راهنمای تخصصی سیم و کابل برق، اصول اولیه، مفاهیم و بررسی انواع سیم و کابل برق

راهنمای تخصصی سیم و کابل برق و بررسی انواع سیم و کابل برق

انواع سیم و عایق

یکی از اجزای نادیده گرفته شده یا کم اهمیت در طراحی‌های برق، انتخاب و سایزینگ مناسب کابل یا هادی‌های برق است، زیرا طراحان اغلب بر این باورند که حداقل سایزهای تعیین شده توسط NEC (کد ملی برق) کفایت می‌کند. این امر به عنوان مثال برای موتورهای پمپ شناور که ممکن است برای عملکرد موثر به هزاران متر کابل نیاز داشته باشند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. در ادامه این مطلب، انواع سیم و عایقی را که برای انتقال نیروی برق استفاده می‌شود، مورد بررسی قرار خواهیم داد.

خواص اولیه رسانا

رساناهای الکتریکی با دو مقدار مخالف تعریف می‌شوند: مقاومت ویژه، بر حسب اهم، با حرف یونانی rho (ρ) نشان داده می‌شود و مقاومت در برابر جریان الکتریکی. مقاومت ویژه برای ماده‌ای با سطح مقطع یکنواخت از معادلۀ زیر بدست می‌آید:

ρ = RA/l

که در آن:

R مقاومت الکتریکی است

A سطح مقطع است

l طول ماده است.

برعکس، هدایت الکتریکی، بر حسب زیمنس، معمولاً با حرف یونانی sigma (σ) نشان داده می‌شود. اما گاهی اوقات، از کاپا (κ) و گاما (γ) هم استفاده می‌شود. معکوس مقاومت ویژه (۱/ρ)، اندازه گیری مقدار جریان الکتریکی است که یک ماده می‌تواند حمل کند یا توانایی آن برای حمل جریان است.

سیم و کابل مس یا سیم و کابل آلومینیوم؟

در اکثر صنایع مانند صنعت چاه آب و پمپ آب، دو نوع اصلی هادی الکتریکی وجود دارد: مس و آلومینیوم. مس به استثنای نقره، رایج‌ترین فلز رسانا است که در خدمات الکتریکی صنعتی، کشاورزی و مسکونی و همچنین استاندارد بین المللی تثبیت شده استفاده می‌شود.

استاندارد بین المللی مس آنیل شده (IACS) در سال 1913 برای مقایسۀ هدایت الکتریکی سایر فلزات با مس اتخاذ شد. بر اساس این استاندارد، مس آنیل شده با خلوص تجاری دارای هدایت پایه 100% IACS تعریف شد.

مس خالص تجاری که امروزه تولید می‌شود، به احتمال زیاد دارای مقادیر هدایت IACS بالاتری خواهد بود، زیرا فناوری پالایش و فرآوری در طول قرن گذشته به طور قابل توجهی بهبود یافته است. علاوه بر هدایت الکتریکی برتر مس، این فلز دارای استحکام کششی، هدایت حرارتی و خواص انبساط حرارتی بالاتری نسبت به سایر فلزات رسانا است.

سیم مسی آنیل شده که برای مصارف الکتریکی استفاده می‌شود، الزامات «ASTM B-3: مشخصات سیم مسی نرم یا آنیل شده» و «ASTM B-8: هادی‌های رشته‌ای» را برآورده می‌کند.

اگرچه مس سابقه طولانی به عنوان ماده اصلی برای هدایت الکتریسیته دارد، اما آلومینیوم مزایای ذاتی خاصی دارد که آن را برای کاربردهای خاص جذاب و مفید می‌کند. در حالی که آلومینیوم تنها 61 درصد از هدایت الکتریکی مس را داراست، اما از نظر حجمی تنها 30 درصد وزن مس را دارد. این بدان معناست که یک سیم آلومینیوم بدون روکش، نصف وزن یک سیم مسی بدون روکش را دارد، در حالی که مقاومت الکتریکی آن یکسان است.

آلومینیوم به طور کلی در مقایسه با هادی‌های مسی از نظر اقتصادی نیز به صرفه‌تر است. این دو عامل باعث می‌شود آلومینیوم برای کابل‌های هوایی و دفن شده در مسافت‌های طولانی جذاب باشد. هادی‌های آلومینیومی از آلیاژهای مختلفی تشکیل شده‌اند که به عنوان سری ASTM B-230: AA-1350 و ASTM B-800 و B-801: سری AA-8000 شناخته می‌شوند.

در دهه‌های 1960 و 1970، به دلیل قیمت بالای مس نسبت به آلومینیوم، از آلومینیوم گرید AA-1350 برای سیم‌کشی خانگی زیاد استفاده می‌شد. با این حال، به دلیل کیفیت پایین اتصالات و تفاوت‌های فیزیکی و الکتریکی بین آلومینیوم و مس، اتصالات با مقاومت بالا و خورنده به سرعت تشکیل می‌شدند که خطر آتش‌سوزی در پی داشتند.

