کابل

عنوان : لایه های تشکیل دهنده کابل
 و انواع کابلهای تولیدی

الف : لایه های تشکیل دهنده کابل

1. هادی :

وظیفه اصلی هادی ، هدایت الکتریکی در کابل می باشد و و جنس اصلی آن مس (ساده و قلع اندود ) و آلومینیومی (ساده و آلیاژی) تقسیم می شوند ساختار هادی به گروه های ( کلاس ها ) زیر تقسیم می شود :
گروه 1 : تک مفتولی
گروه 2 : هادی های تابیده شده منظم شامل نیمه افشان گرد ، نیمه افشان سکتور ( قطاعی) ، فشرده ( Compact )
گروه 5 : افشان (قابل انعطاف)
گروه 6 : افشان با انعطاف پذیری بالاتر نسبت به گروه 5
تک مفتولی : هادی هایی که از یک مفتول گرد یا شکل داده شده تشکیل می شوند.
نیمه افشان گرد : به هادی هایی که معمولا از حداقل 7 رشته مفتول بهم تابیده شده منظم تشکیل شده گفته می شود و فاقد هر گونه فشردگی در هادی نهایی است . ملاک اصلی ، حداقل تعداد رشته و مقاومت اهمی آن است.
فشرده : چنانچه هادی نیمه افشان از یک قالب کوچکتر عبور داده شود ، هادی فشرده تر شده که اصطلاحا به آن هادی فشرده ( Compact ) می گویند. از مزیت های اصلی این نوع هادی کمتر شدن فاصله هوایی بین رشته ها و کم شدن قطر هادی بدون کاهش سطح مقطع هادی می باشد.
سکتور : برخی از هادی ها را می توان بصورت مثلثی ( قطاعی ) تولید نمود تا در نهایت با قرار گفتن چند هادی در کنار یکدیکر سطح مقطع کابل به شکل گرد در می آید. معمولا هادی با سایز 35 و بالاتر قابلیت سکتور شدن را دارد.
افشان : هادی افشان از تعداد بسیار زیادی از مفتولهای مسی نازک و تابیده تشکیل شده است ، ملاک اصلی ، مقاومت اهمی و حداکثر قطر تعریف شده مفتول برای هر سایز است.
افشان با انعطاف پذیری بالاتر نسبت به گروه 5 : چنانچه قطر مفتولهای هادی پایین تر و تعداد آن بیشتر از مقادیر تعریف شده در گروه 5  باشد ، مصحول نهایی انعطاف بیشتری دارد.

1. نوار میکا : نوار میکا یا Mica Glass Tape  در کابل های مقاوم در برابر آتش مورد استفاده قرار می گیرد و در زمان آتش سوزی توانایی جلوگیری از قطعی مدار الکتریکی یا اتصال رشته های کابل به یکدیگر ، تا دمای 850 درجه سانتیگراد را دارد.
2. نیمه هادی داخلی :

 لایه ای از مواد برای حفاظت از عایق XLPE و EPR است که دارای دوده یا کرین سیاه می باشد و باعث توزیع یکنواخت میدان الکتریکی به جهت جلوگیری از تخریب عایق می شود ، عموم استفاده از این نوع مواد در کابل های فشار متوسط و قوی است. چنانچه این مرحله در تولید کابل حذف شود ، مواد عایق در هادی استرند شده نفوذ کرده و این امر باعث افزایش تنش میدان الکتریکی و تخریب کابل می شود.
نکته : به کابل های با ولتاژ بالاتر از 6 کیلوولت ، فشار متوسط و به کابل های با ولتاژ بالاتر از 45 کیلوولت فشار قوی     می گویند ، همچنین به کابلهایی که در بازه ولتاژ پایین تر از 6 کیلوولت تولید شود ، فشارضعیف می گویند.

1. عایق :

مهم ترین لایه ی هر کابل عایق آن است ، ولتاژ نامی آن بر اساس ضخامت و نوع آن تعیین می شود. وظیفه اصلی آن جلوگیری از تماس و برقراری اتصال الکتریکی بین  رشته های کابل است. در این شرکت  عایق کابل ها بصورت اکسترود برروی هادی یا نیمه هادی تولید می شود.
جنس مواد عایقی به شرح زیر می باشد  :

1.   پلی وینیل کلراید یا PVC در تولید عایق کابل های فشار ضعیف مورد استفاده قرار می گیرد ، این ماده به صورت گرانول مصرف می شود از چهار ماده رزین PVC ، کربنات کلسیم، روغن پلاستی سایزر مانند DOP و پایدار کننده حرارتی (استابلایزر) تشکیل شده است که بسته به نوع و کاربرد آن و با توجه به خواص مکانیکی، دمای کاری و انعطاف پذیری محصول ، درصد ترکیب مواد در فرمول های مختلف گرانول PVC می تواند متفاوت باشد.
2. مواد پلی اتیلن در عایق بصورت پلی اتیلن کراسلینک پذیر یا XLPE استفاده  می شود و در کلیه کابل های فشار ضعیف ،  فشار متوسط و فشار قوی کاربرد دارد. این پلیمر مقاومت عایقی، طول عمر، مقاومت در برابر دما و سایش و مقاومت در برابر مواد شیمیایی  بالاتری در مقایسه با  PVCدارد . انعطاف کم این نوع مواد باعث محدودیت کاربرد آن در سیم های انعطاف پذیر است.

