یکی از اصلی ترین وسایل در صنعت برق سیم و کابل ها هستند که برای هدایت جریان الکتریسیته از آنها استفاده می شود . نقش کابل ها بسیار پر اهمیت است که می بایست اصول اولیه در انتخاب و نصب و کاربرد و شرایط نگهداری از آن را به درستی اجرا نمود تا موجبات خسران در این سیستم نگردد. در این مبحث به کابلهای مورد استفاده در پست های برق فوق توزیع و انتقال می پردازیم.
کابل های بکار رفته در پست‌های فشار قوی از لحاظ کاربرد و سطح ولتاژ به سه دسته کابلهای فشار متوسط ، فشار ضعیف و کابلهای فرمان سیستم های حفاظتی تقسیم‌بندی می‌شوند. در انتخاب کابل ها دانستن خصوصیاتی همچون مواد عایقی ، جنس و تعداد هادیها، سطح مقطع هادیها، جنس غلاف و زره دارای اهمیت می‌باشد . انتخاب صحیح کابل و نصب آن اهمیت دارد. انتخاب بدون رعایت اصول و استاندارد ها باعث تلفات بیش از اندازه در کابل و یا از بین رفتن خود کابل میشود . لذا با شناخت اصول و استانداردهای تعریف شده برای کابل ها سعی می کنیم بهره وری در این سیستم را به بیشینه برسانیم :
کابل‌ در حقیقت نوعی هادی است که دارای پوشش عایقی می‌باشد. ساختمان کابل از بخشهای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از هادی، عایق، پوسته عایق، پوسته هادی، پوسته فلزی، پرکننده، زره و غلاف که هر یک وظیفه خاصی را بعهده داشته و در مجموع قابلیت هدایت الکتریکی و استقامت الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی کابل را برآورده می‌سازند.
در ساختمان کابل‌ها به طور عمده دو دسته مواد هادی و عایق بکار می‌روند. کابلها اغلب از هادیهایی در مرکز، پوشش عایقی، پوسته در اطراف هادی و عایق، زره و غلاف بیرونی جهت حفاظت در برابر اثرات شیمیایی و مکانیکی تشکیل می‌گردند.
پوسته فلزی کابل شامل سیم‌ها و نوارهایی است که در راستای طول کابل، در اطراف آن، زیر یک غلاف بیرونی پیچیده می‌شوند. این مجموعه مسیری را با امپدانس بسیار پایین برای جریان‌های اتصال کوتاه فراهم می‌آورند.
برای برسی کابلها ابتدای امر باید واژه هایی که توسط آن کابلها را دسته بندی می کنیم را بشناسیم :
– مغزی: هادیهای قرار گرفته در داخل کابل که وظیفه انتقال توان را بعهده دارند.
– پوسته: لایه‌ای که وظیفه کنترل میدان الکتریکی را در درون عایق بعهده دارد. همچنین سطح یکنواختی را در مرزهای عایقی ایجاد کرده و به پرکردن فضای خالی در این مرزها کمک می‌کند.
– غلاف: پوشش استوانه‌ای شکل یکپارچه و پیوسته فلزی یا غیرفلزی که معمولاً اکسترودشده می‌باشد.
– غلاف بیرونی: غلاف غیرفلزی که جهت اطمینان از حفاظت کابل در برابر عوامل خارجی، بر روی پوششهای فلزی بکار می‌رود.
– غلاف فلزی: غلافی که معمولاً از جنس سرب، آلیاژ سرب، آلومینیوم و یا آلیاژ آلومینیوم می‌باشد و بصورت صاف یا موجدار بر روی مغزی‌(های) کابل بکار می‌رود تا از لحاظ مکانیکی حفاظت آن را برآورده سازد.
– غلاف جداکننده: غلاف داخلی که بین دو پوشش فلزی غیر هم جنس بکار می‌رود.
– زره: پوششی که از نوار(ها) یا سیمهای فلزی تشکیل شده و عموماً جهت حفاظت کابل دربرابر اثرات مکانیکی خارجی بکار می‌رود.
– پوسته فلزی (شیلد): لایه فلزی زمین‌ شده‌ای که جهت محدودکردن میدان الکتریکی درون کابل و محافظت از آن در برابر اثرات الکتریکی خارجی بکار می‌رود. غلاف فلزی و زره هم می‌توانند نقش شیلد را بعهده بگیرند.
– پوسته هادی: پوسته‌ای الکتریکی که از مواد فلزی یا غیرفلزی نیمه هادی تشکیل شده و روی مغزی‌های بهم تابیده بکار می‌رود تا با یکنواخت کردن سطح خارجی هادی و میدان روی آن از بروز تخلیه جزئی در فواصل احتمالی بین عایق و هادی جلوگیری کند.
– پوسته عایق: پوسته‌ای الکتریکی که از مواد غیرفلزی یا فلزی نیمه هادی تشکیل شده و عایق را می‌پوشاند. این پوسته با محدود کردن میدان الکتریکی مغزی‌ها از تخلیه جزئی و نشت جریان بین مغزی‌ها و سایر لایه‌های پوشاننده جلوگیری می‌کند.
– پوشش داخلی: پوششی غیرفلزی که مجموعه مغزی‌های (و در صورت وجود پرکننده‌های) یک کابل چند مغزی را در بر گرفته و بر روی پوشش محافظ بکار می‌رود.
– پرکننده: موادی که جهت پرکردن فضای خالی باقیمانده بین مغزی‌های یک هادی چند مغزی بکار می‌رود.
– عایق ترموپلاستیک: عایق ساخته ‌شده از جنس پلاستیک که در محدوده حرارتی مربوط به مشخصه پلاستیک، در اثر گرم شدن شل شده و در اثر سردکردن، مجدداً سخت می‌شود. این نوع عایق در هنگام شل شدن انعطاف‌پذیر بوده و قادر به شکل گرفتن می‌باشد.
– عایق کراس لینک‌شده: عایق ساخته شده از مواد ترموپلاستیک یا کوپلیمر یا ترکیبی بر پایه یکی از این مواد که ساختار مولکولی داخلی آن تحت فعل و انفعالات شیمیایی از قبیل جوش‌دادن و یا پروسه‌های فیزیکی از قبیل تابش، تغییر می‌یابد.

