جریان مجاز ! بررسی تمامی فرمول ها و چند مثال از نحوه بدست آوردن جریان مجاز سیم و کابل

جریان مجاز سیم و کابل

در هنگام خرید سیم و کابل در اولین گام باید مشخصات اصلی کابل ها را بدانیم که عبارتند از:

1. ولتاژ اسمی و جریان مجاز سیم و کابل
2. جنس هادی، سطح مقطع و شکل آن
3. جنس عایق
4. نوع هسته
5. نوع حفاظ
6. جنس غلاف
7. نوع زره
8. نوع حفاظت در برابر خوردگی

دومین گام شناسایی عوامل مؤثر در انتخاب نوع کابل است

1. بار مورد نظر و ظرفیت مجاز کابل
2. افت ولتاژ مجاز
3. حفاظت مدار
4. بار اتصال کوتاه لازم یا مجاز
5. شرایط مکانیکی
6. شرایط محیطی (دمای محیط، میزان فشار و کشش وارد بر کابل، رطوبت محیط و اثرات خوردگی نصب کابل(
7. مشخصات فنی تعیین شده

از بین عوامل فوق جهت تعیین سطح مقطع کابل باید به جریان مورد نیاز مصرف کننده، فاصله بین مصرف کننده و منبع تغذیه، میزان تحمل کابل در برابر عبور جریان و افت ولتاژ مجاز توجه نمود.

جریان مجاز سیم و کابل چیست؟

جریان مجاز سیم برق به عنوان استاندارد ترین جریانی است که یک سیم می تواند آن را انتقال دهد یا به عبارتی دیگر میزان جریانی است که سیم قابلیت تحمل آن را دارد. میزان جریان عبوری و سطح مقطع سیم رابطه مستقیم با یکدیگر دارند بنابراین اگر جریان عبوری بیشتر شود سطح مقطع سیم نیز بیشتر خواهد شد. در صورتی که سطح مقطع کمتر از میزان جریان عبوری باشد سیم گرم می‌شود و حرارت ایجاد شده عموما باعث اتصالی و در مواردی آتش سوزی می‌شود. میزان جریان مجاز به درصد خلوص مس موجود در سیم های افشان یا حتی سیم های مفتول، بستگی دارد.

چگونگی تعیین جریان مجاز سیم و کابل

ظرفیت انتقال جریان هر یک از رساناهای سیم در مقایسه با یکدیگر متفاوت است. جریان استاندارد، میزان جریانی است که بدون تجاوز از درجه حرارت سیم، به عملکرد خود ادامه دهد. تمامی سیم ها یک سطح مقطع مشخص دارند که بر اساس آن توانایی و ظرفیت انتقال جریان الکتریکی تعیین می‌شود.

در هر قسمت از کابل میزان حرارت به وجود آمده در هادی، باید به درستی به تمامی محیط انتقال یابد. عایق سیم‌ها معمولاً از جنس PVC است و حداکثر دمای مجاز برای آن‌ها ۷۰ درجه سانتی گراد است. اگر درجه حرارت محیط یا سیم برق از این مقدار بیشتر شود، روکش سیم‌ها شروع به ذوب شدن می‌کند و بعد از آن قسمت مسی سیم‌ها با هم تماس پیدا کرده و اتصالی رخ می دهد و علاوه بر کاهش طول عمر سیم، تلفات الکتریکی بسیاری را به همراه دارد.

تعیین میزان جریان به سطح مقطع سیم و نوع عایق بستگی دارد زیرا که هر نوع از عایق توانایی تحمل میزان حرارت مشخصی را دارد که بر اساس استانداردها تعیین می گردد.

جریان مجاز کابل های مسی با عایق و غلاف  PVC

این کابل ها به دو گروه نصب شده در زمین در عمق ۷۰ سانتی متری و درجه حرارت ۲۰ درجه سانتیگراد و کابل‌های مستقر در هوا با درجه حرارت ۳۰ درجه سانتیگراد، تقسیم می‌شوند. جریان مجاز این کابل‌ها بر اساس سطح مقطع آن ها می باشد. حداکثر درجه حرارت مجاز هادی با روکش PVC برابر ۷۰ درجه سانتیگراد است.

جریان مجاز سیم‌ها و کابل‌های آلومینیومی

در کابل‌های آلومینیومی نیز جریان مجاز با توجه به سطح مقطع کابل تعیین می‌گردد و با توجه به رسانایی و مقاومت الکتریکی آلومینیوم نسبت به مس، می‌توان گفت جریان مجاز هادی‌های آلومینیومی در مقایسه با هادی‌های مسی هم مقطع کمتر است.

