انواع کابل­ های الکتریکی

گوناگونی کابل ها به چندین هزار نوع بالغ می شود و برای شناخت دقیق آنها لازم است که گونه های مختلف کابل طبقه بندی شوند. برای طبقه بندی بایستی به سراغ عوامل موجه طبقه بندی رفت و اصلی ترین آنها را مد نظر قرار داد.
در اینجا به هشت عامل اصلی و نقش آنها در ایجاد طبقه اشاره می شود.

سطح ولتاژ
نوع هادی و ساختار آن
نوع عایق و روکش
نوع حفاظت الکتریکی
نوع حفاظت مکانیکی
تعداد رشته ها
نوع کاربرد
استاندارد

۱. طبقه بندی کابل بر اساس سطح ولتاژ

ولتاژ طراحی شده برای کابل را به شکل U0/U تعریف می کنند که در آن U0 معرف ولتاژ بین هادی و زمین است و U بیانگر ولتاژ بین هادی ها می باشد. به طورکلی سه طبقه متفاوت بر اساس سطح ولتاژ تعریف می شود.

1-1. کابل های فشار ضعیف (Low Voltage Cables) که با علامت اختصاری LV مشخص می شوند شامل کابل های قدرت فشار ضعیف و کنترل و ابزار دقیق می شود و دارای سطوح ولتاژ 300/300 , 300/500 , 450/750 و 600/1000 ولت می باشد.
1-2. کابل های فشار متوسط (Medium Voltage Cables) با علامت اختصاری MV و نقطه کار بین یک تا 33 کیلوولت.
1-3. کابل های فشار قوی (high voltage cables) با علامت اختصاری HV و نقطه کار 63 تا 230 کیلوولت.
1-4. کابل های فوق فشار قوی (Extra High Voltage) با علامت اختصاری EHV و ولتاژ 400 کیلوولت به بالا.

2. طبقه بندی کابل براساس نوع هادی و ساختار آن

2-1. نوع هادی

معمول ترین هادی مورد مصرف در صنعت سیم و کابل مس و آلومینیم با خلوص زیاد (99/99 درصد برای مس و 99/6 درصد برای آلومینیم) است که به صورت آنیل شده و یا آنیل نشده از آن استفاده می شود.
آنیل کردن نوعی عملیات حرارتی است که موجب تبلور مجدد بلورهای فلز می شود. مفتول مس که در اثر عملیات مکانیکی کشش و نورد سخت و شکننده شده اند. در اثر این عملیات حرارتی فلز نرم شده و برای عملیات بعدی و یا در مراحل استفاده از آن، دارای انعطاف بیشتری می شود.

2-2. ساختار هادی

مطابق با پیشنهاد استاندارد IEC 60228 ساختار هادی می تواند یک رشته، و بانچ و استرند شده به صورت سکتور و یا کمپکت باشد.

هادی مفتولی: این نوع هادی از یک مفتول مجرد تشکیل شده است و معمولاً مقطع آن دایره ای است. مقاطع بزرگتر آن را گاهی غیر گرد نیز شکل می دهند. این نوع هادی ها را کلاس یک می گویند.

هادی استرند شده یا نیمه افشان: این نوع هادی ها را کلاس دو می گویند و از تابیدن چند مفتول ساده حول یکدیگر و در یک یا چند ردیف روی هم بدست می آید. در هادی استرند شده، بعضی از رشته ها می توانند تاب نداشته باشند. مثل 7 رشته مرکزی در هادی 37 یا 61 رشته. تعداد رشته های تشکیل دهنده ی هادی استرند شده معمولا  7، 19، 37، 61، 91 رشته می باشد. شکل هادی استرند شده گرد یا سکتور است که گرد آن می تواند به صورت معمولی یا فشرده (کمپکت) باشد. کمپکت یا فشرده کردن هادی این مزیت را فراهم می کند که با حذف فضاهای خالی بین رشته های تشکیل دهنده هادی، بتوان سطح مقطع ظاهری و در نتیجه قطر کابل نهایی را کاهش داد که این امر از لحاظ صرفه جویی در مصرف مواد مؤثر است.

برای سطح مقطع های بزرگتر از 35 میلیمتر مربع، شکل هادی را به صورت سکتور (قطاعی) در می آورند. قطاعی کردن هادی موجب می شود که در کابل های 3 و 3/5 و 4 رشته با در کنار هم قراردادن رشته ها به شکلی مناسب سطح مقطع ظاهری کابل و در نتیجه قطر نهایی آن کاهش یابد.