روش های اکسترود XLPE به شرح ذیل می باشد:

1.  تولید با استفاده از اکسترودر های معمولی که به آن XLPE سیلانی می گویند در این روش پس از اکسترود آن برروی هادی می بایست در وان آب گرم یا سونای بخار قرار داده تا پیوند عرضی مولکولی در ساختار عایق شکل گرفته شود، این نوع مواد بیشتر در تولید کابل های فشارضعیف کاربرد دارد.

شکل فوق نحوه پیوند عرضی مولکولی عایق XLPE سیلانی را نشان می دهد :
  تولید به روش پرکساید بوده که با استفاده از خطوط تولید مخصوص مانند CCV ، VCV ، MDCV است. در این روش مواد پس از ذوب در دستگاه اکسترودر می بایستی به طور مداوم و پیوسته از محفظه ی لوله ای شکل با مسافت معین عبور کند که داخل لوله بخار آب تحت فشار یا گاز نیتروژن جهت تشکیل پیوند عرضی مولکولی وجود دارد ، شکل زیر نحوه پیوند عرضی XLPE پرکساید را نشان می دهد :CCV: Catenary Continuous Vulcanization
VCV: Vertical Continuous Vulcanization
MDCV: Mitsubishi- Dainichi Continuous Vulcanization

1. روش جدیدی  از فناوری جهت ایجاد پیوند عرضی مولکولی در مواد XLPE وجود دارد که به آن فناوری اشعه می گویند در این روش ، از تابش الکترونی ، امواج گاما و یا تابش ماورا بنفش استفاده شده و عملیات پیوند عرضی بین مولکول ها شکل می گیرند :

1. نیمه هادی خارجی :

همانند نیمه هادی داخلی برای یکنواخت سازی و شعاعی کردن میدان الکتریکی استفاده شده و در تماس مستقیم با نوار نیمه هادی کاغذی  و شیلد مسی جهت صفر کردن پتانسیل  به زمین می باشد.

1. نوار نیمه هادی کاغذی :

این نوار از جنس کاغذ موجدار یا الیاف بافته شده است و به دو دلیل در کابل های فشارمتوسط و فشار قوی مورد مصرف قرار می گیرد :

• ایجاد اتصال الکتریکی هادی های شیلد به لایه نیمه هادی خارجی
• حفاظت لایه نیمه هادی خارجی از تماس مستقیم با رشته های اسکرین و جلوگیری از صدمه زدن سیم های اسکرین به لایه نیمه هادی مخصوصا در زمان وقوع اتصال کوتاه ( که جریان عبوری باعث گرم شدن شیلد شده و احتمال فرورفتگی به درون لایه نیمه هادی وجود دارد ) این نوار بصورت مارپیج روی لایه نیمه هادی قرار می گیرد.

1. حفاظ فلزی عایق ( شیلد یا اسکرین ) :

 این لایه از کابل جهت تحمل شرایط جریان اتصال کوتاه  به کار می رود و سیستم حفاظتی زمین کابل را تشکیل می دهد . ساختار این لایه معمولا سیم های مسی با قطر حداقل 0.5 میلیمتر و همراه با نوار مسی با ضخامت 0.1 میلیمتر می باشد تا سطح مقطع مورد نیاز شیلد تامین شود البته در برخی از موارد بنا به درخواست مشتری امکان دارد فقط از نوار مسی ( با ضخامت های مختلف جهت تامین سطح مقطع ) استفاده شود.

1. بافت یا برید :

  این لایه از کابل با دستگاه مخصوص بریدر (Braider) سیم های مفتولی (قطر بین 0.1 الی 0.3 میلیمتر) را با نظم خاصی برروی کابل می بافد یا بصورت چند رشته بافته شده که در نهایت شکل منظمی از شیلد را به نمایش         می گذارد (مانند سیم آنتن ،کابل دوربین مداربسته و ... ). از خصوصیات مهم کابل هایی که از این نوع شیلد استفاده می کنند ، انعطاف پذیری بالا آن ها می باشد.

