انتخاب بهینه سطح مقطع کابل های فشار قوی

مقدمه

برای بهره برداری اقتصادی از کابل ها، انتخاب بهینه سطح مقطع از اهمیت خاصی برخوردار است. در این جزوه عوامل مؤثر در انتخاب کابل مورد بررسی قرار می گیرند ، لازم به ذکر است که برای انتخاب بهینه سطح مقطع محاسبه تلفات و محاسبه اقتصادی نیز لازم می باشد که در این قسمت به آن پرداخته نشده است.

معیارهای انتخاب کابل را می توان به صورت زیر تقسیم بندی نمود:

الف) ولتاژ نامی.

ب) انتخاب سطح مقطع با توجه به جریان دهی کابل.

پ) در نظر گرفتن افت ولتاژ مجاز.

ت) تحمل جریان اتصال کوتاه توسط کابل.

ولتاژ نامی

ولتاژ نامی کابل بایستی متناسب با سیستمی که کابل در آن مورد استفاده قرار می گیرد باشد. با توجه به جلد اول و دوم استاندارد کابل های مورد استفاده در شبکه توزیع این ولتاژ بایستی مطابق جدول 2-1 می باشد.

U0 کیلو ولت (r.m.s)	19	12	35/6	6/0
U0 کیلو ولت (r.m.s)	33	20	11	1
Um کیلو ولت	36	24	12

ظرفیت جریان دهی کابل ها

در این قسمت عوامل مؤثر بر جریان دهی کابل ها مورد بررسی قرار گرفته و جداول مربوطه ارائه می گردد.

مهم ترین مرجع به کار رفته در این قسمت ، استاندارد IEC-287 تحت عنوان "محاسبه جریان نامی پیوسته کابل ها در ضریب بار 100 درصد" می باشد که در هر قسمت که به اطلاعات کامل تری نیاز بود ملاک استاندارد فوق می باشد.

تعیین حد مجاز جریان کابل ها به تلفات ایجاد شده در کابل و نحوه انتقال گرمای ایجاد شده به سطح کابل و محیط اطراف بستگی دارد. استاندارد IEC-287 با در نظر گرفتن تلفات ایجاد شده در کابل و مقاومت حرارتی لایه های مختلف کابل و زمین در شرایط مشخص ، حد مجاز جریان را به دست می دهد در این قسمت از جزوه فرض بر این است که مقدار جریان مجاز کابل ها در شرایط مشخص توسط کارخانه سازنده مشخص گردد. (این حد مجاز بایستی در اسناد فنی مناقصه آورده شود) ، در صورتی که اطلاعات مربوطه در دسترس نباشد می توان از جداول پیوست – الف و ب استفاده نمود.

عوامل مؤثر در ظرفیت نامی جریان کابل

عوامل مهم مؤثر در ظرفیت نامی جریان کابل را می توان به گروه های زیر تقسیم نمود:

الف) دما

دما از عوامل مهم تعیین ظرفیت نامی جریان کابل می باشد که شامل دمای محیط ، دمای محل نصب و نیز دمای مجاز برای عایق کابل و ساختار آن می باشد.

ب) طرح کابل

علاوه بر دمای مجاز عایق کابل ، نوع طراحی کابل و لایه های مختلف به کار رفته در آن ، در تعیین جریان مجاز دارای اهمیت می باشند. این لایه ها چگونگی انتقال حرارت از هادی به سطح بیرونی کابل را مشخص می کنند.

پ) شرایط نصب

شرایط نصب از قبیل نصب در هوا ، دفن شده در زمین ، در مجرا ، نوع خاک و ... از عوامل مؤثر بر جریان دهی کابل ها می باشند.

ت) اثرات کابل های مجاور

در صورت همجواری کابل با سایر کابل ها یا لوله ها بایستی ضرایب مناسب برای کاهش جریان مجاز کابل در نظر گرفت.

الف) دما

1- دمای محیط

متوسط دمای محیط برای هر کشور و هر منطقه متفاوت می باشد که به شرایط آب و هوایی منطقه ، شرایط نصب کابل بستگی دارد. در استاندارد IEC-287 دمای محیط اطراف کابل برای چندین کشور آمده است ، در اسن استاندارد برای سایر کشورها به طور تقریبی اعداد جدول 3-1 پیشنهاد شده است.

شرایط آب و هوا	درجه حرارت محیط	درجه حرارت در عمق یک متری
حداقل	حداکثر	حداقل	حداکثر
حاره ای	25	55	25	40
نیمه حاره ای	10	40	15	30
معتدل	0	25	10	20

جدول 3-1 دمای محیط و زمین بر حسب درجه سانتیگراد

مقادیر جدول فوق تقریبی بوده و بایستی به هنگام استفاده از آن دقت کافی به عمل آورد. حدود نامی جریان کابل بایستی برای بن=دترین شرایط در سرتاسر سال محاسبه شود.

