مقدمه
انتخاب سیم و کابل مناسب، یکی از مهم‌ترین مراحل در اجرای تأسیسات برق ساختمان، کارگاه‌ها و پروژه‌های صنعتی است. اگر سطح مقطع سیم متناسب با جریان مصرف‌کننده انتخاب نشود، ممکن است هادی بیش از حد گرم شود، عایق کابل آسیب ببیند و احتمال بروز اتصال کوتاه یا آتش‌سوزی افزایش پیدا کند.
جدول جریان مجاز سیم و کابل به برق‌کاران، مهندسان و خریداران کمک می‌کند تا ظرفیت عبور جریان سیم و کابل را با توجه به مشخصات فنی و شرایط نصب بررسی کنند. البته برای انتخاب دقیق کابل، علاوه بر آمپر، باید جنس هادی، سطح مقطع، طول مسیر، دمای محیط و نحوه نصب نیز در نظر گرفته شوند.
در این مقاله از برق و صنعت البرز، جدول جریان مجاز سیم و کابل در شرایط مختلف، ضرایب تصحیح دما، تفاوت کابل مسی و آلومینیومی و نکات مهم انتخاب سطح مقطع را بررسی می‌کنیم.
جریان مجاز سیم و کابل چیست؟
جریان مجاز سیم و کابل، مقدار جریانی است که هادی می‌تواند در شرایط مشخص و به‌صورت پیوسته از خود عبور دهد، بدون اینکه دمای آن از حد مجاز تعیین‌شده برای عایق و ساختار کابل بیشتر شود. واحد اندازه‌گیری جریان الکتریکی، آمپر (A) است.
سطح مقطع هادی نیز با واحد میلی‌متر مربع (mm²) بیان می‌شود. به‌طور معمول، با افزایش سطح مقطع، مقاومت الکتریکی هادی کاهش پیدا می‌کند و امکان عبور جریان بیشتری فراهم می‌شود؛ اما ظرفیت نهایی کابل به شرایط نصب و مشخصات ساخت آن هم وابسته است.
برای مثال، دو کابل با سطح مقطع یکسان ممکن است به دلیل تفاوت در نوع عایق، تعداد هادی‌های باردار یا محل نصب، جریان مجاز متفاوتی داشته باشند. به همین دلیل، هنگام استفاده از جدول آمپر سیم و کابل باید شرایط مرجع جدول را بررسی کنید.
جدول جریان مجاز کابل با توجه به محل نصب
یکی از عوامل مهم در تعیین جریان مجاز کابل، محل نصب آن است. کابل نصب‌شده در هوای آزاد، داخل لوله و مدفون در زمین شرایط حرارتی یکسانی ندارد. میزان دفع گرما از سطح کابل و محیط اطراف بر ظرفیت جریان‌دهی آن تأثیر می‌گذارد.
برای انتخاب کابل، باید علاوه بر سطح مقطع، نوع کابل و تعداد هادی‌های باردار نیز مشخص باشد. برای نمونه، شرایط یک کابل دو رشته با یک کابل سه یا چهار رشته یا سه کابل تک‌رشته در مدار سه‌فاز یکسان نیست.
شرایط محیطی برای جدول بالا عبارتند از:
• دمای محیط در خاک ۲۰ درجه سانتیگراد
• دمای محیط در هوای آزاد ۳۰ درجه سانتیگراد
• مقاومت ویژه حرارتی عایق و روکش پی وی سی deg c. Cm/w 600
• مقامت ویژ حرارتی خاک deg c. Cm/w 600
• ۱۰ ساعت با بار کامل و دست کم ۱۰ ساعت با ۶۰ درصد بار کامل (بار روزانه)
هنگام خواندن این جدول، ابتدا سطح مقطع موردنیاز را پیدا کنید و سپس ستون مربوط به نوع کابل و روش نصب را بررسی کنید. مقدار جریان مجاز باید با جریان طراحی مدار مقایسه شود و در صورت تفاوت شرایط محیط با شرایط مرجع جدول، ضرایب تصحیح نیز اعمال شوند.
