راهنمای جامع انتخاب کابل برق سه فاز | آشنایی با کاربرد انواع کابل برق سه فاز

کابل برق سه فاز تجهیزاتی حیاتی برای انتقال ایمن و موثر جریان‌های الکتریکی عظیم در سطح ولتاژهای بالا به شمار می‌روند. اگرچه کاربرد اصلی این کابل‌ها در خطوط انتقال نیروگاهی است، اما شناخت دقیق آن‌ها برای تمامی مهندسان و اپراتورهایی که در توسعه زیرساخت‌ها و پروژه‌های سنگین فعالیت دارند، امری گریزناپذیر است. در این مقاله، قصد داریم به معرفی جامع انواع کابل‌های فشار قوی پرداخته و کاربردها و مزایای برجسته هر یک را بررسی کنیم.

ساختار کابل برق سه فاز

ساختار کابل برق سه فاز به گونه‌ای طراحی شده است که بتواند سه جریان متناوب را که از نظر فاز با یکدیگر متفاوت هستند، به طور هم‌زمان و ایمن منتقل کند. این کابل‌ها از چندین لایه فنی تشکیل شده‌اند که هر کدام وظیفه خاصی در حفاظت و انتقال انرژی بر عهده دارند. ساختار این کابل‌ها، صرف نظر از برند، از اجزای اصلی تقریبایکسانی تشکیل شده است که به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

۱. هادی کابل

• جنس هادی: معمولا از مس به دلیل رسانایی بسیار بالا و یا آلومینیوم به دلیل وزن سبک و قیمت ارزان‌تر ساخته می‌شود.
• شکل هادی: می‌تواند به صورت مفتولی، نیمه‌افشان یا افشان باشد تا انعطاف‌پذیری مورد نیاز پروژه را تامین کند.

۲. عایق کابل

لایه‌ای که روی هر رشته هادی قرار می‌گیرد تا از اتصال کوتاه و نشت جریان جلوگیری کند.

• عایق PVC مناسب برای کابل‌های فشار ضعیف 
• عایق XLPE: پلی‌اتیلن کراس‌لینک شده مناسب برای کابل‌های فشار متوسط و قوی 

۳. پرکننده (فیلر)

در کابل‌های چند رشته، برای اینکه کابل حالت گرد و استوانه‌ای خود را حفظ کند و فضای خالی بین رشته‌ها پر شود، از مواد پرکننده استفاده می‌شود. این لایه همچنین به عنوان یک ضربه‌گیر داخلی عمل می‌کند.

۴. لایه میانی (بدینگ)

این لایه به عنوان یک بستر برای قرارگیری لایه‌های محافظتی بعدی (مانند زره) عمل کرده و از عایق رشته‌ها در برابر لبه‌های تیز احتمالی محافظت می‌کند.

۵. زره یا آرمور (Armor)

در برخی از انواع کابل برق سه فاز از یک لایه محافظ فلزی (SWA یا STA) بین روکش و بدینگ استفاده می‌شود تا از کابل در برابر فشار مکانیکی، ضربه یا جویده شدن توسط حیوانات محافظت شود.

۶. روکش نهایی

خارجی‌ترین لایه کابل که کل ساختار را در برابر رطوبت، اشعه خورشید و سایش محافظت می‌کند. این روکش از جنس مواد پلیمری انتخاب می‌شود.

انواع کابل‌های سه فاز

کابل‌های سه فاز بر اساس سطح ولتاژ قابل تحمل، نوع عایق‌بندی و میزان محافظت فیزیکی به دسته‌های متنوعی تقسیم می‌شوند که هر کدام برای محیط و کاربرد خاصی توسعه یافته‌اند. در ادامه مهم‌ترین انواع این کابل‌ها را بررسی می‌کنیم:

۱. کابل فشار متوسط

کابل‌های فشار متوسط که در صنعت برق به اختصار کابل MV نامیده می‌شوند، تجهیزاتی استراتژیک برای انتقال انرژی الکتریکی در محدوده‌های ولتاژی بین ۱ تا ۳۶ کیلوولت هستند. کابل فشار متوسط به عنوان حلقه واسط عمل کرده و توان الکتریکی را از پست‌های فوق توزیع به ترانسفورماتورهای کاهنده، شبکه‌های توزیع شهری، شهرک‌های صنعتی و پالایشگاه‌ها منتقل می‌کنند. کاربردهای کلیدی کابل فشار متوسط:

• تامین برق تاسیسات صنعتی بزرگ، صنایع فولاد، معادن و سایت‌های پتروشیمی
• شبکه‌های توزیع برق زیرزمینی در کلان‌شهرها برای زیباسازی و افزایش ایمنی مبلمان شهری
• اتصال ژنراتورها به شبکه سراسری در نیروگاه‌های تجدیدپذیر (بادی و خورشیدی)
• پروژه‌های زیربنایی مانند تونل‌سازی و سیستم‌های مترو