دمای کار کابل

حداکثر دمای کار کابل مطابق استاندارد IEC-287 برای کابل های مختلف بایستی مطابق جدول 3-2 باشد:

عایق	حداکثر درجه حرارت هادی
PVC	70
PE	70
XLPE	90

جدول 3-2 حداکثر دمای کار هادی برای کابل های مختلف

تأثیر شرایط نصب بر حد نامی جریان کابل

عمق دفن کابل

حداقل کردن آسیب وارده به کابل علت تعیین کننده عمق دفن کابل می باشد که هر چقدر ولتاژ کابل بیشتر باشد عمق دفن کابل بیشتر می گردد. با افزایش یافته و مقدار رطوبت بیشتر می گردد ، در این حالت با افزایش دما ظرفیت جریان دهی کابل کمتر شده ولی با افزایش رطوبت این مقدار بیشتر می گردد.

مقاومت مخصوص حرارتی خاک

وجود رطوبت اثر تعیین کننده ای در مقاومت مخصوص هر نوع خاک دارد ، برای هر منطقه این مقدار بایستی اندازه گیری شود ، در صورتی ه این عدد در دسترس نباشد طبق استاندارد IEC-287 مقادیر زیر پیشنهاد می شود.

وضعیت آب و هوا	شرایط خاک	مقاومت حرارتی KM/W
پیوسته مرطوب	خیلی مرطوب	7/0
بارانی	مرطوب	1
به ندرت بارانی	خشک	2
بدون باران و یا کم باران	خیلی خشک	3

جدول 3-2 مقاومت مخصوص حرارتی خاک

از کابل های توزیع عموماً به طور دائم در بار کامل استفاده نمی شود ، لذا مسئله خشک شدن خاک زیاد مطرح نمی باشد ، در شرایطی که بتوان خاک را مرطوب فرض کرد مقدار مقاومت حرارتی خاک را می توان بین 0.8-1Km/W در نظر گرفت. در محل هایی که خاک همواره کاملاً مرطوب نمی باشد اما نوع آن مخلوطی از خاک رس و خاک باغچه باشد مقدار 1.2Km/W رقم مناسبی می باشد. در صورتی که خاک از شن و ماسه تشکیل شده باشد ، بعد از خشک شدن مقداری هوا در فضای خالی شن و ماسه به وجود می آید. اگر این حالت در چند ماه از سال اتفاق بیفتد مقدار مقاومت حرارتی خاک را می توان بین 2-3Km/W با توجه به توضیحات زیر در نظر گرفت:

نوع الف: کابل هایی که در طول سال بار ثابتی حمل می کنند.

در حالی که بار دائمی یا دوره ای باشد ، مقدار حداکثر مقاومت حرارتی خاک باید در نظر گرفته شود ، اگرچه این مقدار در بعضی از سال ها و برای مدت کوتاهی در تابستان یا پائیز به وجود آید ، مقادیر پیشنهادی عبارتند از :

تمام خاک ها به جز خاک های زیر 1.5Km/W

خاک گچی با قطعات ریز گچ 1.2Km/W

خاک با ترکیبی از گیاهان پوسیده 1.2Km/W

خاک سنگلاخی 1.5Km/W

شن که آب آن کشیده شده باشد 2.5Km/W

خاک عمل آورده شده 1.8Km/W

در صورتی که خاک زیر پوششی از لایه غیر قابل نفوذ مانند آسفالت قرار گیرد. مقدار مقاومت حرارتی مربوط به ردیف اول در تمام انواع خاک ها ممکن است به 1.2Km/W کاهش یابد.

نوع ب: کابل ها با بار متغیر و حداکثر بار در تابستان

تمام خاک ها به جز خاک های زیر 1.2Km/W

خاک های سنگلاخی 1.3Km/W

خاک شنی که آب آن کشیده شده باشد 2Km/W

خاک عمل آورده شده 2.6Km/W

نوع پ: کابل ها با بار متغیر و حداکثر بار در زمستان

تمام خاک ها به جز خاک های زیر 1Km/W

خاک رسی 0.9Km/W

خاک گچی با قطعات ریز گچی 1.2Km/W

خاک شنی که آب آن کشیده شده باشد 1.5Km/W

خاک عمل آورده شده 1.2Km/W

وقتی خاک رسی زیر پوشش غیر قابل نفوذ قرار گیرد مقاومت حرارتی آن ممکن است تا 0.8Km/W کاهش یابد.

شرایط استاندارد و ضرایب نامی برای تصحیح مقدار نامی باردهی کامل

مقادیر جریان مشخص شده در جداول انتهای این قسمت بر اساس پارامترهای مشخص شده زیر می باشد و در صورتی که کابل در شرایط مشخص شده به کار رود باید ضرایب تصحیح مناسب لحاظ شود.

کابل های نصب شده در هوا

الف) دمای هوای محیط ◦25 سانتی گراد برای کابل های توزیع و در 30◦c برای کابل های داخل ساختمان در نظر گرفته می شود.

ب) جریان هوا به طور ملاحظه ای محدود نشده و برای کابل های نصب شده روی دیوار بایستی حداقل 2 سانتی متر فضای خالی تا دیوار وجود داشته باشد.

پ) مدارهای مجاور هم حداقل 15 سانتی متر از هم فاصله داشته به طوری که بر یکدیگر اثر حرارتی نداشته باشند.

