انواع کابل برق: ساختار، تفاوت سیم و کابل و نکات انتخاب

امروزه تقریبا همه تجهیزات و دستگاه ها با الکتریسیته کار می کنند و در همه آنها، سیم و کابل برق برای انتقال جریان الکتریکی استفاده می شود. کابل ها برای رساندن برق به منازل، کارخانه ها و ساختمان ها و همچنین برای انتقال سیگنال های مخابراتی، داده و تصویر ضروری هستند.

کابل برق به یک یا چند رسانای عایق دار گفته می شود که برای انتقال برق یا سیگنال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می شود. کابل ها از مواد و لایه های مختلفی ساخته می شوند و بسته به ولتاژ، محیط نصب و کاربرد، انواع بسیار متنوعی دارند.

در این مقاله با تفاوت سیم و کابل، تاریخچه، اجزای کابل برق، کدهای شناسایی کابل، انواع کابل بر اساس ولتاژ و کاربرد و نکات انتخاب کابل مناسب آشنا می شوید.

تفاوت سیم و کابل برق

سیم و کابل گاهی به جای هم استفاده می شوند، اما یکسان نیستند:

• سیم: یک رسانای الکتریکی منفرد است که می تواند عایق دار یا بدون عایق (لخت) باشد.

• کابل: مجموعه ای از چند سیم عایق دار است که درون یک غلاف مشترک قرار گرفته اند و ممکن است لایه های محافظ دیگری مانند زره نیز داشته باشد.

هر دو برای انتقال جریان الکتریکی استفاده می شوند، اما کابل به دلیل لایه های محافظ بیشتر، برای شرایط سخت تر و انتقال توان بیشتر مناسب است.

تاریخچه کابل برق

واژه کابل در ابتدا برای کابل های تلگراف زیردریایی استفاده شد. تلاش های اولیه برای نصب کابل های زیردریایی بدون زره شکست خورد، چون این کابل ها به راحتی آسیب می دیدند. به همین دلیل آنها را با سیم های آهنی یا فولادی زره دار کردند. در اواسط قرن نوزدهم، زره دار کردن کابل ها توسط کارخانه هایی انجام می شد که تولیدکننده طناب های سیمی و کابل های دریایی بودند و به همین دلیل هسته های زره دار را «کابل» می نامیدند. بعدها این اصطلاح به هر مجموعه ای از رساناها که درون یک غلاف قرار گرفته باشند تعمیم یافت.

تحول مواد عایق

• رساناهای اولیه: سیم های مسی لخت یا میله های آهنی که برای جلوگیری از تماس با هم، در پارچه یا کاغذ پیچیده می شدند.

• قرن نوزدهم: گوتاپرکا، یک لاستیک طبیعی گرمانرم، نخستین ماده گرمانرمی بود که برای عایق کابل های زیرآبی استفاده شد.

• اوایل قرن بیستم: رساناها با لاستیک، کاغذ آغشته و پارچه روغنی عایق می شدند.

• دهه ۱۹۳۰ به بعد: پلی اتیلن که در سال ۱۹۳۳ کشف شد، و PVC به عایق های رایج کابل تبدیل شدند و ایمنی و عملکرد کابل ها را به شکل چشمگیری افزایش دادند.

تحول رساناها

کابل های اولیه بزرگ، سنگین و انعطاف ناپذیر بودند، چون رسانای آنها مفتولی (یک تکه) و عایقشان بسیار ضخیم بود. کابل های امروزی بیشتر از رساناهای رشته ای (متشکل از چندین سیم نازک تابیده شده) استفاده می کنند که انعطاف پذیرتر هستند و نصب آسان تری دارند. کابل های امروزی با لایه های عایق، محافظ و زره، برای کاربردهای متنوعی از انتقال برق فشار قوی تا مخابرات، داده، خودروسازی و اتوماسیون صنعتی طراحی می شوند.

اجزای کابل برق

هر کابل برق معمولا از چهار بخش اصلی تشکیل شده است:

۱. رسانا (هادی)

رسانا بخشی است که جریان الکتریکی از آن عبور می کند. رایج ترین مواد رسانا مس و آلومینیوم هستند:

• مس: رسانایی الکتریکی بیشتر، انعطاف پذیری بهتر و اتصال مطمئن تر دارد و برای سیم کشی ساختمان و تجهیزات استفاده می شود.