هادی افشان (بانچ شده): این نوع هادی راکلاس پنج می گویند و از چندین رشته سیم نازک انیل شده که به طور نامنظم به هم تابیده (بانچ شده) تشکیل می شود و برای تولید سیم های عایق شده منعطف و یا کابل های منعطف به کار می رود.

3.طبقه بندی کابل بر اساس نوع عایق و روکش

برای عایق نمودن سیم و کابل از انواع پلیمر (لاستیک و پلاستیک) وکامپاندهای آن استفاده می کنند که معمولاً

خواصی مثل سختی، نرمی، دانسیته، دمای نقطه کار محیط، کم یا زیاد بودن ضریب دی الکتریک، مقاوم بودن در برابر سایش، روغن و دیگر مواد شیمیایی، مقاومت در برابر اشاعه شعله، کم دود بودن، فقدان هالوژن و… را در بر می گیرند. هریک از پلاستیک ها یا لاستیک های مورد مصرف به عنوان عایق فیلر و بدینگ و یا روکش، تعدادی از خواص مذکور را دارا می باشند و حسب نوع کاربرد از کامپاندی استفاده می شود که خواص مورد نظر برای آن کاربرد خاص را دربر داشته باشد. در زیر برخی از مواد پلیمری را مورد توجه قرار می دهیم.

3-1 عایق و روکش از نوع PVC (پلی وینیل کلراید)

از معمول ترین کامپاندها برای عایق کاری انواع کابل های ساختمانی و ابزار دقیق و قدرت و … می باشد که از مهم ترین ویژگی های آن خاصیت خود خاموش کنی شعله است. سیم ها و کابل ها به صورت شبکه ای گسترده، تمام ابنیه و ساختمان را در برمی گیرند و چنانچه در نقطه ای از ساختمان، سیم و یا کابلی در معرض آتش قرار گیرد آتش نقطه ای می تواند از طریق این شبکه به کل ساختمان گسترش یافته و انتشار یابد. نقطه کار دمایی آن70 درجه سانتی گراد و بعضی از گریدهای آن تا 105 درجه است. نقطه ضعف این کامپاند مقاوم نبودن آن در مقابل بعضی از هیدروکربورها و مخصوصاً هیدروکربورهای چرب است و در شرایط آتش نیز دود زیاد و بخارات و گازهای سمی متصاعد می کند.

3-2 پلی اتیلن PE

پلی اتیلن، پلیمری با خصوصیات الکتریکی عالی، جذب آب کم و بدون هالوژن می باشد. در کابل های مخابراتی به صورتی وسیع به عنوان عایق و روکش به کار می رود.
پلی اتین بر خلاف PVC خود خاموش کن نیست و در مجاورت مستقیم با مس یا نوار مسی اسکرین دچار نوعی شکنندگی می شود که این خاصیت با افزایش دما تشدید می شود. نقطه کار دمایی پلی اتیلن 70 درجه سانتی گراد است.

3-3 (XLPE(Cross linked poly ethylene

علیرغم مشخصات عالی الکتریکی پلی اتیلن، استفاده از آن به دلیل نرم شدن و تغییر شکل آن در درجه حرارت بالا و خواص ضعیف مکانیکی آن، محدود است و برای مصارفی که نقطه کار بیش از 70 درجه سانتی-گراد نیاز دارند مناسب نیست. برای غلبه بر این محدودیت از روش پخت یا کراس لینک کردن استفاده می-کنند و به این ترتیب دمای نقطه کار به 90 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. XLPE بر خلاف PVC غیر هالوژنه است و در هنگام سوختن فاقد گازها و بخارات سمی و خورنده است. XLPE از کراس لینک نمودن PE بدست می آید و همانندPE دارای خواص عایقی بسیار خوب میزان جذب آب خیلی کم (حدود یک چهارم)PVC وزن مخصوص و ثابت دی الکتریک کم است و علاوه بر این ها با توجه به فرآیند کراس لینک شدن که همان ایجاد پیوندهای عرضی در ساختار PE می باشد دارای پیوندهای طولی هیدروکربنی است.

3-4 پلی پروپیلن PP

امروزه از پلی پروپیلن به صورت گسترده استفاده نمی کنند. در مواردی به صورت نخ یا ریسمان برای عایق کاری، بدینگ یا روکش به کار می رود.

3-5 نایلون Nylon

نایلون ها نسبتاً خشک ولی به شدت محکم هستند و در مقابل سائیدگی مقاومند و تا 200 درجه سانتی گراد در مقابل نرم شدن مقاومت می کنند و برای روکش مناسبند.

3-6 پلی یورتان

پلی یورتان های گرما نرم را برای مصارف روکش ویژه به کار می برند، چون مقاومت آن ها در برابر سایش عالی است.

