معرفی انواع سیم و کابل برق
کابل برق برای حمل سیگنال های الکتریکی استفاده می شود. یک کابل برق ممکن است یک سیم ضخیم یا مجموعه ای از سیم ها در داخل یک پوشش پلاستیکی باشد.
در دنیای امروز، تقریباً بیشتر تجهیزات و دستگاه ها با الکتریسیته کار می کنند و تأمین انرژی می شوند و در تمامی آنها، سیم و کابل برق برای هدایت جریان الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. انواع سیم و کابل برق در صنعت الکترونیک، برای حمل و توزیع برق به مشاغل، منازل مسکونی، محل های کار و غیره ضروری هستند.
کابل برق یا سیم برق، در سیستم های الکتریکی و الکترونیکی، به هادی یا گروهی از هادی ها اطلاق می شود که برای انتقال برق یا سیگنال های مخابراتی از یک مکان به مکان دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.
کابل ها و سیم های برق گاهی با هم اشتباه گرفته می شوند، اما یکسان نیستند. یک سیم دارای یک هادی الکتریکی ساده دارای عایق یا بدون عایق است، در حالی که یک کابل الکتریکی دارای چندین سیم است که در یک غلاف محصور شده اند. با این حال، هر دو برای انتقال جریان الکتریکی استفاده می شوند.
علاوه بر این، انواع مختلف کابل برق در سیستم های مخابراتی و ارتباطی برای انتقال پیام های صوتی، داده های رایانه ای، تصاویر و ویدئو را از طریق سیگنال های الکتریکی به تلفن ها، رادیوها، رایانه ها، چاپگرها، دستگاه های فاکس و تلویزیون به کار می روند.
رایج ترین نوع کابل برق کابلی است که در بالای سر بین تیرها یا برج های فولادی معلق است. این کابل های هوایی از تعدادی سیم تشکیل شده است که در لایه های متحدالمرکزی به هم تابیده شده اند.
از آنجایی که کابل های هوایی اغلب در معرض تنش های شدید محیطی قرار می گیرند، بیشتر از آلیاژهای مس یا آلومینیوم برای افزایش استحکام مکانیکی کابل استفاده می شود، هرچند که به رسانایی الکتریکی آن آسیب می رساند.
مس یا آلومینیوم برای هدایت الکتریکی بالا انتخاب می شود و حالت انعطاف پذیری به کابل می دهند. طراحی رایج تر این است که در مجموعه کابل رشته ای تعدادی سیم فولادی با استحکام بالا و غیر خورنده نیز گنجانده شود.
در این مقاله با ما همراه باشید تا مروری بر انواع مختلف سیم و کابل، اهداف و کاربردهای آنها داشته باشیم.
سیم یا کابل برق چیست؟
یک کابل برق ممکن است یک سیم ضخیم یا مجموعه ای از سیم ها در داخل یک پوشش لاستیکی یا پلاستیکی باشد که برای حمل سیگنال های الکتریکی یا الکترونیکی استفاده می شود.
منظور از کابل برق، یک یا چند سیم عایق دار با پوشش محافظ است که حامل جریان الکتریکی یا برق و سیگنال های مخابراتی است که از مواد و بخش های مختلفی ساخته می شوند.
تاریخچه مختصری از تولید کابل برق
معنی اصلی کابل برق در مفهوم سیم کشی الکتریکی برای کابل های تلگراف زیردریایی رایج شد که با سیم های آهنی یا فولادی بودند. تلاش های اولیه برای گذاشتن کابل های زیردریایی بدون زره شکست خورد زیرا به راحتی آسیب می دیدند.
هادی های ساده، عمدتاً سیم های مسی لخت یا میله های آهنی، برق را در فواصل کوتاه برای مصارف محدود در کابل های الکتریکی اصلی منتقل می کردند و معمولاً آنها را در پارچه یا کاغذ می پیچیدند تا از تماس آنها با یکدیگر یا محیط اطراف جلوگیری شود، زیرا عایق نداشتند.
اواسط قرن نوزدهم، زره دار کردن سیم ها به صورت جداگانه از کارخانجات ساخت هسته های کابل اجرا می شد. این شرکت ها متخصص تولید طناب سیمی یا کابل های دریایی بودند. از این رو، هسته های زره دار شده را کابل نیز می نامیدند.
این اصطلاح بعداً به هر بسته ای از هادی های الکتریکی (یا حتی یک هادی منفرد) که در یک غلاف بیرونی محصور شده بود، اعم از زره دار یا بدون آن تعمیم یافت.