خصوصیات کابلها :

تقسیم‌بندی هادیهای بکاررفته در کابلهای عایقی از دو دیدگاه صورت می‌گیرد، کابلهای با نصب ثابت و کابلهای انعطاف‌پذیر. در نصب ثابت دو نوع هادی وجود دارد. کلاس ۱ تنها برای هادیهای یکپارچه و کلاس ۲ برای هادیهای رشته‌ای. هادیهای بکاررفته در کابلهای انعطاف‌پذیر نیز به دو کلاس ۵ و ۶ تقسیم می‌شوند، که هادی کلاس ۶ انعطاف‌پذیرتر هستند .
هادیهای یکپارچه از مس خالص، مس انیله ‌شده با روکش فلزی، آلومینیوم خالص یا آلیاژ آلومینیوم ساخته می‌شوند. سطح مقطع این هادیها دایره‌ای می‌باشد و مشخصات آنها در جدول زیر ارائه شده است. هادیهای با سطح مقطع ۲۵ میلیمتر مربع و بیشتر تنها جهت کاربردهای خاص می‌باشند. برای این دسته از هادیها در صورتی که کابل چند مغزی باشد، سطح مقطع هادی می‌تواند دایره‌ای یا فرم داده شده باشد.
ابعاد هادی‌های کابل فشار متوسط و فشار ضعیف باید به گونه‌ای باشد که ظرفیت مناسب جهت حمل جریان مشخص شده را داشته باشند.
کلیه کابلهای قدرت تک ‌فاز باید یک هادی با ابعاد مناسب جهت حمل جریان و یک هادی اتصال زمین که مقدار ظرفیت جریان نامی آن حداقل ۱۰۰درصد هادی فاز باشد، داشته باشند.در کابلهای قدرت سه فاز باید عمر سرویس‌دهی کابل حداقل برابر با عمر طراحی پست باشد.
کابل باید مشخصه‌های عایق موردنیاز را در محدوده‌های دمایی نامی خود و حداکثر دمای محیط و گرمای ایجاد‌شده توسط خود کابل، در حین سرویس‌دهی را حفظ کند.
سه هادی با ابعاد مناسب و یک هادی با اتصال زمین با ظرفیت جریان نامی حداقل ۵۸درصد هادی فاز، داشته باشند.
کلیه کابلهای قدرت و کنترل باید از طول یکپارچه بوده و هیچ‌گونه اتصال در آن وجود نداشته باشد. هادیهای متعلق به فیدرهای مختلف و یا دسته سیم‌های مختلف نباید در یک کابل قرار گیرند.
کابل CT و PT باید چهارمغزی باشند به جز کابلهایی که برای سیگنال‌های سنکرونیزاسیون می‌باشند که می‌توانند۲ مغزی داشته باشند.
اگر غلاف و اتصال آن نتواند در برابر حداکثر جریان ۵۰ هرتز تخمین زده شده عبوری از غلاف به مدت ۵/۰ ثانیه در لحظه خطای زمین، پایداری کند، هادیهای زمین موازی باید در طول کابل کشیده شوند . در صورتی که کابل در محل مرطوبی نصب شود، علی‌الخصوص در مواردی که در زمین دفن می‌گردد، و نیز در مواردی که درمحیط‌ های خورنده شیمایی نصب می‌گردد باید مشخصه‌های عایق خود را حفظ کند.
برای انتخاب کابلهای قدرت، پارامترهای زیر باید در نظر گرفته شود:
– ظرفیت عبور پیوسته جریان
– ظرفیت اتصال کوتاه
– افت ولتاژ
برای انتخاب کابلهای کنترل پارامترهای زیر باید در نظر گرفته شود:
• افت ولتاژ مجاز
• ضرایب بار و اضافه جریان ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری
