آموزش محاسبات سایز کابل و سطح مقطع سیم به همراه نمونه مثال و جزوه آموزشی طراحی کابل :: جزوه آموزشی فارسی دوره طراحی تاسیسات الکتریکی نقشه کشی برق ساختمان و صنعتی

کابل چیست. فرق آن با سیم چیست؟

تاسیسات الکتریکی و برق ساختمان کلیک کنید

هادی :

ماده ای است که جریان الکتریکی را به راحتی از خود عبور می دهد هادی ها در لایه والانس خود بین یک تا سه الکترون والانس دارند و بهترین هادی در لایه والانس خود دارای یک الکترون والانس است هادی های معروف عبارتند از :
مس ، نقره ، طلا و آلومینیم

ساختمان سیم ها :

* سیم ها از دو قسمت تشکیل شده اند : ۱- هادی ۲- عایق

* جنس هادی سیم ها معمولا از مس یا آلومینیم است . ولی از مس به خاطر حجم کم و هدایت بهتر بیشتر استفاده می شود .
* عایق سیم از یک ماده پلاستیکی یا لاستیکی می باشد که به صورت لایه ای روی هادی سیم را می پوشاند .

ابعاد فیزیکی سیم ها :

برای مقایسه ابعاد فیزیکی سیم ها از واحد استانداردی استفاده می شود . اندازه فیزیکی سیم های مورد استفاده در سیم کشی ساختمان که سیم های روکش دار از جنس پلاستیک می باشند بر حسب mm2 بیان می شود . مثلا منظور از سیم ۱٫۵ یعنی سیمی که سطح مقطع آن mm2 ۱٫۵ است .

سیم های مورد استفاده در سیم کشی ساختمان عبارتند از :
۱- سیم های مفتولی یا استخوانی یا سیم های خشک
۲- سیم های نیمه افشان
۳- سیم های افشان یا رشته ای

سیم های مفتولی یا استخوانی یا سیم های خشک

* هادی این سیم ها از مس با پوششی از ماده PVC به عنوان عایق است .
* ولتاژ نامی این سیم ۴۵۰/۵۰۰ V است .
* این سیم برای جریان های مختلف با سطح مقطع های ۱/۵ تا ۲۴۰mm2 ساخته می شود .
* انعطاف پذیری این سیم نسبت به دو سیم دیگر ( نیمه افشان و افشان ) کمتر است .
* موارد کاربرد سیم های مفتولی برای مصرف در تابلو های برق و تاسیساتی که به طور ثابت نصب می شوند و در نقاط خشک در داخل لوله ، روی دیوار ، داخل دیوار و خارج از آن با استفاده از مقره می باشد .
* استفاده از سیم مفتولی در داخل دیوار به طور مستفیم مجاز نمی باشد .
* سیم های مفتولی در حلقه های ۱۰۰ متری با عایق به رنگ های مختلف در بازار به مصرف کننده ها عرضه می شود .
* سطح مقطع ظاهری سیم مفتولی به صورت است .

سیم های نیمه افشان :

* ساختمان این سیم شبیه سیم مفتولی است یعنی از مس با پوششی از PVC به عنوان عایق است .
* ولتاژ نامی این سیم ۴۵۰/۵۰۰ V است .
* زمینه کاربرد این سیم شبیه سیم مفتولی بوده و در مواردی که به انعطاف بیشتری نسبت به سیم مفتولی می باشد از سیم نیمه افشان استفاده می شود .
* سطح مقطع ظاهری سیم نیمه افشان به صورت زیر است .

سیم های افشان :

* ساختمان این سیم نیز شبیه سیم های مفتولی و نیمه افشان از دو قسمت هادی و عایقی از جنس PVC تشکیل شده با این تفاوت که هادی این سیم از رشته های نازکی از جنس مس می باشد .
* انعطاف پذیری این سیم از سیم مفتولی و سیم نیمه افشان بیشتر است .
* ولتاژ نامی این سیم ۳۰۰/۵۰۰ V است .
* سیم های افشان نیز در حلقه های ۱۰۰ متری با عایق به رنگ های مختلف و با سطح مقطع های مختلف در بازار به مصرف کننده ها عرضه می شود .
* سطح مقطع ظاهری سیم افشان به صورت زیر است .