با مواد جدید و پیشرفت در تکنیک های تولید، اوایل قرن بیستم شاهد توسعه کابل های الکتریکی پیچیده تر بود. معمولاً هادی ها را با مواد عایق مانند لاستیک، کاغذ آغشته شده و پارچه آغشته به روغن می پوشاندند تا خاصیت عایق بودن آنها را بهبود بخشد و از نشت الکتریکی جلوگیری کند.
اما امروزه معمولاً از مواد پلاستیکی استفاده می شود (به جز کابل‌های برق با قابلیت اطمینان بالا). اولین ترموپلاستیک مورد استفاده گوتاپرکا (لاتکس طبیعی) بود که در قرن نوزدهم برای کابل های زیر آب به کار برده شد.
اولین پلاستیک ساخت دست بشر که هنوز هم بسیار رایج است و بعنوان عایق کابل استفاده می شود، پلی اتیلن است که در سال 1930 اختراع شد.
مواد عایق جدید مانند لاستیک ولکانیزه و پی وی سی (پلی وینیل کلراید) ایمنی و عملکرد کابل برق را تا حد زیادی افزایش دادند. این پیشرفت ها باعث افزایش طول کابل، ولتاژ بالاتر و استفاده بیشتر از انها شد.
کابل های اولیه برق بزرگ و بسیار سنگین بودند که به دلیل هادی های جامد و مواد عایق ضخیم بود که باعث می شد کابل ها حجیم تر و انعطاف پذیرتر شوند.
یکی دیگر از تحولات قابل توجه در کابل های الکتریکی، توسعه هسته های هادی بود. برخلاف کابل های اولیه، کابل های مدرن از هادی های رشته ای متشکل از چندین سیم به جای انواع جامد مسی یا آهنی استفاده می کنند.
رفته رفته، سیم های الکتریکی باریک تر و سبک تر شده و نصب آنها در مکان های مختلف ساده تر گردید. هادی های رشته ای انعطاف پذیرتر، نصب آسان تر و عملکرد بهتری دارند.
کابل های معاصر به ساختارهای محافظ، عایق یا زره مجهز شده اند و برای کاربردهای مختلف از جمله انتقال برق با ولتاژ بالا، مخابرات، تبادل داده، خودروسازی و اتوماسیون صنعتی طراحی شده اند.
بخش های مختلف یک کابل برق
شناسایی کابل برق بسیار مهم است زیرا به شما می گوید از چه هادی و عایقیدر ساخت آنها استفاده شده است، چند رشته وجود دارد و طول آنها چقدر است.
از نظر فیزیکی، کابل ها مجموعه ای متشکل از یک یا چند هادی با عایق ها و صفحه های اختیاری، پوشش(های) مجزا، محافظ مجموعه و غلاف (های محافظ) است.
به طور کلی، یک کابل برق دارای چهار جزء اصلی یعنی هادی، دی الکتریک (عایق) و غلاف می باشد که هر بخش وظیفه مختص به خود را دارد.
هادی مرکزی
عمل هدایت جریان الکتریکی در کابل توسط سیم (یا سیم ها) هادی ارائه می شود. در حقیقت، هادی ها عناصری هستند که به الکتریسیته اجازه می دهند آزادانه از طریق کابل ها حرکت کند. برخی از عناصر رسانای رایج در کابل ها آلومینیوم و مس هستند.
عایق یا دی الکتریک
عایق یا دی الکتریک در برابر ولتاژ عبوری مقاومت می کند و عناصری هستند که هادی ها را از یکدیگر جدا نگه می دارند تا از ایجاد کانال های ناخواسته برای شارش جریان جلوگیری کنند. مواد عایق شامل پلیمرهای مصنوعی است که سیم ها را از آسیب غیرمنتظره محافظت می کند.
پوشش پلاستیکی یا عایق اطراف سیم های رسانا مهم ترین شناسایی کابل است و اغلب برچسب ها یا شناسه هایی بر روی کابل ها درج می شوند که معنای هر حرف برای هر نوع برچسب متفاوت است:
- T: عایق ترموپلاستیک، ماده ای است که در برابر آتش مقاومت می کند
- H: مواد مقاوم در برابر حرارت، که می تواند تا دمای 167 فارنهایت را تحمل کند
- HH:بسیار مقاوم در برابر حرارت، که می تواند تا دمای 194 درجه فارنهایت را تحمل کند
- W: مرطوب، برای محیط های خشک مناسب است
- X: عایق ضد شعله مبتنی بر پلیمر مصنوعی.
- N: روکش نایلونی، محافظت در برابر روغن و بنزین
زره یا پوشش
سیم زره دار، دارای یک لایه محافظتی اضافی برای جلوگیری از آسیب به سیم اصلی است.لایه زره یک کابل برق، معمولاً با فویل یا فلز راه راه (برای اطمینان از خاصیت ارتجاعی) پیچیده می شود و
هم چنین از یک ترکیب ضد آب برای جلوگیری از نفوذ رطوبت به داخل و خارج ساختار آن استفاده می شود.
