هادی‌ها، انتقال‌دهنده‌های انرژی الکتریکی
کاربرد اصلی کابل و سیم، انتقال انرژی الکتریکی است. رساناهای انتقال‌دهنده‌ی الکتریسیته در سیم و کابل، هادی نام دارند. بخش دوم موجود در سیم و کابل غلاف که انواع مختلفی داشته و از تهدیدهای محیطی مختلف مانند اختلاف دما، ضربه فیزیکی، حیوانات جونده، فرسایش محیطی و فرکانس‌های مغناطیسی محافظت می‌کند. کابل‌ها معمولاً از چند عدد سیم و هادی تشکیل شده تا جریان‌های بسیار بیشتری را عبور دهند. در این بین به ارزیابی سیم و کابل مسی یا آلومینیومی و تفاوت هادی مس و آلومینیوم می‌پردازیم.
عوامل اثرگذار بر روی انتقال انرژی الکتریکی در هادی
دو عامل بسیار مهم انتقال انرژی در سیم و کابل، جنس هادی و همچنین طول آن است.
جنس هادی
جنس هادی بر روی میزان مقاومت جریان الکتریکی اثرگذار است. اکثراً در کابل و سیم از هادی با جنس مس، آلومینیوم، نقره، سرب، فولاد، سدیم و طلا استفاده می‌شود. با توجه به هزینه هر کدام از این فلزات و توانایی انتقال جریان الکتریکی بدون ایجاد حرارت، مس و آلومینیوم پراستفاده‌ترین رساناها در صنعت سیم و کابل هستند. البته که میزان رسانا بودن طلا از تمام فلزات بالاتر بوده و اولویت دوم نقره و سوم مس است اما با توجه به قیمت بسیار بالای دو فلز طلا و نقره، سیم و کابل مسی بیش از دیگر رساناهای الکتریکی در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هادی مس
فلز مس، غلتک‌پذیری بسیار خوبی دارد و پس از کشیده شدن، تبدیل به سیمی نازک و با رسانایی عالی می‌شود. در نتیجه مس تبدیل به بهترین رسانا در میان انواع رساناهای مختلف در 50 سال اخیر شده و هادی مس محبوبیت زیادی پیدا کرد.. البته که میزان رسانایی طلا از مس بیشتر بوده اما به دلیل هزینه بسیار بالای آن، تنها در موارد بسیار خاصی مانند صنعت فضانوردی و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کمیته جهانی الکترونیک، مس نرم با مقاومت ویژه 1.724 میکرواهم در دمای 20 درجه سانتی‌گراد را مس 100% در استاندراد جهانی IACS و مناسب برای استفاده از آن در سیم و کابل مسی برشمرده است.
ناسرگی‌ها، عامل ضعف در رسانا بودن هادی
رسانایی مس در اثر وجود ناسرگی کاهش می‌یابد. درنتیجه با فعالیت‌های مکانیکی بر روی مس، میزان سرگی آن را افزایش می‌دهند. مثلاً با کمتر کردن ضخامت محصولات، تلاش می‌کنند تا سرگی آن را افزایش بدهند. با توجه به کاربرد مس در صنعت برق، باید از مس با سرگی 99.95 درصد استفاده نمود. برای دستیابی به این میزان سرگی، مس را از آخرین پالایش الکترولیتی نیز می‌گذارند. از مزایای منحصربفرد مس، این است که توانمندی مکانیکی سیم‌های بازپخته (نرم شده) برای مصرف در هر نوع سیم و کابل مسی مناسب است.
|
فلز |
رسانایی نسبی مس = 100 | ضریب دمای مقاومت به درجه سانتی‌گراد |
| نقره | 106 | 0.0041 |
| مس (نرم تاب داده شده) | 100 | 0.0039 |
| مس (سرد کشیده شده) | 97 | 0.0039 |
| مس قلع اندود | 95-99 | 0.0039 |
| آلومینیوم نرم | 61 | 0.0040 |
| آلومینیوم (درجه EC، H، H 1/2) | 61 | 0.0040 |
| سدیم | 35 | 0.0054 |
| فولاد نرم-چکش‌خوار | 12 | 0.0054 |
| سرب | 8 | 0.0040 |
هادی آلومینیوم
تا قبل از سال‌های پایانی دهه 50 و افزایش ناگهانی قیمت فلز مس در بازارهای جهانی، آلومینیوم جایگاه چندانی در صنعت الکتریسیته و به عنوان رسانا نداشت. البته آلومینیوم به عنوان هادی در میان سال‌های 1909 تا 1912 در کشور بریتانیا مورد استفاده قرار می‌گرفت. فلز آلومینیوم بجای مس در دهه 1950 رو به افزایش رفت و با اینکه کاربرد آلومینیوم در بعضی صنایع محدود شد، اما باز هم این روند رو به فزونی دارد.
