انواع کابل فشار متوسط : راهنمای جامع انتخاب و کاربرد

کابل های فشار متوسط نقش حیاتی در شبکه های توزیع برق و صنایع گوناگون ایفا می کنند. این کابل ها که برای ولتاژهای بین ۱ کیلوولت تا ۶۹ کیلوولت طراحی شده اند پل ارتباطی حیاتی بین پست های انتقال و مصرف کنندگان نهایی برق هستند.
انواع مختلفی از کابل های فشار متوسط بر اساس مواد سازنده ساختار و کاربرد وجود دارد که هر کدام ویژگی ها و مزایای خاص خود را دارند. انتخاب صحیح کابل فشار متوسط برای اطمینان از عملکرد ایمن کارآمد و قابل اعتماد سیستم های الکتریکی ضروری است.

در این مقاله به بررسی جامع انواع کابل های فشار متوسط اجزای اصلی تشکیل دهنده آن ها اصول عملکرد کاربردها در صنایع مختلف استانداردهای بین المللی مرتبط فناوری های پیشرفته و نکات فنی مهم در انتخاب و نصب آن ها خواهیم پرداخت.

اجزای اصلی کابل فشار متوسط و اصول عملکرد آن ها

کابل های فشار متوسط از چندین لایه اصلی تشکیل شده اند که هر کدام وظیفه ای خاص را بر عهده دارند :

• هادی (Conductor) : هسته اصلی کابل که جریان الکتریکی را عبور می دهد. معمولاً از جنس مس یا آلومینیوم با خلوص بالا ساخته می شود.
  مس به دلیل رسانایی الکتریکی بالاتر و آلومینیوم به دلیل وزن سبک تر و قیمت مناسب تر هر کدام در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. هادی ها به صورت رشته ای تابیده می شوند تا انعطاف پذیری کابل افزایش یابد.
• لایه نیمه هادی (Semiconducting Layer) : دو لایه نیمه هادی داخلی و خارجی مستقیماً روی هادی و عایق قرار می گیرند. این لایه ها با یکنواخت کردن میدان الکتریکی در سطح هادی و عایق از تمرکز تنش الکتریکی و بروز تخلیه جزئی جلوگیری می کنند.
  مواد نیمه هادی معمولاً پلیمرهای خاصی هستند که با کربن بلک ترکیب شده اند تا خاصیت رسانایی کنترل شده داشته باشند.
• عایق (Insulation) : مهم ترین بخش کابل که وظیفه جلوگیری از نشت جریان الکتریکی از هادی و حفظ ایمنی را بر عهده دارد.
  عایق کابل فشار متوسط معمولاً از مواد پلیمری پیشرفته مانند پلی اتیلن کراس لینک شده (XLPE) لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR) یا کاغذ روغن آغشته (Oil-Impregnated Paper) ساخته می شود. XLPE به دلیل خواص دی الکتریک عالی مقاومت حرارتی بالا و طول عمر طولانی پرکاربردترین عایق در کابل های فشار متوسط مدرن است. EPR به دلیل انعطاف پذیری بیشتر و مقاومت خوب در برابر رطوبت در کاربردهای خاص مورد توجه قرار می گیرد.
  کابل های با عایق کاغذ روغن آغشته فناوری قدیمی تری هستند و بیشتر در کابل های زیرزمینی با ظرفیت بالا و ولتاژهای بالاتر استفاده می شدند اما به دلیل پیچیدگی نصب و نگهداری امروزه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.
• شیلد فلزی (Metallic Shield) : لایه ای رسانا که اطراف عایق را فرا می گیرد و نقش های متعددی ایفا می کند :
• محافظت الکتریکی : شیلد فلزی میدان الکتریکی را در داخل کابل محدود می کند و از ایجاد میدان های الکترومغناطیسی مزاحم در محیط اطراف جلوگیری می کند. همچنین در صورت بروز خطا یا اتصال کوتاه جریان خطا را به زمین هدایت کرده و از برق گرفتگی جلوگیری می کند.
• یکنواخت سازی میدان الکتریکی : شیلد فلزی به یکنواخت تر شدن توزیع میدان الکتریکی در عایق کمک می کند و تنش الکتریکی را کاهش می دهد.
• محافظت مکانیکی : شیلد فلزی تا حدی از کابل در برابر آسیب های مکانیکی محافظت می کند.
  شیلد فلزی معمولاً از جنس نوار مسی (Copper Tape) سیم های مسی (Copper Wire Shield) یا ترکیبی از هر دو ساخته می شود.
  انتخاب نوع شیلد به عواملی مانند ولتاژ کابل جریان خطا و الزامات نصب بستگی دارد.
• روکش (Jacket) : لایه بیرونی کابل که از اجزای داخلی در برابر عوامل محیطی مانند رطوبت مواد شیمیایی اشعه UV و آسیب های مکانیکی محافظت می کند. روکش معمولاً از مواد پلیمری مانند پلی وینیل کلراید (PVC) پلی اتیلن (PE) یا لاستیک سنتتیک (Synthetic Rubber) ساخته می شود. انتخاب جنس روکش به شرایط محیطی و نوع کاربرد کابل بستگی دارد. برای مثال روکش های PE مقاومت بهتری در برابر رطوبت و مواد شیمیایی دارند در حالی که روکش های PVC ارزان تر و مقاوم تر در برابر آتش هستند.

