کابل های صنعتی Industrial Cables
امروزه در صنعت برق بخش عظیمی از توزیع انرژی الکتریکی ، بویژه در فشار ضعیف بوسیله کابلها انجام می‌گیرد. البته برای انتقال انرژی الکتریکی فشار متوسط و قوی نیز در برخی موراد از کابلهای مخصوص استفاده میشود. کاربرد cable در تاسیسات الکتریکی بسیار وسیع و دارای اهمت زیادی است. کارخانجات کابل سازی انواع بسیار زیادی از کابلها را برای مصارف عمومی و خصوصی تولید می‌کنند. همچنین صدها هزار نفر تخصص با مهارتهای مختلف در بخشهای گوناگون این صنعت مشغول بکار هستند. البته علاوه بر بخش تولید و فشار قوی نیاز به مهلت و رعایت اصول فنی دارد.
بصورت کلی كابل یك یا چند هادی (تك رشته یاچندرشته) است به طوری كه هر هادی بوسیله عایق واحدی عایق كاری شده است و مجموعه هادی های عایق دار نیز در داخل پوشش اضافی قرار گرفته باشند.
ساختمان کابل ها: کابلها از ســه قســمت اصلی تشکیل شــدهاند که عبارتاند از: هادي، عایق و بخش حفاظت خارجی.
اجزای کابل Cable
هادی / Conductor
اسکرین هادی / Conductor Screen
عایق / Insulation
اسکرین عایق / Insulation Screen
پرکننده یا فیلر / Filler
نوار نیمه‌هادی کاغذی
شیت هادی یا شیلد (غلاف یا سپر رسانا) / Conductor Sheath or Shield
لایه زیرین یا غلاف داخلی / Bedding or Inner Sheath
آرمور یا زره / Armour
شیت (غلاف) بیرونی یا ژاکت / Inner Sheath or Jacket
لایه اول : هادی / Conductor
اصلی ترین بخش در ساختار کابل که مسئولیت هدایت جریان الکتریکی را برعهده دارد، هادی کابل می باشد. هادی معمولا از جنس مس یا آلمینیوم تابانده شده ( Stranded ) می باشد. که به اختصار به آن ها CU و AL می گویند. مس دارای وزن بیشتر ( در هر متر ) و هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به آلمینیوم می باشد. علاوه بر موارد یاد شده برای عبور یک جریان یکسان از نوع آلمینیوم، سطح مقطع کابل آلمینیوم باید در حدود 1.6 برابر بیشتر از کابل مسی جهت عبور همان مقدار جریان باشد. موارد یاد شده باعث کاهش میزان قیمت cable آلمینیومی نسبت به نوع مسی ( برای عبور یک جریان ثابت ) خواهد شد.
لایه دوم : اسکرین هادی / Conductor Screen
اسکرین هادی یک نوار نیمه رسانا می باشد، که برای حفظ یک میدان الکتریکی یکنواخت و به حداقل رساندن تنش های الکترواستاتیک در کابل های MV و HV مورد استفاده قرار می گیرد. ( عموعا در ساختار کابل های فشار ضعیف کاربردی ندارد. ) با قرارگیری این لایه روی سطح هادی های استرند شده ( رشته های تابانده شده )، فضاهای خالی، بین قسمت هایی از cable و عایق آن از بین رفته و در نتیجه، فضایی صاف و مسطح بین هادی و عایق ایجاد می گردد. بدین وسیله میدان الکتریکی در این ناحیه به حالت یکنواخت در آمده و از جرقه های الکتریکی ناخواسته جلوگیری خواهد شد.
