کابل سه فاز چیست؟ کاربرد کابل برق سه فاز و نکات فنی آن

کابل سه فاز چیست؟ کاربرد کابل برق سه فاز و نکات فنی آن

کابل سه فاز به کابلی گفته می‌شود که برای جریان متناوب سه فاز به کار می‌رود. جریان متناوب سه فاز از سه مدار جریان متناوب با فرکانس یکسان، دامنۀ پتانسیل برابر و اختلاف فاز 120 درجه نسبت به هم تشکیل شده است و یک سیستم انرژی الکتریکی را به وجود می‌آورد. کابل‌های سه فاز معمولاً به صورت سه رشته‌ای، چهار رشته‌ای و پنج رشته‌ای یافت می‌شوند.

تعداد هسته در کابل سه فاز

تعداد هسته‌های کابل سه فاز بر اساس نحوۀ تامین برق سه فاز تعیین می‌شود. در این بخش به سه روش رایج تامین برق سه فاز و تعداد هسته‌های کابل مربوط به آن‌ها می‌پردازیم:

1. سیستم تامین برق سه فاز سه خط (Three-Phase Three-Line Supply)

این سیستم تامین برق شامل سه خط فاز است. کابل‌های سه فاز با سه هسته به طور معمول در کاربردهای صنعتی و تجاری، به ویژه در سیستم‌های برق قدیمی‌تر به کار می‌روند. این نوع کابل‌ها معمولاً برای تامین برق ماشین‌آلات بزرگ، خطوط تولید صنعتی، موتورهای الکتریکی و سایر بارهای پرقدرت مورد استفاده قرار می‌گیر گیرند.

به دلیل عدم وجود یک سیم نول (خنثی)، سیستم تامین برق سه فاز سه خط نمی‌تواند مستقیماً مدار مورد نیاز برای بارهای تک فاز را تامین کند. این سیستم تنها برای بارهای سه فاز متقارن مناسب است، زیرا عدم تعادل در بارهای سه فاز می‌تواند باعث انحراف در نقطه نول و در نتیجه منجر به ولتاژهایی شود که به تجهیزات الکتریکی آسیب می‌رساند.

بیشتر بخوانید: تفاوت سیم و کابل رشته ای و مفتولی یا تک هسته‌ای (مقایسه سیم Stranded و Solid)

2. سیستم تامین برق سه فاز چهار خط (Three-Phase Four-Line Supply) – سیستم TN-C

این سیستم تامین برق شامل 3 خط فاز و 1 خط نول است که به صورت ستاره به هم وصل شده و نقطۀ نول آن به زمین متصل می‌شود. در سیستم‌های فشار ضعیف (کم‌ولتاژ) که نقطۀ نول به طور مستقیم به زمین متصل است، پس از اتصال بدنۀ تجهیزات الکتریکی به زمین، مجدداً به خط نول وصل می‌شود که به آن سیستم ارت حفاظتی (حفاظت زمین) گفته می‌شود. این روش تامین برق با عنوان سه فاز چهار خط شناخته می‌شود. کابل‌های سه فاز با چهار هسته عمدتاً در خانه‌ها و ساختمان‌های تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این سیستم می‌تواند هم مدارهایی را برای بارهای سه فاز و هم تک فاز تامین کند و نیازهای انواع تجهیزات خانگی و تجاری را برآورده سازد. علاوه بر این، سیستم تامین برق سه فاز چهار خط باعث توزیع عادلانه‌تر انرژی الکتریکی شده و تلفات برق را کاهش می‌دهد.

3. سیستم تامین برق سه فاز پنج خط (Three-Phase Five-Line Supply) – سیستم TN-S

سیستم تامین برق سه فاز پنج خط شامل 3 خط فاز، 1 خط نول و 1 خط زمین است. در این سیستم، یک اتصال زمین به نقطه‌ای که خط نول وصل می‌شود، اضافه می‌گردد. این روش تامین برق با کابل سه فاز پنج هسته، ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می‌کند و برای سیستم‌های توزیع برق فشار ضعیف (کم‌ولتاژ) در مصارف صنعتی و مسکونی مناسب است.