انواع اصلی کابل های فشار متوسط

انواع مختلفی از کابل های فشار متوسط بر اساس نوع عایق و ساختار وجود دارد. در اینجا به برخی از مهم ترین و رایج ترین انواع آن ها اشاره می کنیم :

• کابل های XLPE (Cross-Linked Polyethylene) : این نوع کابل ها به دلیل استفاده از عایق پلی اتیلن کراس لینک شده پرکاربردترین نوع کابل فشار متوسط در جهان هستند. XLPE دارای خواص دی الکتریک بسیار عالی مقاومت حرارتی بالا (تا ۹۰ درجه سانتیگراد در حالت عادی و ۲۵۰ درجه سانتیگراد در حالت اتصال کوتاه) طول عمر طولانی و نگهداری آسان است.
  کابل های XLPE در انواع مختلفی از جمله کابل های زمینی هوایی و دریایی تولید می شوند و در طیف گسترده ای از کاربردها از جمله شبکه های توزیع برق شهری و صنعتی نیروگاه ها صنایع نفت و گاز و انرژی های تجدیدپذیر مورد استفاده قرار می گیرند.
• کابل های EPR (Ethylene Propylene Rubber) : این کابل ها از عایق لاستیک اتیلن پروپیلن بهره می برند. EPR دارای انعطاف پذیری بسیار بالا مقاومت خوب در برابر رطوبت و مواد شیمیایی و عملکرد مناسب در دماهای پایین است.
  کابل های EPR معمولاً در کاربردهایی که نیاز به انعطاف پذیری بالا و مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت وجود دارد مانند معادن صنایع پتروشیمی و تاسیسات زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند.
  همچنین کابل های EPR به دلیل مقاومت خوب در برابر تخلیه جزئی برای کاربردهای با ولتاژ بالاتر نیز مناسب هستند.
• کابل های روغنی (Oil-Filled Cables) : این نوع کابل ها از فناوری قدیمی تری استفاده می کنند و عایق آن ها از کاغذ آغشته به روغن تشکیل شده است. روغن تحت فشار در داخل کابل جریان دارد و به عنوان عایق و خنک کننده عمل می کند.
  کابل های روغنی دارای ظرفیت انتقال جریان بالا و تحمل ولتاژ بالا هستند اما نصب و نگهداری آن ها پیچیده و پرهزینه است.
  به دلیل نگرانی های زیست محیطی مرتبط با نشت روغن و ظهور فناوری های جدیدتر مانند XLPE استفاده از کابل های روغنی به طور قابل توجهی کاهش یافته است و بیشتر در کابل های زیرزمینی قدیمی و با ظرفیت بسیار بالا یافت می شوند.
• کابل های گازی (Gas-Filled Cables) : این نوع کابل ها از گاز عایق مانند هگزا فلوراید گوگرد (SF۶) تحت فشار به عنوان عایق استفاده می کنند. SF۶ دارای خواص دی الکتریک بسیار عالی است و کابل های گازی می توانند ولتاژهای بسیار بالا را تحمل کنند.
  با این حال SF۶ یک گاز گلخانه ای قوی است و استفاده از آن با نگرانی های زیست محیطی همراه است. کابل های گازی بسیار تخصصی هستند و به ندرت در شبکه های توزیع فشار متوسط استفاده می شوند و بیشتر در خطوط انتقال ولتاژ بسیار بالا کاربرد دارند.
• کابل 20 کیلوولت: کابل 20 کیلوولت برای انتقال برق در ولتاژ ۲۰۰۰۰ ولت طراحی شده‌اند و عمدتاً در شبکه‌ های توزیع برق شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.
  کابل‌های 20 کیلوولت فشار متوسط در شبکه‌های توزیع برق شهری و صنعتی برای انتقال برق از پست‌ های فشار متوسط به مصرف کنندگان استفاده می‌ شوند. این کابل‌ها می‌ توانند به صورت زمینی یا هوایی نصب شوند.
• کابل 33 کیلوولت: این کابل‌ ها برای انتقال برق در ولتاژ ۳۳۰۰۰ ولت طراحی شده‌اند و عمدتاً  از کابل 33 کیلوولت در خطوط انتقال برق فشار متوسط و همچنین برای اتصال پست‌های برق به یکدیگر استفاده می‌ شوند.
  کابل‌های ۳۳ کیلوولت فشار متوسط ساختاری مشابه با کابل‌های ۲۰ کیلوولت دارند اما با این تفاوت که ضخامت عایق و سایر اجزای آن‌ها بیشتر است تا قادر به تحمل ولتاژ بالاتر باشند.کاربردهای کابل های فشار متوسط در صنایع مختلف