لایه سوم : عایق / Insulation
جهت ایزوله شدن هادی cable و عدم انتقال جریان الکتریکی و نشتی آن، از مواد عایقی نظیر PVC و XLPE ( به طور معمول ) برای ناحیه عایقی در کابل استفاده می شود. PVC متداول ترین عایق در بین خریداران و تولید کنندگان کابل ( به خصوص در رنج ولتاژ های پایین ) می باشد. در مقال XLPE بیشتر در کابل های فشار متوسط و فشار قوی کاربرد دارد. این عایق در قیاس با PVC ، مقاومت عایقی بالاتر، طول عمر بیشتر و قدرت تحمل درجه حرارت های بالاتر را دارد، همچنین به موارد فوق می توان، تحمل بیشتر در برابر مواد شیمیایی را اضافه نمود. اما از آنجایی که انعطاف پذیری (خم شدن) XLPE کمتر و قیمت بیشتری نسبت به PVC دارد، استفاده از آن در سطوح ولتاژ پایین (LV) با اقبال کمتری نسبت به PVC رو به رو می باشد. این لایه به طور معمول در کابل های فشار ضعیف دومین لایه ( اولین لایه بعد از هادی ) در ساختار کابل خواهد بود.
لایه چهارم : اسکرین عایق / Insulation Screen
جنس این عایق به مانند مورد گفته شده در بخش دو از جنس مواد نیمه رسانا بوده و عملکردی مشابه مورد گفته شده در بخش دو را دارد. (معمولا در ساختار کابل های ولتاژ متوسط MV و ولتاژ بالا HV از این لایه استفاده می گردد.) در کابلهایی که فاقد نوار نیمه‌هادی کاغذی هستند، این لایه به طور مستقیم با شیلد در ارتباط است. از سوی دیگر اگر کابلها دارای نوار نیمه‌هادی کاغذی باشند، این اتصال از طریق نوار نیمه‌هادی برقرار میشود.
لایه پنجم : فیلر یا پرکننده / Filler
این بخش را نمی توان به عنوان یک لایه در ساختار کابل نام گذاری کرد اما با توجه به نام گذاری های قبلی و از آنجایی که معمولا استفاده از آن بعد از لایه های زیرین یاد شده در قبل است، در این بخش قرار گرفته است. معمولا جهت یکنواخت کردن کابل های چند رشته (Multi Core) پس از قرار گیری چند رشته از سیم ها در کنار هم، برای فراهم کردن لایه ای یکنواخت روی آن ها ( جهت آسان شدن مراحل اضافه کردن سایر لایه ها روی مجموعه این هادی ها در کنار هم ) فضای خالی بین رشته سیم ها با مواد پلیمری نرمی به نام فیلر یا پرکننده پر می شود. (به عنوان مثال جهت پر کردن فضای خالی بین رشته سیم های 2.5×1 در کابل 2.5×3 )
لایه ششم : نیمه‌هادی کاغذی
این لایه ساختاری نوار مانند دارد. این نوار از جنس کاغذ موج دار یا الیاف بافته شده است و به دو دلیل در نوع فشار متوسط و فشار قوی در ساختار کابل مورد مصرف قرار می‌گیرد: (معمولا در این سطوح در ساختار کابل از آن ها استفاده می گردد.)
ایجاد اتصال الکتریکی هادی های شیلد به لایه اسکرین عایق
حفاظت لایه اسکرین عایق از تماس مستقیم با رشته‌های اسکرین و جلوگیری از صدمه زدن سیم‌های شیلد به لایه اسکرین عایق مخصوصاً در زمان وقوع اتصال کوتاه ( در صورت وقوع اتصال کوتاه، جریان زیادی از لایه شیلد عبور می‌کند که در اثر عبور این جریان، لایه شیلد افزایش دمای چشمگیری خواهد داشت و در نتیجه احتمال فرورفتگی شیلد در لایه نیمه‌هادی افزایش می یابد). نوار نیمه‌هادی کاغذی به صورت مارپیچ طور بر روی لایه نیمه هادی قبل از خود قرار می‌گیرد.
