اگر زمان کافی برای خواندن این مقاله را ندارید، کافیست با مشاوران گستره آبی تماس بگیرید.
محاسبه سطح مقطع کابل
کابل برق در واقع به انواع هادی های فلزی گفته می شود که بتواند جریان برق را از خود عبور دهد و به وسیله مواد عایقی از محیط اطراف ایزوله می شود. سطح مقطع هادی کابلها و همچنین نوع و ضخامت عایق و سایر لایه های موجود در آن بستگی به شرایط محیطی، مقدار جریان، سطح ولتاژ، نوع خاک و نیروهای مکانیکی وارد شده بر کابل دارد. محیطهای شیمیایی و سایر شرایط آب و هوایی والبته انرژی مورد انتقال یا توزیع درجه حرارت محیط و دمای کار کابل نیز همگی بر روی سطح مقطع کابل موثرند. از طرفی سطح مقطع هادی های قدرت از نمره 1.5 میلی متر مربع شروع و تا 1000 میلی متر مربع ادامه می یابد. اما محاسبه سطح مقطع کابل برق به چه صورت انجام می شود و به طور کلی سطح مقطع چیست؟
اگر زمان کافی برای خواندن این مقاله را ندارید، کافیست با مشاوران گستره آبی تماس بگیرید.
سطح مقطع در تعاریف هندسی تقاطع یک شکل در فضای دوبعدی با خط یا جسم و همچنین در فضای سه بعدی با یک صفحه یا غیره میتواند سطح مقطع خاصی را ایجاد نماید. به تعریف ساده تر زمان بریدن یک جسم به چند قطعه، سطح مقطع هایی به صورت موازی ایجاد می گردند. سطح مقطع کابل برق نیز به همین صورت است زمانی که بخشی از کابل برق به صورت عمودی بریده می شود می توان سطح مقطع کابل برق را مشاهده نمود. این سطح مقطع ها می توانند در اشکال مختلف به کار روند که سطح مقطع هادی به صورت دایره ای، سکتوری و قطاعی می باشد. حال به نحوه محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس فاکتورهای مختلف خواهیم پرداخت.
برای به دست آوردن مقاطع کابلها و سیم می بایست به مواردی از جمله جریان مجاز، جریان اتصال کوتاه و البته در نهایت حداکثر افت ولتاژ توجه کرد چرا که می توان بر اساس این موارد به راحتی سطح مقطع مد نظر خود را بیابید. اما تعیین مقاطع کابلها بر اساس جریان مجاز خود در دو بخش مختلف از جمله مدار تک فاز و سه فاز مورد بررسی قرار می گیرد و از این رو می بایست در ابتدا مقدار جریان را در این سری از مدارها بررسی نماییم،
بر اساس فرمول محاسبه آمپر کابل برق I=W/V.Cosφ می توان به آسانی جریان را بر حسب آمپر در مدار تکفاز به دست آورد. W توان ورودی، V ولتاژ مدار و نهایتا Cosφ که ضریب توان است. به طور کلی فرض می شود تمام تجهیزات با هم کار می کنند. این در حالی است که در شرایط واقعی تمام تجهیزات به صورت همزمان عمل نمی نمایند. از این رو ضریب kd به فرمول مربوط به جریان اضافه می گردد. این ضریب خود از تقسیم حداکثر توان مصرفی همزمان به کل توان بارها به دست می آید و به آن ضریب مصرف یا ضریب همزمانی گفته می شود و فرمول بالا را به شکل I=kd.W/V. Cosφ تبدیل می نماید.
جریان موتورهای تک فاز نیز از طریق I=kd.w/V.η. Cosφ به دست می آید که در این فرمول w توان خروجی موتور، η راندمان موتور، V ولتاژ تغذیه موتور، Cosφ نیز ضریب قدرت است.