به طور خلاصه، کابل‌های برق سه فاز می‌توانند از سه، چهار یا پنج رشتۀ مجزا تشکیل شوند. در صورتی که این رشته‌ها روی یک کابل قرار گیرند، از کابل‌های سه، چهار یا پنج هسته‌ای استفاده می‌شود.

کابل سه فاز در مقابل کابل تک فاز

برخلاف تصور، همۀ کابل‌های سه رشته‌ای لزوماً در سیستم‌های برق سه فاز به کار نمی‌روند. در سیستم‌های تک فاز نیز معمولاً از کابل‌های دو یا سه رشته استفاده می‌شود.

کابل تک فاز دو رشته

کابل تک فاز دو رشته به طور کلی برای اتصال وسایل کم‌مصرف مانند پریز برق، لامپ و موتورهای کوچک استفاده می‌شود. یکی از هسته‌ها فاز است و دیگری سیم نول (خنثی).

کابل تک فاز سه رشته

کابل تک فاز سه رشته برای اتصال وسایل با توان متوسط تا زیاد مانند کولر گازی، ماشین لباسشویی، یخچال و غیره به کار می‌رود. این نوع کابل شامل یک فاز، یک نول و یک سیم زمین است.

بنابراین، هر دو سیستم تک فاز و سه فاز می‌توانند از کابل‌های سه رشته استفاده کنند. انتخاب کابل خاص برای سیستم‌های برق متفاوت به مشخصات کابل بستگی دارد.

در سیستم‌های برق خانگی، برق سه فاز معمولاً برای ورودی ساختمان‌ها یا مناطق مسکونی استفاده می‌شود که به دلیل نیاز به سیم نول (خنثی) و معمولاً یک سیم زمین، از کابل‌های 4 یا 5 رشته استفاده می‌شود. در حالی که خط ورودی به خانه‌ها معمولاً تک فاز است و از کابل‌های 2 یا 3 رشته تشکیل شده است. برخی از لوازم خانگی پرمصرف مانند کولرهای گازی نیز از روش اتصال سه فاز چهار سیم استفاده می‌کنند که در این حالت، خط ورودی باید سه فاز باشد.

بیشتر بخوانید: انواع کابل برق، بر حسب رنگ، ولتاژ، عایق و کاربرد

جدول پارامترهای فنی کابل‌های سه فاز

جدول ظرفیت جریان سیم‌های متداول

نکته مهم

• در کابل برق سه فاز چهار رشته، معمولاً سطح مقطع سیم نول تقریباً نصف سطح مقطع سیم فاز انتخاب می‌شود.
• در کابل برق تک فاز، سطح مقطع سیم نول با سیم فاز برابر است.

روش محاسبه ظرفیت جریان برای کابل‌های سه فاز:

فرمول محاسبه جریان فاز برای سیستم‌های سه فاز:

• I = P ÷ (U × 1.732 × cosΦ)
• I – جریان فاز (آمپر)
• P – توان (وات)
• U – ولتاژ (380 ولت)
• cosΦ – ضریب قدرت (0.85)

مثال برای محاسبه‌ی واقعی:

فرض کنید توان موتور P برابر با 7.5 کیلووات و ولتاژ U برابر با 380 ولت باشد. با محاسبه، جریان فاز I برابر با 13.3 آمپر به دست می‌آید.

در یک مدار سه فاز متعادل، معمولاً مقدار ایمن جریان برای یک هادی مسی بین 5 تا 8 آمپر بر میلی‌متر مربع است.

13.3 ÷ 8 = 1.66 میلی‌متر مربع

نزدیک‌ترین مشخصات کابل، 2.5 میلی‌متر مربع است.

بنابراین، باید یک کابل چند رشته‌ای با هر رشته‌ی 2.5 میلی‌متر مربع انتخاب کنید.