آلومینیوم به خوبی مس غلتک‌پذیر نیست، همچنین رشته‌های نازک آلومینیوم، قادر به مواجه شدن با جریان‌های قابل توجه و نیروهای وارده نیستند. بعلاوه توانمندی مکانیکی آلومینیوم از مس کمتر بوده و با دستکاری‌های مکانیکی نیز میزان رسانایی آن تفاوت زیادی نمی‌کند. همین‌طور در صورت اعمال دستکاری‌های مکانیکی، رشته سیم‌های آلومینیومی با گرمادهی دوباره، مجدداً به سختی اولیه خود برمی‌گردند. در هر حالت میزان سختی مکانیکی H یا 1/2H برای کابل‌های مکانیکی مساعد است.
اکسید آلومینیوم
وجود اکسید آلومینیوم به شکل لایه‌ای نازک و سخت، از نارسایی‌های کاربرد آلومینیوم در تجهیزات برقی است. هر چند این پوسته باعث جلوگیری از خوردگی می‌شود اما باعث کاهش رسانایی آلومینیوم می‌شود.
نقطه تسلیم و وادادگی
نقطه تسلیم یا وادادگی پایین آلومینیوم و توانایی کم آن در برابر تنش‌های وارده است. مثلاً اگر در هنگام کابل‌کشی بر روی دیوار، بخشی از کابل با پبچ محکم به دیوار بسته شود، رسانا خود را وا می‌دهد و در پی آن، یک نقطه با مقاومت برقی بسیار زیاد ایجاد می‌شود که باعث افزایش حرارت در آن ناحیه و در نهایت گسیختگی رسانا و حتی آتش‌سوزی شود. در حالیکه چنین امری در کابل‌کشی‌ها بسیار متداول است.
طول هادی
در علم فیزیک، با افزاش طول، میزان مقاومت نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه با افزایش طول سیم یا کابل، میزان مقاومت آن سیم یا کابل نیز افزایش یافته و گرم می‌شود. به همین دلیل برای انتقال انرژی در مسیرهای بسیار طولانی، استفاده از سیم و کابل مسی بسیار بیشتر از آلومینیوم پیشنهاد می‌شود.
تفاوت هادی مس و آلومینیوم
در نهایت تفاوت‌های هادی مس و آلومینیوم را به صورت خلاصه بیان می‌کنیم:
- هزینه
با افزایش ناگهانی هزینه فلز مس و تورم‌های بسیار شدید و طولانی مدت در ایران، سیم و کابل مسی با افزایش هزینه بسیار زیادی مواجه شدند که برای بسیاری از فعالان صنعتی در حوزه سیم و کابل، تهیه سیم و کابل مسی بسیار سخت یا بدون صرفه اقتصادی شد. از سوی دیگر استفاده از سیم و کابل مسی در محیط‌های عمومی با سرقت این محصولات همراه بود. در نتیجه سیم و کابل آلومینیومی به راحتی جایگزین آن شد.
- رسانایی
رسانایی مس از آلومینیوم بیشتر بوده و این مهم‌ترین تفاوت هادی مس و آلومینیوم است. به همین دلیل، با جریان‌های الکتریکی بالاتر، گرمای کمتری را به سیم یا کابل منتقل می‌کند. این مسئله باعث می‌شود تا استفاده از سیم و کابل مسی با ایمنی بسیار بیشتری همراه بوده و در صنایع مهم، از آن استفاده شود.
- ناسرگی
ناسرگی از عوامل بسیار تأثیرگذار بر روی کاهش میزان رسانایی مس بوده که در آلیاژ آلومینیوم کاربرد چندانی ندارد. در نتیجه، تولید هادی مس با ناسرگی مناسب برای انتقال انرژی الکتریکی، باعث افزایش بیشتر هزینه مس می‌شود.
- اکسید آلومینیوم
اکسید آلومینیوم، لایه‌ای سخت بر روی آلومینیوم است که در مواجه با اکسیژن ایجاد می‌شود. این اکسید از فرسایش بیشتر آلومینیوم جلوگیری می‌کند. اما از سوی دیگر، با کاهش رسانایی الکتریکی آلومینیوم، وجود اکسید آلومینیوم می‌تواند منجر به افزایش مقاومت و افزایش حرارت سیم و کابل و در نهایت حادثه‌سازی منجر شود.