ت) کابل ها در مقابل اشعه آفتاب محافظت شوند.

ضرایب تصحیح دمای محیط برای کابل در هوا

عایق کابل	حداکثر دمای هادی در شرایط کار (صفر درجه سلسیوس)	دمای هوای محیط (صفر درجه سلسیوس)
25	30	35	40	45	50	55
PVC	70	06/1	1	94/0	87/0	79/0	71/0	61/0
XLPE*	90	1	95/0	91/0	86/0	8/0	75/0	69/0
XLPE**	90	04/1	1	1	91/0	87/0	82/0	76/0

جدول 3-4 ضرایب تصحیح درجه حرارت های مختلف

* برای ولتاژهای بالای 1.9/3.3KV

** برای ولتاژ زیر 1.9/3.3KV

هنگامی که گروهی از کابل های قدرت چند رشته ای در هوا نصب می شوند باید فضای کافی برای انتقال دما موجود باشد ، برای اینکه در شرایط نصب در هوا مقدار جریان کاهش نیابد بایستی تمهیدات زیر در نظر گرفته شود.

الف) فاصله افقی بین مدارها نباید از دو برابر قطر خارجی کابل ها کمتر باشد.

ب) فاصله عمودی بین مدارها نباید از چهار برابر قطر خارجی کابل ها کمتر باشد.

پ) در صورتی که تعداد مدارها از 3 بیشتر شود باید تمامی آن ها به صورت افقی نصب گردند.

کابل های کشیده شده به طور مستقیم در زمین

الف) دمای زمین 15 درجه سانتیگراد

ب) مقاومت مخصوص حرارتی خاک 1.2Km/W

پ) حد فاصله مدارهای مجاور 1.8m

ت) حداقل عمق گودال برای کابل تا ولتاژ یک کیلو ولت برابر 50 سانتیمتر و برای کابل های بیش از یک کیلو ولت تا 33 کیلو ولت برابر 8/0 متر در نظر گرفته شده است.

ضرایب تصحیح

ضرایب تصحیح برای دمای زمین ، مقاومت مخصوص حرارتی خاک ، کابل های نصب شده به صورت گروهی ، عمق کابل گذاری در جداول 3-5 تا 3-9 آمده است.

عایق کابل	حداکثر دمای هادی در شرایط کار (صفر درجه سلسیوس)	دمای هوای محیط (صفر درجه سلسیوس)
10	15	20	25	30	35	40	45
PVC	70	04/1	1	95/0	9/0	85/0	8/0	74/0	67/0
XLPE	90	03/1	1	97/0	93/0	89/0	85/0	81/0	77/0

جدول 3-5 ضریب تصحیح برای دماهای مختلف زمین

اندازه هادی mm2	مقاومت مخصوص حرارتی خاک (km/W)
8/0	9/0	1	5/1	2	5/2	3
کابل تک رشته ای
تا 15	16/1	11/1	07/1	91/0	81/0	73/0	67/0
400-150	17/1	12/1	07/1	9/0	8/0	72/0	66/0
کابل چند رشته ای
تا 16	09/1	06/1	04/1	95/0	86/0	79/0	74/0
150-25	14/1	1/1	07/1	93/0	84/0	76/0	7/0
400-185	16/1	11/1	07/1	92/0	82/0	74/0	68/0

جدول 3-6 ضریب تصحیح برای مقاومت حرارتی خاک (مقدار متوسط)

ولتاژ کابل kv	تعداد مدارات	فاصله بین مراکز گروه کابل ها
تماس با یکدیگر	0.15m	0.3m	0.45m	0.6m
مثلثی	تخت
0.6/1	2	0.77	0.8	0.82	0.88	0.9	0.93
3	0.65	0.68	0.72	0.79	0.83	0.87
4	0.59	0.63	0.67	0.75	0.81	0.85
5	0.55	0.58	0.63	0.72	0.78	0.83
6	0.52	0.56	0.6	0.7	0.77	0.82
بالاتر از 0.6/1 تا 12/20 (24)	2	0.78	0.8	0.81	0.85	0.88	0.9
3	0.66	0.69	0.71	0.76	0.8	0.83
4	0.6	0.63	0.65	0.72	0.76	0.8
5	0.55	0.58	0.61	0.68	0.73	0.77
6	0.52	0.55	0.58	0.66	0.72	0.76
19/33	2	0.79	0.81	0.81	0.85	0.88	0.9
3	0.67	0.7	0.71	0.76	0.8	0.83
4	0.62	0.65	0.65	0.72	0.76	0.8
5	0.57	0.6	0.6	0.68	0.73	0.77
6	0.54	0.57	0.57	0.66	0.72	0.76