• بزرگترین جریان بار
• کابل قدرت فشار متوسط ، فشار ضعیف و کابلهای کنترل و حفاظت باید دارای لایه‌های زیر باشند:
• پوسته‌ هادی (تنها برای کابلهای فشار متوسط):پوسته هادی باید از ترکیبات نیمه هادی اکسترودشده باشد.
• عایق‌بندی : کلیه کابلهای فشار ضعیف و کنترل و حفاظت باید عایق PVC مقاوم در برابر آتش داشته باشند. کابلهای فشار متوسط باید دارای عایق XLPE (پلی‌اتیلن کرانس لینک شده)، مناسب برای کلاس مربوطه باشند.
• پوشش عایق: پوشش PVC باید بر روی عایق هادیهای کابلهای فشار ضعیف و حفاظت و کنترل بکار رود این پوشش باید بدون هیچ مشکلی جدا شود. بعنوان مثال هنگامی که کابل در حال نصب می‌باشد، عایق هادیها نباید صدمه ببیند.
• غلاف ( تنها برای کابلهای فشار متوسط و کنترل و حفاظت) : کلیه کابلهای مدارهای CT و PT، مدارهای کنترل و کابلهای فشار متوسط باید دارای غلاف سربی باشند، ضخامت غلاف سربی باید به گونه‌ای باشد که در برابر حداکثر جریان خطای زمین به مدت ۵/۰ ثانیه پایداری نماید.
• پوشش PVC (تنها برای کابلهای فشار متوسط، کنترل و حفاظت): پوشش PVC باید بر روی غلاف بکار رود تا غلاف و زره را از لحاظ الکتریکی از هم جدا کند.
• زره :کلیه کابلهای چندمغزی باید دارای زرهی از نوارهای فولاد گالوانیزه باشند. نوارهای بکاررفته در زره کلید کابلهای تک مغزی باید از جنس مواد غیرمغناطیسی (آلومینیوم) باشند همچنین زره باید در برابر حداکثر جریان خطای زمین به مدت ۵/۰ ثانیه پایداری کند.
• غلاف کلی : کلید کابلها باید بوسیله غلافی از جنس PVC پوشانده شوند. این غلاف باید ضداشتعال بوده و از مواد ضدآب تهیه شود.
• قرقره کابل : کلیه کابل‌ها باید بر روی قرقره‌ای پیچیده شوند که قطر آن به اندازه کافی بزرگ باشد تا از تغییر مشخصه‌های فیزیکی هادی جلوگیری بعمل آید. طراحی، ساختار و استحکام قرقره‌ها باید به گونه‌ای باشد که امکان حمل مطلوب هادی به مقصد موردنظر بدون هیچ‌گونه جابجایی، ساییدگی و یا سایر آسیب‌های ناشی از حمل و نقل، مسیر باشد. قرقره‌ها باید قادر به پایداری در برابر کلیه تنش‌های ناشی از عملیات نصب باشند. هر انتهای هادی باید به طرز ایمن و مناسبی آب‌بندی و به قرقره بسته شود. علاوه بر علامتهای موردنیاز جهت حمل و نقل، هر قرقره باید دارای صفحه نشانه‌ای باشد که شماره سریال، ابعاد و تعداد هادیها، طول هادی، فلش مشخص‌کننده انتهای کابل، وزن کل و وزن خالص بر روی آن درج شود. علامتهای مربوط به اندازه‌گیری باید به فاصله هر ۱ متر بر روی کابل فراهم گردد.
• طول کابل : کابل‌ها باید در حداکثر طول ممکن جهت حمل و نقل، تهیه گردند. استوانه‌ای که کابل بر روی آن پیچیده می‌شود باید بیش از یک تکه از کابل را شامل گردد.