در پاسخ، آلیاژهای آلومینیوم برای داشتن خواص خزش و کشیدگی بیشتر شبیه به مس تولید شدند. در نهایت، سری AA-8000 وارد خط تولید شد. در حال حاضر، هادی‌های آلومینیومی جامد #8، #10 و #12 AWG باید از مواد هادی آلیاژ آلومینیوم درجه الکتریکی سری AA-8000 ساخته شوند.

هادی‌های آلومینیومی رشته‌ای سایز #8 AWG تا 1000 میل دایره‌ای (kcmil) با مارک‌های  RHH، RHW، XHHW، XHHN، XHWN، THW، THHW، THWN، THHN، سیم‌های ورودی برق  Type SE سبک U و  SE سبک R  اکنون از مواد هادی آلیاژ آلومینیوم درجه الکتریکی سری AA-8000 ساخته می‌شوند. طبق مبحث 310 از  قانون ملی برق  نسخه 2023 که شامل هادی‌ها تا ولتاژ 2000 ولت می‌شود، این سری از آلیاژها تنها هادی‌های آلومینیومی مجاز برای استفاده به صورت تک‌رشته یا چندرشته هستند.

بیشتر بخوانید: نکات و راهنمای خرید کابل برق مناسب فضای باز

هدایت‌های آلومینیومی نسبت به مس نرم‌تر بوده و در صورت سهل‌انگاری، بیشتر مستعد آسیب دیدن هستند؛ بنابراین، هنگام سیم‌لخت کردن یا اتصال، باید دقت کافی به خرج داد تا به هادی بریدگی یا خراشی وارد نشود. هرگونه بریدگی یا خراش در محل اتصال، منجر به ایجاد اتصالی ضعیف می‌شود که ممکن است باعث شکستن هادی یا ایجاد گرمای بیش از حد شود.

علاوه بر این، اتصالات برقی با هادی‌های آلومینیومی باید به طور مرتب بررسی و سفت شوند، زیرا چرخه‌های گرما که ایجاد می‌شوند، منجر به چرخه‌های انبساط و انقباض شده و ممکن است باعث شل شدن اتصال گردند. در همۀ موارد، اتصالات و سر سیم‌هایی که برای هادی‌های آلومینیومی استفاده می‌شوند، باید برای استفاده با سیم آلومینیوم ساخته شده باشند.

اکسیداسیون فرآیندی است که می تواند بر هر دو هادی آلومینیومی و مسی تأثیر منفی بگذارد و آن‌ها را تخریب کند. هنگامی که فرآیند اکسیداسیون آغاز شود، عملاً غیرممکن است که به طور مؤثر آن را متوقف کرد و عمر مفید هادی را افزایش داد. جلوگیری از اکسیداسیون با استفاده از هادی مسی قلع اندود (پوشیده شده با قلع) یا ترکیب ضد اکسیداسیون (خمیر) برای اتصالات آلومینیومی اغلب عملی‌ترین راه حل است.

گاهی اوقات، اکسیداسیون شدید مس بلافاصله پس از تولید و حتی قبل از نصب شروع می‌شود. به طور کلی، فرآیند تخریب تقریباً نامرئی است. به همین خاطر، نباید اجازه داد کار از کار بگذرد.

یک هادی مسی یا آلومینیومی که به شدت اکسید شده باشد دیگر قابل استفاده نیست زیرا راندمان الکتریکی خود را از دست می‌دهد، بیشتر در معرض شکستگی قرار می‌گیرد و ایمنی را به خطر می‌اندازد. اکسید مس (مس اکسید) ظاهری سبز و متمایز ایجاد می‌کند. این در حالی است که محصول جانبی ناشی از خوردگی آلومینیوم (اکسید آلومینیوم) به طور معمول ظاهری سفید، خاکستری، صورتی یا قهوه‌ای از خود بر جا می‌گذارد.

اتصالات دارای درجه‌بندی برای استفاده با هادی‌های آلومینیومی اغلب می‌توانند با مس نیز استفاده شوند و با رتبه‌بندی دوگانه مانند AL/CU یا AL7CU مشخص می‌شوند، به این معنا که این نوع کانکتور برای استفاده با هادی‌های مسی یا آلومینیومی در دمای عملیاتی 75 درجۀ سانتیگراد (167 درجۀ فارنهایت) مناسب است.

کانکتورهایی که برای اتصال هادی‌های مسی به آلومینیومی استفاده می‌شوند، باید برای این کاربرد تایید شده باشند و به یک زین (عایق) جداکننده یا محفظه مجهز باشند که از فعل و انفعال الکتروشیمیایی بین دو فلز جلوگیری کند.

بدون توجه دوره‌ای، گرمایی که در این اتصالات ایجاد می‌شود به سرعت منجر به اکسیداسیون و خوردگی هادی آلومینیومی یا شل شدن کانکتور با فشارگیری به دلیل الکترولیز ناشی از اتصال مستقیم بین فلزات غیرمشابه خواهد شد. برای کاربردهایی که نیاز به لحیم کاری اتصالات است، مس یا مس قلع شده ترجیح داده می‌شود، زیرا لحیم کاری موثر آلومینیوم با کارایی بالا است.

