مواد اولیه سیم و کابل

انرژی الکتریکی به دلیل سهولت در انتقال به یکی از انرژی‌های کاربردی و پرمصرف تبدیل شده است. انتقال انرژی برق در فواصل دور منجر به اتلاف بخش زیادی از این انرژی می‌شود. از این رو برای کاهش این اتلافات، از سیم و کابل‌ها استفاده می‌شود. در این صورت می‌توان با کمترین هدر رفت و به بهترین شکل ممکن انرژی برق را در سراسر جهان توزیع کرد. کابل‌ها و سیم‌ها بر اساس میزان انتقال جریان دارای ساختار متنوعی هستند، که در این مقاله به آن پرداخته شده است.

مواد اولیه سیم کابل فشار قوی

کابل فشار قوی همچون سایر کابل‌ها وظیفه‌ی انتقال جریان الکتریکی را برعهده دارد. آنچه موجب متمایز شدن عملکرد این قبیل کابل‌ها شده است، قابلیت آنها در انتقال جریان‌های با ولتاژ بالا است. بنابراین می‌توان گفت کابل فشار قوی در انتقال جریان برق، قدرت بسیار بالایی دارد به همین دلیل از آنها در مکان‌های خاصی استفاده می‌شود.

 

عایق بکار رفته در کابل فشار قوی از جنس XLPE  یا PVC است.  به منظور یکنواخت شدن میدان اطراف هسته در اطراف بخش هادی سیم از یک لایه نیمه هادی استفاده شده است. نوع عایقی که روی کابل کشیده شده است، ضخامت نهایی کابل را تعیین می‌کند.  تمامی کابل‌ها در ساختار خود دارای بخشی به نام غلاف هستند. غلاف کابل را از آسیب‌های مکانیکی محافظت می‌کند. لازم به ذکر است گاهی اوقات در ساختار کابل‌های فشار قوی از کاغذ گرافیتی نیز استفاده می‌شود. خارجی‌ترین بخش کابل که نقش حفاظتی دارد از جنس پی وی و به رنگ قرمز یا مشکلی است.

 

مواد اولیه سیم کابل فشار متوسط

کابل‌های فشار متوسط قادر به انتقال جریان الکتریکی با قدرت کمتر از فشار قوی تولید می شود. این کابل‌ها اصولا از جنس مس یا آلومینیوم تولید می‌شوند. کابل فشار متوسط کاربرد گسترده‌ای دارد و برای تامین برق ساختمان های تجاری یا مسکونی، مدار های توزیع، تابلو برق، نیروگاه‌ها و…  از آنها استفاده می‌شود. ساختار و مواد اولیه بکار رفته در این مدل سیم به شرح زیر است:

• در ساختار کابل فشار متوسط از هادی تابیده منظم و چند جزئی استفاده می‌شود. جنس هادی اصولا از مس آنیل شده یا آلومینیوم است.
• اسکرین هادی بخش دیگری از این کابل است که به صورت ترکیب نیمه رسانای اکسترود شده بر روی بخش هادی قرار می‌گیرد. وظیفه‌ی این بخش کاهش شدت میدان الکتریکی بین XLPE و هادی است.
• بخش عایق این کابل به منظور تامین الزامات الکتریکی و فیزیکی از XLPE با ضخامت مناسب ساخته شده است. این بخش لازم است مقاومت بالایی در برابر گرما و رطوبت داشته باشد.
• اسکرین عایق بخش دیگری از کابل است که عملکردی مشابه اسکرین هادی دارد. اسکرین عایق روی بخش عایق قرار می‌گیرد و موجب ایجاد یک ترکیب نیمه رسانای اکسترود شده روی عایق می‌شود.
• شیلد فلزی در ولتاژهای بالا وظیفه‌ی خنثی کردن میدان الکتریکی خارج از کابل را برعهده دارد. به طور کلی شیلد وظیفه‌ی بازگشت جریان شارژ خازنی، هدایت جریان خطای ارت تا خاموش شدن سیستم و کاهش تأثیر الکتریکی در محیط اطراف کابل را برعهده دارد.
• به منظور نگه داشتن المان‌های درون کابل از فیلر استفاده می‌شود. در ساخت کابل‌ها می‌توان این بخش را نادیده گرفت اما بهتر است از آن استفاده شود.
• لایه زیرین، لایه‌های قبلی را کنار یکدیگر قرار می‌دهد و شرایط را برای قرارگیری لایه بعدی یعنی آرمور مساعد می‌کند. اصولا جنس بخش زیرین از مواد ترموپلاستیک یا ترموستینگ‌ است.
• آرمور یا زره وظیفه‌ی حفاظت از کابل در برابر فشار فیزیکی را بر عهده دارد و به شکل سیم فولادی در هم تنیده شده است.
• برای محافظت از کابل در برابر عوامل خارجی همچون رطوبت، مواد خورنده و… از شیفت یا غلاف بیرونی استفاده می‌شود.