* اثر پوسته ای در سیم افشان کمتر از سیم های مفتولی و نیمه افشان است .
با توجه به این که الکترون ها تمایل عبور از سطح سیم را دارند ( اثر پوسته ای ) لذا مرکز سیم بلا استفاده می ماند و این باعث کاهش سطح مقطع موثر سیم شده و مقاومت سیم افزایش می یابد بنابراین اگر از سیم افشان استفاده می شود سطح مقطع موثر افزایش یافته و مقاومت سیم کاهش پیدا کند . پس نتیجه می گیریم که مقاومت یک متر سیم افشان در برابر یک جریان تعیین شده کمتر از مقاومت اهمی یک سیم نیمه افشان و خصوصا کمتر از یک سیم مفتولی در برابر همان جریان است .
نکته :
* سیم های مورد استفاده در سیم پیچی موتورها که به سیم لاکی معروف است بر اساس قطرشان و بر حسب mm استاندارد و نرم می شوند . مثلا منظور از سیم ۰٫۶۰ یعنی سیمی که قطر آن mm 0.6 است . البته این عدد قطر سیم را بدون در نظر گرفتن لاک روی سیم بیان می کند .

* بر بروی سیم های لاکی یک لایه نازک از یک لاک مخصوص به عنوان عایق قرار دارد لذا برای تعیین قطر سیم لاکی باید این لایه لاک از روی سیم برداشته شود .
* رابطه بین قطر و سطح مقطع سیم ها با مقطع گرد به صورت زیر است . که همان فرمول محاسبه مساحت دایره است .

d : قطر سیم و A : سطح مقطع سیم
لذا با داشتن قطر سیم می توان سطح مقطع آن و یا با داشتن سطح مقطع سیم قطر سیم را بدست آورد .
مثال ) اگر سیمی دارای قطر ۱٫۳۸۲ میلیمیتر باشد سطح مقطع آن چند mm2 است ؟

شناسایی سیم ها :