برخلاف آلومینیوم، هادی‌های مسی اغلب زمانی که عایق آن‌ها خراشیده می‌شود یا آسیب جزئی می‌بیند، توانایی خود ترمیمی دارند. لایه اکسیدی که روی یک هادی یا اتصال مسی در معرض دید تشکیل می‌شود، اغلب به عایق‌بندی هادی از آسیب الکتریکی بیشتر کمک می‌کند.

از طرف دیگر، یک هادی آلومینیومی در معرض دید به طور کلی از این اکسیداسیون به سرعت دچار خوردگی شده و در نهایت منجر به خرابی هادی یا اتصال می‌گردد. به خاطر همین مشکل، از خمیر یا ترکیب ضد اکسیداسیون روی اتصالات، سر سیم‌ها یا کانکتورهای سیم‌کشی آلومینیومی استفاده می‌شود.

توصیه می‌شود از خمیرهای بندکنندۀ هادی برای اتصالات سیم‌پیچ و از خمیر بندکنندۀ آلومینیوم برای آلومینیوم، روکش مس و هادی مسی استفاده شود. این خمیر برای کند کردن اکسیداسیون در محل اتصال هادی به کانکتور استفاده می‌شود. این ترکیبات در صورت استفاده طبق دستورالعمل‌های سازنده، به فلز هادی، عایق یا تجهیزات آسیب نمی‌رسانند. با این حال، قبل از استفاده، مطمئن شوید که خمیر از نظر دمای کار، نوع کاربرد، هادی و اتصال، دارای تأییدیۀ UL است.

در مواردی که احتمال خوردگی هادی‌های مسی نیز زیاد است، استفاده از مس قلع اندود کاری‌شده (ASTM B-33) پیشنهاد می‌شود. مس قلع اندودشده مانند مسی است که با یک لایۀ قلع (لحیم) پوشانده شده است تا در صورت قرار گرفتن در معرض محیط‌های بالقوۀ مضر، از کیفیت فلز محافظت کند و طول عمر آن را افزایش دهد.

قلع به عنوان یک لایۀ محافظت اضافی در برابر خوردگی، اکسیداسیون و تأثیر مخرب دماهای بالا عمل می‌کند و به وفور در محیط‌هایی با رطوبت بالا، گازهای خورنده و برای کاربردهای دفنی مستقیم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیم مسی قلع اندود شده ممکن است از چندین هادی مسی قلع اندود شده یا یک سیم تک تشکیل شده باشد. از آنجایی که قلع فلزی به رنگ نقره‌ای است، کل هادی ظاهری نقره‌ای رنگ دارد. قلع یکی از اقتصادی‌ترین فلزات با خواص محافظتی لازم است.

بیشتر بخوانید: آموزش نحوه تشخیص کابل آلومینیومی یا سیم آلومینیومی

سیم و کابل مفتولی یا سیم و کابل رشته‌ای؟

هدایت‌گرهای الکتریکی معمولا به صورت مفتولی (توپر) یا رشته‌ای (افشان) در دسترس هستند، اگرچه هادی‌های بزرگ‌تر عموما رشته‌ای بوده و با انواع مختلفی از ساختارهای رشته‌ای ساخته می‌شوند. سیم‌های مفتولی به‌صرفه، مقاوم در برابر آب و هوا، آسان برای استفاده و ضد خوردگی هستند. با این حال، سیم مفتولی در کاربردهایی که در معرض حرکت و لرزش بیشتری قرار می‌گیرد، مانند اتصالات موتور، بیشتر در معرض خستگی و شکستگی قرار دارد.

اگر تعداد زیادی از سیم‌های نازک‌تر به هم تابیده یا کنار هم قرار داده شوند و به صورت یکپارچه در کنار هم قرار گیرند، یک هادی منفرد به تعدادی هادی نازک‌تر تبدیل می‌شود. به سیمی که به دست می‌آید، سیم رشته‌ای می‌گویند. سیم‌های رشته‌ای معمولاً در مقابل خم‌های تند، انعطاف‌پذیرتر و سازگارتر هستند، اگرچه هر دو نوع سیم مذکور در صورت خم شدن مکرر یا شدید ممکن است از بین بروند.

هدایت‌گرهای مفتولی مقاومت DC کمی پایین‌تر از هدایت‌گرهای رشته‌ای دارند، اما این تفاوت ناچیز است و یک مسئلۀ مهم به حساب نمی‌آید. مقاومت سیم رشته‌ای کمی بیشتر از سیم مفتولی با سطح مقطع یکسان است.

از آنجایی که سیم رشته‌ای مارپیچ است، هر رشته از سیم نهایی بلندتر است. هرچه اندازۀ هادی بیشتر باشد، نقش اثر پوستی در ایجاد اختلاف در مقاومت کمتر می‌شود. اثر پوستی تمایل جریان AC برای توزیع شدن در داخل یک هادی است به گونه‌ای که چگالی جریان در نزدیکی سطح هادی بیشتر است و با افزایش عمق در هادی به صورت نمایی کاهش می‌یابد.