 مواد اولیه سیم کابل فشار ضعیف

کابل فشار ضعیف برای سطح ولتاژ کمتر از کابل های فشار متوسط طراحی شده است. در ساختار آن از روکش‌های مختلف و هادی‌های متغیری استفاده شده است بنابراین بر اساس نوع ماده عایق و تعداد رشته‌ها آنها را می‌توان به کابل‌های 2 یا 5 رشته‌ای تقسیم کرد. اصولا از کابل فشار ضعیف در برق‌کشی ساختمان استفاده می‌شود.

هادی بکار رفته در سیم کابل فشار ضعیف از جنس مس (با درصد خلوص 5/99) و آلومینیوم است. این هادی ممکن است به صورت افشان، نیمه افشان گرد، نصب ثابت، تک‌لا، نیمه افشان سکتور و … استفاده شود؛ اما اصولا به منظور افزایش دوام و ماندگاری در این کابل‌ها از رشته‌های یکنواخت به هم تابیده شده استفاده می‌شود.

بر روی بخش هادی یک پوشش عایقی قرار گرفته است که ضخامت آن بر اساس سطح ولتاژ تغییر می‌کند. اصولا پوشش عایق از جنس  PVC و XLPE است. در نهایت برای پر کردن فضای خالی موجود در کابل‌های فشار ضعیف از فیلر استفاده می‌شود. فیلر به کابل این قابلیت را می‌دهد که تا حدود 15 برابر قطر کابل خم شود.

مواد اولیه سیم

سیم برق نیز از دو بخش هادی و روکش تشکیل شده است که بخش هادی وظیفه‌ی انتقال برق و روکش جلوگیری از نشت برق را بر عهده دارد. در بخش هادی اصولا از دو فلز مس و آلومینیوم استفاده می‌شود. مس در برابر تغییرات جوی از خود مقاومت زیادی نشان می‌دهد. همچنین میزان شکل‌پذیری آن بسیار بالا است. لازم به ذکر است مس مورد استفاده در سیم باید خلوصی بیشتر از 5/99 درصد داشته باشد.

در بخش هادی سیم علاوه بر مس، از فلز آلومینیوم نیز استفاده می‌شود. این فلز ارزانتر از مس است و میزان مقاومت آن در برابر تغییرات آب و هوایی و اکسید شدن پایین‌تر است. ترکیب مس و آلومینیوم در سیم‌های برق به این شکل است که در اطراف رشته‌های آلومینیومی، رشته‌های مسی پیچیده شده است. این امر علاوه بر صرفه جویی در هزینه‌ها موجب جبران مقاومت پایین آلومینیوم در برابر تغییرات جوی نیز می‌شود.

قسمت عایق و روکش سیم‌ها از جنس پی وی سی است. این بخش یک نقش حفاظتی دارد و از نشت برق جلوگیری می‌کند.  پی وی سی عایق الکتریکی است که عملکردی بهتر از عایق‌های روغنی دارد. علاوه بر این مقاومت آن بالاتر و قیمت آن پایین‌تر است. از دیگر ویژگی‌های پی وی سی می‌توان به انعطاف‌پذیری بالای آن اشاره کرد. این امر منجر به افزایش انعطاف‌پذیری سیم و کابل‌های برق شده است. طول عمر بالای PVC موجب شده است که سیم‌های حاصل از آن برای مصارف ساختمانی مناسب باشند زیرا احتمال آسیب دیدگی آنها بسیار پایین است.

علاوه بر موارد ذکر شده در ساختار سیم‌ها از موادی همچون پلی‌اتیلن کراس شده، XLPE، مفتول گالوانیزه، نوار PP، قرقره‌های چوبی و آهنی، نوار ضد آب، رنگ‌دانه (برای رنگ دادن به مواد بی‌رنگ) و… نیز به عنوان روکش مواد اولیه استفاده می‌شود.

سخن پایانی

در این مقاله به تقسیم‌بندی انواع سیم و کابل‌ها بر اساس میزان ولتاژی که می‌توانند تحمل کنند، اشاره شد. تمامی موارد ذکر شده در بالا دارای تقسیم‌بندی‌های جزئی‌تر و انواع متنوع‌تری هستند. بسته به نوع کاربرد سیم و کابل در نوع مواد اولیه و شیوه تولید آنها تغییراتی ایجاد می‌شود. بنابراین می‌توان گفت موارد ذکر شده به ساختار کلی سیم و کابل‌ها اشاره دارد.