تفاوت اساسی کابل های فشار متوسط و کابل های برق عادی : نگاهی جامع

تفاوت اصلی کابل های فشار متوسط و کابل های برق عادی در سطح ولتاژ کاری آن ها نهفته است. کابل های فشار متوسط برای انتقال و توزیع توان الکتریکی در ولتاژهای بالاتر (معمولاً از ۱ کیلوولت تا ۳۶ کیلوولت) طراحی شده اند در حالی که کابل های برق عادی (فشار ضعیف) برای ولتاژهای پایین تر (معمولاً تا ۱ کیلوولت) و مصارف خانگی و صنعتی با توان کمتر به کار می روند.
این تفاوت ولتاژ مستقیماً بر ساختار مواد سازنده نحوه عملکرد کاربردها و استانداردهای مربوط به این دو نوع کابل تأثیر می گذارد. در ادامه این مقاله به بررسی دقیق تر این تفاوت ها و اصول عملکرد اجزای اصلی هر دو نوع کابل خواهیم پرداخت.

ساختار کابل : عایق بندی و محافظت

ساختار کابل های فشار متوسط و فشار ضعیف به طور قابل توجهی با یکدیگر تفاوت دارد به ویژه در بخش های عایق بندی و محافظت.

کابل های فشار متوسط به دلیل ولتاژهای بالا نیازمند عایق بندی بسیار قوی و چند لایه هستند تا از شکست الکتریکی و نشتی جریان جلوگیری شود. عایق این کابل ها معمولاً از مواد پلیمری پیشرفته مانند پلی اتیلن کراس لینک شده (XLPE) یا اتیلن پروپیلن رابر (EPR) ساخته می شود.
این مواد دارای مقاومت دی الکتریک بالا طول عمر طولانی و پایداری حرارتی مناسب هستند. علاوه بر عایق اصلی کابل فشار متوسط اغلب دارای لایه نیمه هادی درونی و بیرونی روی عایق و هادی هستند.
این لایه های نیمه هادی به توزیع یکنواخت میدان الکتریکی در عایق کمک کرده و از تنش الکتریکی موضعی که می تواند منجر به خرابی عایق شود جلوگیری می کنند.
همچنین شیلد مسی یا آلومینیومی به عنوان یک لایه محافظ الکتریکی در اطراف عایق قرار می گیرد تا میدان های الکترومغناطیسی را مهار کرده و از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) با سایر تجهیزات و سیستم ها جلوگیری کند.

در مقابل کابل های برق عادی ساختار ساده تری دارند. عایق آن ها معمولاً از PVC (پلی وینیل کلراید) یا PE (پلی اتیلن) ساخته می شود که برای ولتاژهای پایین کافی است.
اگرچه برخی از کابل های فشار ضعیف ممکن است دارای غلاف محافظ برای مقاومت در برابر آسیب های مکانیکی باشند اما به طور معمول فاقد لایه های نیمه هادی و شیلد الکتریکی پیچیده موجود در کابل های فشار متوسط هستند.

ولتاژ نامی : مرز تعیین کننده

ولتاژ نامی مهم ترین مشخصه فنی کابل ها است که محدوده ولتاژ کاری ایمن و بهینه کابل را تعیین می کند. کابل های فشار متوسط به طور خاص برای سیستم های توزیع انرژی الکتریکی در شبکه های فوق توزیع و توزیع اولیه طراحی می شوند.
این شبکه ها معمولاً وظیفه انتقال توان از ایستگاه های انتقال به پست های توزیع و سپس به مراکز صنعتی بزرگ کارخانه ها بیمارستان ها و مجتمع های تجاری را بر عهده دارند. ولتاژهای رایج در این دسته شامل ۶ کیلوولت ۱۱ کیلوولت ۲۰ کیلوولت و ۳۳ کیلوولت می باشند.
کابل 20 کیلوولت: این کابل‌ ها برای انتقال برق با ولتاژ ۲۰۰۰۰ ولت طراحی شده‌ اند و بیشتر در سیستم‌ های توزیع برق شهری و صنعتی به کار می‌ روند. از جمله کاربردهای کابل 20 کیلوولت می‌توان به تأمین انرژی برای ساختمان‌ها صنایع و تأسیسات عمومی اشاره کرد. این کابل‌ها به دلیل قابلیت اطمینان و ایمنی بالا در انتقال انرژی بسیار مورد توجه هستند.
کابل 33 کیلوولت: نصب و نگهداری کابل‌ های فشار متوسط باید توسط افراد متخصص و با رعایت نکات ایمنی انجام شود.
کابل‌ های ۳۳ کیلوولت فشار متوسط دارای ساختاری مشابه با کابل‌های ۲۰ کیلوولت هستند اما با این تفاوت که عایق و سایر اجزای آن‌ها ضخیم‌تر طراحی شده‌اند تا توانایی تحمل ولتاژ بالاتر را داشته باشند.
نصب و نگهداری این کابل‌ها باید تنها توسط کارشناسان مجرب و با رعایت اصول ایمنی انجام شود.