• مشخصه‌های مغزی : کابل‌ها باید بصورت زیر براساس رنگ‌ کدگذاری شوند.
• رنگهای قرمز، زرد و سبز جهت هادیهای فاز
• سیاه برای نوترال و سایر اتصالات
• زرد / سبز برای اتصالات زمین (تنها مورد کابل‌های فشار ضعیف)
• خاکستری برای مدار DC
هادیهای کابل‌های کنترل باید دارای نشانه‌گذاری عددی باشند. این نشانه‌گذاری باید از بهترین کیفیت پوده و نباید بر اثر تماس در حین حمل و نقل پاک شود. همچنین شماره‌ها باید قابل تشخیص باشند.
مشخصه‌های کابل و سازنده باید در طول کابل و در جای مناسب بصورت پیوسته آورده شود و دارای جزئیات زیر باشد:
– نام و علامت تجاری سازنده
– سال تولید
– ولتاژ نامی
– تعداد مغزی‌ها و سطح مقطع
– طول کابل
– سینی کابل : درصورتی که از سینی کابل استفاده شود، سینی باید از فولاد گالوانیزه گرم ساخته شود. ساختار سینی باید به گونه‌ای باشد که در صورت قرار گرفتن کابلها در سینی کابل، در نقطه میانی بین پایه‌های نگهدارنده آن بیش از ۵/۰ سانتیمتر شکم وجود نداشته باشد. نگهدارنده‌‌های کابل باید به فاصله حداکثر ۳ متر از هم قرار گیرند.
– متعلقات کابل :گلندهای کابل باید برای نوع کابل مورداستفاده مناسب باشند. گلند کابل باید از فولاد ضد زنگ ساخته شود.تعداد کافی نسبت پلاستیکی کابل باید در نظر گرفته شود.کلیه تجهیزات و متعلقات جهت تکمیل کابل‌کشی باید مطابق با نیازهای نصب فراهم گردد.
– سر کابل‌ها و کلمپ‌ها :سرکابل‌ها و کلمپ‌ها باید در برابر حرارت قابل جمع‌شدن باشند.سرکابل باید با کلیه متعلقات لازم جهت نصب مطلوب، کامل گردد.لعاب باید صاف و سخت بوده و کلیه بخشهای چینی را که در معرض هوا قراردارد کاملاً بپوشان و برای نصب خارج از ساختمان باید به رنگ قهوه‌ای تیره باشد. چینی نباید مستقیماً با مواد سخت پوشانده شود و در صورت نیاز، باید واشری بین چینی و قطعه اتصال قرار گیرد.کلیه سطوح کلمپ‌های چینی که در تماس با واشر هستند باید به دقت زمین شود و بدون لعاب باشد وسیله چفت و سب زره باید قادر به بستن زره کابل باشد به گونه‌ای که کلمپ در برابر هرگونه اتصال کوتاه ناشی از کنده شدن زره که از بدنه گلند به اتصال‌دهنده‌ها جریان می‌یابد ناپایداری نماید.
– کابل کششی :کلیه کابل‌ها باید در سینی کابل و یا در داکتها نصب شوند، بر روی صفحات فولادی محکم شوند و یا در شیارها و یا نمونه‌هایی در زمین خوابانده شوند.
یک سیستم مشترک برای شماره‌گذاری کابل باید در مورد سایر وسایل نیز بکار گرفته شود.
کابلها باید از تابش مستقیم آفتاب مصون بمانند، یعنی کلیه کابلهایی که روی سطح زمین قرار دارند باید پوشانده شوند یا در محفظه‌ای قرار گیرند.
