کابل برق چیست؟ و انواع کابل برق

کابل برق یکی از عناصر حیاتی در سیستم‌های برقی است که برای انتقال ایمن و کارآمد برق به کار می‌رود. در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، به بررسی مفهوم کابل برق و انواع آن پرداخته می‌شود. همچنین، استفاده‌های مختلف کابل برق و مزیت‌های آن نیز مورد بحث قرار خواهد گرفت.

کابل برق

کابل برق یا Power Cable، از قراردادن یک یا چند رشته سیم کنار یکدیگر تشکیل شده است و برای انتقال و هدایت جریان‌های الکتریکی و سیگنال‌ها استفاده می‌شود. این کابل‌ها به دلیل شرایط مختلف و کاربردهای متنوعی که ممکن است داشته باشند، در مدل‌ها و ساختارهای مختلفی تولید می‌شوند.

انواع کابل برق

انواع کابل برق بر اساس ولتاژ کاری، متریال و کاربرد به مدل های مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه، به بیان توضیحات بیشتر در این زمینه می‌پردازیم.

ولتاژ کابل برق

رنج ولتاژ کابل‌های برق بر اساس مقدار فشار آن‌ها به چهار دسته فشار ضعیف، فشار متوسط، فشار قوی و فوق فشار قوی تقسیم می‌شوند. تفاوت اصلی بین این کابل‌ها در مقاومت عایق در برابر خروج جریان الکتریکی است. به طور کلی، با افزایش ولتاژ کابل برق، ضخامت عایق و مقاومت آن نیز بیشتر می‌شود. کابل‌های فشار ضعیف به عنوان Low Voltage Cable شناخته می‌شوند، کابل‌های متوسط ولتاژ را Medium Voltage Cable، کابل‌های فشار قوی را High Voltage Cable و کابل‌های فوق فشار قوی را Extra High Voltage Cable می‌نامند.

در زیر رنج‌های ولتاژ مربوط به هر یک از این گروه‌ها آورده شده است:

– کابل برق فشار ضعیف: ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت
– کابل برق فشار متوسط: ۱۰۰۰ تا ۳۳۰۰۰ ولت
– کابل برق فشار قوی: ۶۳۰۰۰ تا ۲۳۰۰۰۰ ولت
– کابل برق فوق فشار قوی: ۲۳۰۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰۰ ولت

برای نمایش ولتاژ یک کابل برق، عبارت U0/U استفاده می‌شود. در این عبارت، U0 ولتاژ بین هادی و زمین را نشان می‌دهد و U ولتاژ بین هادی‌ها را نمایش می‌دهد.

متریال کابل برق

متریال کابل برق به دلیل داشتن قسمت‌های متنوعی مانند هادی، عایق، شیلد، زره، بدینگ، اسکرین و غیره، می‌تواند از مواد و متریال‌های مختلف تشکیل شود، که به مورد استفاده کابل بستگی دارد. به عنوان مثال، هادی کابل می‌تواند از فلزاتی مانند طلا، مس و آلومینیوم ساخته شود. به دلیل رسانایی مناسب و قیمت مناسب‌تر، معمولاً از مس و آلومینیوم در کابل‌ها استفاده می‌شود. همچنین، برای عایق کابل نیز می‌توان از انواع مدل‌هایی مانند پی وی سی، پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، نایلون و غیره استفاده کرد.

هادی کابل برق چیست؟

هادی یا هسته مرکزی کابل برق، بخش اصلی و اساسی در انتقال جریان الکتریکی است. جنس این بخش می‌تواند از طلا، مس و آلومینیوم باشد. فلز طلا به دلیل رسانایی بالا به طور معمول در تجهیزات حساس صنایع نظامی توسط برخی از کشورها استفاده می‌شود. همچنین، آلومینیوم و مس از فلزات رایجی هستند که به عنوان هادی در کابل‌ها استفاده می‌شوند. به طور کلی، هادی‌ها می‌توانند در چهار کلاس مختلف در یک کابل قرار گیرند:

۱. مفتول (کلاس ۱)
۲. نیمه افشان (کلاس ۲)
۳. افشان (کلاس ۵)
۴. سوپرافشان (کلاس ۶)

هادی مفتولی

هادی مفتولی از یک رشته مفتول به صورت یک تکه (معمولاً گرد) تشکیل شده است. برای جلوگیری از بهم خوردن و ایجاد تناسب و گردی در کابل، ممکن است مقاطع بالاتر هادی به شکل‌های مختلفی تغییر شکل داده شوند. این نوع هادی را هادی مفتولی کلاس یک می‌نامند.

هادی نیمه افشان

هادی نیمه افشان از چند رشته مفتول تابیده شده حول یکدیگر در یک یا چند ردیف ساخته می‌شود. این مفتول‌ها کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و به آن‌ها در اصطلاح استرند می‌گویند. هدف از استفاده از هادی نیمه افشان، افزایش قدرت حفاظتی کابل در برابر نویزها و تداخلات الکترومغناطیسی است.