این موضوع به نوع رشته‌بندی مرتبط است، به طوری که هر نوع رشته‌بندی متحدالمركز نسبت به یک هادی مفتولی مقاومت بالاتری را نشان می‌دهد.

به عنوان مثال، یک هادی مفتولی 15 درصد مقاومت کمتری نسبت به کابل رشته‌ای متحدالمركز گرد دارد. بین اختلاف مقاومت با مساحت واقعی هادی همبستگی وجود ندارد. اینطور به نظر می‌رسد که روش تابیدگی سیم و طول آن از جمله عوامل اصلی هستند.

به احتمال زیاد، نوعی برهم‌کنش بین تماسی که بین رشته‌ها رخ می‌دهد و پیکربندی رشته‌بندی وجود دارد که باعث افزایش مقاومت در سیم‌های چندلايه می‌شود.

سیم و کابل برق

سیم‌های برق معمولا تک‌رسانا و از جنس آلومینیوم یا مس هستند. آن‌ها می‌توانند بدون روکش یا با روکش عایق نازکی از جنس ترموپلاستیک یا ترموست باشند. روکش بیرونی سیم‌ها رنگی است تا مشخص کند سیم از نوع نول، ارت یا فاز (داغ) در تاسیسات برقی است.

کابل‌ها (شکل ۲) معمولا شامل سیم نول، سیم ارت و حداقل یک سیم فاز هستند که به هم تابیده یا متصل شده‌اند. یک کابل بسته به کاربردش ممکن است سیم‌های بسیار بیشتری داشته باشد. سیم‌های منفرد در یک کابل با عایق رنگ‌بندی‌شده خودشان پوشانده شده‌اند. سپس گروه سیم‌ها درون یک روکش بیرونی قرار می‌گیرند تا یک کابل واحد را تشکیل دهند.

رتبه بندی ولتاژ

مورد اول، ولتاژ قابل استفاده برای هادی‌ها و کابل‌ها بر اساس تأییدیه مقام محلی «ذیصلاح» (AHJ) که معادل بازرس برق است، تعیین می‌شود.

با صرف‌نظر از ادعاهای نصاب یا اطلاعات تأییدکننده از سوی سازنده، AHJ همیشه حرف آخر را در تفسیر کد برق می‌زند؛ بنابراین، اطمینان حاصل کنید که رتبه‌بندی ولتاژ کابل‌های برق پیشنهادی با این تفسیرها سازگار و مطابق است.

برای مثال رتبه‌بندی ولتاژ هادی‌ها و کابل‌های مورد استفاده در اکثر کارهای چاه آب، عموماً در چهار دسته قرار می‌گیرد:

• 600 تا 100 ولت VAC
• 1001 تا 2000 VAC
• 2001 تا 5000 VAC
• 5001 تا 35000 VAC

استاندارد ملی برق (NEC) برای دهه‌ها سیستم برق کم‌ولتاژ را بر اساس کد بین‌المللی برق (IEC) با ولتاژ کمتر از 600 ولت تعریف می‌کرد. اما در حال حاضر، یک سیستم برق کم‌ولتاژ به عنوان یک سیستم الکتریکی در نظر گرفته می‌شود که ولتاژ جریان متناوب مؤثر (RMS) آن حداکثر 1000 ولت یا کمتر است.

حداکثر رتبه‌بندی ولتاژ یک هادی یا کابل، عددی است که روی عایق حک شده است، مانند عدد 600 که نشان می‌دهد حداکثر ولتاژ قابل حمل توسط این سیم، 600 ولت است. اجازه عبور هادی‌های سیستم AC با ولتاژهای کاری مختلف از یک مجرای مشترک وجود دارد، به شرطی که همۀ هادی‌ها دارای رتبه‌بندی ولتاژ مشترک برای بالاترین ولتاژ باشند.

هرگز نباید هادی‌های سیستم AC و DC غیر مشابه را با هم هدایت کرد زیرا القای AC ممکن است بر عملکرد هادی DC تأثیر بگذارد. به عنوان مثال از آنجایی که اکثر سیستم‌های پمپاژ کشاورزی، شهری و صنعتی از منبع تغذیۀ سه فاز با ولتاژ کمتر از 600 ولت (280، 240، 480 و 575 ولت) استفاده می‌کنند، اکثر هادی‌ها و کابل‌های برق موجود نیز برای همین حداکثر ولتاژ رتبه‌بندی شده‌اند.

برای کسانی که با سیستم‌های ولتاژ بالاتر از 2000 ولت کار می‌کنند تا از موتورهای با اسب بخار و ولتاژ بهره بگیرند، اکنون کابل ولتاژ متوسط (نوع MV) در بخش 311 استاندارد ملی برق (NEC) گنجانده شده است. این نوع کابل به عنوان «یک کابل عایق تک‌رسانا یا چندرسانا با دی‌الکتریک جامد با رتبه‌بندی ولتاژ از 2001 ولت تا 35000 ولت اسمی» تعریف می‌شود.

الزامات این بخش جدید در مورد هادی‌هایی که جزء لاینفک تجهیزات مانند موتورها، کنترل‌کننده‌های موتور و تجهیزات مشابه هستند، یا هادی‌هایی که به‌طور خاص در جای دیگری از استاندارد ملی برق (NEC) ذکر شده‌اند، اعمال نمی‌شود.

