جدول سطح مقطع مناسب کابل با استفاده از جریان مجاز و افت ولتاژ

در طراحی شبکه های برق و تنظیم پروژه های توزیع انرژی نیاز به شناخت کابل و کاربرد آن داریم.

هر کابلی با سطح مقطع مشخص قادر به انتقال جریان معینی است که اگر جریان از آن حد تجاوز کند سبب تلفات انرژی الکتریکی، کوتاهی عمر کابل و یا سوختن آن می شود. لذا در طراحی شبکه سه اصل زیر را باید در نظر گرفت:

الف) جریان برق از حد مجاز کابل بیشتر نشود.

ب) افت ولتاژ نباید بیشتر از حد مجاز باشد.

ج) محاسبات اقتصادی در مورد سطح مقطع انتخابی از نظر افت توان انجام شود.

در ادامه پیرامون چگونگی انتخاب سطح مقطع کابل با در نظر گرفت سه اصل فوق، شرح مختصری ارایه می گردد:

الف) انتخاب کابل با توجه به جریان مجاز آن

جریان مجاز کابل های برق و کابل های مخصوص روشنایی و سیم کشی به ترتیب در جدول ۱ تا ۴ داده شده است. لازم به یادآوری است که اگر از کابل های برق (جدول ۱) بخواهیم بطور دایم بارگیری کنیم بسته به نوع خاک باید خشک شدن آن و بالا رفتن مقاومت حرارتی آن را در نظر گرفته و محاسبات دقیق را انجام دهیم.

تعیین سطح مقطع کابل

برای پیدا کردن سطح مقطع کابل مورد نظر ابتدا بایستی جریان گذرنده (مقدار آمپر) از این کابل را مشخص نموده و در این مورد می توان روابط زیر را بکار برد:

که در آن:

P توان واقعی برداشتی به وات

V ولتاژ خط به ولت

I جریان عبوری به آمپر

Pf ضریب توان

در این حال پیش از پیدا کردن سطح مقطع کابل باید با توجه به شرایطی که کابل در آن قرار می گیرد، ضرایب مربوطه را از جداول ۲ و ۳ بدست آوریم و از رابطه زیر جریان مجاز کابل را محاسبه کنیم:

سپس از روی این جریان و با توجه به جریان مجاز کابل های برق (جدول ۱) و کابل های مخصوص روشنایی و سیم کشی (جدول ۴) سطح مقطع کابل مورد نظر بدست می آید.

ب) تعیین افت ولتاژ

همیشه در طراحی شبکه ها باید سطح مقطع کابل طوری انتخاب شود که افت ولتاژ در کابل درصد کوچکی باشد.

این افت ولتاژ برحسب تنوع شبکه و نیز ولتاژ شبکه متغییر است. مثلا برای شبکه ۳۸۰/ ۲۲۰ ولت، افت ولتاژ مجاز حدود ۵ درصد است. بنابراین پس از تعیین سطح مقطع باید بررسی شود که آیا سطح مقطع انتخابی این شرط را نیز برآورده می سازد یا نه؟

اگر درصد افت ولتاژ در حد مجاز نباشد باید سطح مقطع بالاتری را انتخاب کنیم.

برای تعیین درصد افت ولتاژ می توان روابط زیر را بکار برد:

که در آن:

R مقامت هادی در ۷۰ درجه اهم

V ولتاژ خط به ولت

L طول کابل به متر

X مقامت القایی (اندوکتانس) به اهم (ستون چهارم جدول ۵)

ج) بررسی اقتصادی

برای طراحی اقتصادی شبکه و بهینه سازی نیازمند داده های آماری و مقادیر واقعی نظیر قیمت کابل، هزینه نصب و نگهداری، بهای هر کیلو وات ساعت مصرفی، مدت زمان بهره برداری از کابل و غیره هستیم.

چنین ارزیابی در این توضیح مختصر نمی گنجد و فقط به این موضوع اشاره می کنیم که با افزایش سطح مقطع چون مقاومت کاهش می یابد، افت ولتاژ نیز کم شده و درنتیجه از افت توان نیز کاسته می شود. بنابراین قیمت توان تلف شده در کابل نیز تقلیل می یابد، از طرفی کابل با سطح مقطع بزرگتر دارای قیمت بیشتری نیز می باشد. بهینه سازی به این دو مورد بستگی دارد.

برای روشن شدن مطالب گفته شده به بررسی مثال زیر می پردازیم.

مثال:

می خواهیم برای برق رسانی به موتور سه فاز ۳۸۰ ولتی به قدرت ۹۰ کیلووات و با ضریب ۰٫۸ که در فاصله ۱۰۰ متری از تابلوی توزیع قرار دارد از کابل پلاستیکی نوع NYY-O استفاده کنیم. در صورتیکه موتور روزانه ۱۰ ساعت با بار کامل کار کند و دست کم به همان مدت هم بار آن از ۶۰ درصد بار کامل تجاوز نکند و کابل بطور مستقیم در عمق ۷۰ سانتیمتری در خاک قرار گرفته و حداکثر دمای محیط هم ۴۰ درجه سانتیگراد باشد، سطح مقطع کابل مورد نظر را برای موتور مورد نظر حساب کنید.

ابتدا جریان برداشتی را حساب می کنیم:

از جدول ۲ ضریب تصحیح دما برای دمای ۴۰ درجه ۰٫۷۷ است، پس جریان مجاز کابل برابر است با:

از جدول می توانیم مشاهده کنیم که کابل ۷۰*۳ می تواند ۲۳۰ آمپر را منتقل کند، پس اتن کار مناسب است.

برای بررسی درصد افت ولتاژ در این کابل از جدول ۵-۲ می توانیم مقامت اهمی و القایی کابل را بدست آوریم:

نکته ای که باید در هنگام تعیین سطح مقطع کابل در نظر داشت این است که در فواصل کوتاه توانایی انتقال جریان عامل تعیین کننده است. در حالیکه در شبکه های با طول بلند، افت ولتاژ نقش اساسی دارد.

د) چند توصیه در مورد نصب کابل

کابل برق مانند هر وسیله برای استفاده صحیح و افزایش عمر نیاز به رعایت نکاتی است که به پاره ای از آنها اشاره می کنیم:

* کابل پلاستیکی (پی وی سی) را نباید در زمستان که دمای هوا زیر صفر است کابل کشی نمود. در شرایط خاص کار در سرما می توان از پیش قرقره کابل را در محیط گرم قرار داد و پس از گرم شدن بی درنگ آن را نصب کنیم. البته پس از نصب مانعی ندارد دمای محیط به حد -۳۰ هم برسد.

* هنگام نصب کابل شعاع خمش آن نباید از ۱۲ برابر قطر خارجی آن کمتر باشد.

* در صورتیکه کابل در خاک دفن شود، باید کانالی به عمق ۷۰ سانتیمتر حفر کرد و کابل را در این کانال داخل خاک نرم (الک شده) به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر قرار داد و سپس روی آن آجر و در پایان خاک معمولی ریخت. این کار از فشار طبقات خاک بر روی کابل و آسیب دیدگی آتن در هنگام کندن زمین با بیل و کلنگ جلوگیری می کند.

جدول شماره ۱- جریان مجاز کابل های برق به آمپر