رنگبندی کابل‌های سه فاز

سیستم انرژی سه فاز چیست؟

برق سه فاز، که به عنوان برق صنعتی نیز شناخته می‌شود، روشی برای انتقال انرژی الکتریکی است. در این سیستم، روتور یا همان چرخانۀ ژنراتور از سه مجموعه سیم‌پیچ تشکیل شده است که با زاویۀ 120 درجه از هم فاصله دارند. این سه مجموعه سیم‌پیچ می‌توانند سه جریان متناوب با فرکانس‌های برابر، دامنه‌های برابر و اختلاف فاز 120 درجه بین آن‌ها تولید کنند.

تغذیۀ الکتریکی سه فاز شامل استفاده از این سه جریان به عنوان خطوط فاز و اتصال آن‌ها به تجهیزات الکتریکی مختلف است. همچنین این سه فاز می‌توانند در یک سیم نول مشترک به هم متصل شوند.

سیستم انرژی سه فاز در مقابل سیستم انرژی تک فاز

برقی که توسط ژنراتورها تولید می‌شود، همیشه سه فاز است. هر فاز از برق سه فاز به همراه نقطۀ نول می‌تواند یک مدار تک فاز را تشکیل دهد که برق را برای کاربران تأمین می‌کند.

از برق سه فاز در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود و اکثر تجهیزات الکتریکی جریان متناوب در صنعت، مانند موتورهای الکتریکی، با برق سه فاز که به سیستم سه فاز چهار سیم نیز معروف است، کار می‌کنند. با این حال، در زندگی روزمره، معمولاً از برق تک فاز استفاده می‌شود، به این صورت که از یکی از فازهای برق سه فاز برای تأمین انرژی وسایل الکتریکی از طریق کابل‌های صنعتی تک فاز استفاده می‌شود.

چرا از سیستم انرژی سه فاز استفاده کنیم؟

سیستم انرژی سه فاز مزایای متعددی نسبت به سیستم تک فاز دارد که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم:

• بازدهی بیشتر: با شرایط توان یکسان، سطح مقطع سیم‌های هادی در برق سه فاز کمتر از برق تک فاز است. این امر باعث صرفه‌جویی در مواد رسانا و بهبود بازدهی انتقال برق می‌شود. در یک ولتاژ معین، توان برق سه فاز 1.723 برابر توان برق تک فاز است؛ به این معنی که برق سه فاز در طول انتقال و استفاده تلفات کمتری دارد و از نظر انرژی کارآمدتر است.
• پایداری بیشتر: جریان‌های سه فاز در سیستم سه فاز یک سیستم دینامیکی متعادل را تشکیل می‌دهند که باعث می‌شود خروجی برق سیستم تغذیه تقریباً ثابت بماند. این امر منجر به کاهش مشکلات ناپایداری در تامین برق شده و انرژی الکتریکی پایدار و قابل اتکایی را فراهم می‌کند.
• کاربرد وسیع: به دلیل پایداری مناسب و بازدهی بالا، از برق سه فاز به طور گسترده در لوازم خانگی بزرگ و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. برخی از نمونه‌های کاربردی آن عبارتند از: کولرهای گازی، آسانسورها، ماشین‌آلات صنعتی با کابل‌های سه فاز، خطوط توزیع کابل‌های زیرزمینی سه فاز و موارد دیگر.

بیشتر بخوانید: راهنمای خرید سیم و کابل برق

کاربرد برق سه فاز

برای تجهیزات الکتریکی، انتخاب درست بین برق تک فاز و سه فاز برای عملکرد کارآمد و پایدار آن‌ها حیاتی است. به طور کلی، در انتخاب تجهیزات، ما برای وسایل کم‌مصرف با توان کمتر از 1 کیلووات مانند ماکروویو، شیر برقی و پلوپز که لوازم خانگی کوچک هستند، از برق تک فاز استفاده می‌کنیم.