مشخصات و کابرد سیم ها نیز مانند کابل ها به کمک علایم اختصاری که با حروف مشخص می شود قابل بیا است . این حروف عبارتند از :
N : سیم استاندارد مسی
Y : عایق PVC یا پرتودور ( که بعد از حرف N می آید )
S : علامت یک سیم مخصوص
Z : سیم مخصوص روشنایی و لوازم خانگی
AB : علامت سیم نیمه افشان
AF : سیم های نرم یا افشان
A : سیم مورد استفاده در سیم کشی داخل لوله برای سیم کشی ساختمان
M : سیم مقاوم در برابر رطوبت ( سیم کولر آبی )
T : سیم کوکسیال یا سیم آنتن و سیم رابط دستگاه های تصویری
Y : سیم مدارات خبری ( به تنهایی بیان می شود )
O : فاقد سیم محافظ یا سیم ارت
J : دارای سیم محافظ به رنگ سبز – زرد
MH : کابل چند رشته ای با هادی افشان (‌قابل انعطاف )
انواع سیم ها و موارد کاربرد آن ها در سیم کشی :
سیم NYA
سیم استاندارد تک لا با هادی مسی و روکش پلاستیکی یا PVC ( سیم مفتولی ) جهت سیم کشی ساختمان
* عایق این سیم می تواند به رنگ های سبز ، زرد ، آبی ، قهوه ای و سیاه باشد .
* در کلاف های ۱۰۰ متری در بازار موجود است .
* نصب ثابت و بدون حرکت در محل های خشک و داخل لوله های PVC و فولادی ورودی دیوار و
داخل دیوار به شرط این که از داخل لوله عبور کند .
سیم NYAB
سیم استاندارد نیمه افشان با هادی مسی و روکش PVC جهت سیم کشی ساختمان
* عایق این سیم می تواند به رنگ های سبز ، زرد ، آبی ، قهوه ای و سیاه باشد .
* در کلاف های ۱۰۰ متری در بازار موجود است .
* انعطاف پذیری این سیم بیشتر از سیم NYA و کمتر از سیم NYAF می باشد .
* نصب ثابت و بدون حرکت در محل های خشک و داخل لوله های PVC و فولادی و روی دیوار و داخل دیوار به شرط این که از داخل لوله عبور کند .
سیم NYAF
سیم استاندارد افشان با رشته های مسی به هم تابیده شده همراه با روکش PVC برای سیم کشی ساختمان
* عایق این سیم می تواند به رنگ های سیبز ، زرد ، آبی ، قهوه ای ، سیاه و بنفش باشد .
* در کلاف های ۱۰۰ متری در بازار موجود است .
* نصب بدون حرکت در محل های خشک و داخل لوله های PVC و فولادی
سیم NYM
سیم استاندارد مقاوم در برابر رطوبت (‌مثلا برای سیم کشی کولر )
* با نصب ثابت در محل های خشک و مرطوب یا زیر گچ بدون لوله یا داخل لوله یا روی مقره
* این سیم از چند رشته هادی عایق دار از جنس PVC به رنگ های سیاه ، قهوه ای ، قرمز ، آبی
سفید و یا زرد می باشد که به هم تابیده شده و بر روی آن ها یک روکش PVC سیاه یا خاکستری یا سفید قرار دارد و در کلاف های ۵۰ متری در بازار موجود است .
* سیم NYM ممکن است به دو صورت زیر ساخته شود :
NYM – O ( یعنی سیم مقاوم در برابر رطوبت و فاقد سیم محافظ یا اتصال زمین )
NYM – J ( یعنی سیم مقاوم در برابر رطوبت و دارای سیم محافظ یا اتصال زمین )
سیم NYZ
سیم با روکش PVC مخصوص برای روشنایی و لوازم خانگی
سیم NSYA
سیم مخصوص با روکش PVC برای سیم کشی ساختمان
سیم NYFA
سیم افشان برای سیم کشی لوستر و چراغ ها
* نصب ثابت در داخل لوله PVC و لوله فولادی
* این سیم به صورت افشان بوده و از رشته های نازک مسی به هم تابیده شده ساخته شده است و روی آن یک لایه عایق PVC به رنگ های سیاه ، آبی ، قهوه ای ، زرد ، بنفش ، سبز ، سفید و یا سبز – زرد قرار گرفته است و به صورت کلاف های ۱۰۰ متری در بازار موجود است .
سیم NYFAZ
سیم دو رشته ای یا دولا برای مصارف روشنایی
* نصب ثابت
* این سیم به صورت افشان می باشد ( هر لا به صورت افشان )
* عایق سیم به رنگ سیاه ، سفید و قهوه ای می باشد و به صورت کلاف های ۱۰۰ متری در بازار موجود است .
سیم Y
از این سیم برای سیم کشی مدارات خبری ، تلفن و مدارات مکالمه و سایر دستگاه های علامت دهنده استفاده می شود .
* به صورت ثابت در داخل لوله های PVC و یا لوله های فولادی قابل استفاده است .
* به صورت تک ، دو ، سه ، و یا چهار رشته به هم تابیده شده ساخته می شود و روی آن یک روکش PVC قرار می گیرد .
* سیم Y تک رشته با عایقی به رنگ های سیاه ، سفید ، قهوه ای ، و صورتی ساخته می شود .
* سیم Y چند رشته با چندین رشته دوتایی به هم تابیده شده با عایقی به رنگ های سفید و سیاه –
سفید و قرمز – سفید و ‌آبی – سفید و سبز – سفید و زرد – سفید و بنفش – سفید و قهوه ای و در کلاف های ۱۰۰ متری ساخته و به بازار عرضه می شود .
* سیم Y با توجه به تعداد رشته های تشکیل دهنده آن به صورت تک رشته یا چند زوج مطرح می شود مانند : سیم Y دو زوج ( یعنی این سیم دارای چهار رشته سیم عایق شده است که دو به دو به هم تابیده و بر روی مجموعه آن ها یک روکش PVC به رنگ سیاه و سفید قرار دارد )
سیم T
این سیم به سیم کواکسیال یا سیم آنتن تلویزیون معروف است .
* از سیم کواکسیال می توان به عنوان رابط دستگاه های صوتی یا تصویری استفاده نمود .
* سیم T یک کابل دو سیمه است که از یک رشته سیم داخلی یا مرکزی با عایق PVC و یک سیم مسی که بر روی عایق سیم مرکزی بافته شده تشکیل شده است . به این سیم مسی بافته شده ، سپر یا زرده گویند و وظیفه آن محدود کردن میدان مغناطیسی و جلوگیری از ایجاد پارازیت های خارجی بر روی سیم داخلی می باشد تا تصویر تلویزیون صاف و بدون پارازیت باشد . ( سیم داخلی به عنوان سیم اصلی و سیم مسی بافته شده بر روی آن به عنوان سیم خارجی به بدنه دستگاه مورد نظر وصل می شود . )
محاسبات مربوط به انتخاب سطح مقطع سیم و انتخاب فیوز مناسب
برای برق رسانی به مصرف کننده های روشنایی و صنعتی باید از سیم یا کابل با سطح مقطع مناسب استفاده کرد . همچنین سیم یا کابل های انتخاب شده باید در برابر جریان های بیش از حد مجاز که گاها در مدارات جاری می شود ( مانند جریان اتصال کوتاه ) محافظت شوند . برای حفاظت از سیم ها در برابر جریان های بیش از حد مجاز از فیوز استفاده می شود که جریان مجاز فیوزها نسبت به جریان مجاز سیم ها را می توان از جداول مشخصات مربوطه استخراج کرد . در این فصل با جداول استاندارد مقاطع مختلف سیم ها همراه با جریان مجاز و فیوز محافظ آن ها و محاسبات مربوط به انتخاب سیم و فیوز هر انشعاب با توجه به نوع نصب و افت ولتاژ مجاز آشنا می شویم .
مفاهیم اساسی :
* با عبور جریان التکریکی از سیم ها ، باعث ایجاد حرارت و گرم شدن آن ها می شود . اگر درجه حرارت بیش از حد مجاز شود موجب خرابی آن ها می شود .
* عایق سیم معمولا PVC بوده و حداکثر حرارت مجاز آن ۷۰OC است . لذا لازم است با توجه به شرایط نصب و حداکثر دمای محیط ، سیمی با سطح مقطع مناسب انتخاب شود تا باعث خرابی عایق سیم و اتصالی بین آن ها نشود .
* سیم های التریکی معمولا با سطح مقطع استاندارد توسط سازندگان ساخته می شود که عبارتند از :
mm2 … ، ۹۵ ، ۷۰ ، ۵۰ ، ۳۵ ، ۲۵ ، ۱۶ ، ۱۰ ، ۶ ، ۴ ، ۲٫۵ ، ۱٫۵ ، ۱ ، ۰٫۷۵
* در سیم کشی ساختمان از سیم های مسی عایق دار استفاده می شود و توصیه می شود حداقل سطح مقطع آن ها از ۱٫۵ mm2 کمتر نباشد .
* سیم های عایق دار با توجه به وضعیت نصب آن ها به سه دسته تقسیم می شوند :
گروه ۱ ) سیم های داخل لوله که تعداد آن ها در هر لوله یک تا سه سیم در نظر گرفته شده است .
گروه ۲ ) سیم های دولا یا سه لا که آزادانه در هوا کشیده می شوند و معمولا برای مصرف کننده های سیار به کار می روند .
گروه ۳ ) تعدادی سیم یک لاکه آزادانه در هوا کشیده می شود و فاصله بین سیم های مجاور حداقل برابر قطر سیم است .
جدول زیر ، جریان و فیوز استاندارد برای جلوگیری از عبور بیش از حد مجاز را نشان می دهد . این جدول برای حداکثر دمای ۲۵Oc ( دمای محیط ) محاسبه شده است .