- نقطه تسلیم یا وادادگی
نقطه تسلیم یا وادادگی به دلیل ناتوانی آلومینیوم از انتقال انرژی در هنگام فشار بوده و در مس چندان وجود ندارد. در نتیجه استفاده از کابل‌های آلومینیومی نیاز به احتیاط و دقت بسیار زیادی دارد.
استفاده از سیم و کابل آلومینیومی بجای سیم و کابل مسی
معمولاً برای استفاده از سیم و کابل آلومینیومی بجای مسی، باید از سطح مقطع بیشتری استفاده کرد. در جدول زیر، میزان گنجایش بار الکتریکی را برای هر سطح مقطع مشخص در سه مدل سیم با غلاف‌های پی وی سی(PVC) و پلی اتیلن (PE) و پلی اتیلن کراس لینک (XLPE) برای نصب در زمین می‌کنیم:
| جنس ماده | پی وی سی PVC | پلی اتیلن PE | پلی‌اتیلن کراس‌لینک XLPE | ||||||
| کد شناسایی | N(A) YSEY (1)
N(A) YSEY (2) |
N(A) 2 YSY | N(A) 2 XSY
N(A) 2 XS2Y |
||||||
| استاندارد | DIN VDE 0271 | DIN VDE 0273 | DIN VDE 0273 | ||||||
| دمای مجاز رسانا | 70 درجه سانتی‌گراد | 70 درجه سانتی‌گراد | 90 درجه سانتی‌گراد | ||||||
| رسانای مسی مقطع نامی: | گنجایش بار به A | ||||||||
| 25 | 133 | 138 | 155 | – | 166 | 166 | – | 157 | 179 |
| 35 | 160 | 164 | 185 | 66 | 174 | 197 | 178 | 187 | 212 |
| 50 | 189 | 193 | 217 | 195 | 205 | 231 | 210 | 220 | 249 |
| 70 | 230 | 236 | 264 | 237 | 251 | 281 | 256 | 269 | 303 |
| 95 | 275 | 281 | 313 | 286 | 299 | 333 | 307 | 321 | 358 |
| 120 | 312 | 318 | 353 | 325 | 339 | 375 | 349 | 364 | 404 |
| 150 | 350 | 354 | 284 | 364 | 377 | 408 | 392 | 405 | 441 |
| 185 | 394 | 399 | 429 | 412 | 425 | 455 | 443 | 457 | 493 |
| 240 | 455 | 460 | 490 | 477 | 490 | 519 | 513 | 528 | 563 |
| 300 | 512 | 515 | 543 | – | 549 | 575 | – | 593 | 626 |
| 400 | 584 | 579 | 590 | – | 614 | 618 | – | 665 | 676 |
| 500 | – | – | – | – | 682 | 678 | – | 739 | 743 |
| رسانای آلومینیومی مقطع نامی: | گنجایش بار به A | ||||||||
| 25 | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| 35 | 123 | 127 | 143 | – | 135 | 153 | – | 144 | 164 |
| 50 | 146 | 150 | 169 | 151 | 159 | 181 | 162 | 171 | 194 |
| 70 | 179 | 183 | 207 | 185 | 195 | 220 | 199 | 209 | 236 |
| 95 | 213 | 219 | 246 | 222 | 232 | 261 | 238 | 249 | 281 |
| 120 | 243 | 247 | 278 | 252 | 264 | 296 | 271 | 283 | 318 |
| 150 | 272 | 277 | 306 | 283 | 294 | 325 | 304 | 316 | 350 |
| 185 | 307 | 312 | 343 | 321 | 333 | 365 | 345 | 358 | 393 |
| 240 | 356 | 363 | 395 | 373 | 387 | 420 | 401 | 416 | 453 |
| 300 | 402 | 408 | 441 | – | 435 | 468 | – | 469 | 507 |
| 400 | 464 | 465 | 490 | – | 493 | 514 | – | 532 | 599 |
| 500 | 123 | – | – | – | 555 | 572 | – | 599 | 622 |
جدول محاسبه سطح مقطع کابل‌های مسی و آلومینیومی (نسبت به مسافت و شدت جریان مجاز)
| آلومینیوم | مس | |||||||||||
| 1000 | 900 | 500 | 450 | 400 | 350 | 300 | 250 | 200 | 150 | 100 | ||
| – | – | – | – | – | – | – | 5 | 7 | 15 | 27 | 2.5 | 1.5 |