در مقابل کابل های برق عادی (فشار ضعیف) برای توزیع توان در سطح نهایی و تغذیه مصارف خانگی تجاری کوچک و صنعتی با توان پایین استفاده می شوند. ولتاژ نامی این کابل ها معمولاً ۲۳۰/۴۰۰ ولت یا ۴۰۰/۶۹۰ ولت است. تفاوت چشمگیر در سطح ولتاژ نیازمندی های عایق بندی و حفاظتی بسیار متفاوتی را برای این دو نوع کابل ایجاد می کند.

جنس و طراحی هادی : انتقال جریان با کارایی بالا

هادی کابل ها وظیفه اصلی انتقال جریان الکتریکی را بر عهده دارد. جنس و طراحی هادی در کابل های فشار متوسط و فشار ضعیف نیز تفاوت هایی دارد که به جریان نامی و شرایط محیطی بستگی دارد.

هادی کابل های فشار متوسط معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می شود. مس به دلیل رسانایی الکتریکی بالاتر انتخاب ارجح برای کابل های با جریان بالا و کاربردهای حساس به افت ولتاژ است. آلومینیوم با وجود رسانایی کمتر نسبت به مس وزن سبک تر و قیمت پایین تر دارد و برای کاربردهایی که وزن کابل و هزینه مهم است مورد استفاده قرار می گیرد. هادی کابل های فشار متوسط اغلب به صورت رشته ای (stranded) ساخته می شود تا انعطاف پذیری کابل افزایش یابد و نصب و کابل کشی آسان تر شود. همچنین طراحی هادی ممکن است برای کاهش اثر پوستی در فرکانس های بالا بهینه سازی شود.

هادی کابل های برق عادی نیز از مس یا آلومینیوم ساخته می شود. برای مصارف خانگی و تجاری با جریان پایین هادی های مس جامد (solid) به دلیل سادگی و هزینه کمتر رایج هستند. برای کاربردهای صنعتی و جریان های بالاتر هادی های رشته ای مسی یا آلومینیومی به کار می روند. در انتخاب جنس و سطح مقطع هادی علاوه بر جریان نامی عواملی مانند طول مسیر کابل کشی دمای محیط و روش نصب نیز باید در نظر گرفته شوند تا از افت ولتاژ مجاز و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کابل اطمینان حاصل شود.

کاربردهای صنعتی کابل های فشار متوسط

کابل های فشار متوسط نقش حیاتی در صنایع مختلف ایفا می کنند جایی که نیاز به انتقال توان بالا و توزیع انرژی الکتریکی در فواصل متوسط وجود دارد. برخی از کاربردهای کلیدی صنعتی عبارتند از :