• آلومینیوم: سبک تر و ارزان تر است اما رسانایی کمتری دارد، بنابراین برای جریان یکسان به سطح مقطع بزرگ تری نیاز دارد. آلومینیوم در خطوط هوایی و کابل های بزرگ توزیع برق کاربرد زیادی دارد.

رساناها ممکن است مفتولی (تک رشته) یا افشان (چند رشته) باشند. هرچه رشته ها نازک تر و تعدادشان بیشتر باشد، کابل انعطاف پذیرتر است.

سیم های مسی ممکن است لخت باشند یا با یک لایه نازک از فلزی مانند قلع و گاهی نقره پوشانده شوند. این پوشش از اکسید شدن مس جلوگیری می کند، عمر سیم را افزایش می دهد و لحیم کاری را آسان تر می کند.

۲. عایق

عایق لایه ای است که دور هر رسانا قرار می گیرد و رساناها را از یکدیگر و از محیط جدا می کند تا جریان فقط از مسیر مورد نظر عبور کند و اتصال کوتاه یا برق گرفتگی رخ ندهد. رایج ترین مواد عایق عبارت اند از:

• PVC: ارزان و پرکاربرد برای کابل های فشار ضعیف

• پلی اتیلن مشبک (XLPE): مقاومت حرارتی و الکتریکی بالاتری دارد و برای کابل های فشار متوسط و قوی استفاده می شود.

• لاستیک: انعطاف پذیری بسیار بالا برای کابل های متحرک و معدنی

۳. زره یا محافظ

کابل های زره دار یک لایه محافظ فلزی اضافه دارند که از کابل در برابر آسیب های مکانیکی، فشار، ضربه و کشش محافظت می کند و عمر مفید آن را افزایش می دهد. رایج ترین انواع زره عبارت اند از:

• نوار فولادی

• سیم فولادی (SWA)

• نوار یا سیم آلومینیومی (AWA)

کابل های زره دار به ویژه برای دفن مستقیم در خاک مناسب اند. علاوه بر زره، برخی کابل ها یک شیلد (محافظ) از فویل یا بافته فلزی دارند که از سیگنال در برابر تداخل الکترومغناطیسی محافظت می کند.

۴. غلاف یا روکش

غلاف بیرونی ترین لایه کابل است که کل کابل را در برابر رطوبت، مواد شیمیایی، سایش، نور خورشید و آسیب های محیطی محافظت می کند. غلاف ها معمولا از PVC یا پلی اتیلن ساخته می شوند. در ساختمان ها و مکان های عمومی، استفاده از غلاف های کم دود و بدون هالوژن (LSZH) توصیه می شود، چون در آتش سوزی دود و گاز سمی کمتری تولید می کنند.

کدهای شناسایی کابل برق

روی غلاف کابل ها اطلاعاتی مانند نوع رسانا، عایق، تعداد رشته ها، سطح مقطع، ولتاژ نامی و استاندارد درج می شود. در ایران، کدگذاری کابل ها معمولا بر اساس استاندارد VDE آلمان است:

نمونه های رایج:

• NYY: کابل مسی با عایق و غلاف PVC، برای کاربردهای عمومی و نصب در خاک

• NAYY: مانند NYY اما با رسانای آلومینیومی

• NYM: کابل سیم کشی ساختمان با عایق و غلاف PVC، مناسب نصب داخلی

• N2XY: کابل مسی با عایق XLPE و غلاف PVC

• NYBY: کابل با زره نوار فولادی برای محیط هایی با خطر آسیب مکانیکی

در کابل های آمریکایی، کدهای دیگری مانند THHN رایج است که در آن T به معنای عایق گرمانرم، HH به معنای مقاومت حرارتی بالا (تا ۹۰ درجه سانتیگراد)، W به معنای مناسب برای محیط های مرطوب و N به معنای روکش نایلونی مقاوم در برابر روغن و بنزین است.