کابل های فشار متوسط در طیف گسترده ای از صنایع و بخش های مختلف کاربرد دارند از جمله :

• شبکه های توزیع برق : اصلی ترین کاربرد کابل های فشار متوسط در شبکه های توزیع برق شهری و روستایی است. این کابل ها انرژی الکتریکی را از پست های انتقال به پست های توزیع و در نهایت به مصرف کنندگان خانگی و تجاری منتقل می کنند. کابل های فشار متوسط در شبکه های هوایی و زیرزمینی استفاده می شوند.
• صنایع نفت و گاز و پتروشیمی : در این صنایع کابل های فشار متوسط برای تامین برق تاسیسات پالایشگاهی پتروشیمی سکوهای نفتی و گازی و خطوط لوله انتقال نفت و گاز به کار می روند.
  محیط های صنعتی نفت و گاز معمولاً دارای شرایط سخت محیطی مانند دمای بالا مواد شیمیایی خورنده و خطر انفجار هستند بنابراین کابل های مورد استفاده باید دارای مقاومت بالا در برابر این شرایط باشند.
• صنایع تولیدی و کارخانجات : کارخانجات بزرگ و واحدهای تولیدی برای تامین برق ماشین آلات صنعتی سنگین خطوط تولید سیستم های روشنایی و سایر تجهیزات الکتریکی خود به کابل های فشار متوسط نیاز دارند.
  در این کاربردها قابلیت اطمینان و پایداری عملکرد کابل ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
• انرژی های تجدیدپذیر : در مزارع بادی و نیروگاه های خورشیدی کابل های فشار متوسط برای جمع آوری و انتقال برق تولیدی از توربین های بادی و پنل های خورشیدی به پست های اصلی و شبکه های انتقال استفاده می شوند.
  کابل های مورد استفاده در این کاربردها باید مقاوم در برابر شرایط آب و هوایی سخت و تغییرات دمایی باشند.
• حمل و نقل : در سیستم های حمل و نقل ریلی و مترو کابل های فشار متوسط برای تامین برق قطارها سیستم های سیگنالینگ و روشنایی ایستگاه ها استفاده می شوند.
  همچنین در فرودگاه ها برای تامین برق سیستم های روشنایی باند فرودگاه تجهیزات ناوبری و ترمینال ها از کابل های فشار متوسط استفاده می گردد.
• ساختمان های تجاری و مسکونی بزرگ : مجتمع های تجاری بزرگ بیمارستان ها مراکز خرید و ساختمان های مسکونی بلند مرتبه برای تامین برق سیستم های تهویه مطبوع آسانسورها روشنایی و سایر تجهیزات پرمصرف به کابل های فشار متوسط نیاز دارند.