• صنعت نفت و گاز : در پالایشگاه ها سکوهای نفتی خطوط لوله و تاسیسات پتروشیمی کابل های فشار متوسط برای تغذیه پمپ های قوی کمپرسورها موتورهای بزرگ و سیستم های روشنایی گسترده استفاده می شوند. در این صنایع قابلیت اطمینان بالا مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی (دما رطوبت مواد شیمیایی) و ایمنی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
• صنعت فولاد و فلزات : کارخانه های فولادسازی نورد آلومینیوم و مس به توان الکتریکی بسیار زیادی نیاز دارند. کابل های فشار متوسط برای تغذیه کوره های قوس الکتریکی موتورهای بزرگ آسیاب ها و ماشین آلات سنگین به کار می روند. در این محیط های صنعتی کابل ها باید در برابر دماهای بالا گرد و غبار و آسیب های مکانیکی مقاوم باشند.
• صنعت سیمان : کارخانه های سیمان با فرآیندهای تولید پیوسته و مصرف انرژی بالا به شبکه های توزیع فشار متوسط برای تغذیه آسیاب های مواد خام کوره های دوار فن های بزرگ و سیستم های انتقال مواد وابسته هستند.
• صنعت معدن : در معادن روباز و زیرزمینی کابل های فشار متوسط برای تامین برق ماشین آلات حفاری سنگ شکن ها نوار نقاله ها پمپ های آب و سیستم های تهویه استفاده می شوند. در این کاربردها انعطاف پذیری مقاومت در برابر سایش و پارگی و ایمنی در محیط های خطرناک (مانند معادن گازی) از اهمیت بالایی برخوردار است.
• تولید برق و انرژی های تجدیدپذیر : نیروگاه های بادی خورشیدی آبی و حرارتی از کابل های فشار متوسط برای جمع آوری توان تولیدی از توربین ها و پنل ها انتقال به پست های افزایش ولتاژ و اتصال به شبکه سراسری استفاده می کنند. در این کاربردها راندمان بالا طول عمر طولانی و سازگاری با شرایط محیطی مختلف (از جمله مناطق ساحلی و کوهستانی) مهم است.

استانداردهای بین المللی و مشخصات فنی

کابل های فشار متوسط و فشار ضعیف باید مطابق با استانداردهای بین المللی و ملی تولید و آزمایش شوند تا از کیفیت ایمنی و عملکرد قابل اعتماد آن ها اطمینان حاصل شود. برخی از استانداردهای مهم مربوط به کابل های فشار متوسط عبارتند از :

• IEC ۶۰۵۰۲–۲ : این استاندارد بین المللی توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) تدوین شده و مشخصات کابل های قدرت با عایق اکسترود شده برای ولتاژهای نامی از ۱ کیلوولت تا ۳۰ کیلوولت (Um=۳۶ کیلوولت) را شامل می شود. این استاندارد به مواد سازنده ابعاد مشخصات الکتریکی مکانیکی و حرارتی روش های آزمون و الزامات نصب کابل ها می پردازد.
• IEEE Std ۴۰۰.۲ : این استاندارد توسط موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) منتشر شده و راهنمایی برای آزمون های میدانی کابل های قدرت فشار متوسط با عایق پلیمری اکسترود شده ارائه می دهد. این استاندارد به روش های تشخیص عیب ارزیابی وضعیت عایق و تضمین عملکرد طولانی مدت کابل ها کمک می کند. این استاندارد بیشتر در زمان خرید کابل 33 کیلوولت مشاهده می شود.
• استانداردهای ملی : هر کشور ممکن است استانداردهای ملی خود را برای کابل های فشار متوسط داشته باشد که معمولاً بر اساس استانداردهای بین المللی تدوین می شوند و ممکن است الزامات خاصی را برای شرایط محلی (مانند شرایط آب و هوایی یا مقررات ایمنی) اضافه کنند. در ایران استاندارد ملی ایران به شماره ISIRI ۳۵۶۹–۲ معادل استاندارد IEC ۶۰۵۰۲-۲ است و سازمان ملی استاندارد ایران مسئول تدوین و نظارت بر اجرای این استانداردها است.

علاوه بر استانداردهای کلی مشخصات فنی کابل های فشار متوسط باید به دقت تعیین و رعایت شوند. این مشخصات شامل ولتاژ نامی جریان نامی سطح مقطع هادی نوع عایق ضخامت عایق نوع شیلد جنس غلاف مقاومت در برابر آتش مقاومت در برابر روغن و مواد شیمیایی دمای کارکرد مجاز و طول عمر مورد انتظار می باشند.