در صورتی که موتور در حالت کار در ظرفیت اسمی خود باشد، جریان آن معادل I=w/√3.η. Cosφ است. در موتورهای سه فاز همچنین در لحظه راه اندازی جریان موتور می توان به 5 تا 7 برابر مقدار اسمی خود برسد ولی با توجه به اینکه زمان شارش این جریان کم است روی سطح مقطع تاثیری ندارد. توجه داشته باشید که با استفاده از جریان هر موتور و یا تجهیزات برقی نیز می توان محاسبه سطح مقطع کابل برای موتور سه فاز را انجام داده و کابل برق مد نظر خود را انتخاب نمایید. کافی است به جدول زیر توجه کنید.
| جریان مجاز کابلهای برق به آمپر | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| سطح مقطع بر حسب میلی متر مربع | کابلهای یک سیمه DC | کابلهای دو سیمه | کابلهای سه و چهار سیمه | سه کابل یک سیمه سه فار | |||||||
| مس | آلومنیویم | در خاک | در هوا | در خاک | در هوا | در خاک | در هوا | در خاک | در هوا | در خاک | در هوا |
| 1.5 | 2.5 | 37 | 26 | 30 | 21 | 27 | 18 | – | – | – | – |
| 2.5 | 4 | 50 | 35 | 41 | 29 | 36 | 25 | – | – | – | – |
| 4 | 6 | 65 | 46 | 53 | 38 | 46 | 34 | – | – | – | – |
| 6 | 10 | 83 | 58 | 66 | 48 | 59 | 44 | – | – | – | – |
| 10 | 16 | 110 | 80 | 88 | 66 | 77 | 50 | – | – | – | – |
| 16 | 25 | 145 | 105 | 115 | 90 | 100 | 80 | 120 | 100 | 110 | 86 |
| 25 | 50 | 190 | 140 | 150 | 120 | 130 | 105 | 155 | 135 | 140 | 120 |
| 35 | 70 | 235 | 175 | 180 | 150 | 155 | 130 | 185 | 170 | 170 | 145 |
| 50 | 95 | 280 | 215 | – | – | 185 | 160 | 220 | 205 | 200 | 180 |
| 70 | 120 | 350 | 270 | – | – | 230 | 200 | 275 | 260 | 240 | 225 |
| 95 | 150 | 420 | 335 | – | – | 275 | 245 | 325 | 320 | 295 | 280 |
| 120 | 185 | 80 | 390 | – | – | 315 | 285 | 370 | 375 | 335 | 330 |
| 150 | 240 | 540 | 445 | – | – | 355 | 320 | 420 | 430 | 380 | 380 |
| 185 | 300 | 620 | 510 | – | – | 400 | 370 | 470 | 450 | 430 | 440 |
| 240 | 400 | 720 | 620 | – | – | 465 | 435 | 540 | 590 | 490 | 530 |
| 300 | 500 | 820 | 710 | – | – | – | – | 620 | 680 | 550 | 610 |
| 400 | 600 | 960 | 850 | – | – | – | – | 710 | 820 | 650 | 740 |
| 500 | 700 | 1110 | 1000 | – | – | – | – | 820 | 960 | 740 | 860 |
حال می بایست به این نکته دقت نماییم که می بایست به افت ولتاژ، دمای اتصال کوتاه و سرعت تغییر جریان برای تعیین اندازه سایز کابل دقت کنیم.
افت ولتاژ روی کابل در حالت پایدار با استفاده از فرمول Vd=√3.I.(RCosφ+XSinφ)L که شامل Vd افت ولتاژ، R مقاومت کابل در هر فاز تحت جریان متناوب، I ماکزیمم جریان حالت پایدار، X راکتانس هر کابل در هر فاز، Cosφ نیز ضریب توان در شرایطی که حالت بار کامل است و در نهایت L به معنی طول کابل می شود.