1. نوار مایلار (نوار PP ، نوار PET) :

بسته به نوع مراحل کابلسازی از این نوع نوارها استفاده می شود که استفاده از آن ها به غیر از کابل های ابزار دقیق ، حدود اجباری نداشته و جهت بالابردن کیفیت شکل ظاهری کابل استفاده می شود.
 موارد مصرف این نوار ها به شرح زیر می باشد :

1.  پس از تابیده شدن عایق های کابل سکتور جهت نگه داشتن عایق ها در کنار یکدیگر از یک یا چند نوار مایلار استفاده می شود.
2.  جهت جلوگیری از فرورفتگی سیم های شیلد یا آرمور در مرحله  بعدی اکسترود شدن ،  استفاده شده و همچنین سطح مقطع گرد مرحله قبلی را نیز حفظ می کند.
3.  استفاده از این نوارها در کابلهای ابزاردقیق جهت شکل گیری مناسب رشته های بهم تابیده شده و همچنین یک عایق خوب بعنوان محافظ در جفت یا گروه بندی کابل می باشد.

1. پوشش میانی ، بدینگ :

لایه اکسترود شده برروی کابل های مختلف بسته به نیاز استفاده می شود در کابل های چند رشته فشار ضعیف جهت گرد کردن سطح مقطع عایق های تابیده شده و یا در زیر آرمور جهت جلوگیری از نفوذ مفتول یا نوارهای آرمور به لایه زیرین ،  از پوشش میانی استفاده می شود . چنانچه در کابل های آرمور دار جنس فلز لایه آرمور با جنس فلزی قبل از آمور متفاوت باشند از لایه بدینگ استفاده می شود ، جنس مواد بدینگ حتما می بایستی از جنس روکش بوده و کلیه الزامات مواد روکش را تامین کند.

1. آرمور

جهت جلوگیری از صدمات مکانیکی به کابل از آرمور استفاده می شود که به اصطلاح عموم به آن زره نیز می گویند. جنس آرمور برای کابل های تک رشته ، آلومینیوم و برای کابلهای چند رشته گالوانیزه می باشد ، نوع آن نیز بر حسب نیاز مشتری می تواند بصورت نواری (دوتایی) و یا رشته ای تعیین شود.

1. سرب

معمولا برای کابلهایی که در مناطق نفتی کاربرد دارند از غلاف سربی استفاده شده و نحوه تولید آن بصورت اکسترود شده می باشد اما با توجه به آلودگی های زیست محیطی کابلهای سربی ، استفاده از این کابل ها در حال محدود شدن می باشد.

1. روکش نهایی

همانند عایق معمولا از جنس PVC و یا PE است که آخرین لایه اکسترود شده در محصول می باشد. همچنین مشخصات نهایی کابل اعم از نام سازنده ، کشور سازنده ، سطح مقطع نامی کابل ، شماره استاندارد ، متراژ و ...  برروی آن درج می شود.
ب : انواع کابلها

• سیم های افشان و مفتولی: در این محصول از هادی افشان ، مفتولی و یا چند رشته منظم از جنس مس با عایق PVC استفاده می شود. عموم استفاده در سیم کشی ساختمان است.
• کابل های افشان و مفتولی : این کابل ها در بازه ولتاژی 300 الی 750 ولت قرار گرفته و از هادی افشان ، مفتولی و یا تابیده شده منظم از جنس مس با عایق و روکش PVC استفاده می شود. عموم مصارف این کابل ها در منازل مسکونی ، صنایع ، آسانسور و بالابر ها می باشد.
• کابل های فشار ضعیف نصب ثابت : پرکاربردترین سطح ولتاژ این نوع از کابل ها 1/0.6 کیلوولت بوده و در صنعت و توزیع برق ها مورد مصرف قرار می گیرند . بنا به درخواست مشتری و گسترگی موارد مصرف     می توان از هادی مسی یا آلومینیومی با عایق PVC یا XLPE سیلانی و همچنین سایر لایه ها از جمله   پوشش میانی ، آرمور ، روکش استفاده کرد. هرچند در برخی موارد امکان استفاده لایه حفاظ فلزی به عنوان ارت یا نول امکان پذیر است.                     
• کابلهای نصب ثابت فشار متوسط و قوی: از هادی کمپکت با جنس مس یا آلومینیوم همراه با اکثر لایه های اشاره شده در تولید سیم کابل بوده و  از ولتاژ 3.6/6(7.2) کیلوولت به بالا را کابل های فشار متوسط و قوی می گویند بیشترین مصارف برای آن استفاده در خطوط توزیع برق می باشد.
• کابلهای خودنگهدار : هادی این کابل از جنس آلومینیوم بوده و به دو نوع خودنگهدار فشارمتوسط و فشارضعیف تقسیم می شوند در نوع فشار متوسط از اکثر لایه های کابلسازی استفاده شده با این تفاوت که جنس روکش این کابلها حتما می بایستی از نوع پلی اتیلن باشد. پس از تولید سه رشته از این کابل و پیچش آنها به هم حول محور یک سیم گالوانیزه چند رشته (به عنوان نگهدارنده) کابل تکمیل می شود.

