروه بندی - باید برای محاسبه گرمایش متقابل بین کابل های مجاور اعمال شود.

کابل های انعطاف پذیر و دنباله دار برای ماشین‌های متحرک، جرثقیل‌ها و تجهیزات قابل حمل به هادی‌های رشته‌ای ریز (کلاس 5 یا کلاس 6 طبق استاندارد IEC 60228) و عایق‌ها و روکش‌های لاستیکی یا TPE بسیار انعطاف‌پذیر نیاز دارند که در برابر خمش مکرر بدون ترک‌خوردگی خستگی مقاومت کنند. این کابل‌ها برای حداقل شعاع خمشی تعریف‌شده و تعداد محدود چرخه‌های خمش رتبه‌بندی می‌شوند - مشخص کردن کابل نصب ثابت در یک برنامه فلکس یکی از رایج‌ترین و پیامدترین خطاهای انتخاب در مهندسی برق صنعتی است.

کابل های زیردریایی و دریایی چندین الزامات حفاظتی را به طور همزمان ترکیب کنید: مقاومت در برابر فشار در عمق، مقاومت شیمیایی آب دریا، حفاظت مکانیکی در برابر کشش لنگر و تجهیزات ماهیگیری، و در مورد کابل های زیردریایی بلند AC، مدیریت دقیق جریان شارژ خازنی. کابل‌های زیردریایی ولتاژ بالا DC (HVDC) به استانداردی برای اتصالات صادراتی مزارع بادی دور از ساحل تبدیل شده‌اند، دقیقاً به این دلیل که انتقال DC تلفات جریان شارژ را حذف می‌کند که باعث می‌شود کابل‌های بلند زیردریایی AC فراتر از حدود 80 تا 100 کیلومتر غیرعملی باشد.