لایه هفتم : شیت هادی یا شیلد (غلاف) / Conductor Sheath or Shield
غلاف یا سپر رسانا، که به علت تلفظ انگلیسی آن به شیلد یا شیت هادی معروف است، معمولا بصورت نواری از مس یا گاه آلیاژ سرب به عنوان سپری در برابر امواج الکترومغناطیس کابل تعبیه می گردد. علاوه بر مورد فوق، این لایه مسیری جهت عبور جریان های خطا و نشتی می باشد. ( شیلد در یک نقطه از دو سر کابل زمین می شود.) شیلدهای سربی سنگین تر و عموما اتصال آن ها ( Termination ) دشوار تر از نمونه مسی می باشد، اما عموما ظرفیت جریان خطای بالاتری را دارند. این ناحیه بعضا با نام اسکرین فلزی یا Metallic screen نیز شناخته می شود.
لایه هشتم : لایه زیرین / Bedding or Inner Sheath
این لایه معمولا از جنس مواد ترموپلاستیک (مثل PVC) و یا ترموستینگ ها (مثل CSP) می باشد. بدینگ جهت باندل کردن لایه های قبل از خود (یکپارچه نگه داشتن) و فراهم کردن بستری مناسب برای قرارگیری زره ها (آرمور یا Armour) روی لایه شیت هادی (غلاف) یا شیلد (Conductor sheath or shield) می باشد. (البته گاهی نیز قبل از لایه شیلد به کار می رود.) از دیگر کاربردهای این لایه می توان به حفاظت لایه زیر خود (شیت یا غلاف، عایق و …) در برابر خوردگی و هچنین حفاظت آن لایه (شیت یا غلاف، عایق و …) از آسیب های مکانیکی آرمور و یا شیلد نام برد. جنس این لایه معمولا با جنس لایه نهایی (ژاکت) یکسان است. شایان ذکر است در برخی مواقع بر اثر نیاز به محافظت از لایه های قبل ممکن است حتی دو لایه بدینگ در کابل مورد استفاده قرار می گیرد. (به عنوان مثال یک لایه برای حفاظت در برابر آرمور و لایه دیگر برای حفاطت در برابر شیلد. نمونه های CU/XLPE/Bd/Lsh/Bd/SWA/PVC در سطح ولتاژ پایین LV : هادی کابل یاد شده از نوع مس – عایق آن XLPE – لایه سوم : بدینگ – شیلد سربی – لایه پنجم بدینگ – آرمور از جنس سیم گالوانیزه فولادی – ژاکت از جنس PVC)
لایه نهم : زره یا آرمور / Armour
این بخش از کابل جهت حفاظت مکانیکی بخش های زیرین به هم پیوسته در کابل می باشد. به عنوان مثال در cable های زیر زمینی که احتمال برخورد بیل های مکانیکی، پیکور و … با آن ها بیشتر است (در حین عملیات راه سازی، شهرسازی و عمرانی)، برای حفاظت بیشتر از کابل ها از کابل های زره دار استفاده می شود. شاید باز هم با این کار روکش اولیه cable آسیب ببیند، اما نیروهای تاسیساتی با مشاهده مقاومت زمین یا دیدن رشته های آرمور خارج شده بر اثر برخورد بیل یا پیکور از محل بهره برداری، از ادامه فعالیت جلوگیری کرده و جهت ترمیم cable مورد نظر اقدام نمایند. با این کار احتمال قطعی برق در خطوط مورد نظر بر اثر صدمات مکانیکی به حداقل مقدار خود می رسد. (هرچند که هر تیم باید قبل از بهره برداری، یک مسیر از نقشه های تاسیات، برق، لوله ها و کابل های عبوری از محل مورد نظر را مورد بازبینی قرار داده تا از نبود تقاطع در آن محل، اطمینان حاصل نماید.) در بیشتر مواقع جهت این کار از سیم فولادی و یا تابانده شده (Stranded) استفاده می شود. در مواردی که معمولا آرمور از جنس استیل (فولاد یا steel) اجازه استفاده نداشته و یا محدود شده باشد، از فسفر، برنز، مس قلع اندود و یا مواردی دیگر در ساختار cable استفاده خواهد شد.