استانداردهای بین المللی و فناوری های پیشرفته در کابل های فشار متوسط

صنعت کابل های فشار متوسط تحت تاثیر استانداردهای بین المللی مختلفی قرار دارد که هدف آن ها تضمین کیفیت ایمنی و قابلیت اطمینان کابل ها است. برخی از مهم ترین این استانداردها عبارتند از :

• IEC ۶۰۵۰۲ : این استاندارد بین المللی مشخصات فنی و روش های آزمون کابل های فشار متوسط با عایق اکسترود شده (XLPE و EPR) را تعیین می کند. IEC ۶۰۵۰۲ به طور گسترده در سراسر جهان پذیرفته شده و به عنوان مرجع اصلی برای تولید و تست کابل های فشار متوسط به شمار می رود.
• IEEE Std ۴۸ : این استاندارد آمریکایی الزامات طراحی ساخت آزمایش و نصب کابل های فشار متوسط و قوی را پوشش می دهد. IEEE Std ۴۸ به ویژه در آمریکای شمالی و مناطقی که از استانداردهای آمریکایی پیروی می کنند اهمیت دارد.
• CENELEC HD ۶۲۰ : این استاندارد اروپایی مجموعه ای از الزامات هماهنگ شده برای کابل های توزیع برق فشار متوسط است که در کشورهای عضو اتحادیه اروپا و سایر کشورهای اروپایی معتبر است.

علاوه بر استانداردها فناوری های پیشرفته ای نیز در صنعت کابل های فشار متوسط به کار گرفته می شوند تا عملکرد کارایی و طول عمر کابل ها را بهبود بخشند. برخی از این فناوری ها عبارتند از :

• فناوری اکستروژن سه لایه : در تولید کابل های XLPE و EPR مدرن از فرآیند اکستروژن سه لایه برای اعمال همزمان لایه های نیمه هادی داخلی عایق و نیمه هادی خارجی استفاده می شود. این فرآیند باعث بهبود کیفیت و یکنواختی لایه ها کاهش تنش الکتریکی و افزایش طول عمر کابل می شود.
• مواد عایقی پیشرفته : تحقیقات و توسعه در زمینه مواد پلیمری منجر به تولید عایق های XLPE و EPR با خواص دی الکتریک بهبود یافته مقاومت حرارتی بالاتر و طول عمر طولانی تر شده است.
  همچنین تلاش هایی برای توسعه مواد عایقی سازگار با محیط زیست و قابل بازیافت در حال انجام است.
• سیستم های مانیتورینگ و تشخیص عیب : برای افزایش قابلیت اطمینان شبکه های کابل فشار متوسط سیستم های مانیتورینگ و تشخیص عیب آنلاین و آفلاین توسعه یافته اند.
  این سیستم ها با پایش پارامترهای مختلف کابل مانند دما تخلیه جزئی و رطوبت می توانند مشکلات احتمالی را در مراحل اولیه شناسایی کرده و از بروز خاموشی های ناگهانی جلوگیری کنند.
• کابل های هوشمند : با پیشرفت فناوری های حسگر و ارتباطات بی سیم کابل های هوشمند فشار متوسط با قابلیت های مانیتورینگ و کنترل از راه دور در حال ظهور هستند.
  این کابل ها می توانند اطلاعات مربوط به وضعیت کابل و شبکه را به صورت بی سیم به مراکز کنترل ارسال کنند و امکان مدیریت هوشمندتر شبکه های توزیع برق را فراهم آورند.

نکات فنی مهم در انتخاب و نصب کابل های فشار متوسط

انتخاب و نصب صحیح کابل های فشار متوسط برای اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم های الکتریکی بسیار مهم است. در هنگام انتخاب کابل باید به عوامل زیر توجه شود :

• ولتاژ نامی : ولتاژ نامی کابل باید متناسب با ولتاژ سیستم باشد. انتخاب کابل با ولتاژ نامی پایین تر از ولتاژ سیستم می تواند منجر به خرابی عایق و بروز حادثه شود.
• جریان نامی : جریان نامی کابل باید بیشتر یا مساوی جریان بار مورد انتظار باشد. انتخاب کابل با جریان نامی پایین تر از جریان بار می تواند باعث گرم شدن بیش از حد کابل کاهش طول عمر و حتی آتش سوزی شود.
• شرایط محیطی : شرایط محیطی محل نصب کابل مانند دما رطوبت مواد شیمیایی و اشعه UV باید در انتخاب نوع کابل و روکش آن در نظر گرفته شود. برای مثال در محیط های مرطوب باید از کابل های با روکش مقاوم در برابر رطوبت استفاده شود.
• روش نصب : روش نصب کابل (زمینی هوایی داخل کانال) بر نوع کابل و لوازم جانبی مورد نیاز تاثیر می گذارد. برای مثال کابل های زمینی باید دارای روکش مقاوم در برابر فشار خاک و رطوبت باشند در حالی که کابل های هوایی باید دارای مقاومت مکانیکی کافی برای تحمل وزن خود و شرایط آب و هوایی باشند.
• استانداردها و مقررات : کابل های فشار متوسط باید مطابق با استانداردهای بین المللی و مقررات محلی مربوطه انتخاب و نصب شوند.