هادی افشان

هادی‌های افشان از تارهای نازک، مانند دسته‌ای از موها، کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. استفاده از این نوع هادی‌ها به دلیل افزایش انعطاف‌پذیری کابل بسیار مهم است. با توزیع تارها به صورت افشان در کنار یکدیگر، کابل قابلیت انعطاف و انعطاف‌پذیری بیشتری را به دست می‌دهد.

هادی سوپر افشان

هادی‌های سوپر افشان نیز مانند هادی‌های افشان هستند، با این تفاوت که تارها نسبت به مدل افشان، ضخامت کمتری دارند و تعداد بیشتری از آن‌ها در کابل استفاده می‌شود. با کاهش ضخامت تارها و افزایش تعداد آن‌ها، این نوع هادی‌ها انعطاف‌پذیری بیشتری را به کابل ارائه می‌دهند.

عایق کابل برق چیست؟

عایق‌ها وظیفه حفاظت از هادی‌ها را دارند و جلوگیری از نشت جریان‌های الکتریکی را به عهده می‌گیرند. برای عایق‌بندی سیم و کابل، از دو نوع پلیمر استفاده می‌شود:

• پلیمر ترموپلاستیک
• پلیمر ترموست

ترموپلاستیک (گرمانرم)

ترموپلاستیک یک ترکیب از پلاستیک و لاستیک است که ویژگی‌های قوی هر دو این مواد را دارا می‌باشد. این نوع پلیمر‌ها با تأثیر حرارت به حالت مایع تبدیل می‌شوند و قابلیت شکل‌پذیری دارند. با خنک شدن، به حالت جامد بازمی‌گردند و قابل استفاده می‌شوند. ترموپلاستیک‌ها در مقایسه با پلیمرهای دیگر، از جمله پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌وینیل کلراید و پلی‌استیرن، ویژگی‌های منحصر به فردی دارند.

ترموپلاستیک‌ها به دلیل ویژگی‌های فوق، در بسیاری از صنایع، از جمله صنایع خودروسازی، بسته‌بندی، الکترونیک و لوازم خانگی استفاده می‌شوند. این پلیمرها قابلیت تزریق، ریخته‌گری و شکل‌دهی با استفاده از روش‌های مختلف را دارا هستند. همچنین، این مواد معمولاً قابل بازیافت بوده و می‌توانند در فرآیند بازیافت و استفاده مجدد مورد استفاده قرار گیرند.

با توجه به ویژگی‌های ترموپلاستیک و قابلیت شکل‌پذیری آن‌ها، این نوع پلیمرها در طراحی و ساخت محصولات متنوعی، از جمله قطعات پلاستیکی، بطری‌ها، لوازم آرایشی، قطعات خودرو و محصولات الکترونیکی، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترموست (گرماسخت)

ترموست یا گرماسخت، یک نوع پلیمر است که در آن زنجیره‌های مولکولی به صورت عرضی به یکدیگر متصل شده و این اتصالات منجر به ایجاد یک شبکه سه بعدی می‌شود. ترموست‌ها در مقایسه با ترموپلاستیک‌ها، نمی‌توانند ذوب شوند و در صورت تعرض به حرارت، پس از مدتی سوخته و از بین می‌روند، همچنین قابلیت بازگشت به حالت اولیه با تغییر حرارت را ندارند.

ترموست‌ها شامل موادی مانند فنل فرمالدئید، اوره فرمالدئید، رزین‌های اپوکسی، پلی‌استرهای غیراشباع، پلی‌اورتان‌ها، پلی‌استال‌ها، پلی‌آمیدها و پلی‌کربنات‌ها می‌شوند.

با توجه به خصوصیات ترموست و ساختار سه بعدی آن‌ها، این نوع پلیمرها در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، رزین‌های اپوکسی در ساخت قطعات صنعتی، پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت، رزین‌های چسبنده و چند منظوره استفاده می‌شوند. پلی‌آمیدها در صنایع خودروسازی، مصنوعات پزشکی، البسه و فرش‌ها استفاده می‌شوند. همچنین، پلی‌کربنات‌ها در ساخت قطعات خودرو، سقف‌ها و پنجره‌ها، وسایل نورپردازی و اسکرین‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عایق PVC

عایق PVC (پلی وینیل کلراید) یکی از عایق‌های رایج و ترموپلاستیک است که به عنوان روکش در بسیاری از کاربردها استفاده می‌شود. این عایق از حدود ۶۰ درصد کلر تشکیل شده است و دارای خاصیت خود خاموش کنندگی است. اگرچه PVC به دلیل وجود زنجیره‌های حجیم پلیمر، شفافیت کمی دارد، اما مقاومت و سختی بالایی دارد. یکی از معایب این عایق این است که در صورت تماس با آتش، گاز کلر تولید می‌کند که در صورت تنفس انسان، می‌تواند منجر به مسمومیت و حتی مرگ شود.