هدف از افزودن لایه زره به کابل، افزایش حفاظت مکانیکی مانند مقاومت در برابر کشش و مقاومت فشاری برای افزایش عمر مفید و همچنین بهبود عملکرد ضد تداخل کابل است.
انواع مختلفی از زره های فلزی وجود دارد که معمولاً مواد استفاده شده شامل نوار فولادی، سیم فولادی، نوار آلومینیوم، لوله آلومینیوم و غیره است. کابل های زره دار بیشتر برای کاربردهایی که دفن مستقیم است، مناسب هستند و مقاومت مکانیکی بیشتری دارند.
غلاف یا ژاکت
غلاف یک لایه اضافی است که از سیم های کابل در برابر محیط و واکنش های شیمیایی، آتش و دمای بالا، سایش و پارگی محافظت می کند. معمولاً غلاف ها از یک ماده با نام پلی وینیل کلرید (PVC) ساخته می شوند.
کابل های برق ممکن است با اتصال سیم ها انعطاف پذیرتر شوند. در این فرآیند، سیم های منفرد کوچکتر را به هم می پیچند یا می بافند تا سیم های بزرگ تری تولید کنند که انعطاف پذیرتر از سیم های جامد با اندازه مشابه هستند.
جمع کردن سیم های کوچک قبل از رشته های متحدالمرکز بیشترین انعطاف را به شما می دهد. سیم های مسی در کابل ممکن است برهنه باشند، یا ممکن است با یک لایه نازک از فلز دیگر، اغلب قلع و گاهی اوقات طلا، نقره یا مواد دیگر، اندود شوند.
قلع، طلا و نقره نسبت به مس بسیار کمتر در معرض اکسیداسیون هستند و بنابراین عمر سیم را طولانی تر کرده و لحیم کاری را آسان تر می کنند. قلع بندی نیز برای روان کاری بین رشته ها استفاده می شود و برای کمک به حذف عایق لاستیکی استفاده می شود. چسباندن محکم در حین بند کشی کابل را قابل باز شدن می کند.
کابل ها را می توان به طور ایمن محکم کرد و سازماندهی کرد، مانند استفاده از ترانک، سینی کابل، بند کابل یا بند کابل. کابل های انعطاف پذیر یا انعطاف پذیر پیوسته که در برنامه های متحرک در حامل‌های کابل استفاده می‌شوند را می‌توان با استفاده از دستگاه‌های کاهش فشار یا اتصالات کابل ایمن کرد.
کابل های برق را می توان به روش های مختلف از جمله ولتاژ، کاربرد، محیط، صنعت و نوع مواد طبقه بندی کرد و تعیین هر یک از اینها به محدود کردن جستجو و انتخاب کابل صحیح برای هدفی معین کمک می کند.
جنس کابل برق یا مواد سازنده
لایه عایق برای مقاومت در برابر نیازهای عملکرد الکتریکی کابل طراحی شده است، بنابراین انتخاب نوع مواد و ضخامت ممکن است متفاوت باشد و ممکن است بر روی راکتانس، امپدانس، ظرفیت خازنی و مقدار اندوکتانس کابل ها تأثیر بگذارد.
خواص شیمیایی مواد باید مطابق با مقررات ملی و بین‌المللی مانند RoHS و REACH باشد و در برابر تنش های شیمیایی و محیطی مختلفی که ممکن است در تماس با آنها قرار گیرند، مقاومت کند.
کابل هایی که برای استفاده در فضای باز استفاده می شوند باید در برابر آب و هوا مقاوم بوده و در برابر نور خورشید و ازن مقاومت کنند.
ملاحظات دیگر برای انتخاب مواد و ساخت و ساز شامل محدوده دماهایی است که کابل ها برای کار در آن مورد نیاز هستند (در دماهای بالا و پایین).
انواع کابل برق بر اساس ولتاژ
کابل های برق بر اساس سطوح مختلف ولتاژ طبقه بندی می شوند که به انواع زیر تقسیم می شوند:
- ولتاژ بسیار پایین برای منابع زیر 70 ولت
- کابل های ولتاژ پایین شامل ولتاژ تا 1000 ولت هستند
- کابل های ولتاژ متوسط از 1000 ولت تا 35 کیلو ولت
- کابل های فشار قوی از 35 کیلو ولت تا 230 کیلو ولت
- ولتاژ فوق العاده بالای 230 کیلو ولت
در برخی موارد ولتاژ بالاتر ممکن است نیاز به لایه های کابل اضافی داشته باشد که توسط مشخصات محلی و استانداردهای ملی یا بین المللی تعیین می شود.
