سطح مقطع کابل چیست؟

سطح مقطع کابل چیست؟ در سیستم‌های الکتریکی، انتخاب صحیح کابل یکی از مهم‌ترین عوامل برای عملکرد ایمن و بهینه مدار است. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی که هنگام انتخاب کابل باید در نظر گرفته شود، سطح مقطع کابل است. این ویژگی تاثیر مستقیمی بر میزان جریان قابل حمل، افت ولتاژ، تولید گرما و ایمنی سیستم دارد. در این مقاله، سطح مقطع کابل، نحوه محاسبه آن و عوامل مؤثر بر انتخاب آن بررسی خواهد شد. سطح مقطع کابل، در واقع مساحت مقطع عرضی هادی کابل است که معمولاً بر حسب میلی‌متر مربع (mm²) بیان می‌شود. بنابراین برای تهیه انواع سیم و کابل ساختمانی باید به این نکته توجه کرد.

این مقدار تعیین‌کننده میزان جریانی است که کابل می‌تواند بدون افزایش دما بیش از حد تحمل کند. سطح مقطع بزرگ‌تر به معنای مقاومت کمتر و ظرفیت حمل جریان بیشتر است. انتخاب صحیح سطح مقطع کابل تاثیرات زیادی بر عملکرد مدار دارد، از جمله:

جلوگیری از افت ولتاژ زیاد: کابل‌هایی با سطح مقطع کوچک‌تر ممکن است باعث افت ولتاژ غیر مجاز شوند.
کاهش تولید گرما: جریان عبوری از کابل با سطح مقطع کم، می‌تواند باعث افزایش بیش از حد دما شود که منجر به آسیب دیدن کابل و تجهیزات می‌شود.
بهبود ایمنی مدار: انتخاب سطح مقطع مناسب از بروز خطراتی مانند آتش‌سوزی و ذوب شدن عایق جلوگیری می‌کند.
افزایش طول عمر کابل: کاهش میزان گرم شدن کابل به افزایش طول عمر آن کمک می‌کند.

سطح مقطع یک کابل بر چه اساسی انتخاب میشود؟

انتخاب سطح مقطع کابل یک فرایند مهندسی پیچیده است که نیاز به بررسی دقیق شرایط کاری دارد. برای انتخاب بهینه، باید به عواملی توجه کرد که در این بخش آنها را بررسی می‌کنیم. در انواع کابل از جمله کابل زمینی دانستن سطح مقطع بسیار حائز اهمیت است.

۱. مقدار جریان عبوری از کابل
یکی از مهم‌ترین فاکتورها در انتخاب سطح مقطع کابل، میزان جریان الکتریکی عبوری از آن است. اگر کابل ظرفیت کافی برای عبور جریان مورد نظر را نداشته باشد، ممکن است داغ شده و منجر به آسیب یا آتش‌سوزی شود.

۲. افت ولتاژ مجاز
در سیستم‌های برقی، افت ولتاژ یکی از مشکلات رایج است که می‌تواند بر عملکرد تجهیزات تأثیر بگذارد. این افت ولتاژ معمولاً به دلیل مقاومت داخلی کابل رخ می‌دهد.

۳. دمای محیط و شرایط نصب
دمای محیط و نحوه‌ی نصب کابل نیز نقش مهمی در انتخاب سطح مقطع دارد. اگر کابل در محیطی با دمای بالا قرار گیرد یا درون کانال‌های بسته نصب شود، ظرفیت انتقال حرارت آن کاهش می‌یابد و ممکن است داغ شود.

۴. نوع عایق کابل
جنس عایق کابل نیز بر تحمل جریان آن تأثیر می‌گذارد. برخی عایق‌ها توانایی تحمل دمای بیشتری دارند، بنابراین کابل‌های با عایق‌های پیشرفته می‌توانند جریان بیشتری را در سطح مقطع کمتر عبور دهند.

۵. طول کابل و تأثیر آن بر مقاومت
هرچه طول کابل بیشتر باشد، مقاومت الکتریکی آن افزایش یافته و باعث افت ولتاژ بیشتر می‌شود. در چنین شرایطی، برای جبران این افت، از کابل‌هایی با سطح مقطع بالاتر استفاده می‌شود.