جنس مواد کابل

ضخامت و جنس عایق باید متناسب با ولتاژ کاری کابل انتخاب شود و روی ویژگی های الکتریکی آن مانند ظرفیت خازنی و امپدانس اثر می گذارد. مواد کابل باید با استانداردهای زیست محیطی مانند RoHS و REACH مطابقت داشته باشند و در برابر مواد شیمیایی محیط نصب مقاوم باشند.

کابل های فضای باز باید در برابر نور خورشید و ازن مقاوم باشند. محدوده دمای کاری نیز در انتخاب مواد اهمیت زیادی دارد؛ هم دمای بالا ناشی از جریان و محیط، و هم دمای پایین که می تواند عایق را شکننده کند.

انواع کابل برق بر اساس ولتاژ

کابل ها بر اساس ولتاژ کاری به دسته های زیر تقسیم می شوند. مرز دقیق این دسته ها در استانداردهای مختلف کمی متفاوت است:

• ولتاژ بسیار پایین: کمتر از ۵۰ ولت متناوب یا ۱۲۰ ولت مستقیم

• فشار ضعیف: تا ۱۰۰۰ ولت؛ شامل سیم کشی ساختمان ها و بیشتر تجهیزات

• فشار متوسط: از ۱ تا ۳۵ کیلوولت؛ برای شبکه های توزیع برق

• فشار قوی: از ۳۵ تا ۲۳۰ کیلوولت؛ برای انتقال برق

• فشار فوق قوی: بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت

کابل های ولتاژ بالاتر به عایق ضخیم تر و لایه های اضافی، مانند لایه های نیمه رسانا برای یکنواخت کردن میدان الکتریکی، نیاز دارند.

چرا برق با ولتاژ بالا منتقل می شود؟

تلفات توان در کابل با مجذور جریان متناسب است. با افزایش ولتاژ، برای انتقال همان توان به جریان کمتری نیاز است و تلفات به شدت کاهش می یابد. به همین دلیل برق در فواصل طولانی با ولتاژ بسیار بالا منتقل می شود و سپس با ترانسفورماتور برای مصرف کاهش می یابد.

هم ولتاژ پایین و هم ولتاژ بالا می توانند خطرناک باشند و هر دو ممکن است باعث شوک الکتریکی و سوختگی شوند؛ هرچند شدت سوختگی ها در ولتاژ بالا معمولا بسیار بیشتر است. برای آشنایی با این خطرات، مقاله برق گرفتگی را بخوانید.

انواع کابل برق بر اساس کاربرد

کابل ها و هادی های خطوط هوایی

هادی های خطوط هوایی بین دکل ها یا تیرها آویزان هستند و باید آنقدر محکم باشند که وزن خود را تحمل کنند و در برابر خوردگی مقاوم باشند. در مناطقی که خطر تماس وجود ندارد، این هادی ها معمولا بدون عایق هستند و هوا نقش عایق را دارد. انواع رایج آنها عبارت اند از:

• AAC: هادی تمام آلومینیومی

• AAAC: هادی تمام آلیاژ آلومینیوم

• ACSR: هادی آلومینیومی با هسته فولادی که استحکام مکانیکی بیشتری دارد

در شبکه های توزیع فشار ضعیف و متوسط شهری، کابل های خودنگهدار (Aerial Bundled Cable) نیز رایج هستند که هادی های عایق دار آنها به هم تابیده شده اند و ایمنی بیشتری در برابر تماس و برق دزدی دارند.

کابل های زیرزمینی

کابل های زیرزمینی باید در برابر نفوذ آب و آسیب های مکانیکی محافظت شوند. کابل های مناسب برای دفن مستقیم در خاک معمولا زره فلزی دارند که علاوه بر محافظت مکانیکی، تحمل کشش کابل را نیز افزایش می دهد.

کابل های زره دار سیم فولادی (SWA) در کابل کشی فشار ضعیف و فشار متوسط تا ۳۳ کیلوولت کاربرد دارند. در کابل های تک رشته ای جریان متناوب، به جای فولاد از زره آلومینیومی (AWA) استفاده می شود، چون زره فولادی مغناطیسی در اطراف یک رسانای منفرد، جریان القایی و تلفات حرارتی ایجاد می کند.

کابل های ابزار دقیق و داده

کابل هایی که سیگنال های حساس را منتقل می کنند، مانند کابل های ابزار دقیق، داده و کنترل، معمولا زوج های به هم تابیده و شیلد فلزی (فویل یا بافته) دارند تا از نویز الکتریکی و تداخل الکترومغناطیسی در امان باشند.