2. کابل زره دار

هنگامی که صحبت از اجرای پروژه‌های برق‌رسانی در محیط‌های صنعتی سنگین، معادن یا فضاهای باز به میان می‌آید، کابل‌های معمولی به تنهایی نمی‌توانند در برابر تنش‌های فیزیکی مقاومت کنند. در این شرایط، کابل زره دار به عنوان یک راهکار مهندسی و ایمن برای محافظت از جریان برق در برابر آسیب‌های مکانیکی وارد عمل می‌شود.
استفاده از این نوع کابل‌ها در مکان‌هایی که خطر آسیب فیزیکی بالاست، به یک الزام استانداردهای مهندسی تبدیل شده است:

• دفن مستقیم در زمین (Direct Burial)
• صنایع سنگین و نفت و گاز
• محیط‌های دارای حیوانات موذی
• تاسیسات زیرساختی مانند پمپاژ آب، تصفیه‌خانه‌ها، ایستگاه‌های مترو و شبکه‌های ریلی

کابل 20 کیلو ولت

کابل‌های ۲۰kV به عنوان پرکاربردترین رده در دسته‌ی کابل فشار متوسط، وظیفه انتقال توان از پست‌های اصلی به ترانسفورماتورهای توزیع در کارخانه‌ها و شهرک‌های صنعتی را بر عهده دارند. کابل ۲۰ کیلو ولت، به دلیل ولتاژ بالا، باید دارای استانداردهای بسیار دقیق عایق‌بندی و پایداری فیزیکی باشد. این نوع کابل همچنین در مدل زره‌دار نیز تولید می‌شود.
کاربردهای کابل ۲۰ کیلو ولت عبارت‌اند از:

• استفاده در پمپ‌های صنایع نفت و گاز
• معادن زیرزمینی
• نیروگاه‌های خورشیدی و بادی
• تاسیسات دریایی و بنادر

انواع کابل برق سه فاز بر اساس تعداد رشته

انتخاب صحیح تعداد رشته‌ها در یک کابل سه فاز، علاوه بر بهینه‌سازی هزینه‌های پروژه، نقش حیاتی در ایمنی و پایداری شبکه توزیع برق دارد. کابل‌های سه فاز در استانداردهای صنعتی به چهار دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

۱. کابل سه فاز ۳ رشته

این کابل‌ها ساده‌ترین نوع کابل سه فاز هستند و تنها از سه هادی برای انتقال فازهای اصلی (L1, L2, L3) تشکیل شده‌اند.
کاربرد: راه‌اندازی الکتروموتورهای سه فاز صنعتی، پمپ‌های بزرگ، و تابلوهای توزیع اصلی که سیستم نول و ارت آن‌ها به‌صورت جداگانه تعبیه شده است.

۲. کابل سه فاز ۳.۵ رشته

یکی از اقتصادی‌ترین و پرکاربردترین کابل‌ها در شبکه‌های توزیع، کابل سه و نیم رشته است. در این ساختار، سه رشته هم سایز برای فازها و یک رشته با سطح مقطع کوچکتر به عنوان نول در نظر گرفته می‌شود. موارد مصرف: شبکه‌های توزیع برق شهری و تغذیه تابلوهای فرعی صنعتی.

۳. کابل سه فاز ۴ رشته

این کابل از چهار رشته هادی با سطح مقطع یکسان (سه فاز + یک نول) تشکیل شده است. موارد مصرف: سیستم‌های توزیع روشنایی در مجتمع‌های بزرگ، ساختمان‌های تجاری و مسکونی، و تغذیه دستگاه‌هایی که به نول کامل نیاز دارند.

۴. کابل سه فاز ۵ رشته

این دسته، کامل‌ترین و ایمن‌ترین ساختار را در میان کابل‌های توزیع فشار ضعیف دارد و شامل سه فاز، یک سیم نول (N) و یک سیم ارت (PE) است. موارد مصرف: محیط‌های حساس به ایمنی، بیمارستان‌ها، دیتاسنترها، تغذیه تجهیزات الکترونیکی حساس و سیستم‌های هوشمند ساختمان (BMS).

محاسبه سایز کابل سه فاز

انتخاب سطح مقطع (سایز) مناسب برای کابل سه فاز یکی از حساس‌ترین مراحل در طراحی و اجرای پروژه‌های صنعتی است. انتخاب کابل نازک‌تر از حد استاندارد باعث داغ شدن هادی، افت ولتاژ شدید، آسیب به تجهیزات و حتی آتش‌سوزی می‌شود. از سوی دیگر، انتخاب کابل بیش از حد ضخیم، هزینه‌های اقتصادی پروژه را به شکل غیرمنطقی افزایش می‌دهد.  برای محاسبه اصولی سایز کابل، مهندسان برق ۳ گام اساسی زیر را طی می‌کنند:
گام اول: محاسبه جریان مصرفی بار (آمپراژ) بر اساس توان مصرفی دستگاه گام دوم: محاسبه افت ولتاژ در مسافت‌های طولانی نکته! طبق استاندارد افت ولتاژ مجاز را برای تجهیزات موتوری حداکثر ۵٪ و برای مدارهای روشنایی حدود ۳٪ تعیین شده است. 
گام سوم: اعمال ضرایب تصحیح شرایط محیطی
نکته! ظرفیت انتقال جریان (آمپراژ) درج شده در کاتالوگ هر محصول، بر اساس محاسباتی صورت می‌گیرد که در دمای ۳۰ درجه سانتی‌گراد در هوای آزاد یا ۲۰ درجه سانتی‌گراد در خاک انجام شده است.