جدول ضریب تصحیح برای مدارهایی با سه کابل تک رشت به صورت افقی یا مثلثی گروهی

ولتاژ کابل kv	تعداد مدارات	فاصله بین مراکز گروه کابل ها
تماس با یکدیگر	0.15m	0.3m	0.45m	0.6m
0.6/1	2	0.81	0.87	0.91	0.93	0.94
3	0.7	0.78	0.84	0.87	0.9
4	0.63	0.74	0.81	0.86	0.89
5	0.59	0.7	0.78	0.83	0.87
6	0.55	0.67	0.76	0.82	0.86
بالاتر از 0.6/1 تا 12/20 (24)	2	0.8	0.85	0.89	0.9	0.92
3	0.69	0.75	0.8	0.84	0.86
4	0.63	0.7	0.77	0.80	0.84
5	0.57	0.66	0.73	0.78	0.81
6	0.55	0.63	0.71	0.76	0.8
19/33	2	0.8	0.83	0.87	0.89	0.91
3	0.7	0.73	0.78	0.82	0.85
4	0.64	0.68	0.74	0.78	0.82
5	0.59	0.63	0.7	0.75	0.79
6	0.56	0.6	0.68	0.74	0.78

جدول 3-8 ضریب تصحیح برای گروه کابل های چند رشته ای به صورت افقی

عمق قرار گرفتن کابل (متر)	کابل های 0.6/1	بالاتر از 0.6/1 تا 19/33kV
تا50mm2	70-300mm2	بالاتر از300mm2	تا 300mm2	بالاتر از 300mm2
0.5	1	1	1	-	-
0.6	0.99	0.98	0.97	-	-
0.8	0.97	0.96	0.94	1	1
1	0.95	0.94	0.92	0.98	0.97
1.25	0.94	0.92	0.9	0.96	0.95
1.5	0.93	0.91	0.89	0.95	0.94
1.75	0.92	0.89	0.87	0.94	0.92
2	0.91	0.88	0.86	0.92	0.9
2.5	0.9	0.87	0.85	0.91	0.89
3 یا بیشتر	0.89	0.86	0.83	0.9	0.88

جدول 3-9 ضریب تصحیح برای عمق دفن کابل (تا مرکز کابل یا مرکز گروه مثلثی کابل)

کابل های نصب شده در مجرا

الف) دمای زمین 15 درجه سانتیگراد

ب) مقاومت مخصوص حرارتی زمین 1.2km/W

پ) حداقل فاصله مدارهای مجاور از یکدیگر 1.8m

ت) حداقل عمق کابل گذاری برای کابل های با ولتاژ زیر یک کیلو ولت برابر 50 سانتیمتر و برای کابل های از یک تا 33 کیلو ولت 8/0 متر است.

ضریب تصحیح برای تغییرات دمای زمین مطابق جدول 3-5 می باشد و ضرایب برای مقاومت حرارتی خاک و گروه کابل ها و عمق قرار گرفتن کابل ها در جدول 3-10 تا 3-13 آمده است.

اندازه هادی (میلیمتر)	مقاومت حرارتی خاک (km/W)
0.8	0.9	1	1.5	2	2.5	3
کابل تک رشته ای
تا 15	1.1	1.07	10.4	0.94	0.87	0.81	0.75
400-185	1.11	1.08	1.05	0.94	0.86	0.79	0.73
کابل چند رشته ای
تا 16	1.05	10.4	1.03	0.97	0.92	0.87	0.74
150-25	1.07	1.05	1.03	0.96	0.9	0.85	0.78
400-185	1.09	1.06	1.04	0.95	0.87	0.82	0.76

جدول 3-10 ضریب تصحیح برای مقاومت مخصوص حرارتی خاک

ولتاژ کابل kv	تعداد مدارات	فاصله بین مراکز مجراها
در تماس	45/0	6/0
0.6/1	2	86/0	9/0	93/0
3	77/0	83/0	87/0
4	73/0	81/0	85/0
5	7/0	78/0	83/0
6	68/0	77/0	82/0
بالاتراز 0.6/1 تا 12/20	2	85/0	88/0	9/0
3	75/0	8/0	83/0
4	7/0	76/0	8/0
5	67/0	73/0	77/0
6	64/0	71/0	76/0
19/33	2	85/0	88/0	9/0
3	76/0	8/0	83/0
4	71/0	76/0	8/0
5	67/0	73/0	77/0
6	65/0	71/0	76/0

جدول(3-11) ضریب تصحیح برای گروه کابل های تک رشته به صورت مثلثی و یا افقی در مجرا

ولتاژ کابل kv	تعداد مجراها در گروه ها	فاصله بین مراکز کابل ها (متر)
در تماس	3/0	45/0	6/0
0.6/1	2	9/0	93/0	95/0	96/0
3	82/0	87/0	9/0	93/0
4	78/0	85/0	89/0	91/0
5	75/0	82/0	87/0	9/0
6	72/0	81/0	86/0	9/0
بالاتراز 0.6/1 تا 12/20	2	88/0	91/0	93/0	94/0
3	8/0	84/0	87/0	89/0
4	75/0	81/0	84/0	78/0
5	71/0	77/0	82/0	85/0
6	69/0	75/0	8/0	84/0
19/33	2	87/0	89/0	92/0	93/0
3	78/0	82/0	85/0	87/0
4	73/0	78/0	82/0	85/0
5	69/0	75/0	79/0	83/0
6	67/0	73/0	78/0	82/0