توجه داشته باشید که اعداد جدول جریان مجاز، برای شرایط مشخصی از جمله دمای هوا و خاک، مشخصات عایق و نحوه بارگذاری در نظر گرفته شده‌اند. بنابراین، نباید یک مقدار را بدون بررسی شرایط واقعی برای همه کابل‌ها به کار برد.
جدول ضریب تصحیح جریان مجاز کابل بر اساس دما
دمای محیط یکی از عوامل مؤثر بر ظرفیت جریان‌دهی سیم و کابل است. با افزایش دمای محیط، دفع حرارت از کابل دشوارتر می‌شود و ممکن است لازم باشد جریان مجاز آن کاهش داده شود.
برای این کار از ضریب تصحیح دما استفاده می‌شود. این ضریب در مقدار جریان مجاز مرجع ضرب می‌شود تا ظرفیت اصلاح‌شده کابل در شرایط موردنظر به دست آید.
مثال محاسبه جریان مجاز کابل در دمای بالا
فرض کنید جریان مجاز یک کابل در شرایط مرجع برابر با ۴۰ آمپر باشد و ضریب تصحیح مربوط به دمای محیط طبق جدول برابر با ۰٫۸۵ در نظر گرفته شود.
جریان مجاز اصلاح‌شده برابر است با:
40 × 0.85 = 34 آمپر
بنابراین، با فرض اینکه ضریب تصحیح دیگری لازم نباشد، ظرفیت جریان‌دهی کابل در این شرایط به ۳۴ آمپر می‌رسد.
نکته: ضریب تصحیح باید از جدولی انتخاب شود که با نوع عایق کابل، روش نصب و شرایط محیطی آن مطابقت داشته باشد. ضرایب مربوط به کابل نصب‌شده در هوا را نمی‌توان بدون بررسی برای کابل مدفون در زمین به کار برد.
جدول جریان مجاز سیم و کابل مسی بر اساس متراژ
سیم و کابل مسی به دلیل رسانایی الکتریکی مناسب، در بسیاری از تأسیسات ساختمانی و صنعتی استفاده می‌شود. با این حال، برای انتخاب سطح مقطع مناسب، فقط دانستن جریان مصرف‌کننده کافی نیست؛ طول مسیر نیز باید بررسی شود.
با افزایش طول کابل، مقاومت الکتریکی کل مسیر افزایش می‌یابد و افت ولتاژ بیشتر می‌شود. در نتیجه، ممکن است کابلی که از نظر حرارتی برای جریان موردنظر مناسب است، به دلیل طول زیاد مسیر به سطح مقطع بزرگ‌تری نیاز داشته باشد.
در این جدول، سطح مقطع کابل و طول مسیر را با یکدیگر مقایسه کنید. پیش از استفاده از مقادیر، مشخص کنید که جدول بر اساس چه جریان، ولتاژ و میزان افت ولتاژی تهیه شده است؛ زیرا جدول‌های متراژ ممکن است شرایط محاسباتی متفاوتی داشته باشند.
مثال کاربردی انتخاب کابل مسی
فرض کنید قرار است یک دستگاه برقی در فاصله ۱۰۰ متری تابلو برق نصب شود. اگر جریان مصرفی دستگاه مشخص باشد، باید ابتدا جریان طراحی مدار را محاسبه کنید. سپس جریان مجاز کابل را با توجه به شرایط نصب بررسی کرده و افت ولتاژ مسیر را محاسبه کنید.
اگر افت ولتاژ از محدوده مجاز طراحی بیشتر باشد، ممکن است لازم باشد سطح مقطع کابل را افزایش دهید؛ حتی اگر جریان مجاز حرارتی آن برای بار موردنظر کافی باشد.
بنابراین، برای انتخاب کابل در مسیرهای طولانی، هم جدول جریان مجاز و هم محاسبه افت ولتاژ اهمیت دارند.
جدول جریان مجاز سیم و کابل آلومینیومی بر اساس متراژ
کابل آلومینیومی در برخی شبکه‌های توزیع برق و پروژه‌های صنعتی استفاده می‌شود. وزن کمتر آلومینیوم نسبت به مس یکی از ویژگی‌های آن است، اما رسانایی الکتریکی آلومینیوم نیز از مس کمتر است.