کابل های مقاوم در برابر آتش

دو نوع کابل مرتبط با آتش وجود دارد که نباید آنها را با هم اشتباه گرفت:

• کابل های کندسوز: گسترش آتش را در طول کابل کاهش می دهند.

• کابل های مقاوم در برابر آتش: برای سیستم های ایمنی مانند اعلام حریق، روشنایی اضطراری و پمپ های آتش نشانی طراحی شده اند و در حین آتش سوزی، برای مدت مشخصی به کار خود ادامه می دهند.

کابل های صنعتی و معدنی

صنایعی مانند معدن، کابل هایی مقاوم در برابر شرایط سخت نیاز دارند. این کابل ها معمولا عایق و روکش لاستیکی دارند که علاوه بر انعطاف پذیری بالا، در برابر سایش، ضربه، روغن و مواد شیمیایی مقاوم است. در کابل های متحرک، از رساناهای بسیار افشان و گاهی بافته یا زره فلزی برای محافظت بیشتر استفاده می شود.

نکات انتخاب کابل برق مناسب

• سطح مقطع: سطح مقطع رسانا (بر حسب میلی متر مربع) باید متناسب با جریان مصرفی باشد. کابل کوچک تر از حد لازم داغ می شود و خطر آتش سوزی دارد.

• افت ولتاژ: در مسیرهای طولانی، افت ولتاژ در کابل افزایش می یابد و ممکن است به کابل بزرگ تری نیاز باشد.

• ولتاژ نامی: ولتاژ نامی کابل باید بیشتر از ولتاژ کاری مدار باشد.

• محیط نصب: نصب داخل ساختمان، در خاک، در هوای آزاد یا محیط مرطوب، نوع عایق، غلاف و زره را تعیین می کند.

• شرایط حرارتی: دمای محیط و نحوه نصب کابل ها کنار هم، روی ظرفیت جریان کابل اثر دارد.

• انعطاف پذیری: برای تجهیزات متحرک، کابل افشان و انعطاف پذیر لازم است.

• استاندارد: کابل باید دارای استاندارد معتبر باشد.

انتخاب سطح مقطع کابل باید توسط متخصص و بر اساس استانداردها انجام شود. در ایران، الزامات تاسیسات برقی ساختمان ها در مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان آمده است.

سوالات متداول درباره کابل برق

تفاوت سیم و کابل برق چیست؟

سیم یک رسانای منفرد است، اما کابل مجموعه ای از چند سیم عایق دار درون یک غلاف مشترک است.

کابل NYY چیست؟

کابلی با رسانای مسی و عایق و غلاف PVC که برای کاربردهای عمومی و نصب در خاک استفاده می شود.

کابل مسی بهتر است یا آلومینیومی؟

کابل مسی رسانایی بیشتر و اتصال مطمئن تری دارد، اما کابل آلومینیومی سبک تر و ارزان تر است و برای کابل های بزرگ و خطوط هوایی مناسب است.

کابل زره دار چه کاربردی دارد؟

برای محافظت در برابر آسیب های مکانیکی، به ویژه در کابل هایی که مستقیما در خاک دفن می شوند.

چرا در کابل تک رشته از زره آلومینیومی استفاده می شود؟

چون زره فولادی در اطراف یک رسانای منفرد با جریان متناوب، جریان القایی و گرما تولید می کند.

جمع بندی

کابل برق مجموعه ای از رساناهای عایق دار است که برای انتقال برق و سیگنال استفاده می شود و از چهار بخش اصلی رسانا، عایق، زره یا شیلد و غلاف تشکیل شده است. کابل ها بر اساس ولتاژ، از ولتاژ بسیار پایین تا فشار فوق قوی، و بر اساس کاربرد، مانند خطوط هوایی، کابل های زیرزمینی، ابزار دقیق، کابل های مقاوم در برابر آتش و کابل های صنعتی، انواع مختلفی دارند. انتخاب کابل مناسب بر اساس جریان، ولتاژ، محیط نصب و استانداردها، برای ایمنی و عملکرد صحیح سیستم برق ضروری است.