افت ولتاژ به هیچ وجه نباید از مقادیر اندازه گیری شده در استاندارد ها بیشتر باشد. افت ولتاژ بر اساس استاندارد در حین حرکت نرمال موتور 5 درصد، در حین شروع حرکت 15 درصد، در حین اعمال بار به موتور 5 درصد و در حین اعمال برد نور 3 درصد می باشد. توجه داشته باشید همانطور که اشاره شد با توجه به بالا بودن جریان در زمان فعال سازی، افت ولتاژ می بایست در زمان راه اندازی حتما بررسی و اندازه گیری شود. در
در صورتی که کابل کشی سیم و کابل برق به صورت زمینی صورت گیرد می بایست بر اساس افت ولتاژ در مدار و سایر پارامترهای مهم سطح مقطع کابل برق را اندازه بگیرید. البته توجه داشته باشید برای دستیابی به سطح مقطع نیاز است با توجه به افت ولتاژ در مدار تک فاز و سه فاز بررسی ها را انجام دهیم،
در مدارهای تک فاز مقدار سطح مقطع بر اساس افت ولتاژ و کابل کشی زمینی بر اساس فرمول a=200ρℓICosφ/αV به دست می آید که α بر اساس استانداردها درصد افت ولتاژ مجاز است که می بایست از حد مشخصی فراتر نباشد و جزو بخش های مشخص و معلوم فرمول است که پیش تر درباره آن صحبت نموده ایم. ρ مقاومت ویژه هادی کابل برق، a سطح مقطع سیم، ℓ مسافت، Cosφ ضریب توان و در آخر V ولتاژ می باشد. این فرمول زمانی قابل استفاده است که خط تغذیه بار یکسانی داشته باشد در غیر این صورت برای به دست آوردن سطح مقطع می بایست محاسبات سطح مقطع کابل را برای هر یک از خطوط بار به دست آورید و سپس با یکدیگر جمع نمایید.
در صورتی که مدار دارای سیستم سه فاز باشد خاطر نشان می شویم که در شرایط تعادل جریان خط نوترال یا ارت صفر است. در حالت بار متعادل با توجه به اینکه فازها مشابه یکدیگر هستند کافی تنها سطح مقطع را در یک فاز بررسی نماییم و محاسبات را انجام دهیم. a=100plw/α(VL)2 فرمولی است که با توجه به شرایط تعادل به دست می آید. در واقع در مدار سه فاز سعی می شود که بار به صورت متعادل در هر سه فاز مربوطه تقسیم شود و در غیر این صورت می بایست محاسبات جریان مجاز و افت ولتاژ و در نهایت سطح مقطع سیم را جداگانه محاسبه نمایید. از طرفی باز هم در صورتی که خط تعذذیه بارهای مختلفی را در مسیر اعمال نماید می بایست به صورت جداگانه محاسبه و با هم جمع شوند.
برای محاسبه سطح مقطع کابل فشار متوسط، کابل فشار قوی و یا کابل فشار ضعیف مصرف کنندگان می توانند به مقاله انتخاب کابل برق مناسب مراجعه نمایند.
سطح مقطع سیم ارت که از دستگاه و وسایل برقی در برابر آسیب های ناشی از اتصال کوتاه و برق گرفتی برای افراد به کار می رود بر اساس جدول زیر قابل محاسبه است. از طرفی برای محاسبه دقیق این مقادیر سیم ارت تحت گرمایش آدیاباتیک قرار می گیرد و سپس سطح مقطع با توجه به فرمول SPE=√(I2t)/K محاسبه می گردد که در اینجا SPE سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع، I جریان عبوری از سیم ارت بر حسب آمپر، t زمان توقف بر حسب ثانیه و در نهایت K نیز ضریب تعدد کابل در کانال است.
| محاسبه سطح مقطع کابل ارت | ||
|---|---|---|
| S:سطح مقطع سیم فاز میلی متر مربع | حداقل سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع | |
| زمانی که هادی فاز و ارت از یک جنس باشند | زمانی که هادی فاز و ارت از یک جنس نباشند | |
| S ≤ 16 | S | (K1/k2).S |
| 16˂S≤35 | 16 | (K1/k2).16 |
| S˃35 | S/2 | (K1/k2).(S/2) |
| ضریب تصحیح تعداد سیم فاز :K1 ضریب تصحیح ارت: k2 | ||
مصرف کنندگان می بایست توجه داشته باشند که سطح مقطع سیم نول بهتر است همواره با سطح مقطع خطوط فاز برابر باشد. برای بررسی اندازه سطح مقطع به دو وجه مهم دقت می شود، اول اینکه مدار تک فاز و دو سیمه باشد، دوم شرایطی که مدار چند فاز و یا تک فاز سه سیمه باشد و اندازه سطح مقطع در خطوط فاز کوچکتر مساوی 16 میلی متر مربع در سیم مسی و 25 میلی متر مربع در سیم آلومینیومی باشد.