به همین دلیل، در شرایط مشابه ممکن است برای انتقال توان یکسان به سطح مقطع بزرگ‌تری از کابل آلومینیومی نیاز باشد. همچنین نوع اتصالات، تجهیزات سازگار با آلومینیوم و الزامات نصب باید در انتخاب آن بررسی شوند.
برای انتخاب کابل آلومینیومی، از جدول مخصوص همین نوع هادی استفاده کنید. مقادیر جدول کابل مسی را نمی‌توان مستقیماً برای کابل آلومینیومی به کار برد.
در مسیرهای طولانی، علاوه بر جریان مجاز، افت ولتاژ کابل آلومینیومی نیز باید محاسبه شود. انتخاب نهایی باید با توجه به مشخصات کابل، جریان بار و شرایط نصب انجام شود.
جدول جریان مجاز کابل افشان
کابل افشان از رشته‌های نازک هادی تشکیل شده و به دلیل انعطاف‌پذیری، در برخی تجهیزات برقی، ماشین‌آلات و کاربردهایی که نیاز به حرکت یا خم‌شدن کابل دارند، استفاده می‌شود.
با این حال، افشان بودن کابل به‌تنهایی به معنای بیشتر یا کمتر بودن جریان مجاز آن نیست. ظرفیت جریان‌دهی به سطح مقطع، جنس هادی، نوع عایق، ساختار کابل و روش نصب وابسته است.
هنگام انتخاب کابل افشان، مشخصات فنی محصول و کاربرد تعریف‌شده برای آن را بررسی کنید. همچنین جریان مجاز پیوسته را با تحمل جریان اتصال کوتاه در مدت کوتاه اشتباه نگیرید؛ این دو مقدار مفهوم و کاربرد متفاوتی دارند.
جریان اتصال کوتاه باید در چارچوب هماهنگی حفاظتی، مدت عملکرد وسیله حفاظتی و محدودیت حرارتی کابل بررسی شود.
جدول جریان مجاز سیم بر اساس سطح مقطع
سطح مقطع یکی از اصلی‌ترین مشخصات سیم و کابل است و معمولاً با واحد میلی‌متر مربع بیان می‌شود. سطح مقطع‌های متداول شامل ۱٫۵، ۲٫۵، ۴، ۶، ۱۰ و ۱۶ میلی‌متر مربع هستند. در کاربردهای صنعتی و جریان‌های بالاتر نیز از سطح مقطع‌های بزرگ‌تر استفاده می‌شود.
در جدول جریان مجاز سیم، ممکن است برای یک سطح مقطع چند مقدار متفاوت ارائه شده باشد. علت این تفاوت معمولاً به شرایط نصب مربوط است؛ برای مثال، سیم داخل لوله، کابل روکار و هادی نصب‌شده در هوای آزاد شرایط دفع حرارت یکسانی ندارند.
به همین دلیل، هنگام انتخاب سیم برای مدار روشنایی، پریز یا تجهیزات صنعتی، فقط سطح مقطع را ملاک قرار ندهید. روش نصب، جریان بار، وسیله حفاظتی و افت ولتاژ نیز باید بررسی شوند.
جدول جریان مجاز سیم‌های عایق‌دار و کابل‌های سیم‌کشی
سیم‌های عایق‌دار و کابل‌های سیم‌کشی با توجه به نوع عایق، تعداد رشته‌ها و روش نصب، ظرفیت جریان‌دهی متفاوتی دارند. برای نمونه، سیم نصب‌شده داخل لوله با کابلی که در هوای آزاد نصب می‌شود، از نظر دفع حرارت شرایط یکسانی ندارد.
در استفاده از این جدول باید به دمای مجاز هادی، نوع سیم یا کابل و دمای محیط توجه کرد. مقادیر جدول فقط در محدوده شرایط مرجع معتبر هستند و برای شرایط متفاوت ممکن است به اصلاح محاسبات نیاز باشد.
