راهنمای کامل سایزینگ کابل برق: اصول، محاسبات و ابزارها

مقدمه

سایزینگ کابل برق یکی از مراحل کلیدی در طراحی و اجرای پروژه‌های الکتریکی است. انتخاب صحیح سایز کابل، نه‌تنها کارایی سیستم را تضمین می‌کند، بلکه ایمنی و هزینه‌های پروژه را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. در این مقاله، مراحل سایزینگ کابل برق، ابزارهای موجود برای محاسبه، و نکات مهم در این فرآیند بررسی می‌شود.

چرا سایزینگ کابل برق اهمیت دارد؟

انتخاب کابل مناسب از نظر سطح مقطع و نوع، اهمیت بسیاری دارد. استفاده از کابل‌هایی با سایز نادرست می‌تواند منجر به مشکلاتی همچون:

• افزایش افت ولتاژ
• گرمای بیش‌ازحد کابل
• خطرات ایمنی (آتش‌سوزی)
• هزینه‌های اضافی ناشی از تعویض یا اصلاح کابل

مراحل سایزینگ کابل برق

1.      تعیین پارامترهای اولیه

ابتدا باید مشخصات پروژه و شرایط کاری بررسی شوند:

• جریان بار (Load Current)
• طول کابل
• نوع عایق و جنس کابل (مس یا آلومینیوم)
• افت ولتاژ مجاز

2.     فرمول‌های افت ولتاژ در سیستم‌های تک‌فاز و سه‌فاز

الف. افت ولتاژ در سیستم تک‌فاز

افت ولتاژ در سیستم تک‌فاز با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

ΔV=

• ΔV : افت ولتاژ (ولت)
•  : I جریان بار (آمپر)
• L :  طول کابل (متر)
•  : Rمقاومت واحد طول کابل (اهم در کیلومتر)

ب. افت ولتاژ در سیستم سه‌فاز

برای سیستم‌های سه‌فاز، فرمول به شکل زیر تغییر می‌کند:

ΔV = ⋅I⋅L⋅(Rcosϕ+Xsinϕ) /1000

• : X راکتانس واحد طول کابل (اهم در کیلومتر)
• cosϕ : ضریب توان
• سایر پارامترها مشابه فرمول تک‌فاز هستند.

پ.  افت ولتاژ مجاز

افت ولتاژ نباید از مقادیر مجاز تجاوز کند. معمولاً مقادیر زیر به‌عنوان استاندارد پذیرفته‌شده‌اند:

• توزیع برق فشار متوسط 2% :تا 5%
• توزیع برق فشار ضعیف: 3%

3.     محاسبه سطح مقطع کابل

برای محاسبه سطح مقطع کابل، باید رابطه بین جریان عبوری و افت ولتاژ را مدنظر قرار دهید. استفاده از جدول سایزینگ کابل و فرمول‌های استاندارد کمک زیادی به این مرحله می‌کند.

4.      بررسی ضریب همجواری (Derating Factors)

کابل‌هایی که در مجاورت یکدیگر نصب می‌شوند، به دلیل تولید گرمای بیشتر، نیاز به ضریب اصلاح دارند. ضریب همجواری کابل باید در محاسبات لحاظ شود.

5.     محاسبه جریان مجاز کابل

جریان مجاز کابل به عواملی مانند نوع نصب (روی دیوار، در خاک، یا در کانال) و دمای محیط بستگی دارد. استفاده از جداول استاندارد مانند IEC 60364 توصیه می‌شود.

6.     نرم‌افزارهای سایزینگ کابل برق

ابزارهایی مانند  ETAP یا  CYMCAP برای مهندسان برق بسیار مفید هستند. این نرم‌افزارها با در نظر گرفتن تمام عوامل محیطی و بارگذاری، محاسبات دقیقی ارائه می‌دهند.

ابزارها و روش‌های آنلاین برای سایزینگ کابل

در دنیای امروز، سایت‌ها و ابزارهای آنلاین متعددی وجود دارند که امکان محاسبه آنلاین سطح مقطع کابل را فراهم می‌کنند. برخی از این ابزارها حتی پارامترهایی مانند افت ولتاژ، طول کابل و دمای محیط را به‌صورت خودکار در محاسبات لحاظ می‌کنند.

جدول سایزینگ کابل برق

توجه: این اعداد بر اساس شرایط نرمال محیطی ارائه شده‌اند و ممکن است با تغییر عوامل محیطی تغییر کنند.

سایزینگ کابل فشار متوسط: اهمیت تحمل جریان اتصال کوتاه

کابل‌های فشار متوسط باید توانایی تحمل جریان‌های بسیار زیاد در مدت‌زمان کوتاه (معمولاً 1 تا 3 ثانیه) را داشته باشند. این موضوع به‌ویژه در سیستم‌های صنعتی و توزیع برق بسیار حیاتی است، زیرا جریان اتصال کوتاه می‌تواند به کابل آسیب جدی وارد کند.