بدیهی است که تلفات ولتاژ تاثیر قابل توجهی بر اندازۀ کابل خواهد داشت. در طول فرآیند تعیین اندازۀ کابل، ممکن است متوجه شوید که آمپراژ کابل موتور در سطحی پایین است. این یعنی شما ممکن است تصور کنید که می‌توانید از این کابل به عنوان کابل دراپ استفاده کنید. هر چند، قبل از هر چیز، باید با مقام مسئول ذی صلاح یا همان AHJ مشورت کرد.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع انتخاب و خرید کابل افشان باکیفیت

رتبه بندی و انواع عایق

عایق سیم، یک لایۀ بیرونی حیاتی است که برای محافظت از سیم‌ها در برابر شرایط بیرونی روی آن‌ها اعمال می‌شود. عایق یا روکش به طور همزمان از نشت جریان از سیم‌ها به محیط اطراف جلوگیری می‌کند.

برای اینکه سیم در کاربردها و شرایط مختلفی مورد استفاده قرار گیرد، عایق آن را در انواع و مواد مختلفی می‌‎سازند. پنج نوع مختلف از کابل‌ها و هادی‌های الکتریکی بر اساس مواد عایق عبارتند از:

• کابل‌های عایق ترموست (لاستیکی)
• کابل‌های عایق ترموپلاست (PVC)
• کابل‌های عایق کاغذی
• کابل‌های عایق XLPE
• کابل‌های عایق معدنی

عایقی که برای پوشاندن هادی‌های سیم‌کشی الکتریکی و سیم‌های قابل حمل استفاده می‌شود، بر اساس حداکثر دمایی که می‌تواند به طور مداوم تحمل کند، رتبه‌بندی می‌شود. رتبه‌بندی‌های استاندارد بر حسب درجۀ سانتیگراد (°C) نشان داده می‌شوند، از جمله:

• 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت)
• 75 درجه سانتیگراد (167 درجه فارنهایت)
• 90 درجه سانتیگراد (194  درجه فارنهایت)
• 105 درجه سانتیگراد (221 درجه فارنهایت)

رایج‌ترین رتبه‌بندی برای کابل‌های قابل غوطه‌ور در آب، 75 درجۀ سانتیگراد و 90 درجۀ سانتیگراد است.

توانایی حمل جریان اساسی یک هادی تابع موارد زیر است:

• نوع هادی: مس یا آلومینیوم
• سطح مقطع هادی بر حسب میل گرد
• درجه حرارت عایق بر حسب درجۀ سانتیگراد (°C)
• دمای محیط بر حسب درجۀ سانتیگراد (°C)
• تعداد هادی‌های دارای انرژی در مجرا یا سیم

کاستن ظرفیت جریان (Derating) برای دماهای محیط بالاتر و تعداد هادی‌های دارای انرژی درون داکت (conduit fill) اغلب الزامی است و به طور بالقوه تمامی هادی‌ها تحت تاثیر این فرآیند قرار می‌گیرند. هرچه درجه حرارت عایق یک هادی بالاتر باشد، ظرفیت جریان مجاز آن نیز افزایش می‌یابد. با این حال، با افزایش دمای محیط، ظرفیت جریان مجاز هادی (از مقدار پایۀ آن در دمای 30 درجۀ سانتیگراد) کاهش می‌یابد.

برای مثال، ظرفیت جریان مجاز یک هادی مسی شماره 6 با عایق با درجۀ حرارت 90 درجۀ سانتیگراد به صورت تئوری بالاتر از ظرفیت جریان مجاز یک هادی مسی شماره 6 با عایق با درجۀ حرارت 60 درجۀ سانتیگراد خواهد بود. با این حال، درجۀ حرارت ترمینال (محل اتصال سیم در دو سر) نیز باید برای تحمل دمای بالاتر کارکرد رتبه‌بندی شود. در غیر این صورت، به طور پیش فرض، هادی باید بر اساس درجۀ حرارت ترمینال یا تجهیزات محدود شود.

این موضوع اغلب به هنگام استفاده از هادی‌های با تحمل حرارت بالاتر در تجهیزات قدیمی با درجۀ حرارت پایین‌تر، مانند قطع کننده‌های مدار قدیمی، به یک مشکل تبدیل می‌شود. به خاطر داشته باشید که هیچ عایق سیم کاملی برای تمام کاربردها در دسترس نیست. درعوض، بهتر است به الزامات هر کاربرد – از جمله دمای کار مجاز تجهیزات الکتریکی، الزامات کاستن ظرفیت جریان و آمپراژ مجاز – توجه کنید. همینطور، نوع عایق سیم هم باید به درستی انتخاب شود.

