اگر زمان کافی برای خواندن این مقاله را ندارید، کافیست با مشاوران گستره آبی تماس بگیرید.
ساختمان کابل برق
برای اینکه بتوان توضیحات لازم را پیرامون ساختمان کابلهای الکتریکی بیان نماییم می بایست به این مهم اشاره کنیم که کابلها از نظر ساختمان درونی می توانند به سه دسته کابلهای فشار ضعیف و متوسط، کابل فشار قوی و در نهایت کابل لاستیکی و پلاستیکی تقسیم شوند که در ادامه بیشتر درباره آنها توضیح خواهیم داد.
اگر زمان کافی برای خواندن این مقاله را ندارید، کافیست با مشاوران گستره آبی تماس بگیرید.
کابلهای فشار ضعیف و متوسط به طور کلی برای عبور جریان بار و همچنین تغذیه توان به کار می روند. اما آنچه منجر به این دسته بندی در ساختمان کابل های الکتریکی می شود میزان ولتاژی است که این کابلها متحمل می شوند. به کابلهایی که ولتاژ آن ها بیشتر از 1000 ولت است کابلهای فشار متوسط و برای کابلهایی با ولتاژ نامی 1000 ولت یا کمتر، نام گذاری کابل فشار ضعیف انتخاب شده است. از کابلهای فشار متوسط برای ولتاژهای 20 کیلو ولت در پست های فوق توزیع و انتقال برق مورد استفاده قرار می گیرد. به طوری که در برخی از موارد هنوز در انواع قدیمی و البته بعضی از پست های برق موجود از کابلهای روغنی استفاده می گردد. توجه داشته باشید که بیش از 90 درصد کابلهای فشار ضعیف و متوسط از عایق کاغذی آغشته به روغن بهره می برند. بدین معنی که سیمهای هادی کابل برق توسط نوارهای کاغذی پیچیده می شوند و به عبارتی باند پیچی می شوند و پس از کاغذ پیچی به نوعی از روغن معدنی غلیظ آغشته می گردند. در واقع به این کابل ها، کابلهای کم روغن گفته می شود. در ساختمان این کابل برق از هادی مسی و یا آلومینیومی استفاده می شود و می تواند یک یا چند لایه باشد. قطر کاغذ عایق معمولا از 0.1 تا 15.0 میلی متر متغیر است و به صورت مارپیچ روی سیم پیچیده می شود و پیش از آنکه کاغذ به روغن آغشته شود می بایست ابتدا سیم عایق شده را با قرار دادن تحت حرارت زیاد به درستی و با دقت خشک نمایند و در حین خشک شدن به طور همزمان سیم عایق شده از منبع روغنی عبور می کند که دارای درجه حرارت 110 تا 120 درجه سانتی گراد است و در نتیجه روغن به دلیل سیال بودن به درون کاغذ نفوذ می کند و با این کا تمام سواخ های کاغذ را می پوشاند. از طرفی لازم به ذکر است که برای جلوگیری از نفوذ رطوبت به درون کابل می بایست پس از عایق سیم روی آن را با یک غلاف بپوشانند. این غلاف معمولا از جنس سربی است و دارای مقدار کمی مس و یا در بخش هایی از ترکیب مقدار کمی آنتیموان و روی مخلوط استفاده شده است. در واقع استفاده از دو ترکیب اخیر به سرب کمک می کند که سفت شود و البته پایداری و مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش می دهد و در برخی مواقع حتی از آلومینیوم به جای سرب استفاده می شود ولی لازم به ذکر است که آلومینیوم در درجه حرارت بالا ذوب می شود. کابلهای فشار ضعیف و متوسط خود دارای دسته بندی بر اساس نوع عایقی هستند که روی کابل کشیده می شود.
همانطور که پیش تر به آن اشاره کردیم در این نوع کابلها از نوع به خصوصی کاغذ استفاده می شود که دور کاغذ پیچیده می شود و به عنوان عایق مورد استفاده قرار می گیرد. برای اینکه نفوذ رطوبت در کاغذ را کم نمایند و همچنین ضریب الکتریک کاغذ را بالا ببرند از روغنی معدنی استفاده می نمایند و کاغذ را به آن آغشته می نمایند. در ای حالت شکست الکتریکی که به طور معمول تحت فشار 70 KVpeak/cm رخ می دهد، در نقطه 600 KVpeak/cm بروز می کند. برای افزایش خاصیت عایقی رزین را به روغن مورد نظر اضافه می نمایند تا چسبندگی روغن افزایش یابد و از نشست و رسوب روغن جلوگیری شود. در نهایت با یک غلاف که قبلا اشاره کردیم از جنس سربی است پوشانده می شود.