برای انتخاب کابل در ساختمان یا محیط صنعتی، لازم است ظرفیت جریان‌دهی با جریان طراحی مدار هماهنگ باشد و حفاظت مناسب نیز در نظر گرفته شود.
جریان مجاز سیم و کابل چگونه محاسبه می‌شود؟
برای انتخاب سیم و کابل، ابتدا باید جریان موردنیاز مصرف‌کننده مشخص شود. اگر توان و ولتاژ دستگاه را بدانید، می‌توانید جریان تقریبی را محاسبه کنید.
در مدار DC یا مدار تک‌فاز با فرض‌های مناسب، رابطه ساده محاسبه جریان به شکل زیر است:
جریان = توان ÷ ولتاژ
برای مثال، اگر دستگاهی با توان ۲۳۰۰ وات به برق تک‌فاز ۲۳۰ ولت متصل باشد و ضریب توان و راندمان را برابر یک فرض کنیم:
۲۳۰۰ ÷ ۲۳۰ = ۱۰ آمپر
پس جریان تقریبی دستگاه ۱۰ آمپر خواهد بود.
در مدارهای سه‌فاز متعادل، برای محاسبه جریان از رابطه زیر استفاده می‌شود:
جریان = توان واقعی ÷ (√۳ × ولتاژ خط × ضریب توان)
در صورت محاسبه جریان بر اساس توان خروجی موتور، راندمان دستگاه نیز باید لحاظ شود. برای موتورهای الکتریکی، جریان راه‌اندازی و شرایط بهره‌برداری هم ممکن است در انتخاب کابل و وسیله حفاظتی مؤثر باشند.
پس از محاسبه جریان، باید کابل مناسب را با استفاده از جدول جریان مجاز، شرایط نصب، ضرایب تصحیح و محاسبه افت ولتاژ انتخاب کرد.
چه عواملی بر جریان مجاز سیم و کابل تأثیر می‌گذارند؟
چند عامل اصلی در تعیین جریان مجاز کابل نقش دارند:
- سطح مقطع هادی: معمولاً با افزایش سطح مقطع، مقاومت هادی کاهش می‌یابد و ظرفیت عبور جریان افزایش پیدا می‌کند.
- جنس هادی: کابل مسی و آلومینیومی به دلیل تفاوت در رسانایی الکتریکی، ظرفیت جریان‌دهی یکسانی ندارند.
- نوع عایق: حداکثر دمای مجاز هادی به مشخصات عایق کابل بستگی دارد.
- دمای محیط: افزایش دمای محیط می‌تواند جریان مجاز کابل را کاهش دهد.
- روش نصب: نصب در هوا، داخل لوله، روی سینی یا داخل زمین شرایط حرارتی متفاوتی ایجاد می‌کند.
- تجمع کابل‌ها: قرار گرفتن چند کابل در کنار یکدیگر ممکن است دفع حرارت را کاهش دهد.
- طول مسیر: طول بیشتر معمولاً افت ولتاژ را افزایش می‌دهد و ممکن است انتخاب سطح مقطع بزرگ‌تر را ضروری کند.
نکات مهم در انتخاب سطح مقطع مناسب سیم و کابل
برای انتخاب کابل مناسب، مراحل زیر را دنبال کنید:
۱. توان مصرف‌کننده و ولتاژ تغذیه را مشخص کنید و جریان طراحی مدار را به دست آورید.
۲. طول مسیر کابل را اندازه بگیرید و افت ولتاژ را بررسی کنید.
۳. جنس هادی، نوع عایق و ساختار کابل را متناسب با کاربرد انتخاب کنید.
۴. جدول جریان مجاز متناسب با روش نصب و تعداد هادی‌های باردار را بررسی کنید.
۵. در صورت تفاوت شرایط محیط با شرایط مرجع جدول، ضرایب تصحیح لازم را اعمال کنید.
۶. هماهنگی جریان بار، ظرفیت جریان‌دهی کابل و وسیله حفاظتی را بررسی کنید.
در پروژه‌های صنعتی، مدارهای موتوری و مسیرهای دارای جریان بالا، بهتر است انتخاب نهایی بر اساس محاسبات فنی و الزامات استاندارد انجام شود.