| – | – | – | – | – | – | 6 | 8 | 12 | 25 | 36 | 4 | 2.5 |
| – | – | – | – | 6 | 8 | 10 | 13 | 20 | 40 | 46 | 6 | 4 |
| 6 | 6.5 | 7 | 8 | 10 | 12 | 12 | 15 | 20 | 30 | 58 | 10 | 6 |
| 10 | 11 | 12 | 14 | 16 | 20 | 25 | 33 | 50 | 77 | 77 | 16 | 10 |
| 16 | 17 | 20 | 22 | 26 | 32 | 40 | 63 | 80 | 100 | 100 | 25 | 16 |
| 25 | 27 | 31 | 35 | 41 | 50 | 62 | 83 | 125 | 130 | 130 | 50 | 25 |
| 34 | 38 | 43 | 49 | 57 | 69 | 86 | 115 | 155 | 155 | 155 | 70 | 35 |
| 46 | 52 | 58 | 66 | 78 | 93 | 117 | 156 | 185 | 185 | 185 | 95 | 50 |
| 66 | 74 | 83 | 95 | 111 | 133 | 166 | 222 | 230 | 230 | 230 | 120 | 70 |
| 90 | 100 | 112 | 129 | 150 | 180 | 225 | 275 | 275 | 175 | 275 | 150 | 95 |
| 111 | 123 | 139 | 159 | 185 | 222 | 278 | 315 | 315 | 315 | 315 | 185 | 120 |
| 132 | 147 | 165 | 189 | 220 | 264 | 330 | 355 | 355 | 355 | 355 | 40 | 150 |
| 157 | 174 | 196 | 224 | 267 | 314 | 363 | 400 | 400 | 400 | 400 | 300 | 185 |
| 174 | 194 | 218 | 249 | 291 | 496 | 437 | 465 | 465 | 465 | 465 | 400 | 240 |
| 198 | 220 | 248 | 283 | 331 | 397 | 496 | 550 | 550 | 550 | 550 | 500 | 300 |
| 224 | 248 | 279 | 319 | 373 | 447 | 559 | 745 | 745 | 745 | 745 | 600 | 400 |
قیمت سیم و کابل مسی
قیمت کابل مسی در شرایط تورمی فعلی، همواره در حال افزایش است اما با این حال، با توجه وجود استانداردهای متعدد سیم و کابل مسی از مراکز مختلف، استفاده از این محصول به دوام وسایل الکتریکی کمک بیشتری کرده و با توجه به توانایی بیشتر در عبور جریان برق، حوادث ناشی از برق مانند آتش‌سوزی یا برق‌گرفتگی کمتر از سیم و کابل آلومینیومی به وجود می‌آیند. در سیم و کابل‌های معتبری مانند سیم و کابل افشان و سیم و کابل مفتول یا ارت متصل به زمین، از هادی مس استفاده شده است. برای مشاهده سیم و کابل مسی برند البرزالکتریک از نمایندگی چکاد و بدون دخالت دلالان، می‌توانید از اینجا اقدام نمایید.
قیمت سیم و کابل آلومینیومی
از سوی دیگر، سیم و کابل آلومینیومی از قیمت بسیار کمتری برخوردار بوده و تقریباً از خطر سرقت در مکان‌های عمومی مصون است. اما از نظر دوام یا میزان کیفیت در عبور جریان برق، کارآمدی کمتری نسبت به سیم و کابل مسی دارد. برای مشاهده سیم و کابل آلومینیومی از صنعت برق چکاد، نمایندگی رسمی البرز الکتریک نور می‌توانید از اینجا اقدام کنید.
سخن آخر
هادی‌ها، انتقال‌دهنده‌های جریان الکتریکی هستند و تمام بخش‌های دیگر سیم و کابل، برای خدمت به هادی و با هدف انتقال بهتر الکتریسیته است. در نتیجه، وجود جنس مناسب هادی باعث استفاده انتقال بهتر جریان و افزایش کمتر حرارت الکتریکی است. در این مقاله جنس هادی‌های مختلف و جریان‌های عبوری الکتریکی را به صورت متمایز نشان داده و در ادامه، جداول مورد نیاز برای انتقال جریان عبوری با استفاده از کابل را به تفصیل قرار دادیم. نهایتاً قیمت سیم و کابل مسی و سیم و کابل آلومینیومی را بیان کردیم.