کلیه سوارخها و یا گودیهای موجود در مجموعه کابل باید بعد از اینکه کابل بوسیله مواد مقاوم در برابر آتش نصب گردید، بسته شوند.
در صورتی که کابل از زیر جاده رد شود، باید در درون لوله‌هایی قرار گرفته و حداقل ۸۰ سانتیمتر زیر سطح زمین دفن شوند.
هادیهای درون اطاقک و بین جعبه ترمینال‌ها و تجهیزات باید در مجراهای پلاستیکی خوابانده شوند. کلید سیم‌کشی‌ها باید علامت‌گذاری شود.
کابل‌های کنترل، هادیها و سیم‌های کنترل باید دارای علامتگذاری باشند. انتهای کابل باید با یک شماره هادی مجزا و شماره کابل، علامتگذاری شود. هادی باید علاوه بر آن با مشخصه‌های ترمینال خود علامتگذاری شود. مدارهای کابل قدرت باید علامتگذاری توان AC داشته باشند.
کابلهای کنترل باید با وسیله جداکننده مناسب از کابلهای قدرت جدا شود.
کابلهایی که در داخل ساختمان در درجه حرارت بالا نصب می‌گردند باید از مواد عایقی تشکیل شوند که با نیازهای مربوط به این نوع محیط همخوانی داشته باشد.
خطر آتش باید با انتخاب کابلهایی که غلافهای مقاوم در برابر آتش دارند و با آرایش مناسب مسیر کابلها، محدود گردد.
عواقب ناشی از آتش باید با آرایش کابل بوسیله جداسازی فیزیکی یا ایجاد فاصله، محدود گردد.
جعبه‌ها و جعبه اتصالات باید به اندازه کافی جا داشته باشد که هادیها بتوانند به طرز مرتب و قابل اطمینان درون آن اتصال یابند و آرایش جعبه‌ ترمینال‌ها و جایگذاری آنها باید به گونه‌‌ای باشد که آزمون و تشخیص خطا به سهولت امکان‌پذیر باشد. جعبه کنترل‌ها، جعبه اتصالات و کابلها باید دارای ذخیره باشند تا در صورتی که تجهیز اضافه‌ای در آینده نصب گردید، حداقل گسترش در آنها موردنیاز باشد.
به منظور افزایش در سطح مقطع، هادیها می‌توانند بصورت مواردی نصب گردند. سطح مقطع هادی به گونه‌ای انتخاب می‌گردد که نیازی به موازی کردن بیش از دو هادی نباشد.
هادی کابل فشار متوسط و فشار ضعیف باید از رشته سیم‌های مسی انیله شده نرم تشکیل شود.هادی کابل‌های کنترل و حفاظت باید از حداقل ۳ رشته مسی تشکیل شوند. مسطح مقطع این رشته‌ها در مورد کابلهای کنترل نباید کمتر از ۵/۲ میلیمتر مربع و در مورد هادیهای مدار CT و VT نباید کمتر از ۶ میلیمتر مربع باشد.
درهادیهای رشته‌ای غیرمتراکم با سطح مقطع دایره (کلاس ۲) ،این هادیها از جنس مس خالص، مس انیله‌شده با پوشش فلزی، آلومینیوم خالص، آلیاژ آلومینیوم با پوشش فلزی، آلومینیوم با روکش فلزی یا آلومینیوم دارای روکش و پوشش فلزی ساخته می‌شوند.
سطح مقطع هادیها رشته‌ای آلومینیومی بیش از ۱۰ میلیمتر مربع می‌باشد، اما در کاربردهای خاص سطوح مقطع ۴ و ۶ میلیمتر مربع نیز می‌تواند استفاده شود. کلیه سیمهای بکاررفته در هادیهای رشته‌ای کلاس ۲ دارای سطح مقطع یکسان می‌باشند.