تکنولوژی های نوین در کابل های فشار متوسط

صنعت کابل سازی به طور مداوم در حال پیشرفت و نوآوری است و تکنولوژی های جدیدی برای بهبود عملکرد کاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اطمینان کابل های فشار متوسط ارائه می شوند. برخی از این تکنولوژی های نوین عبارتند از :

• کابل های XLPE با ولتاژ بالاتر : توسعه مواد عایقی XLPE پیشرفته تر امکان تولید کابل های فشار متوسط با ولتاژهای نامی بالاتر (تا ۷۲.۵ کیلوولت و بیشتر) را فراهم کرده است. این کابل ها می توانند ظرفیت انتقال توان را افزایش داده و نیاز به پست های کاهنده ولتاژ را کاهش دهند.
• کابل های فشرده (Compact Cables) : با استفاده از تکنیک های ساخت پیشرفته کابل های فشار متوسط فشرده تر و با قطر بیرونی کمتر تولید می شوند. این امر باعث کاهش وزن کابل سهولت نصب و کاهش فضای مورد نیاز برای کابل کشی می شود.
• کابل های هوشمند (Smart Cables) : ادغام سنسورها و سیستم های پایش در کابل های فشار متوسط امکان نظارت آنلاین بر وضعیت کابل تشخیص زودهنگام عیوب و جلوگیری از خرابی های ناگهانی را فراهم می کند. این کابل ها می توانند اطلاعاتی مانند دما جریان ولتاژ رطوبت و تنش مکانیکی را به صورت بی سیم به مرکز کنترل ارسال کنند.
• کابل های دوستدار محیط زیست : تلاش های زیادی برای استفاده از مواد سازگار با محیط زیست در تولید کابل ها صورت می گیرد. به عنوان مثال استفاده از عایق های زیست تخریب پذیر غلاف های بدون هالوژن و هادی های بازیافتی می تواند اثرات زیست محیطی کابل ها را کاهش دهد.
• کابل های HVDC (جریان مستقیم ولتاژ بالا) با عایق XLPE : اگرچه کابل های HVDC بیشتر در ولتاژهای بسیار بالا کاربرد دارند اما تکنولوژی عایق XLPE در حال گسترش به این حوزه نیز هست. کابل های HVDC با عایق XLPE نسبت به کابل های سنتی با عایق روغن نصب و نگهداری آسان تر و سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند.

نکات فنی کلیدی در انتخاب و نصب

انتخاب و نصب صحیح کابل های فشار متوسط برای اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم توزیع برق بسیار مهم است. برخی از نکات فنی کلیدی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از :

• محاسبه جریان بار و افت ولتاژ : سطح مقطع هادی کابل باید به گونه ای انتخاب شود که بتواند حداکثر جریان بار را به طور مداوم تحمل کند و افت ولتاژ در طول مسیر کابل کشی از حد مجاز تجاوز نکند.
• انتخاب نوع عایق و شیلد مناسب : نوع عایق و شیلد باید با توجه به ولتاژ نامی سیستم شرایط محیطی (دما رطوبت مواد شیمیایی) و الزامات ایمنی انتخاب شود.
• در نظر گرفتن شرایط نصب : روش نصب کابل (زمینی هوایی داخل کانال) و شرایط محیطی (دما رطوبت تابش خورشید) باید در انتخاب نوع کابل و لوازم جانبی (مانند مفصل ها و سرکابل ها) مد نظر قرار گیرند.
• رعایت فواصل مجاز و حریم کابل : در نصب کابل های فشار متوسط باید فواصل مجاز از سایر تاسیسات ساختمان ها و زمین مطابق با استانداردها و مقررات ایمنی رعایت شود. همچنین حریم کابل باید مشخص و حفاظت شود تا از آسیب های احتمالی جلوگیری شود.
• اجرای صحیح مفصل ها و سرکابل ها : مفصل ها و سرکابل ها نقاط آسیب پذیر در سیستم کابل کشی فشار متوسط هستند. نصب این اجزا باید توسط افراد متخصص و با استفاده از ابزار و تجهیزات مناسب انجام شود و آزمایش های لازم پس از نصب صورت گیرد.
• آزمایش و راه اندازی : پس از نصب کامل کابل های فشار متوسط باید آزمایش های ولتاژ بالا (Hi-Pot test) آزمایش مقاومت عایقی (Insulation Resistance test) و آزمایش تداوم هادی (Conductor Continuity test) انجام شود تا از صحت نصب و عملکرد صحیح کابل ها اطمینان حاصل شود.