یکی از معایب عایق کاغذی این است که حجیم می باشد و از این رو با توجه به حجیم بودن کابلهای دارای عایق کاغذی و همچنین جذب رطوبت توسط کاغذ، توصیه می شود که از کابلهای با عایق PVC استفاده گردد و در واقع امروزه یکی از انواع عایق معمول و رایج، عایق پلی وینیل کلراید است. از مزایای استفاده از این عایق در مقایسه با عایق کاغذی می توان به مواردی از جمله شکل ظاهری بهتر سیم دارای عایق PVC و همچنین وزن کمتر این عایق نسبت به عایق کاغذی و در نهایت حمل آسان آن اشاره کرد. توجه داشته باشید که پلی وینیل کلراید نسبت به رطوبت مقاوم است و نیاز به حفاظت در برابر رطوبت را ندارد. همچنین PVC نسبت به آتش نیز مقاوم است و از طرفی در برابر آسیبهای مکانیکی نیز دارای مقاومت مکانیکی بیشتری نسبت به کاغذ است. از این رو استفاده از کابلهای برق با عایق PVC می تواند در معادن و محل هایی که کابل در معرض ضربه یا آتس است گزینه مناسبی است. به طور معمول از کابلهای دارای عایق PVC در شبکه توزیع برق فشار ضعیف استفاده می شود.
توصیه می شود از کابلهای هوایی خودنگهدار در شبکه برق فشار ضعیف استفاده گردد. در این کابلهای از هادی هایی از جنس آلومینیوم استفاده می شود و استقامت کششی آن ها نباید کمتر از 90 N/mm باشد. برای عایق بندی این کابلها از نوع خاص از پلی اتیلن با تراکم زیاد که رنگ آن سیاه است و در مقابل هر عامل جرمی مقاوم است استفاده می گردد. به عبارت دقیق در این کابلها، فازها با استفاده از عایق از یکدیگر جدا شده اند و البته با استفاده یک سیم حامل یا نگهدارنده به صورت هوایی کشیده شده اند. در واقع این نگهدارنده خود هادی از جنس آلیاژ آلومینیوم بوده و دارای استقامت کششی حداقل 294N/mm است و از انبساط طولی کمتر از 4 درصد بهره می برد. توجه داشته باشید که این سیم نگهدارنده به صورت رشته ای و یا به هم فشرده بافته می شود.
کابلهای فشار قوی بسته به نوع عایق کابل به دو دسته تقسیم می شوند، کابل های روغنی که خود به دسته کابل روغنی با فشار کم و کابل روغنی با فشار زیاد تقسیم شده و البته دسته دوم کابل گازی از نوع SF6 می باشد.
در کابلهای فشار روغنی با فشار کم، روغن رقیقی به کاغذ عایق کابل آغشته می شود و زمانی که کابل گرم می شود روغن اضافی از طریق مجرای طولی که روی کابل قرار دارد به ظرفی انبساط در انتهای کابل وارد می شود. توجه شود که ظرف مورد نظر از بالشتکهای هوایی برخوردار است که با ورود روغن به داخل ظرف جمع می شوند و باعث بالا رفتن فشار روغن در داخل ظرف مد نظر برای انبساط می شوند. روغن تا زمانی در ظرف باقی می ماند که فشار داخلی کابل از نظر قوانین فیزیکی برابر با فشار ظرف انبساط شود. بعد از اینکه کابل خنک می شود، روغن از داخل ظرف انبساط که دارای فشار بیشتری است به داخل کابل برق جریان می یابد و این رفت و آمد دائم می تواند در اثر سرد و گرم شدن کابل ادامه یابد و از خالی ماندن فضای داخل کابل جلوگیری می نماید. همچنین استقامت الکتریکی کابل روغنی 2 تا 3 برابر از کابل کم روغن بیشتر است.