انواع عایق برای هادی‌های الکتریکی معمولاً به عنوان ترموست (لاستیکی) (UL 44)، ترموپلاست (پلاستیک) (UL 83)، یا فلوئوروپلیمر (UL83A) طبقه‌بندی می‌شوند. پلاستیک‌های ترموست و ترموپلاست هر دو پلیمر هستند، اما در معرض گرما رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند. ترموپلاستیک‌ها پس از سفت شدن می‌توانند در اثر حرارت ذوب شوند، در حالی که پلاستیک‌های ترموست پس از سفت شدن شکل خود را حفظ کرده و در برابر حرارت، به شکل جامد باقی می‌مانند.

ترموست ماده‌ای است که در صورت قرار گرفتن در معرض حرارت و فشار، نرم، روان یا کج نمی‌شود. پس از اکسترود شدن روی یک هادی، این ترکیبات ذوب مجدد نمی‌شوند، اما در اثر حرارت بیش از حد ممکن است بسوزند یا خراب شوند.

رایج‌ترین انواع سیم‌های الکتریکی در کاربردهای الکتریکی معمولاً از جنس عایق ترموپلاستیک روکش نایلونی با مقاومت حرارتی بالا (75 درجۀ سانتیگراد یا 90 درجۀ سانتیگراد) هستند.

این سیم‌ها اغلب با برچسب نوع دوگانه THHN/THWN، جنس، حداکثر ولتاژ و گیج (ضخامت) شناسایی می‌شوند.

معنی هر حرفی که در برچسب سیم استفاده می شود در زیر نشان داده شده است:

• T: عایق ترموپلاستیک، یک مادۀ مقاوم در برابر آتش
• H: مقاوم در برابر حرارت؛ قادر به تحمل دما تا 75 درجۀ سانتیگراد (167 درجۀ فارنهایت)
• E: روکش الاستومری
• F: فیدر (تغذیه کننده)
• HH: بسیار مقاوم در برابر حرارت؛ قادر به تحمل دما تا 90 درجۀ سانتیگراد (194 درجۀ فارنهایت)
• W: مرطوب یا تایید شده برای شرایط آب و هوایی (یعنی مکان های مرطوب و خیس)؛ همچنین برای مکان‌های خشک مناسب است
• X: عایق ترموست؛ ساخته شده از یک پلیمر مصنوعی یا معادل لاستیک که ضد شعله است
• N: روکش نایلونی برای مقاومت بیشتر در برابر روغن و بنزین
• NM: کابل روکش‌دار غیرفلزی؛ کابل ترموپلاستیک
• O: روکش خارجی مقاوم در برابر روغن (سیم قابل حمل)
• OO: روکش خارجی و عایق داخلی مقاوم در برابر روغن (سیم قابل حمل)
• R: عایق لاستیکی
• U: کابل زیرزمینی
• SE: ورودی سرویس
• V: سیم خلاء (سیم های قابل حمل)؛ برای 300 ولت رتبه‌بندی شده است
• پسوند -2: تایید شده برای مکان های مرطوب 90 درجۀ سانتیگراد (مانند THWN-2)

برای مثال، درجه بندی UF نشان دهندۀ کابل تغذیۀ زیرزمینی است؛ درجه بندی THHN یک عایق ترموپلاستیک بسیار مقاوم در برابر حرارت با روکش بیرونی نایلونی است؛ و عایق RHW یک عایق لاستیکی، مقاوم در برابر حرارت و تایید شده برای مکان‌های مرطوب را نشان می‌دهد.

درک کامل تک تک حروف موجود از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

برای مثال، یکی از رایج ترین انواع سیم، THW، برای تحمل دما تا 75 درجۀ سانتیگراد در مکان‌های مرطوب ساخته شده است. این کد برای کابل‌های داخل آب و زیردریایی مناسب است. اما نوع THHN، در حالی که برای 90 درجۀ سانتیگراد تایید شده است، فقط برای مکان‌های خشک قابل استفاده است، زیرا حرف W در آن وجود ندارد.

از طرف دیگر، نوع THWN به طور کلی می‌تواند دماهای بالاتر را در هر دو شرایط خشک و مرطوب تحمل کند. به عنوان مثال عایق تمام کابل‌های پمپ شناور باید شامل حرف W در مشخصاتش باشد.

• نوع G: سیم قابل حمل خدمات معدن با کار سنگین و گرد با سه یا چهار هادی. برای 2000 VAC رتبه‌بندی شده است.
• نوع J: سیم‌های قابل حمل خدمات نیمه سنگین (پرتابل). برای 300 ولت رتبه‌بندی شده است.
• نوع MP: کابل با رتبه‌بندی معدن ولتاژ بالا برای کاربردهای دفن مستقیم 5-35 کیلوولت
• نوع W: کابل برق قابل حمل لاستیکی سنگین با دو تا پنج هادی برای خدمات فضای باز
• نوع S: سیم‌های قابل حمل خدمات بسیار سنگین (پرتابل). برای 600 ولت رتبه‌بندی شده است.

بیشتر بخوانید: کابل شیلد دار چیست و چه کاربردی دارد؟

اندازه گیری هادی

علاوه بر ملاحظات اساسی که به تازگی ذکر شد، اندازۀ هادی مورد نیاز برای تغذیۀ یک مدار عمدتا بر اساس سه عامل است:

• ظرفیت حمل جریان خالص (آمپاسيتی) هادی انتخاب شده (پس از کاهش ظرفیت جریان)
• جریان اتصال کوتاه
• افت ولتاژ

ظرفیت حمل جریان کابل در درجۀ اول تحت تاثیر اندازه و دمای کارکرد مجاز عایق آن قرار دارد.