هادیها

هادیهای رشته‌ای متراکم با سطح مقطع دایره‌ای و فرم داده شده.
این نوع هادیها از جنس مس خالص، مس انیله‌شده با پوشش فلزی، آلومینیوم خالص یا آلیاژ آلومینیوم می‌باشند. سطح مقطع هادیهای با سطح مقطع دایره‌ای ۱۶ میلیمتر مربع و در مورد هادیهای با سطح مقطع فرم داده شده ۲۵ میلیمتر مربع و بیش از آن می‌باشد.
نسبت قطر دو سیم با سطح مقطع متفاوت در این هادیها حداکثر ۲ می‌باشد. تعداد سیمهای بکاررفته در هر هادی و مقاومت آن در۲۰ درجه سانتیگراد در جداول ارائه شده است.

هادیهای انعطاف‌پذیر

جنس این نوع هادیها مس یا مس انیله ‌شده با پوشش فلزی است. سیمهای بکاررفته در این نوع هادیها دارای سطح مقطع یکسان می‌باشند.

کدگذاری کابل

براساس استاندارد بین المللی VDE شماره ۰۲۷۱کابلهای قدرت و کنترل بصورت زیر کد گذاری می‌شوند.

کد کابل‌های با عایق پلاستیکی
کد کابل مشخصات کابل

A هادی آلومینیومی
Y عایق از نوع پلی وینیل کلراید (PVC) ترموپلاستیک
۲Y عایق از نوع پلی‌اتیلن (PE) ترموپلاستیک
۲X عایق از نوع پلی‌اتیلن کراس لینک ‌شده (XLPE)
C هادی مسی هم ‌مرکز
CW هادی مسی خالص بفرم پیچیده شده
CE هادی مسی هم مرکز برای کابل ‌های سه مغزی
S شیلد مسی
SE شیلد مسی برای هر مغزی مجزا از کابل سه مغزی
K غلاف سربی
Y پوشش حفاظتی PVC بین شیلد مسی و یا هادی هم مرکز و زره
F زره فولاد گالوانیزه بصورت سیم با مقطع تخت
R زره فولاد گالوانیزه بصورت سیم با مقطع گرد
G نوار فولاد گالوانیزه جلوگیری از پیچش
Y غلاف PVC
۲Y غلاف PE
J کابل با مغزی‌های کدگذاری شده سبز / زرد (سبز / رنگ معمولی) (kv 1/6/0)
O کابل بدون مغزی‌های کدگذاری شده سبز / زرد (سبز / رنگ معمولی) (kv 1 / 6/0)

کدگذاری براساس نوع و شکل هادی ‌های کابل
کد کابل مشخصات کابل

RE هادی تک‌رشته‌ای مقطع گرد
RM هادی چندرشته‌ای مقطع گرد
SE هادی با رشته دارای مقطع قطاعی شکل
SM هادی که هر رشته دارای مقطع قطاعی شکل و هر یک شامل چند رشته باشد.
RF هادی چند رشته‌ای مقطع گرد و قابل انعطاف