دوماً، برای دستگاه‌های پرقدرت‌تر که به منبع برق پایدارتری نیاز دارند، مانند کولرهای گازی مرکزی و بخاری‌های برقی، از برق سه فاز استفاده می‌کنیم. مطابقت صحیح بین منبع انرژی و تجهیزات، نه تنها باعث بهبود کارایی استفاده از آن‌ها می‌شود، بلکه امنیت مصرف را نیز تضمین می‌کند.

علاوه بر این، اگرچه پایداری برق سه فاز از تک فاز بیشتر است، اما در صورت عدم تعادل بار، می‌تواند باعث ناپایداری ولتاژ شده و بر عملکرد عادی تجهیزات تأثیر بگذارد. بنابراین، هنگام استفاده از برق سه فاز، حفظ تعادل در بارهای سه فاز اهمیت ویژه‌ای دارد.

چرا از کابل سه فاز سه هسته‌ای می‌توان در خطوط فشارقوی استفاده کرد؟

یک مدار سه فاز از سه منبع جریان سینوسی با دامنه، فرکانس‌های تفاضلی برابر و فازهای متفاوت تشکیل شده ‌است. اگر هر بار در یک مدار سه فاز دارای امپدانس و مشخصات یکسانی باشد، بار الکتریکی در سه مدار متقارن خواهد بود. تحت شرایط بار متقارن، مجموع جریان‌هایی که از طریق سیم نول (خنثی) عبور می‌کنند، صفر می‌شود.

در زندگی روزمره، وسایل الکتریکی رایج بارهای تک فاز هستند. ویژگی اصلی این نوع مصرف انرژی، پراکندگی و عدم تعادل بار است. در چنین محیطی، به راحتی باعث عدم تطابق امپدانس بار، جریان فاز بار و ولتاژ فاز می‌شود. بنابراین، احتمالاً ولتاژهای فاز بالاتر یا پایین‌تر از ولتاژ نامی رخ می‌دهد که ممکن است باعث خرابی یا حتی آسیب به بار شود. به همین دلیل، برای حفظ تعادل ولتاژ سه فاز، استفاده از سیم نول ضروری است.

اما در سیستم‌های کابل‌های فشارقوی، به دلایل زیر از کابل سه فاز سه هسته‌ای (بدون سیم نول) استفاده می‌شود:

• بارهای سه فاز متعادل: بارهای سه فاز در این سیستم‌ها متعادل هستند و نیازی به سیم نول برای حفظ تعادل ندارند.
• کاهش هزینه: نصب سیستم‌های فشارقوی هزینۀ بالایی دارد. حذف یک خط نول می‌تواند باعث بهبود بهره‌وری اقتصادی و کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری شود.

نتیجه گیری

در دنیای پیچیدۀ انرژی الکتریکی، درک اهمیت و کاربرد کابل‌های سه فاز ضروری است. این کابل‌ها از صرفه‌جویی اقتصادی گرفته تا پایداری در سیستم‌های فشارقوی، نقش مهمی در انتقال برق ایفا می‌کنند.

چه در ماشین‌آلات صنعتی قدرتمند و چه در لوازم خانگی روزمره، انتخاب بین سیستم‌های تک فاز و سه فاز به طور مستقیم بر عملکرد و ایمنی تأثیر می‌گذارد. در نهایت، این دانش ما را قادر می‌سازد تا در مدیریت انرژی الکتریکی در زمینه‌های مختلف، تصمیمات آگاهانه و کارآمدی اتخاذ کنیم.

مجموعه سیم و کابل پرتو الکتریک، نماینده رسمی فروش محصولات شرکت پرتو الکتریک و خراسان الکتریک است. برای دریافت اطلاعات بیشتر، خرید کابل برق یا دریافت قیمت کابل برق می‌توانید از طریق شماره‌ تلفن‌ 33909718-021، با ما تماس بگیرید یا به صورت حضوری به فروشگاه ما مراجعه کنید.

منبع: zmscable