لایه دهم : شیت بیرونی یا ژاکت
این لایه که لایه نهایی کابل و معمولا از جنس ترکیبات PVC یا CSP می باشد، جهت حفاظت مکانیکی، حفاظت در برابر آب و هوا (گرما، بارندگی) و حفاظت شیمیایی و الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. در این لایه معمولا از جنس مورد استفاده شده در لایه زیرین ( Bedding ) در ساختار کابل، استفاده می شود. ( جنس این دو لایه در ساختار cable معمولا یکسان است. )
دسته‌بندی انواع کابل بر اساس سطح ولتاژ کاری
از آنجا که از کابلها معمولا برای انتقال الکتریسیته استفاده میشود، لازم است که cable مورد نیاز بر اساس سطح ولتاژ مورد استفاده، انتخاب شود. به طور کلی ۴ نوع کابل بر اساس سطح ولتاژ کاری وجود دارد:
نوع فشار ضعیف (LV) : برای انتقال الکتریسیته با ولتاژ پایین تا حدود ۱۰۰۰ ولت کاربرد دارد. در مصارف معمولی مانند کابل‌کشی برق منازل و ساختمان‌های معمولی از این نوع کابل استفاده میشود.
نوع فشار متوسط (MV) : ولتاژ کاری این نوع کابل بین ۱ تا ۳۳ کیلو ولت است و برای انتقال برق در فواصل کم مثل پست‌های توزیع برق درون شهر‌ها به کار می‌رود.
نوع فشار قوی (HV) : ۳۳ تا ۲۳۰ کیلو ولت ولتاژ کاری این نوع cable است و در انتقال نیرو با حجم زیاد و در فواصل طولانی کاربرد دارد.
نوع فوق فشار قوی (EHV) : در صورتی که ولتاژ کاری بالاتر از ۲۳۰ کیلو ولت باشد از این نوع cable استفاده میشود.
دسته‌بندی انواع کابل بر اساس شکل رسانا
میزان انعطاف‌پذیری از مواردی است که در برخی موقع اهمیت بسیار زیادی پیدا می‌کند. یکی از فاکتورهای اصلی تعیین کننده‌ی مقدار انعطاف هر کابل، شکل رسانای آن است. به طور کلی انواع cable ا میتوان بر اساس شکل رسانا به سه دسته تقسیم کرد:
نوع مفتولی: در این نوع کابل، هر رشته سیم درون کابل دارای رسانایی به شکل مفتول و با سطح مقطع دایره‌ای یا مثلثی است. به این نوع کابل، کابل کلاس ۱ هم می‌گویند که دارای کمترین مقدار انعطاف است. با این وجود، در مقایسه با سایر انواع کابل ، هدایت الکتریکی بالاتری دارد.
نوع نیمه افشان: رسانای کابل نیمه افشان شامل چند مفتول ساده است که به دور هم تابیده شده‌اند. این نوع cable را کلاس ۲ هم می‌گویند که انعطاف پذیری آن کمی بیشتر از کابل کلاس ۱ است.
نوع افشان (رشته‌ای): این نوع کابل بالاترین انعطاف پذیری را دارد و برای مواردی که میزان خمیدگی و جابه‌جایی بالاست مورد استفاده قرار می‌گیرد. کابل افشان دارای دو کلاس ۵ و ۶ است.
انواع کابل ها
کابل های فشار ضعیف (Low Voltage Cables)
شامل انواع کابل های مسی و آلومینیومی عایق شده با پلیمر های مختلف می باشند که در سطح ولتاژی ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت قرار دارند. این کابل ها برای انتقال الکتریسیته در کاربردهای مختلف از روشنایی تا انتقال نیروی محرکه به الکترو موتورها و … استفاده می شوند.