سطح مقطع سیم نوترال یا سیم نول زمانی که سطح مقطع سیم فاز بزرگتر از 16 میلی متر مربع در سیم مسی و 25 میلی متر مربع در سیم آلومینیومی است، می تواند کمتر از سطح مقطع سیم فاز باشد. البته زمانی این شرط برقرار است که شرایط زیر نیز صدق کند؛
| محاسبه حداقل سطح مقطع کابل نول | ||
|---|---|---|
| S:سطح مقطع سیم فاز میلی متر مربع | حداقل سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع | |
| تک فاز/دو فاز (آلومینیوم و مس) | برای هر سطح مقطعی | 10 میلی متر مربع (آلومینیوم) 16 میلی متر مربع (مس) |
| سه فاز مسی | S≤16 S˃16 | 16 16 |
| سه فاز آلومینیومی | S≤25 S˃25 | 10 25 |
برای محاسبه سطح مقطع کابل آلومینیومی و همچنین محاسبه سطح مقطع کابل مسی توصیه می نماییم که به مقاله انتخاب کابل برق مناسب مراجعه نمایید ولی به طور کلی محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مسافت و البته جدول جریان مجاز کابل برق از طریق جدول قرار داده شده در پایین صورت می گیرد. سطح مقطع و مقدار جریان مجازی که برای کابل اندازه گرفته شده است را انتخاب و سطح مقطع کابل برق مسی و کابل برق آلومینیومی را به آسانی مشاهده نمایید. توجه داشته باشید در صورتی که افت ولتاژ مقدار زیادی باشد، سطح مقطع بالاتر برای کابل برق انتخاب می شود.
| جدول سطح مقطع سیم مسی و آلومینیومی با توجه به جریان و مسافت | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| مس | آلومنیویم | 10 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| 1.5 | 2.5 | 27 | 15 | 7 | 5 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 2.5 | 4 | 36 | 25 | 12 | 8 | 6 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 4 | 6 | 46 | 40 | 20 | 13 | 10 | 8 | 8 | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 6 | 10 | 58 | 58 | 30 | 20 | 15 | 12 | 10 | 8 | 7 | 6.5 | 6 | 5 | – | – | – | – |
| 10 | 16 | 77 | 77 | 50 | 33 | 25 | 20 | 18 | 14 | 12 | 11 | 10 | 8 | 7 | 6 | 5 | 5 |
| 16 | 25 | 100 | 100 | 80 | 53 | 40 | 32 | 26 | 22 | 20 | 17 | 16 | 13 | 11 | 10 | 8 | 8 |
| 25 | 50 | 130 | 130 | 125 | 83 | 62 | 50 | 41 | 35 | 31 | 27 | 25 | 20 | 17 | 15 | 13 | 12 |
| 35 | 70 | 155 | 155 | 155 | 115 | 86 | 69 | 57 | 49 | 43 | 38 | 34 | 28 | 24 | 21 | 18 | 17 |
| 50 | 95 | 185 | 185 | 185 | 158 | 117 | 93 | 78 | 66 | 58 | 52 | 46 | 38 | 32 | 28 | 25 | 23 |
| 70 | 120 | 230 | 230 | 230 | 222 | 166 | 133 | 111 | 95 | 83 | 74 | 66 | 55 | 47 | 41 | 36 | 33 |
| 95 | 150 | 275 | 275 | 275 | 275 | 225 | 180 | 150 | 129 | 112 | 100 | 90 | 75 | 64 | 58 | 50 | 45 |
| 120 | 185 | 315 | 315 | 315 | 315 | 275 | 222 | 185 | 159 | 139 | 123 | 111 | 92 | 89 | 69 | 87 | 55 |
| 150 | 240 | 355 | 355 | 355 | 355 | 330 | 264 | 220 | 189 | 165 | 147 | 132 | 110 | 94 | 82 | 73 | 66 |
| 185 | 300 | 400 | 400 | 400 | 400 | 393 | 314 | 267 | 224 | 198 | 176 | 157 | 131 | 112 | 98 | 87 | 78 |
| 240 | 400 | 465 | 465 | 465 | 465 | 437 | 349 | 291 | 249 | 218 | 194 | 174 | 145 | 124 | 109 | 97 | 87 |
| 300 | 500 | 550 | 550 | 550 | 550 | 496 | 397 | 331 | 283 | 248 | 220 | 189 | 165 | 141 | 124 | 110 | 99 |