تفاوت اصلی بین ولتاژ بالا و پایین چیست؟
اگر نیاز به برق رسانی به دستگاه های بزرگ دارید، ولتاژ بالا راه حل است، اما اگر فقط دستگاه های کوچک را تغذیه می کنید، ولتاژ پایین مورد نیاز است.
مهم است که بدانید با کدام نوع برق سر و کار داریم، زیرا هر دو می توانند به طرق مختلف خطرناک باشند. به عنوان مثال، ولتاژ پایین به احتمال زیاد باعث ایجاد شوک می شود، در حالی که ولتاژ بالا می تواند باعث سوختگی شدید شود.
کاربرد انواع کابل برق
نوع کاربرد خاص به طور مستقیم طراحی کابل و مواد سازنده آن را تعیین می کند و در انتخاب نوع کابل مورد استفاده اهمیت به سزایی دارد.
کابل های مورد استفاده در خطوط هوایی
این نوع کابل ها باید بسیار مستحکم باشند تا وزن خود را بین دکل ها یا ستون ها تحمل کنند و در برابر خوردگی مقاوم باشند، اما اگر در مناطقی که خطر تماس وجود نداشته باشد، نیازی به لایه عایق برای محافظت در برابر اتصال کوتاه و شوک الکتریکی و یا اتصال به زمین وجود ندارد.
AAC، AAAC، ACSR بخشی از گروه کابل های خطوط هوایی و توزیع نیرو را تشکیل می دهند و با نامهای هادی تمام آلومینیومی (AAC)، هادی تمام آلیاژ آلومینیوم (AAAC) و هادی آلومینیومی تقویت شده فولادی (ACSR) شناخته می شوند و بسته به کاربرد خاص از یک یا چند رشته سیم آلومینیومی تشکیل شده اند.
کابل های زیرزمینی
این نوع کابل ها باید برای محافظت در برابر نفوذ آب و آسیب های مکانیکی احتمالی عایق بندی شوند. کابل های مناسب برای دفن مستقیم اغلب دارای یک زره فلزی برای محافظت بیشتر هستند.
همچنین، زره این امکان را فراهم می کند که کابل برق بارهای کششی بالاتری را تحمل کند. البته باید توجه داشت که زره هیچ گونه حفاظتی برای شرایط آب و هوایی ایجاد نمی کند.
این کابل‌ها معمولاً شامل کابل برق 3 هسته ای سیم فولادی SWA با ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط بوده و تمامی اندازه های این گروه دارای نرخ جریان تا 33 کیلو ولت است.
برای انواع تک هسته ای،برای جلوگیری از جریان القایی در زره، از زره سیم آلومینیومی - AWA - استفاده می شود. در صورت نیاز کابل های برق زره پوش با هر دو هادی مسی و آلومینیومی در دسترس هستند.
کابل های مورد استفاده در ابزار دقیق
کابل هایی که برای استفاده در مناطق حساس به داده، مانند کابل های ابزار دقیق استفاده می شوند، اغلب باید با استفاده از نوارهای فلزی برای محافظت در برابر نویز الکتریکی یا تداخل های امواج الکترومغناطیسی عایق شوند.
کابل های عملکرد آتش سوزی
این نوع از کابل ها که برای پشتیبانی از سیستم های ایمنی آتش سوزی مانند آلارم و روشنایی اضطراری طراحی شده اند، باید قابلیت تحمل شرایط آتش سوزی و حفظ شرایط عملکردی را داشته باشند.
صنایع مختلف الزامات خاص خود را برای کابل برق دارند، به عنوان مثال صنعت معدن به کابل هایی نیاز دارد که در برابر محیط های سخت و منحصر به فرد که در آن کار می کنند مقاوم باشند.
اغلب کابل برق صنایع از عایق و روکش لاستیکی استفاده می کنند زیرا علاوه بر اینکه انعطاف پذیری بالایی ارائه می دهد، استحکام و مقاومت بالایی در برابر شرایط محیطی و مواد شیمیایی دارند.
خواص مکانیکی مانند مقاومت در برابر سایش و ضربه و استحکام کششی و الاستیسیته مورد نیاز نیز باید در نظر گرفته شود و حفاظت کابل برق در این شرایط، می تواند شامل سیم بافی، زره سیمی و یا نوار فلزی باشد.
سخن پایانی
با توجه به اهمیت الکتریسیته و نقش چشمگیر آن در زندگی، در این مقاله به توصیف کابل برق که حامل الکتریسیته است، پرداختیم. ساختار کلی یک کابل برق نوعی ارائه گردید و کابردهای آن را برشمردیم. امیدواریم که مفید باشد.