جدول (3-12) ضریب تصحیح برای کابل های چند رشته در مجرا به صورت افقی

عمق کابل (متر)	کابل 0.6/1kV	از 0.6/1 تا 19.33kv
تک رشته	چند رشته	تک رشته	چند رشته
5/0	1	1	-	-
6/0	98/0	99/0	-	-
8/0	95/0	97/0	1	1
1	93/0	96/0	98/0	99/0
25/1	9/0	95/0	95/0	97/0
5/1	89/0	94/0	93/0	96/0
75/1	88/0	94/0	92/0	95/0
2	87/0	93/0	9/0	94/0
5/2	86/0	93/0	89/0	93/0
3 تا بیشتر	85/0	92/0	88/0	92/0

جدول (3-13) ضریب تصحیح برای عمق کابل (مراکز مجراها یا گروه مجرای مثلثی)

افت ولتاژ

از عوامل مهم تعیین سطح مقطع کابل ، مقدار افت ولتاژ مجاز آن می باشد ، این مقدار بخصوص در کابل های فشار ضعیف و کابل های فشار ضعیف و کابل های فشار متوسط در شرایطی که طول کابل خیلی طولانی باشد ، عامل تعیین کننده می باشد.

برای تعیین افت ولتاژ در کابل ها بایستی مقدار مقاومت و رأکتانس آن ها در شرایط بهره برداری مشخص شود و سپس با استفاده از فرمول های 4-1 تا 4-4 افت ولتاژ در کابل را بدست آورد. لازم به ذکر است که مشخص کردن مقدار مقاومت و رأکتانس کابل ها ، از جمله مشخصات فنی می باشد که بایستی در جدول شماره 2 ، مربوط به مشخصات فنی اسناد مناقصه توسط فروشنده ارائه شده باشد ، در صورتی که اطلاعات در دسترس نباشد می توان از جداول 4-1 تا 4-5 برای تعیین مقدار مقاومت و رأکتانس استفاده نمود ، مقدار رذکتانس کابل تابع پارامترهای زیادی می باشد که در جداول 4-1 تا 4-5 برای شرایط بخصوص مقادیر آن آمده است.

رأکتانس(50Hz) مقاومت ac در 90◦c
خازن (μF/km)	تخت* (Ω/km)	مثلثی (Ω/km)	آلومینیوم (Ω/km)	مس (Ω/km)	اندازه هادی (mm2)
کابل های تک رشته ای**
0.16	0.194	0.143	0.568	0.342	70
0.18	0.189	0.134	0.411	0.247	95
0.19	0.184	0.129	0.324	0.196	120
0.21	0.178	0.125	0.264	0.160	150
0.22	0.174	0.121	0.211	0.128	185
0.25	0.169	0.116	0.160	0.0977	240
0.27	0.166	0.112	0.129	0.0785	300
کابل های سه رشته ای
0.16	-	0.135	0.568	0.342	70
0.18	-	0.127	0.411	0.247	95
0.19	-	0.122	0.325	0.196	120
0.21	-	0.118	0.265	0.159	150
0.22	-	0.114	0.211	0.128	185
0.24	-	0.109	0.161	0.0978	240
0.26	-	0.105	0.130	0.0788	300

جدول (4-5) مشخصات الکتریکی کابل های XLPE و ولتاژ 19/33KV

* فاصله بین مراکز کابل برابر دو برابر قطر کابل

** کابل بدون زره و با پوشش الکترواستاتیکی از سیم های مسی

تحمل جریان اتصال کوتاه توسط کابل

در انتخاب نوع کابل ، تحمل جریان اتصال کوتاه یکی از عوامل تعیین کننده می باشد. در زمان بروز اتصال کوتاه جریان به طور ناگهانی برای چند سیکل افزایش یافته و سپس مقدار آن کم شده تا آن که سیستم حفاظتی عمل نماید. مدت زمان اتصال کوتاه معمولاً بین 2/0 تا 3 دقیقه می باشد. در زمان شروع اتصال کوتاه ممکن است کابل در بار کامل (حداکثر دما) باشد و افزایش دمای ناشی از اتصال کوتاه عامل مهمی در انتخاب سطح مقطع نامی خواهد بود. جریان اتصال کوتاه گاهی تا بیست برابر جریان دائمی رسیده و این جریان نیروی الکترومغناطیسی و ترمودینامیکی به وجود می آورد که متناسب با مربع جریان می باشد.

نظر به اینکه زمان اتصال کوتاه خیلی کم است ، کابل پس از آن به سرعت خنک می شود و عایق کابل بایستی تحمل دماهای بالاتر از جریان دائمی (ناشی از اتصال کوتاه) را داشته باشد. جدول (5-1) مقادیر دمای قابل تحمل اجزاء مختلف کابل های توزیع را نشان می دهد. مقادیر مذکور مطابق با استاندارد IEC-724 می باشد.

مقادیر داده شده در جدول (5-1) برای سایر اجزاء کابل غیر از عایق آن می باشد.