نتیجه گیری : انتخاب مناسب برای نیازهای خاص

کابل های فشار متوسط و کابل های برق عادی هر دو نقش اساسی در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی ایفا می کنند اما برای کاربردهای متفاوت و سطوح ولتاژ مختلف طراحی و ساخته شده اند. کابل های فشار متوسط برای انتقال توان بالا در ولتاژهای متوسط و در صنایع بزرگ شبکه های توزیع شهری و نیروگاه ها به کار می روند در حالی که کابل های برق عادی برای توزیع توان در سطح نهایی و مصارف خانگی تجاری و صنعتی با توان پایین استفاده می شوند.

انتخاب کابل مناسب برای هر کاربرد نیازمند درک دقیق از تفاوت های فنی استانداردهای مربوطه و شرایط محیطی است. با توجه به پیشرفت های تکنولوژی در صنعت کابل سازی انتخاب کابل های فشار متوسط و فشار ضعیف با عملکرد بهتر قابلیت اطمینان بالاتر و اثرات زیست محیطی کمتر امکان پذیر است.

پرسش های متداول

۱. آیا می توان از کابل فشار متوسط به جای کابل برق عادی استفاده کرد؟

از نظر فنی بله اما به هیچ وجه توصیه نمی شود و غیر اقتصادی است. کابل های فشار متوسط برای ولتاژهای بسیار بالاتر طراحی شده اند و هزینه بسیار بیشتری نسبت به کابل های برق عادی دارند. استفاده از کابل فشار متوسط در ولتاژ پایین نه تنها هزینه را افزایش می دهد بلکه ممکن است مشکلات نصب و فضای بیشتری را نیز ایجاد کند.

۲. طول عمر کابل های فشار متوسط چقدر است؟

طول عمر کابل های فشار متوسط به عوامل مختلفی مانند کیفیت ساخت شرایط نصب شرایط محیطی و بارگذاری بستگی دارد. با نصب صحیح نگهداری مناسب و رعایت استانداردهای بهره برداری کابل های فشار متوسط می توانند بیش از ۳۰ تا ۴۰ سال عمر مفید داشته باشند. استانداردهای بین المللی معمولاً طول عمر طراحی ۲۰ تا ۳۰ سال را برای کابل های فشار متوسط در نظر می گیرند.

۳. چه عواملی باعث خرابی کابل های فشار متوسط می شوند؟

خرابی کابل های فشار متوسط می تواند ناشی از عوامل مختلفی باشد از جمله :

• خرابی عایق : تنش الکتریکی بیش از حد افزایش دما نفوذ رطوبت آلودگی و فرسودگی عایق می تواند منجر به شکست دی الکتریک و خرابی کابل شود.
• آسیب های مکانیکی : فشار خمش زیاد ضربه سایش و پارگی در حین نصب یا بهره برداری می تواند به کابل آسیب برساند.
• اتصالات نامناسب : مفصل ها و سرکابل های غیراستاندارد یا نصب نادرست می توانند نقاط ضعف در سیستم کابل کشی ایجاد کنند و منجر به خرابی شوند.
• جریان اضافه و اتصال کوتاه : جریان اضافه و اتصال کوتاه می توانند باعث گرم شدن بیش از حد کابل و آسیب به عایق شوند.
• شرایط محیطی نامناسب : دماهای بسیار بالا یا پایین رطوبت زیاد تابش مستقیم نور خورشید و مواد شیمیایی خورنده می توانند طول عمر کابل را کاهش دهند.

برای جلوگیری از خرابی کابل های فشار متوسط انتخاب کابل مناسب نصب صحیح نگهداری دوره ای و بازرسی منظم ضروری است.