دامنه بسیار گسترده ای از نوع فشار ضعیف وجود دارد که به صورت اختصاصی برای محیط های عملیاتی که در آن مورد استفاده قرار می گیرند طراحی شده اند. دامنه محصولات شامل cable های ضد آتش (IEC 331:برای استفاده در محیط های حساس که اطفاء حریق بسیار حائز اهمیت می باشد) مقاوم در برابر شعله ( IEC 332: برای مناطقی که احتمال آتش سوزی وجود دارد و اطفاء حریق لازم نیست ولی cable نمی بایست شعله ور گردد) غلاف سربی (ایجاد یک حفاظ کلی در برابر نفوذ هیدروکربن ها، گاز های خورنده و آب) و کابل های مسلح (ایجاد حفاظت مکانیکی), کم دود, بدون هالوژن, مقاوم در برابر هیدروکربن ها و مواد نفتی می باشد.
کابل های فشار متوسط (Medium Voltage Cables)
کابل هایی با عایق XLPE و هادی مس یا آلومینیوم می باشند که در سطح ولتاژی ۱ تا ۳۶ کیلو ولت قرار داند و به صورت گسترده در مناطق شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
انواع فشار متوسط ما بر اساس استاندارد IEC و یا جایگزین های BS و VDE تولید می گردند.
سیم و کابل های فشار قوی (High Voltage Cables)
کابل های فشار قوی و فوق فشار قوی با هادی مس یا آلومینیومی و عایق XLPE و سطح ولتاژی بالاتر از ۳۶ کیلو ولت ساخته می شوند.
عایق XLPE با استفاده از خط CCV که توسط کامپیوتر کنترل می شود بر روی هادی تزریق می گردد. عایق XLPE تزریق شده می بایست ساختار کریستالی کاملا یکنواخت داشته و عاری از هر گونه ناخالصی و خلل و فرجی باشد. در نقاط کلیدی خط CCV کنترل کیفیت های ضروری نیز اعمال می شود.
عایق XLPE از نظر فیزیکی و شیمیایی بسیار متمایل به تشکیل زنجیره با مولکول های آب می باشد. اگر آب یا بخار آب در لایه عایق وجود داشته باشند باعث ایجاد این زنجیره ها و پایین آمدن میزان مقاومت الکتریکی عایق می شوند.
سیم و کابل های ساختمانی (Building Wires and Cables)
سیم و کابل های ساختمانی وظیفه تقسیم برق در ساختمان را بر عهده دارند. این نوع سیم و کابلها ساختارهای متفاوتی دارند. از جمله این ساختارها میتوان به Flexible Cable اشاره کرد که هادی آنها بایستی Flexible باشد . عایق های به کار رفته در آنهاPVC 70 ºC یا PVC 90 ºC یا Rubber میباشد. این نوع cable ها میتواند به صورت شیلددار بافت مسی ساده یا قلع اندود تولید گردد.
کابلهای Heat Resistant دسته دیگری از این گروه میباشد که علاوه بر Flexible بودن هادی، عایق آنها می بایست Silicon Rubber باشد. این نوع عایق دارای تحمل حرارتی ۱۸۰° C خواهد بود و برای بالا بردن تحمل حرارتی بیشتر آنها و نیز حفاظت عایق در برابر صدمات مکانیکی از روکش Glass Fiber Braid استفاده میشود.
کابل های ابزار دقیق (Instrumentation Cables)
کابل های ابزار دقیق در سیستم های کنترلی جهت ارسال/دریافت علائم (سیگنال های) دیجیتال و آنالوگ به/از تجهیزات و حسگرها (سنسور) استفاده می شوند.
این cable ها اصولا در سطح ولتاژی ۲۴-۱۱۰ ولت و/یا جریان نامی ۴-۲۰ میلی آمپر قرار دارند. cable های ابزار دقیق می بایست در برابر تداخل امواج الکتریکی محافظت گردند.