کابلهای روغنی با فشار زیاد نیز هر یک از رشته سیم هایی با کاغذ آغشته به روغن غلیظ عایق بندی و یا به عبارت دقیق تر ایزوله و یا باند پیچی می شوند و پس از این کار برای جلوگیری از خروج روغن و همچنین ورود و نفوذ رطوبت هر یک از این کلاف ها را با نوار مسی و نوار نایلنی محکم باند پیچی می نمایند. برای اینکه از زخمی شدن کابل در مواقع ورود به لوله فولادی جلوگیری شود، آن ها را با یک نوار فلزی غیر مغناطیسی بانداژ می کنند و پس از مونتاژ کابل هوایی داخل لوله فولادی را تخلیه کرده و با روغن رقیق با فشار 16 کیلوپاسکال برای هر سانتی متر مربع پر می نمایند. در اثر اعمال بار به کابل و گرم شدن آن، روغن داخل لوله منبسط می شود و فشار روغن بالا می رود، همچنین وقتی فاشار روغن به حد معینی می رسد، دریچه سوپاپ فشار سنج باز میگردد و روغن کابل تا موقعی که فشار داخل لوله دوباره به حد مجاز نرسد به داخل منبع انبساط جریان نمی یابد و زمانی که کابل سرد می شود به وسیله پمپی مخصوص، روغن به داخل کابل به صورت خودکار پمپاژ می شود.
کابلهای گازی به چهاردسته اول، کابل گازی با فشار داخلی و غلاف آلومینیوم، دوم، کابل گازی با فشار داخلی و لوله فولادی، سوم، کابل گازی با فشار خارجی و لوله فولادی و در نهایت کابل کپسولی با گاز SF6 تقسیم بندی می شوند. سری اول در جاهایی کاربرد دارند که تفاوت سطح زیاد باشد و امکان استفاده از کابل روغنی وجود نداشته باشد. برای ساخت این کابل ابتدا کاغذ عایقی با روغنی غلیظ که هنوز سفت نشده است آغشته می گردد. سپس کابل در غلاف آلومینیومی قرار گرفته و پس از مونتاژ و سپس نصب کابل، فضای خالی بین غلاف آلومینیومی و رشته سیم ها ایزوله می گردد و برای ایزوله کردن این فضا از گاز ازت استفاده می شود، در واقع این فض با گاز ازت پر می شود. برای ساخت سری دوم یعنی کابل گازی با فشار داخلی و لوله فولادی از روغنی با غلظت بیشتر استفاده می شود و در نتیجه در زمان حمل و نقل و مونتاژ نیاز به حفاظت در برابر رطوبت خارج شدن روغن وجود ندارد چرا که روغن غلیظ است و آخرین لایه کاغذی سیم با استفاده از یک کاغذ متالیزه و نوار مسی پیچیده می شود که نه تنها محافظ است بلکه به نوعی مخلوط کننده حوزه الکتریکی است و پس از این مرحله در داخل لوله فولادی قرار می گیرد و فضای بین کابل و لوله از ازت پر می شود.
زمانی که کابل کپسولی با گاز SF6 به عنوان کابل فشار قوی استفاده می شود می بایست توجه داشت که از این کابلها بیشتر در پستهای کپسولی با گاز SF6 و در انتقال انرژی که دارای جریان و قدرت زیاد باشد از ژنراتور تا ترانسفورماتورها در نیروگاه های بزرگ استفاده میگردد. هدف از ساخت کابل کپسولی با گاز SF6 سادگی آن در رابطه با سیم هوایی به صورت سه فاز و خاصیت خاموش کنندگی این گاز می باشد این کابلها معمولا در طول حدود 12 متری ساخته شده و کپسول و سیم های هادی و عایق نگهدارنده در داخل کارخانه نصب و پس از انجام آزمایش های لازم به محل مورد نظر حمل و پس از اتصال قطعات در محل نصب، مورد بهره برداری قرار می گیرند.
این سری از کابله در واقع به این خاطر که تنها از پلاستیک و لاستیک برای عایق استفاده می کنند به همین خاطر با نام کابلهای لاستیکی و پلاستیکی شناخته می شوند. به کارگیری از کابلهای لاستیکی امروزه دیگر رایج نیست و به عبارت دقیق تر جای خود را به کابل های پلی وینیل کلراید داده اند و فقط در مصارف خاص همچون برق رسانی در کشتی استفاده می شوند. به طور کلی از کابلهای لاستیکی دارای غلاف سربی و بدون غلاف سربی، پیش از ورود کابلهای PVC، در ولتاژهای 60 کیلو ولت بهره برده می شد و کابلهای پلاستیکی از طریق کلره کردن اتیلن به عنوان عایق مصنوعی با نام پلی وینیل کلراید به دست می آیند.