هرچه درجه حرارت کارکرد مجاز عایق بالاتر باشد، ظرفیت حمل جریان اساسی یک هادی با اندازۀ مشخص بالاتر می‌رود. دمایی که یک کابل خاص در آن کار خواهد کرد تحت تأثیر توانایی مواد اطراف برای هدایت گرما به دور است. بنابراین، ظرفیت حمل جریان به طور قابل توجهی تحت تأثیر دمای محیط مد نظر و همچنین شرایط نصب قرار می‌گیرد.

برای مثال، کابلی که در دمای محیط 40 درجۀ سانتیگراد (104 درجۀ فارنهایت) نصب شده باشد، دارای آمپاسیته‌ای است که تنها حدود 90 درصد آمپاسیته در دمای محیط 30 درجۀ سانتیگراد (86 درجۀ فارنهایت) است.

علاوه بر این، عبور دادن یک کابل تک‌رسانا از طریق یک مجرای مغناطیسی، مانند مجرای فولادی سخت و مجرای EMT، باعث افزایش مقاومت ظاهری کابل و در نتیجه کاهش ظرفیت حمل جریان به دلیل مقاومت اضافی و تلفات مغناطیسی می‌شود.

به طور مشابه، هنگامی که یک کابل در کنار کابل‌های حامل جریان دیگر یا به طور همزمان با آن‌ها اجرا می‌شود، وجود کابل‌های دیگر به طور مؤثر دمای محیط را افزایش می‌دهد که باعث کاهش توانایی کابل برای دفع گرما می‌شود. در این موارد، ظرفیت جریان دهی تمام هادی‌ها باید کاهش یابد (Derated).

از مباحث فوق مشخص است که قبل از اینکه بتوان ظرفیت جریان دهی دقیق را برای نصب کابل خاصی تعیین کرد، باید آگاهی کامل نسبت به شرایط داشت.

کدگذاری رنگی

رنگ اختصاص داده شده به سیم، به طور کلی هدف سیم را مشخص می‌کند. یک هادی سفید به عنوان هادی زمین (نول) یا هادی خنثی، یک رنگ سبز یا هادی بدون روکش به عنوان هادی سیستم و تجهیزات اتصال زمین و همه رنگ‌های دیگر به عنوان هادی‌های بدون اتصال به زمین یا هادی حامل جریان شناخته می‌شود.

هر رنگی به جز سفید و سبز معمولاً نشان دهند‌ یک سیم حامل جریان (داغ) است که جریان الکتریکی را حمل می کند. نوار رنگی اغلب برای تعیین یک رنگ عایق واحد برای کاربردهای مختلف استفاده می‌شود، مانند:

• عایق سفید: به طور معمول به عنوان سیم نول در نظر گرفته می شود، اما گاهی اوقات می‌تواند در شرایط خاص، مانند حلقه‌های سوئیچ یا مدارهای 230 VAC به عنوان یک سیم حامل جریان استفاده شود. در سیم کشی موجود، سیم‌های سفید ممکن است با نوار سیاه یا قرمز علامت گذاری شوند تا نشان دهند که اکنون یک سیم حامل جریان است.
• سیم مسی سبز و بدون روکش: همیشه به عنوان هادی سیستم زمین یا تجهیزات اتصال زمین استفاده می‌شود.
• عایق سیاه: سیم حامل جریان برای سرویس‌ها، فیدرها، سوئیچ‌ها، پریزها، موتورها و سایر وسایل.
• عایق قرمز/بنفش: سیم حامل جریان برای پایۀ سوئیچ، موتور و سایر وسایل. اغلب برای مشخص کردن ولتاژ بالا در سیستم‌های قدرت سه فاز، 240 VAC و دلتا استفاده می‌شود.
• صورتی: اغلب به عنوان یک هادی کنترل حامل جریان برای مدار کنترل برق یا موتور اختصاص داده می‌شود.
• عایق آبی/زرد: سیم حامل جریان که برای موتورها و دستگاه‌های برقی از طریق یک داکت (conduit) کشیده می‌شود. رنگ‌های تک، مانند استفاده یکنواخت از رنگ سیاه، اغلب برای تعیین یک مدار برق تک فاز یا سه فاز استفاده می‌شود.

رنگ‌های قرمز، زرد و سیاه نیز به عنوان هادی‌های یک موتور شناور تک فاز تعیین می‌شوند:

• قرمز: سیم کمکی یا راه‌انداز در یک موتور تک فاز
• مشکی: سیم اصلی یا راه‌انداز در یک موتور تک فاز
• زرد (یا گاهی اوقات سفید): مشترک بین سیم پیچ‌های استارت و ران در یک موتور تک فاز

شماره گیج سیم (#) اندازۀ سیم الکتریکی را نشان می‌دهد، همانطور که توسط سیستم American Wire Gauge (AWG) تعریف شده است. رایج‌ترین گیج‌های سیم در حال استفاده #10، #12 یا #14 هستند.