در نوع فشار ضعیف آنها پس از تولید هادی ، یک لایه عایق XLPE برروی روی آن اکسترود شده و پس از تابیدن چند رشته عایق شده حول محور مسنجر (که جنس آن گالوانیزه یا آلومینیوم آلیاژی به عنوان نول مسنجر می باشد) کابل تکمیل می شود. نوع XLPE مورد استفاده مشکی بوده که مقاوم در برابر شرایط محیطی است و برای شناسایی رشته از خطوط برجسته و ممتدی به صورت یک ، دو ، سه خار یا هزارخار که برروی عایق کابل موجود می باشد استفاده می شود.
عموم استفاده از این کابلها برای شبکه های توزیع برق می باشد.

• سیم های  ACSR: رشته های آلومینومی به همراه مفتولهای گالوانیزه ، تشکیل دهنده هادی اصلی این سیم می باشد و به دو صورت لخت و یا عایق دار مورد مصرف قرار می گیرند و عموما در شبکه های توزیع کاربرد دارند.
• کابلهای ابزاردقیق : جنس هادی آن از نوع مس یا مس قلع اندود شده و  بیشتر از نوع افشان و یا نیمه افشان می باشد سایزهای تولیدی  بین 0.5 الی 2.5 بوده و جهت انتقال سیگنال از آن استفاده می شود با توجه به تاثیرگذاری زیاد میزان نویز در انتقال داده از شیلد های مختلفی مانند فویل آلومینیومی همراه با سیم تخلیه استفاده شده و نوع عایق آن می تواند PVC  و یاXLPE  سیلانی باشد آرمور دار بودن به درخواست مشتری و جنس روکش آن معمولا از نوع PVC می باشد.

ج : اصطلاحات ، واژه ها ، تعاریف و سایر توضیحات

• استاندارد:

وضع قوانین و مقرارت برای تعیین کیفیت و مشخصات مطلوب یک کالا یا خدمات را استاندارد می‌گویند که مورد قبول مشتری و فروشنده جهت یک محصول خاص می باشد برخی استانداردهای بین المللی که برای صنعت کابلسازی استفاده می شوند عبارتند از IEC-ASTM-BS-VDE. در ایران نیز باترجمه برخی از استانداردهای فوق استاندارد ملی یا ISIRI مورد استفاده قرار می گیرد.

• سطوح ولتاژی : سطوح ولتاژی برای کابل های بالاتر از 750 ولت  (عموما سه فاز) به روش زیر بر حسب کیلوولت تعریف می شود :

U0/U (Um)
U0: ولتاژ نامی بین هادی و زمین.
U: ولتاژ مجاز بین هادی ها در شبکه.
Um: بالاترین ولتاژ شبکه بین هادی ها
برخی از ولتاژهای تولیدات شرکت افق البرز به شرح زیر می باشد :
فشار ضعیف : 0.6/1 (1.2) – 1.8/3(3.6)
فشار متوسط : 3.6/6 (7.2) – 6/10(12)- 8.7/15 (17.5) – 12/20(24) – 18/30(36)
فشار قوی : 26/45 (52) – 36/66(72.5)
برخی کابلها جهت مصارف خانگی ، اداری و صنعتی نیز زیر 1000 ولت می باشند.

• مواد هالوژن فری :

در کابلهایی که می بایستی عاری از هرگونه هالوژن باشند از مواد فوق استفاده می شود و اصطلاحا به ان کابلهای هالوژن فری می گویند .
منظور از هالوژن برخی از گاز های سمی که برای محیط زیست و انسان خطرناک می باشند را می گویند (مانند فلور، کلر، برم، ید، استاتین (همچنین این مواد فاقد مواد سربی مانند کادمیوم، کروم و جیوه می باشند.
روش تولید ان برروی کابل همانند مواد PVC و XLPE  به صورت اکسترود شده می باشد و نوع استفاده بنا به درخواست مشتری می تواند در عایق ، پوشش میانی و یا روکش استفاده شود.
این مواد کم دود بوده و در زمانهای آتش سوزی ، گازهای سمی و دود کمی از خود ساطع می کند و با توجه به قربانبان سالهای اخیر آتش سوزی ، عمده مصرف این کابلها برای محیط سربسته شلوغ مانند ایستگاههای مترو ، پاساژها ، واگن ها می باشد و استفاده از این نوع کابل به طور فزاینده ای در ارتباط با بخش عمومی مسکن نیز در حال افزایش است.
این نوع مواد در کابلهایی که نیاز به مقاوم در برابر آتش بودن باشد استفاده می شود و عموما با آنها کابلهای مقاوم در برابر آتش نیز می گویند.