در هنگام نصب کابل های فشار متوسط رعایت نکات زیر ضروری است :

• اجتناب از آسیب مکانیکی : کابل ها باید با دقت حمل و نقل و نصب شوند تا از آسیب دیدن عایق و روکش آن ها جلوگیری شود.
• رعایت شعاع خمش مجاز : شعاع خمش کابل نباید از مقدار مجاز کمتر باشد زیرا خمش بیش از حد می تواند به عایق و هادی کابل آسیب برساند.
• اتصال صحیح سرکابل ها و مفصل ها : اتصال سرکابل ها و مفصل ها باید به طور صحیح و با استفاده از لوازم جانبی مناسب انجام شود تا از نشت جریان تخلیه جزئی و ورود رطوبت جلوگیری شود.
• آزمایش و راه اندازی : پس از نصب کابل ها باید آزمایش های لازم برای اطمینان از صحت نصب و عملکرد صحیح کابل ها انجام شود.

نتیجه گیری

کابل های فشار متوسط جزء حیاتی زیرساخت های الکتریکی مدرن هستند و نقش مهمی در انتقال و توزیع برق در صنایع مختلف ایفا می کنند. انتخاب صحیح نوع کابل و نصب اصولی آن کلید عملکرد ایمن کارآمد و قابل اعتماد سیستم های الکتریکی است.
با پیشرفت فناوری کابل های فشار متوسط به طور مداوم در حال بهبود هستند و فناوری های جدیدی مانند کابل های هوشمند و سیستم های مانیتورینگ آنلاین امکان مدیریت هوشمندتر و کارآمدتر شبکه های توزیع برق را فراهم می آورند.

درک عمیق از انواع کابل های فشار متوسط اجزای تشکیل دهنده کاربردها استانداردها و نکات فنی مهم برای مهندسان تکنسین ها و متخصصان صنعت برق ضروری است تا بتوانند سیستم های الکتریکی ایمن پایدار و بهینه طراحی نصب و بهره برداری کنند.

پرسش و پاسخ متداول

۱. عمر مفید کابل های فشار متوسط چقدر است؟

عمر مفید کابل های فشار متوسط به عوامل مختلفی مانند نوع کابل کیفیت ساخت شرایط محیطی بارگذاری و نگهداری بستگی دارد.
به طور کلی کابل های XLPE و EPR با کیفیت بالا اگر به درستی نصب و نگهداری شوند می توانند عمری بین ۳۰ تا ۵۰ سال داشته باشند. کابل های روغنی عمر طولانی تری دارند اما نیاز به نگهداری دقیق تری دارند.

۲. آیا کابل های فشار متوسط نیاز به نگهداری دوره ای دارند؟

بله کابل های فشار متوسط برای حفظ عملکرد و ایمنی خود نیاز به نگهداری دوره ای دارند. نگهداری شامل بازرسی های چشمی برای شناسایی آسیب های ظاهری تست های الکتریکی برای ارزیابی وضعیت عایق و اتصالات و تمیزکاری و تعویض قطعات فرسوده در صورت نیاز است.
برنامه های نگهداری پیشگیرانه منظم می توانند عمر مفید کابل ها را افزایش داده و از بروز خاموشی های ناگهانی جلوگیری کنند.

۳. چه عواملی بر قیمت کابل های فشار متوسط تاثیر می گذارند؟

قیمت کابل های فشار متوسط به عوامل متعددی از جمله نوع کابل (XLPE EPR روغنی) جنس هادی (مس یا آلومینیوم) سطح مقطع هادی نوع عایق و روکش طول کابل استانداردهای تولید و برند سازنده بستگی دارد.
به طور کلی کابل های مسی گران تر از کابل های آلومینیومی هستند و کابل های با عایق XLPE معمولاً مقرون به صرفه تر از کابل های EPR هستند. همچنین قیمت مواد اولیه مانند مس و آلومینیوم نیز می تواند تاثیر قابل توجهی بر قیمت نهایی کابل داشته باشد.