گیج و قطر سیم رابطۀ معکوس دارند. به عبارت دیگر، هر چه شماره گیج بالاتر رود، قطر و ظرفیت جریان سیم کمتر می‌شود. به عنوان مثال، یک سیم با گیج #10 بزرگ‌تر است و می تواند آمپراژ بیشتری نسبت به یک سیم با گیج #12 با همان رتبه‌بندی عایق تحمل کند.

تمام اطلاعات مورد نیاز برای دانستن نوع کابل روی عایق یا روکش آن چاپ شده است. از توضیحات زیر برای تعیین اینکه آیا یک کابل یا هادی برای یک پروژۀ خاص مناسب است یا خیر، استفاده کنید:

• نوع هادی: به صورت CU برای مس یا AL برای آلومینیوم نشان داده شده است.
• نوع عایق: نوع عایق مانند USE، THW، THHN یا UF را لیست می‌کند.
• گیج: گیج سیم‌های منفرد داخل عایق یا کابل، مانند #14، #12، #10 و غیره.
• تعداد سیم‌ها: این عدد بعد از گیج می‌آید و تعداد هادی‌های حامل جریان را شامل می‌شود. به عنوان مثال، یک نشانگر #12/2 نشان می‌دهد که دو سیم حامل جریان 12 گیج در داخل کابل وجود دارد (اگر سیم زمین بخشی از کابل باشد در این توضیحات گنجانده نشده است).
• اتصال به زمین: کلمه EARTH (زمین) یا حروف مخفف G، GRD. یا GRND.
• رتبه بندی ولتاژ: رایج‌ترین رتبه‌بندی ولتاژ حداکثر برای کار چاه آب 600 ولت است، اما این مقدار می‌تواند با اسب بخار موتور و اندازۀ خدمات تغییر کند. عدد حک شده روی عایق یا روکش، حداکثر ولتاژی را نشان می‌دهد که کابل می‌تواند به طور ایمن حمل کند.
• UL ،IEC یا CSA: نشان می‌دهد که کابل دارای گواهی ایمنی و تایید شده برای استفاده توسط Underwriters Laboratories، کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک یا انجمن استاندارد کانادا است.

بیشتر بخوانید: 6 نکته طلایی و فنی از نکات مهم پیش از خرید کابل برق

پر شدن مجرای کابل (Conduit Fill)

برخلاف جریان مجاز هادی‌ها در یک مجرا (conduit) که بر اساس تعداد هادی‌های حامل جریان است، درصد مجاز پر شدن مجرا (conductor fill) بر اساس تعداد کل سیم‌ها شامل سیم‌های حامل جریان و بدون جریان (زمین و نول) درون مجرا است؛ گیج سیم (AWG)، سایز MCM یا کابل خارجی؛ نوع و ضخامت عایق سیم یا کابل؛ نوع، برنامه (در صورت اعمال)، کاربرد و قطر داخلی مجرا؛ و تعداد کل اتصالات و تغییرات زاویه.

کد پایه بیان می‌کند که یک سیم تنها می تواند 53٪ از یک مجرا را پر کند، دو سیم فقط می‌توانند 31٪ را پر کنند، و اگر بیش از دو هادی در یک مجرا وجود داشته باشد، حداکثر درصد پر شدن 40٪ است.

با این حال، AHJ (مسئول صلاحیت‌دار) می‌تواند این محدودیت‌های پر شدن را کاهش دهد. بنابراین، قبل از شروع کار، مجاز بودن نسبت مورد نظر را تأیید کنید. اگرچه ممکن است وسوسه شوید که برای صرفه جویی در هزینه، حداکثر تعداد مجاز سیم‌ها را از مجرا عبور دهید، اما باید در مسیرهای طولانی از این کار اجتناب کنید، زیرا به ساختار سیم یا کابل آسیب وارد می‌شود.

علاوه بر این، برای کاهش مقدار نیروی کشش مورد نیاز و محافظت در برابر گیر کردن بیش از حد سیم‌ها، همیشه استفاده از یک سیم‌کش و روان کنندۀ مورد تأیید، توصیه می‌شود.

این مطلب یک راهنمای تخصصی سیم و کابل برق بود که با استفاده از آن، شما می‌توانید دانش نسبتا کاملی در مورد انواع سیم و کابل برق، به دست بیاورید، در مطالب بعدی وبسایت، یک راهنمای خرید کابل یا راهنمای خرید سیم منتشر خواهیم کرد که برای تمام افراد با هر سطح دانشی، قابل استفاده است. مجموعه سیم و کابل پرتو الکتریک، نماینده رسمی شرکت پرتو الکتریک است. برای دریافت اطلاعات بیشتر، خرید کابل یا دریافت قیمت کابل می‌توانید از طریق شماره‌ تلفن‌های درج شده در وبسایت، با ما تماس بگیرید یا به صورت حضوری به فروشگاه ما مراجعه کنید.

منبع: waterwelljournal