۶. استانداردها و مقررات ایمنی
انتخاب کابل باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی (مانند IEC و NEC) و مقررات ایمنی ملی باشد.

۷. بارهای لحظه‌ای و اضافه‌بارها
در برخی سیستم‌ها، بارهای لحظه‌ای (مثل موتورهای الکتریکی هنگام راه‌اندازی) باعث افزایش ناگهانی جریان می‌شوند.

۸. هزینه و بهره‌وری اقتصادی
افزایش سطح مقطع کابل باعث افزایش هزینه می‌شود. بنابراین، انتخاب باید بهینه باشد تا علاوه بر تأمین نیازهای فنی، هزینه‌ها نیز کنترل شوند.

فرمول محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مسافت

انتخاب صحیح سطح مقطع کابل، یکی از مهم‌ترین موارد در طراحی سیستم‌های الکتریکی است. اگر سطح مقطع کابل به‌درستی انتخاب نشود، ممکن است افت ولتاژ بیش از حد مجاز ایجاد شود، راندمان سیستم کاهش یابد و حتی خطراتی مانند داغ شدن بیش از حد و آتش‌سوزی به وجود آید. با استفاده از جدول زیر می توانید سطح مقطع کابل را تعیین نمایید. محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مسافت، یک مرحله اساسی در طراحی سیستم‌های الکتریکی است. با استفاده از فرمول‌های استاندارد و در نظر گرفتن عوامل مؤثر، می‌توان کابلی را انتخاب کرد که هم کارایی بالایی داشته باشد و هم ایمنی سیستم را تضمین کند.

توجه به استانداردها و در نظر گرفتن شرایط محیطی نصب کابل، از اهمیت زیادی برخوردار است به طور مثال برای فواصل طولانی‌تر، استفاده از کابل با سطح مقطع بزرگ‌تر ضروری است. همچنین اگر کابل در شرایط محیطی نامساعد نصب می‌شود (مثلاً در خاک گرم)، بهتر است یک سطح مقطع بالاتر انتخاب شود. رعایت این موارد می‌تواند در کاهش هزینه‌های نگهداری و افزایش طول عمر تجهیزات تاثیرگذار باشد و از عملکرد بهینه و ایمنی بیشتر سیستم‌های الکتریکی اطمینان حاصل کنیم. در آخر برای دقت بیشتر، می توانید از نرم‌افزارهای محاسباتی یا جداول استاندارد استفاده کنید.

سطح مقطع کابل بر اساس جریان

برای محاسبه سطح مقطع کابل باید جریان مجاز، جریان اتصال کوتاه و حداکثر ولتاز مورد توجه قرار بگیرد. با این روش به آسانی می توانیم سطح مقطع را بیابیم. سطح مقطع در کابل ها با دو روش جریان در مدار تک فاز و سه فاز محاسبه می شود. جریان در مدار تک فاز می توان جریان را بر اساس فرمول I=W/V.Cosφ محاسبه کرد که بر حسب واحد آمپر است. در این فرمول W توان ورودی، V ولتاژ مدار و Cosφ ضریب توان است. در ادامه برای محاسبه با این فرمول در نظر میگیریم که هر سه این دستگاه ها در حال کار هستند. در این موقعیت باید ضریب kd اضافه شود.

در ادامه محاسبه جریان در مدار تک فاز به I=kd.W/V. Cosφ تغییر می کند. فرمول محاسبه جریان برای موتور تک فاز I=kd.w/V.η. Cosφ می باشد. برای محاسبه جریان در موتور های سه فاز نیز از فرمول I=w/√3.η. Cosφ استفاده می کنیم. در موتور 3 فاز جریان در زمان راه اندازی می تواند تا 7 برابر مقدار اسمی افزایش پیدا کند. اما به دلیل جریان شارش کم تاثیری بر سطح مقطع کابل نمی گذارد. محاسبه ی سطح مقطع کابل در مدار های 3 فاز با جریان هر موتور و یا تجهیزات برقی امکان پذیر است.