در نبودن پوشش مسلح کابل ، غلاف کابل به عنوان عایق در نظر گرفته می شود. مقادیر بالا در مواردی کاربرد دارد که قابلیت تحمل عایقی کمتر از اعداد فوق نباشد.

مواد	درجه حرارت حداکثر (◦C)
عایق PVC تا سطح مقطع 300mm2	150
عایق PVC با سطح مقطع بیش از 300mm2	130
عایق PVC برای ولتاژ 6/6kv و بالاتر	160
غلاف PVC	200
عایق XLPE	250
اتصال هادی ها به صورت لحیم شده	160
اتصال هادی ها به صورت فشرده شدن	250
غلاف یلی اتیلن	150

جدول (5-1) حد دمای اتصال کوتاه

مقادیر جریان اتصال کوتاه بر اساس دما

معمولاً فرض بر آن است که کل انرژی ورودی به کابل که توسط هادی ها جذب شده است به حرارت تبدیل شود و شرایط موجود آدیاباتیک باشد. به علاوه مقدار گرمای جذب شده به مدت زمان اتصال کوتاه بستگی دارد که حداکثر این زمان 5 ثانیه فرض می شود.

با مساوی قرار دادن حرارت ورودی (I2RT) با حرارت جذب شده (حاصل ضرب جرم ، افزایش درجه و حرارت مخصوص) معادله ای به شرح زیر به دست می آید:

رابطه (5-1)

I : جریان اتصال کوتاه (rms) بر حسب آمپر

T : مدت زمان اتصال کوتاه (ثانیه)

K : مقدار ضریب ثابت برای مواد به کار رفته در هادی

S : سطح مقطع هادی (mm2)

θ1 : دمای نهایی بر حسب درجه سانتیگراد

θ2 : دمای اولیه بر حسب درجه سانتیگراد

β : عکس ضریب حرارتی مقاومت (α) هادی (بر حسب درجه سانتیگراد در صفر درجه)

ضرایب ثابت فوق برای فلزات مختلف در جدول شماره (5-2) آمده است که در آن:

رابطه (5-2)

QC: حرارت مخصوص حجمی هادی در دمای 20 درجه سانتی گراد (JρCmm)

ρ20 : هدایت فلز هادی در 20 درجه سانتی گراد

جنس فلز	ρ20	QC	β	K
مس	17.241*10-6	3.45*10-3	234.5	226
آلومینیوم	28.164*10-6	2.5*10-3	228	148
سرب	214*10-6	1.45*10-3	230	42
فولاد	138*10-6	3.8*10-3	202	78

جدول (5-2) ثابت های محاسبات اتصال کوتاه

کابل های توزیع قدرت

برای شرایط خاصی از افزایش دما مطابق جدول (5-1) می توان فرمول داده شده را به طوری که در جدول (5-3) آمده است به کار برد. در این جدول به طوری که در محاسبات اتصال معمول است ، فرض می شود وقتی که اتصال کوتاه رخ می دهد کابل در درجه حرارت حداکثر مجاز در حال بهره برداری است.

یک راه دیگر برای نشان دادن اطلاعات موجود در آخرین ستون جدول (5-3) آن است که آن ها را به صورت گرافیکی نمایش داد. شکل های (5-1) و (5-2) برای کابل های با عایق PVC و شکل های (5-3) و (5-4) برای کابل های XLPE می باشند.

نوع عایق کابل	جنس هادی	افزایش درجه حرارت (◦c)	جریان اتصال کوتاه (A)
PVC ولتاژ 1 تا 3 کیلو ولت
تا سطح مقطع 300 میلیمتر مربع	مسی	150-70	110*ST-1/2
تا سطح مقطع 300 میلیمتر مربع	آلومینیومی	150-70	71*ST-1/2
سطح مقطع بیش از 300 میلیمتر مربع	مسی	130-70	96*ST-1/2
سطح مقطع بیش از 300 میلیمتر مربع	آلومینیومی	130-70	62*ST-1/2
XLPE	مسی	200-90	144*ST-1/2
XLPE	آلومینیومی	250-90	92*ST-1/2

جدول (5-3) جریان اتصال کوتاه با عایق های مختلف

جریان های اتصال کوتاه غیر متقارن

در بخش (5-2) جریان های اتصال کوتاه متقارن سه فازها مورد بررسی قرار گرفت. در مورد جریان های اتصال کوتاه غیر متقارن مثلاً جریان های اتصال زمین ، عوامل دیگری نیز می بایستی در نظر گرفته شوند زیرا که در این حالت جریان اتصال کوتاه می تواند در پوشش های فلزی و یا زره جریان یابد. به طور کلی برای هادی های با اندازه کوچک افزایش دما عامل تعیین می باشد و لیکن در هادی های با اندازه بزرگتر به طوری که در جدول (5-1) نشان داده شده است با در نظر گرفتن پوشش های سربی و یا زره حد مجاز کمتر می شود.