* اگر دمای محیط از ۲۵oc بیشتر یا کمتر شود باید مقادیر جدول ۱ را در ضریبی که از جدول ۲ به دست می آید ضرب کرد تا جریان مجاز سیم و جریان نامی فیوز محافظ سیم تصحیح شود . به این ضریب ضریب تصحیح گویند .

* عواملی که در انتخاب سطح مقطع سیم تاثیر دارند عبارتند از :
۱- جریان عبوری از مصرف کننده
۲- دمای محیط
۳- افت ولتاژ ایجاد شده در سیم
۴- طول سیم
۵- جنس سیم
۶- نوع مصرف کننده ( ضریب قدرت مدار )
* افت ولتا درون سیم ها باعث می شود که ولتاژ دوسر مصرف کننده از مقدار مجاز کمتر شده که این امر موجب بد کار کردن یا سوختن مصرف کننده می شود . لذا باید در محاسبه سطح مقطع سیم درصد افت ولتاژ را لحاظ کرد .
* مقدار افت ولتاژ مجاز طبق مقررات اتحادیه تولید کنندگان نیروی برق (EVU ) برای محل های مختلف به صورت زیر تعیین شده است :

* افت ولتاژ را در یک مدار نمی توان به طور کلی از بین برد ولی می توان تا حد معینی آن را کنترل نمود . که در این صورت به این افت ولتاژ افت ولتاژ مجاز گویند . و آن را با α نشان می دهند .