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ

برای محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ می توان از فرمول Vd=√3.I.(RCosφ+XSinφ)L استفاده کرد. در این فرمول Vd به معنی افت ولتاژ، R به معنی مقاومت کابل در هر فاز تحت جریان متناوب، I به معنی حداکثر جریان در حالت پایدار، X به معنی راکتانس هر کابل در هر فاز، Cosφ به معنی ضریب توان در شرایط بار کامل و L طول کابل می باشد. در هیچ شرایطی نباید افت ولتاژ در کابل از میزان استاندارد بیشتر باشد. در کابل ها افت ولتاژ به صورت استاندارد در هنگام حرکت موتور به صورت طبیعی 5 درصد، زمان شروع به حرکت 15 درصد، زمان اعمال بار 5 درصد و زمان اعمال برد نور 3 درصد است.

محاسبه سطح مقطع کابل تک فاز

در زمانی کابل کشی به صورت زمینی انجام شده باشد باید سطح مقطع کابل بر اساس ولتاژ در مدار محاسبه شود. برای محاسبه سطح مقطع در مدار های تک فاز برای کابل کشی زمینی از فرمول a=200ρℓICosφ/αV استفاده می کنند. در این فرمول α به معنی درصد افت ولتاژ مجاز، a به معنی سطح مقطع کابل، ℓ به معنی مسافت، Cosφ به معنی ضریب توان و V به معنی ولتاژ مدار است. در زمانی خط تغذیه بار یکسان باشد می توان از این فرمول استفاده کرد.

محاسبه سطح مقطع کابل سه فاز

در مدار های 3 فاز جریان خط با ارت در شرایط متعادل صفر است. اما در حالت متعادل فاز ها مشابه به هم هستند در این صورت می توان سطح مقطع را بررسی و محاسبه کرد. برای محاسبه سطح مقطع کابل سه فاز از فرمول a=100plw/α(VL)2 استفاده می کنیم. در این مدار ها سعی بر این است که بار به صورت متعادل در 3 فاز تقسیم شود.

عوامل موثر در تعیین سطح مقطع کابل کدام است؟

تعیین سطح مقطع مناسب برای کابل‌ها به عوامل مختلفی بستگی دارد که باید به آن توجه داشت. زیرا این موارد برای کابل کشی و سیم کشی بسیار حائز اهمیت است. در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم.
جریان الکتریکی (آمپر): مقدار جریانی که کابل باید از خود عبور دهد، تعیین‌کننده‌ی اصلی سطح مقطع کابل است. جریان بیشتر نیاز به کابل با سطح مقطع بالاتر دارد.

ولتاژ سیستم: سطح ولتاژ تاثیر مستقیمی بر میزان جریان عبوری دارد و در طراحی کابل باید در نظر گرفته شود.

افت ولتاژ مجاز: طول کابل و میزان افت ولتاژ قابل قبول در سیستم از عوامل تاثیرگذار در تعیین سطح مقطع هستند. کابل‌های بلندتر به سطح مقطع بیشتری نیاز دارند تا افت ولتاژ کاهش یابد.

نوع هادی کابل: جنس کابل (مس یا آلومینیوم) در مقاومت الکتریکی و در نتیجه در انتخاب سطح مقطع مؤثر است. کابل‌های آلومینیومی نسبت به کابل‌های مسی نیاز به سطح مقطع بیشتری دارند.

شرایط محیطی و روش نصب: عواملی مانند دمای محیط، نحوه‌ی نصب (در هوا، زیر زمین، داخل لوله یا کانال) و میزان تهویه بر توانایی کابل در دفع حرارت تاثیر دارند.

ظرفیت حرارتی کابل: کابل نباید در شرایطی کار کند که باعث گرم شدن بیش از حد و آسیب به عایق آن شود. دمای مجاز هادی و عایق کابل باید در نظر گرفته شود.

تاثیر جریان‌های اتصال کوتاه: کابل باید توانایی تحمل جریان‌های اتصال کوتاه را برای مدت‌زمان مشخص داشته باشد، که این عامل روی انتخاب سطح مقطع تأثیرگذار است.

ضریب اصلاح: بسته به شرایط خاص محیطی مانند دمای بالا، کابل‌های مجاور و تأثیر هم‌جواری، ضریب اصلاح اعمال شده و سطح مقطع مناسب انتخاب می‌شود.

در نهایت، برای انتخاب دقیق سطح مقطع کابل باید از استانداردهای معتبر مانند IEC 60287، NEC، یا استانداردهای ملی برق استفاده کرد.