دمای پوشش زره را می توان با لایه PVC پوشانیده شده بر روی آن کنترل نمود. حداکثر جریان های اتصال کوتاه غیر متقارن برای کابل های توزیع قدرت که رایج می باشند درجدول (5-4) تا (5-7) آورده شده اند و این مقادیر برای کابل های چند مفتولی می باشند. مقادیر داده شده با در نظر گرفتن مدت اتصال کوتاه یک ثانیه می باشد. برای مدت زمان های غیر از یک ثانیه این ارقام بر ریشه دوم زمان داده شده تقسیم می شوند.

جدول (5-4) حداکثر جریان اتصال کوتاه نا متقارن مجاز به زمین (کابل های زره دار سیمی با عایق PVC و هادی آلومینیومی مفتولی) و ولتاژ 0.6/1KV و مدت زمان خطا برابر یک ثانیه است.

«جدول صفحه بعد است»

مقطع هادی (mm2)	زره آلومینیومی	زره فولادی
تک رشته ای KA	دو رشته ای KA	سه رشته فولادی KA	چهار رشته فولادی KA
16	-	6/1	8/1	7/2
25	-	4/2	7/2	2/3
35	-	6/2	1/3	5/3
50	8/2	0/4	5/3	0/5
70	2/3	4/4	0/5	5/5
95	6/3	8/4	7/5	5/6
120	2/5	-	1/6	9/8
150	7/5	-	4/8	7/9
185	2/6	-	5/9	8/10
240	7	-	6/10	1/12
300	6/7	-	7/11	4/13

مقطع هادی	زره آلومینومی تک رشته ای	زره فولادی
دو رشته ای	سه رشته ای	چهار رشته ای	چهار رشته با کاهش مقطع نولی
mm2	KA	KA	KA	KA	KA
50	1/3	3/3	7/3	4/5	2/4
70	5/3	7/3	3/5	1/6	9/5
95	0/4	4/5	1/6	0/7	9/6
120	7/5	8/5	6/6	7/9	5/9
150	4/6	4/6	3/9	8/10	4/10
185	0/7	9/8	2/10	7/11	4/11
240	8/7	9/9	4/11	2/13	7/10
300	6/8	0/11	7/12	7/14	*3/14
300	-	-	-	-	**7/14

جدول (5-5) حداکثر جریان اتصال کوتاه نامتقارن مجاز به زمین (کابل های زره دار سیمی با عایق PVC و هادی سیمی) برای یک ثانیه در سطح ولتاژ 0.6/1KV

* 300/150mm2

** 300/185mm2

مقطع هادی	زره آلومینومی تک رشته ای	زره فولادی
دو رشته ای	سه رشته ای	چهار رشته ای
mm2	KA	KA	KA	KA
50	6/1	4/2	9/2	3/3
70	6/2	8/2	3/3	9/4
95	0/3	1/4	8/4	4/5
120	2/3	-	2/5	6/7
150	8/4	-	4/7	4/8
185	2/5	-	2/8	4/9
240	7/5	-	4/9	5/10
300	3/6	-	2/10	7/11

جدول (5-6) حداکثر جریان اتصال کوتاه نامتقارن مجاز به زمین (کابل های زره دار سیمی با عایق XLPE و هادی آلومینیوم مفتولی) برای سطح ولتاژ 0.6/1KV برای یک ثانیه

مقطع هادی	زره آلومینومی تک رشته ای	زره فولادی
دو رشته ای	سه رشته ای	چهار رشته ای	چهار رشته با سطح مقطع کاهش یافته نولی
mm2	KA	KA	KA	KA	KA
50	8/1	6/3	0/3	5/3	3/3
70	7/2	1/3	5/3	1/5	0/5
95	1/3	4/4	0/5	7/5	6/5
120	3/3	9/4	5/5	0/8	3/6
150	8/4	4/5	8/7	0/9	6/8
185	4/5	4/7	6/8	9/9	7/9
240	0/6	4/8	7/9	3/11	9/10
300	4/6	2/9	5/10	4/12	*8/11
300	4/6	2/9	5/10	4/12	**4/12

جدول (5-7) حداکثر جریان اتصال کوتاه نامتقارن مجاز به زمین (کابل های زره دار سیمی با عایق XLPE و هادی مسی) برای سطح ولتاژ 0.6/1KV برای یک ثانیه

* mm2 150/300

** mm2185/300

نیروهای الکترومغناطیسی و پاره شدن کابل

جریان اتصال کوتاه در کابل های چند رشته ای نیروهای الکترومغناطیسی به وجود می آورند که رشته های کابل را از یکدیگر جدا نموده و چنانچه این رشته ها به طور محکم با هم بسته نشده باشند ، کابل تمایل به از هم گسیختگی خواهد داشت. این اثر در کابل های با عایق کاغذی که فاقد پوشش مسلح می باشند از اهمیت خاصی برخوردار است زیرا ممکن است عایق در این شرایط آسیب ببیند. مسلح نمودن کابل ها باعث جلوگیری از آسیب از این نیروها می شود.