تأثیر طول سیم بر جریان عبوری از سیم برق

تأثیر طول سیم بر جریان عبوری از سیم برق غیر قابل‌ انکار است. طول سیم از مشخصه‌های مهم و اساسی در تغییر ولتاژ است به همین جهت مهندسان صنعتی و تکنسین‌های برق سعی می‌کنند به‌ منظور دریافت یک ولتاژ دقیق علاوه بر مؤلفه‌های دیگر به طول سیم و تأثیر آن در کاهش یا افزایش ولتاژ توجه نمایند. برحسب طول و جنس سیم (مسی یا آلومینیومی) مقدار جریان مجاز برای یک سیم را محاسبه می‌کنند. به طور مثال میزان جریان عبوری از سیم با نمره 10 از جنس مس با طول حداکثر 50 متر برابر با 77 آمپر است که اگر این طول را به مقدار 100 متر برسانیم ولتاژ افت نموده و به حدود 50 آمپر می‌رسد. این یعنی شما هرچه بر طول سیم خود بی افزایید شاهد کاهش ولتاژ خواهید بود که در محاسبات کابل‌ کشی و برق‌کشی‌ها باید در نظر گرفته شود.

به عنوان نمونه : کابل مسی با سطح مقطع 95 میلی‌متر مربع و کابل آلومینیومی با سطح مقطع 150 میلی‌متر مربع در متراژ ۲۵۰ متر، قادر به تحمل 180 آمپر می‌باشند.

تاثیر دما بر جریان عبوری از سیم برق:

مقادیر جدول بالا برای شرایط ایده‌آل و برای دمای ۲۵ درجه سانتی گراد است و به جهت اینکه شرایط همواره در حالت ایده‌آل نمی‌باشد، بهتر است جریان را پایین‌تر از اعداد جدول در نظر بگیرید و از حداکثر ظرفیت سیم استفاده نکنید تا در شرایط غیر ایده‌آل، سیم برق دچار آسیب نشود.

چنانچه درجه حرارت محیط (گرم ترین زمان) از ۲۵ درجه بیشتر شود، لازم است مقادیر جدول محاسبه سطح مقطع را در ضریب درجه حرارت محیط، ضرب کنید. ضریب درجه حرارت محیط به صورت جدول آورده شده‌است.

جدول تاثیر دما بر جریان عبوری از سیم برق

درجه حرارت محیط (سانتیگراد)	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55
ضریب تصحیح	2/1	15/1	10/1	05/1	1	92/0	85/0	75/0	65/0	53/0	38/0

 

 

برای نمونه : ظرفیت یک سیم نمره 2.5 که در گروه ۱ قرار دارد، در دمای ۴۰ درجه سانتی گراد چقدر کاهش می یابد؟
با توجه به این که برای دمای ۴۰ درجه سانتی گراد، ضریب تصحیح 75/0 است، کافیست جریان ۲۰ آمپر را در 75/0 ضرب کنیم. در این صورت مقدار ۱۵ (آمپر) به دست می آید.

در نتیجه می‌توان گفت که هر چه دما از ۲۵ درجه سانتی گراد بیشتر شود، مقاومت سیم‌ها بیشتر شده و جریان مجاز عبوری از آن‌ها کاهش می یابد و بالعکس.

نتیجه‌گیری

از سیم‌ها جهت هدایت جریان الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می‌کنند و با توجه به شرایط آب و هوایی مختلف سیم‌ها نیز در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شوند. سیم ها از لحاظ نوع کاربرد، شکل ظاهری، کیفیت، برند و غیره انواع مختلفی دارند.

تمام انواع سیم‌ها دارای یک جریان مجاز هستند که بر اساس آن تنها قابلیت تحمل حد مشخصی از جریان را خواهند داشت بنابراین جریان مجاز سیم برق در مدل‌های مختلف کاملاً با یکدیگر متفاوت است. برای خرید بهترین سیم با کیفیت که قیمت مناسبی هم داشته باشد، می توانید از فروشگاه های معتبر اقدام به خرید کنید .

برای بررسی جریان مجاز ابتدا 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:

1. جریان برق از حد مجاز کابل بیشتر نشود.
2. افت ولتاژ نباید بیشتر از حد مجاز باشد.
3. 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

 

شرایط محیط:

• دمای محیط در خاک ۲۰ درجه سانتیگراد
• دمای محیط در هوای آزاد ۳۰ درجه سانتیگراد
• مقاومت ویژه حرارتی عایق و روکش پی وی سیdeg c. Cm/w 600
• مقامت ویژ حرارتی خاک deg c. Cm/w 600
• بار روزانه: ۱۰ ساعت با بار کامل و دست کم ۱۰ ساعت با ۶۰ درصد بار کامل

جدول شماره ۲- ضریب تصحیح برای دمای محیط

 

جدول شماره ۳- ضریب تصحیح(به درصد) جریان مجاز برای سیم ها و کابل های سیم کشی در صورت تغییر دمای محیط از ۲۵ درجه سانتیگراد

 

جدول شماره ۴- جریان مجاز سیمهای عایقدار و کابلهای سیم کشی با حداکثر دمای هادی مسی ۷۰ درجه و دمای محیط ۲۰ درجه سانتیگراد

 

جدول شماره ۱-۵

جدول شماره ۲-۵