عایق PE

پلی اتیلن (PE) یک پلیمر ترموپلاستیک است که از اتیلن تولید می‌شود و ویژگی‌های الکتریکی برجسته‌ای دارد. عموماً در کابل‌های مخابراتی با روکش مشکی (Outdoor) استفاده می‌شود. پلی اتیلن در مقابل پلیمر PVC، خاصیت خود خاموش کنندگی را ندارد و بسیار قابل اشتعال است، اما هنگام سوختن، دود هالوژنی تولید نمی‌کند. این پلیمر انعطاف‌پذیری بالا و مقاومت خوبی در برابر اسیدها، بازها، نمک‌ها و آب دارد. دمای کاری پلی اتیلن حدود ۷۰ درجه سانتیگراد است.

عایق XLPE

عایق XLPE (پلی اتیلن متصل متقاطع) در واقع پلی اتیلن ترموپلاستیک است که از طریق فرایندی به نام کراس لینک شدن، در اتاق‌های بخار و پخت تغییر شکل مولکولی می‌دهد و به یک ترموست تبدیل می‌شود. این فرآیند که جهت بهبود انعطاف‌پذیری و جلوگیری از تغییر شکل در دماهای بالاتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد نسبت به پلی اتیلن انجام می‌شود. عایق XLPE فاقد تولید دود هالوژنی است و در مقابل اسیدها، بازها، نمک‌ها و آب مقاومت بیشتری نسبت به پلی اتیلن دارد.

سیلیکون رابر SIR

سیلیکون‌ها خواص برجسته‌ای دارند، از جمله تحمل در دماهای بسیار بالا تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد. اما در دمای محیط، خواص مکانیکی آن‌ها تا حدی پایین‌تر از سایر مواد رایج، به‌ویژه در مقایسه با مواد روکشی با دماهای پایین‌تر، است.

کاربرد کابل برق

کابل‌های برق براساس شرایط مختلفی مانند محل استفاده، جریان عبوری، ولتاژ، طول عمر و سایر عوامل، انتخاب می‌شوند. به همین دلیل، در سراسر جهان کابل‌های برق با ساختارها و مواد مختلفی تولید می‌شوند. در زیر، معروف‌ترین انواع کابل‌ها همراه با مواد و ساختار آنها را برای شما توضیح می‌دهیم:

کابل ساختمانی

کابل‌های برقی که در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند، در صورتی که به شرایط محیطی نامطلوب یا حرارت قوی معرض نشوند، از کابل‌های برق نوع NYY و NYMHY استفاده می‌شود. این نوع کابل‌های برق از هادی افشان یا مفتول مسی به عنوان مواد رسانای جریان استفاده می‌کنند و یک لایه عایق و روکش PVC بر روی هادی و سیم‌های آنها قرار دارد.

کابل زره دار

کابل‌های برقی زره‌دار یا به عبارت دیگر “آرموردار” در محیط‌هایی که به فشار، ضربه، کشش و در کل صدمات مکانیکی و تهدید حیوانات شب‌زی معرض هستند، استفاده می‌شوند. سیم‌های موجود در این کابل‌ها با استفاده از ورق‌های گالوانیزه یا رشته‌های فولادی یا آلومینیومی به طور کامل محافظت می‌شوند. این کابل‌ها از هادی آلومینیومی یا مسی به همراه عایق‌ها و روکش‌های مختلفی مانند PVC، پلی‌اتیلن، هالوژن-فری و غیره ساخته می‌شوند، بسته به شرایط استفاده.

کابل سه فاز

کابل‌های برقی سه فاز به هر نوع کابلی اطلاق می‌شود که حداقل از سه رشته سیم در آن استفاده شده باشد. این کابل‌ها در انواع مختلفی از جمله فشار ضعیف، متوسط، قوی و فوق فشار قوی تولید می‌شوند و برای استفاده در اسانسورها، موتورهای سه فاز، کابل کشی شهری و بین شهری و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کابل‌ها می‌توانند با استفاده از هادی آلومینیومی یا مسی، به صورت زره‌دار و بدون زره با انواع روکش‌ها و عوازل تولید شوند.

کابل تلفن

کابل تلفن به هر نوع کابلی گفته می‌شود که حداقل از یک زوج سیم مفتولی استفاده شده باشد. کابل‌های تلفن با هادی مسی ساخته می‌شوند و یک لایه فویل آلومینیومی یا مسی برای جلوگیری از ورود امواج ناخواسته بر روی زوج‌های سیم قرار می‌گیرد. روکش کابل تلفن‌های استفاده شده در محیط‌های داخلی معمولاً از PVC و در مدل‌های طراحی شده برای استفاده در محیط‌های خارجی از نوع پلی‌اتیلن PE استفاده می‌شود. در گذشته، قبل از رواج فیبر نوری، استفاده از کابل‌های تلفن ۱۰۰ زوج و ۲۰۰ زوج بسیار رایج بود.