3-7 کوپلیمرهای پلی استر

ویژگی های این پلیمرها عبارتند از مقاومت در برابر مواد شیمیایی، فرآیندپذیری آسان، مقاومت مکانیکی و پایداری

3-8 پلی تترا فلوئورو اتیلن PTFE

خواص الکتریکی برجسته ای دارد و مقاومت آن در برابر مواد شیمیایی و دما بسیار زیاد است .

3-9 پلی اتیلن ترفتالات PET

با نام تجاریMylar به صورتی گسترده به عنوان نوار بر روی کابل های چند رشته پیچیده می شود و به عنوان لایه میانی برای پیشگیری از نفوذ اجزایی مقل روغن و پلاستی سایزر از بدینگ یا روکش به عایق به کار می-رود و نیز برای جداسازی عایق از هادی های استرند شده مورد مصرف می باشد.

3-10 لاستیک طبیعی NR

لاستیک ها که در عایق و روکش گروهی از کابل ها مورد استفاده قرار می گیرد موادی هستند که عموماً مقاومت خوبی در برابر سایش داشته و انعطاف خوبی نیز دارند و در عین حال دیر آتش گیر هستند ولی از اشاعه آتش نمی توانند جلوگیری کنند.

3-11 اتیلن وینیل استات EVA

دمای نقطه کار EVA تا 110 درجه سانتی گراد است اما خواص الکتریکی آن پایین تر از EPR است. از EVA پایه مواد نیمه هادی اکسترود شونده استفاده می کنند.

3-12 سیلیکون رابر SIR

سیلیکون ها خواص برجسته ای دارند از جمله تحمل درجه حرارت تا دمای 180 درجه سانتی گراد است. اما در دمای محیط خواص مکانیکی آن تا حدی از سایر مواد مرسوم به ویژه در مقایسه با مواد روکشی پایین تر است.

3-13 لاستیک کلروپرن CR

پلی کلروپرن که به نئوپرن هم شهرت دارد، اولین لاستیک مصنوعی تجاری بود و کاربرد عمده ی آن به عنوان ماده ی روکشی منعطف و در عین حال بسیار محکم و ضد سایش است.

4. طبقه بندی کابل بر اساس نوع حفاظت الکتریکی

برای تأمین میدان الکترواستاتیک شعاعی به منظور حفاظت کابل در برابر میدان های الکترومغناطیسی و پیشگیری از تأثیر یا ایجاد نویز و سایر امواج از حفاظ های الکتریکی استفاده به عمل می آید. انواع آن شامل اسکرین نوار مسی و آلومینومی و شیلد مسی و شیلدبافته شده مسی و آلومنیومی می باشد.

5.طبقه بندی کابل براساس نوع حفاظت مکانیکی

برای محافظت کابل در مقابل صدمات مکانیکی شامل ضربه، سنگینی وزن، بریدگی و مقابله با جویدگی کابل توسط جوندگان و نیز حشرات مانند موریانه و… و به طورکلی در موارد کاربری بیرونی (outdoor) کابل، از انواع زره های فلزی استفاده می کنند.
انواع حفاظ های مکانیکی عبارتند از زره با سیم فلزی و زره با نوار فلزی

6.طبقه بندی کابل بر اساس تعداد رشته ها

تعداد رشته های کابل یکی دیگر از پارامترهای طبقه بندی به شرح زیر است:

6-1. کابل های فشارضعیف (LV) که معمولاً از یک تا پنج رشته اند.
6-2. کابل های فشار متوسط (MV) یک یا سه رشته است.
6-3. کابل های فشار قوی (HV) یک یا سه رشته اند.
6-4. کابل های کنترل و ابزار دقیق که تعداد رشته های کابل کنترل معمولاً از 3 رشته تا 61 رشته می باشد و در موارد خاص از تعداد رشته های بالاتر نیز استفاده می شود.

7. طبقه بندی کابل بر اساس نوع کاربرد

7-1) انتقال قدرت (جریان) به صورت های زمینی و هوایی یکی از کاربرد های کابل است. با این کاربرد کابل های قدرت LV، MV وHV طبقه بندی می شوند.
7-2) انتقال سیگنال یکی دیگر از کاربردهای کابل می باشد. برحسب نوع سیگنال، کابل های کنترل، ابزار دقیق و انتقال داده ها طبقه بندی می شوند.
7-3) به منظور تأمین روشنایی و راه اندازی وسایل برقی در ساختمان ها، از سیم ها وکابل های سبک ساختمانی استفاده می نمایند که در زیر یا روی سطح نصب می شوند. این نوع کابل ها در تابلوهای توزیع، سیم کشی داخلی تجهیزات و وسایل برقی کوچک با تنش مکانیکی کم به کار می روند.