الف) محاسبه جریان اتصال کوتاه

برای محاسبه تحمل جریان اتصال کوتاه در کابل‌ها، از فرمول زیر استفاده می‌شود:

I_k=

•  : I_kجریان اتصال کوتاه (آمپر)
•  : Qانرژی حرارتی (J)
•   : vولتاژ نامی کابل )ولت(
• : t مدت‌زمان اتصال کوتاه )ثانیه(

ب) انتخاب سطح مقطع مناسب بر اساس اتصال کوتاه

سطح مقطع کابل باید طوری انتخاب شود که توانایی دفع گرمای تولید شده توسط جریان اتصال کوتاه را داشته باشد. جدول‌های استاندارد نظیر  IEC 60909 می‌توانند برای تعیین سطح مقطع کمک‌کننده باشند.

نکات ویژه در سایزینگ کابل فشار متوسط

1. عایق کابل: کابل‌های فشار متوسط معمولاً از عایق XLPE استفاده می‌کنند که تحمل حرارت بیشتری نسبت به PVC دارد.
2. دمای محیط: شرایط محیطی، مانند دمای خاک یا کانال کابل، باید در نظر گرفته شود.
3. روش نصب: نصب کابل به‌صورت دفنی یا هوایی تأثیر مستقیم بر تحمل جریان و افت ولتاژ دارد.
4. ضریب همجواری: اگر چند کابل در کنار یکدیگر نصب شوند، باید ضریب همجواری در محاسبات لحاظ شود

جدول نمونه تحمل جریان اتصال کوتاه برای کابل‌های فشار متوسط

توجه: این اعداد بر اساس استاندارد IEC تهیه شده‌اند.

برای کابل‌های فشار متوسط، پارامترهایی مانند ظرفیت انتقال توان و پایداری حرارتی اهمیت بیشتری دارند. در این موارد، استفاده از ابزارهای نرم‌افزاری مانند  CYMCAP توصیه می‌شود.

چند مثال‌های عددی افت ولتاژ در کابل برق

مثال 1: محاسبه افت ولتاژ در سیستم تک‌فاز

یک کابل تک‌فاز به طول 50 متر و سطح مقطع 10 mm²  برای عبور 20 آمپر جریان استفاده می‌شود. مقاومت واحد طول کابل برابر با 1.83 میلی‌اهم بر متر است. افت ولتاژ را محاسبه کنید.

حل:

فرمول افت ولتاژ در سیستم تک‌فاز:

ΔV=

I=20A

L=50m

R = 1.83 mΩ/m = 0.00183 Ω/m

ΔV= ( 2×20×50×0.00183)/1000 = 3.66 ولت

افت ولتاژ محاسبه‌شده برابر با 3.66 ولت است. اگر ولتاژ نامی سیستم 230 ولت باشد، افت ولتاژ معادل:

3.66/230) ×100=1.59% )

که در محدوده مجاز قرار دارد.

مثال 2: محاسبه افت ولتاژ در سیستم سه‌فاز

یک کابل سه‌فاز با طول 80 متر، سطح مقطع 25 mm² و عبور 50 آمپر جریان به کار می‌رود. مقاومت کابل 0.727 میلی‌اهم بر متر و راکتانس کابل  0.08 میلی‌اهم بر متر است. ضریب توان سیستم  cosϕ برابر با  0.8 است.

حل:

فرمول افت ولتاژ در سیستم سه‌فاز:

ΔV = ⋅I⋅L⋅(Rcosϕ+Xsinϕ) /1000

I=50A

L=80m

R=0.727 mΩ/m=0.000727 Ω/m

X=0.08 mΩ/m=0.00008 Ω/m

cosϕ=0.8 , sinϕ=0.6

با جایگذاری در فرمول بالا افت ولتاژ برابر 3.48 ولت است که معادل:

این مقدار در محدوده مجاز قرار دارد.

نرم‌افزارهای پیشنهادی

•  :ETAPبرای سایزینگ کابل‌های صنعتی و پروژه‌های پیچیده.
•  :Amtech مناسب برای مهندسان برق در پروژه‌های ساختمانی.
• نرم‌افزار آنلاین : Cable Sizing ابزاری ساده و سریع برای محاسبات روزمره.
•  CYMCAP: برای محاسبه کابلها فشار متوسط

نتیجه‌گیری

سایزینگ کابل برق یک فرآیند حساس و ضروری در طراحی سیستم‌های الکتریکی است. با رعایت اصول، استفاده از ابزارهای دقیق و در نظر گرفتن استانداردهای بین‌المللی، می‌توان ایمنی و کارایی سیستم را تضمین کرد. اگر سوال یا تجربه‌ای در این زمینه دارید، در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.