∆U : افت در مدار
U: ولتاژ مدار
۲R : مقاومت سیم رفت و برگشت در مدار تک فاز
I : جریان عبوری از مدار
∅COS : ضریب قدرت مدار ( که مقدار آن برای مصرف کننده های اهمی برابر ۱ است . )
α : افت ولتاژ مجاز
* سطح مقطع سیم در شبکه تک فاز از رابطه زیر بدست می آید :

cos⁡φ: ضریب قدرت مدار ( که مقدار آن برای مصرف کننده های اهمی برابر ۱ است . )
ρ: مقاومت مخصوص بر حسب Ω.M
l : جریان عبوری از مدار بر حسب آمپر
U : ولتاژ مدار بر حسب ولت
α : افت ولتاژ مجاز
L : طول سیم یا طول مسیر بر حسب m
A : سطح مقطع سیم بر حسب mm2
* در مصرف کننده های موتوری سه فازه افت ولتاژ نباید از ۳% ولتاژ نامی تجاوز کند . یعنی در شبکه سه فازه ایران حداکثر افت ولتاژ مجاز برابر خواهد شد با :
* در انتخاب سطح مقطع استاندارد ، همیشه باید سطح مقطعی را انتخاب کرد که از مقدار محاسبه شده بیشتر یا مساوی با آن باشد .
مثال ۱ ) اگر یک مصرف تک فاز با جریان مصرفی ۱۶٫۲۳ A و ضریب قدرت ۰٫۷ توسط سیمی با مقاومت مخصوص ۲٫۰۶۴×〖۱۰〗^(-۸) هر متر و به طول ۲۰ متر از منبع تغذیه ۲۲۰ ولتی تغذیه شود ، حساب کنید .
الف – سطح مقطع سیم مورد نظر را تا افت ولتاژ از ۳ درصد بیشتر نشود ؟
ب – اگر دمای محیط ۴۵Oc برسد ، سطح مقطع مناسب سیم چقدر باید باشد ؟
جواب قسمت الف )

بنابراین ، باید از سیم استاندارد ۱٫۵ mm2 استفاده کنیم . که البته برای اطمینان بیشتر توصیه می شود از سیمی با سایز بزرگتر یعنی سیم ۲٫۵ mm2 استفاده شود .
جواب قسمت ب )
با مراجعه به جدول ۱ جریان مجاز سیم ۱٫۵mm2 برابر ۱۶ آمپر و جریان مجاز سیم ۲٫۵mm2 برابر ۲۱ آمپر است . همچنین با توجه به دمای محیط که ۴۵Oc شده ، از جدول ۲ ضریب تصحیح که برابر ۰٫۶۵ است را استخراج می کنیم . در اینصورت جریان مجاز سیم مسی ۱٫۵ mm2 و جریان مجاز سیم ۲٫۵mm2 برابر خواهند بود با :
۱۶×۰٫۶۵=۱۰٫۴ A ( جریان مجاز سیم ۱٫۵ mm2 )
21×۰٫۶۵=۱۳٫۶۵ A ( جریان مجاز سیم ۲٫۵ mm2 )
اذا هیچ یک از دو سیم فوق مناسب جریان ۱۶٫۲۳ A نمی باشند . که در این صورت باید از سیم استاندارد دیگر با مقطع بالاتر یعنی ۴mm2 استفاده کنیم . که جریان مجاز آن در دمای ۲۵Oc برابر ۲۷ آمپر بوده و با توجه به ضریب تصحیح جریان مجاز آن در دمای ۴۵Oc برابر می شود با :
A ۱۷٫۵۵ = ۲۷×۰٫۶۵ ( جریان مجاز سیم ۴mm2 )
که می توانید جریان ۱۶٫۲۳ A را به راحتی تحمل کند .
روابط محاسبه افت ولتاژ و سطح مقطع سیم در انواع جریان