اثرات ترمومکانیکی

افزایش گرمای زیاد در تنیجه جریان اتصال کوتاه باعث ایجاد انبساط در هادی های کابل شده و انبساط به وجود آمده باعث بروز مشکلاتی از قبیل پیشروی طولی در کابل های چند رشته ای و یا جابجایی کابل در صورتی که به طور مناسب نصب نشده باشد ، خواهد شد. پیشروی هادی در هادی های تک مفتولی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

طراحی مفصل ها و سرکابل ها

اثرات ناشی از جریان اتصال کوتاه در مفصل های کابل های دفن شده در زمین مهم می باشد زیرا که به علت فشار وارده از زمین بر روی سطح کابل هادی های کابل ممکن است در داخل کابل به طور طولی افزایش یافته و داخل مفصل یا سرکابل شوند ، مقدار این نیروی پیش رونده خیلی زیاد بوده مثلاً 50N/mm2 و برای کابل های با اندازه بزرگتر اهمیت آن بیشتر می باشد. اگر مواد پُر کننده ی مفصل ها و ترمینال ها (سرکابلها) به اندازه کافی نرم باشد که اجازه پیشروی هادی ها را بدهد نیروی ذکر شده باعث ایجاد نقص در داخل سرکابل یا مفصل می شود و پس از خنک شدن هادی ها تنش به وجود آمده در آن ها باعث ایجاد مشکلات دیگری خواهد شد و به همین دلیل حد نهایی دما برای اتصالات لحیم شده هادی ها c°160 در نظر گرفته شده است. از عوامل دیگری که باید در نظر گرفته شوند آن است که نگهدارنده ها و چفت و بست ها بایستی مناسب انتخاب شده تا در دمای به وجود آمده در آن ها باعث ایجاد اشکال در مفصل نشود.

اختلاف بین هادی های مسی و آلومینیوم

اگرچه ضریب انبساط آلومینیوم از مس بیشتر است و لیکن تنش به وجود آمده در آن به علت اینکه ضریب مدولاسیون الاستیک[1] آن کمتر است همانند مس خواهد بود. بنابراین نیروهای درهم شکننده برای هر دو فلز تقریباً مشابه یکدیگر می باشند.

وقتی که محدودیت ها توسط غلاف های سربی و یا نیروهای الکترومغناطیسی تحت تإثیر قرار می گیرند ، نوع فلز هادی از لحاظ تئوری هیچ فرقی ندارد ولیکن در رابطه با نیروهای ضربه ای آلومینیوم از ضریب کمتری نسبت به مس برخوردار است زیرا که برای یک مقدار مشخصی از جریان ، اندازه سطح مقطع هادی آلومینیوم از مس بزرگتر می باشد.

شرایط نصب و کابل کشی

به طوری که قبلاً ذکر شده است اثرات نیروی پیشروی طولی در کابل هایی که در زمین کشیده شده اند از مهم ترین پارامترها می باشند.

در کابل هایی که دارای عایق ترموپلاستیک و غلاف خارجی می باشند بایستی از افزایش زیاد فشار محلی (موضعی) جلوگیری نمود زیرا که باعث تغییر شکل دادن عایق و غلاف می شود. این مورد ممکن است به علت رعایت نکردن شعاع انحنا در موقع کابل کشی و یا مناسب نبستن وسایل نگهدارنده درکابل ها پیش آید. موارد نامبرده بالا در مورد کابل های با عایق ترموست که سطح مقطع آن ها بزرگتر است نیز صادق می باشد.

ظرفیت جریان قابل حمل توسط کابل های توزیع با عایق PVC

جداول داده شده در این قسمت شامل مقادیر نامی کابل های با عایق PVC می باشند.

الف) طرح کابل

1- هادی ها

برای کایل های تک رشته ای هادی ها از مس و آلومینیوم چند مفتولی و یا تک مفتولی و به شکل دایره می باشند و برای کابل های چند رشته ای هادی های مسی یا آلومینیومی به صورت قطاعی می باشند.

2- لایه زیرین پوشش زره

این لایه برای کابل های تک رشته ای از نوع PVC اکسترود شده و برای کابل های چند رشته ای از PVC اکسترود شده یا نوار پلاستیکی می باشد.

3- زره

فرض بر این است که زره کابل ها از نوع آلومینیوم برای کابل های تک رشته و فولاد گالوانیزه برای کابل های چند رشته می باشد.

4- غلاف

غلاف از نوع PVC اکسترود شده می باشد.

مقادیر نامی جریان

مقادیر نامی جریان بر اساس دمای محیط 30°C محاسبه شده است.

حداکثر دمای هادی

این دما 70°C می باشد.

کابل کشی در هوا

دمای محیط 30 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است و کابل در برابر اشعه مستقیم خورشید محافظت شده است. و کابل ها حداقل 2 سانتیمتر از دیوار فاصله دارند و در صورتی که در کانال نصب شوند روی آن ها ÷وشیده نمی شود و مدارهای مجاور همدیگر بایستی دارای فضای مناسب از یکدیگر باشند تا بر یکدیگر اثر گرمایی نداشته باشند.

کابل های نصب شده در زمین

انتخاب بهینه سطح مقطع کابل های فشار قوی

مطالب مشابه :

محاسبه سطح مقطع کابل

نرم افزار محاسبه سطح مقطع کابل

نرم افزار محاسبه سطح مقطع کابل