معرفی کامل سیم و کابل برق از “الف تا ی”

کابل برق شاید یکی از مهمترین اجزای یک کامپیوتر یا در کل وسیله الکترونیکی باشه چون بدون کابل برق دستگاه روشن نمیشه ، شاید در آینده این موجود 2 پا کاری کنه که دیگه نیازی به کابل برق جهت روشن کردن وسیله الکترونیکی نباشه اما فعلا که اینجوری نیست . حالا از این حرف ها گذشته تقریبا همه می دونن که کابل برق هرچی ضخیم تر باشه بهتره و به اصطلاح جون دار تره و حاضرن گرون تر بخرن تا خیالشون راحت باشه . اما خیلی از این افراد دقیقا نمی دونن که چرا سیم برق ضخیم تر ، بهتر و گرون تر هست . ضمن اینکه یک سری مبهمات دیگه در مورد کابل برق و کلا سیم هست که شاید ندونید ، مثل تاثیر طول کابل در کیفیت و سوالات دیگه که در این پست بهشون پاسخ میدم پس تا انتهای پست رو بخونید .

تفاوت سیم برق و کابل برق به زبان ساده!

قبل از هر چیز لازمه بگم که اونور آب ، معنی کابل با معنی سیم فرق میکنه . سیم به یک یا چند رشته فلز که 99 درصد موارد فلز مس هست میگن که داخل یک قالب لاستیکی پیچیده شده . کابل به چند تا سیم میگن که داخل یک قالب لاستیکی بزرگتر جاساز شده . مثلا کابل برق از دو رشته سیم فاز و نول تشکیل شده . پس یه جورایی میشه گفت که اگه سیم نباشه اصلا کابل هم وجود خارجی نداره.

سیم چیست به زبان حرفه ای!

برای انتقال جریان الکتریکی از مکانی به دیگرمکان از سیم و بافه استفاده می‌شود. عامل انتقال جریان الکتریکی در سیم‌ها فلزّ رسانای جریان می‌باشد.

واژهٔ «سیم»، علاوه بر موردهای برقی، برای سیم گیتار، تار و غیره در سازهای زهی، بهمراه واژهٔ «تار» نیز کاربرد دارد.

ولتاژ نامی سیم چیست

«ولتاژ نامی سیم»، به ولتاژی گفته می‌شود که سیم، برای آن ولتاژ طرّاحی شده‌است و بر پایهٔ آن، آزمون‌های الکتریکی را می‌انجامند. این ولتاژ را به صورت U_۰/U بیان می‌کنند که در آن U_۰، مقدار مؤثّر ولتاژ میان هررشته و زمین است و U، مقدار مؤثّر ولتاژ میان دو فاز.

چند مدل سیم داریم؟

• سیم چند رشته ای
• سیم مفتولی

اینکه کجا از سیم تک رشته ای و کجا از سیم چند رشته ای استفاده بشه به تفاوت هاشون بر میگیرده که در ادامه میگم .

تفاوت سیم تک رشته ای و چند رشته ای

■ سیم چند رشته ای هر چقدر هم که ضخیم باشه باز از سیم مفتولی انعطاف بیشتری داره و در جاهایی که احتیاج به دستکاری و لحیم کاری سیم هست بیشتر استفاده میشه مثل مدارهای الکترونیکی .

■ سیم چند رشته ای در برابر پدیده خستگی مواد مقاوم تر هست و در مواقعی که این پدیده مشکل ساز باشه از سیم مفتولی کمتر استفاده میشه . پدیده خستگی مواد در اثر مرور زمان و تغییرات آب و هوایی و در نتیجه تغییر در ساختار ماده بوجود میاد که باعث شکستگی و ترک های ریزی در فلز میشه که بعدها این ترک ها بزرگتر و فلز از هم می پاشه .

■ هزینه تولید سیم چند رشته ای بیشتر از سیم مفتول هست و در مواقعی که تعداد سیم زیاد مورد استفاده زیاد باشه و به انعطاف کمتری هم نیاز باشه از سیم مفتول استفاده می کنن .

■ از سیم های مفتولی در کاربردهایی غیر از الکترونیک و برق هم استفاده میشه هرچند کم اما در مکانیک برای جابجایی و یا محکم کردن چیزی از سیم مفتولی استفاده میکنن .

■ مقاومت الکتریکی سیم چند رشته ای از سیم تک رشته ای بیشتره . چون سطح مقطع ;سیم چند رشته ای با وجود شکاف هایی که بین رشته ها هست بیشتر میشه که در ادامه در مورد سطح مقطع در مقاومت و هدایت الکتریکی سیم صحبت می کنم .

■ در فرکانس های بالا سیم چند رشته ای بیشتر استفاده میشه ، چرا ؟ ببینید پدیده ای به نام اثر پوستی یا به انگلیسی Skin Effect در سیم ها وجود داره که باعث اتلاف توان در سیم میشه . البته سیم های چند رشته ای معمولی اثر پوستی رو خیلی کاهش نمی دن و برای کاهش این اثر از کابل چند رشته ای به نام لیتز استفاده میکنن . کابل Litz در واقع از چند سیم چند رشته ای تشکیل شده که با روکش عایقی از همدیگه ایزوله شدن و سطح مقطع کلی برای عبور جریان رو بیشتر می کنن .

کابل چیست به زبان حرفه ای!

بافه یا شاه‌سیم یا کابل (به انگلیسی: Cable)، به یک یا چند سیم یا طناب که در کنار هم یا به صورت بسته، به‌هم‌پیچیده یا به‌هم‌بافته برای شکل‌دادن یک مجموعهٔ یگانه هستند، گفته می‌شود. در مکانیک، کابل‌ها برای بالابردن و کشیدن به کار می‌رود. در برق، از آن‌ها برای هدایت جریان برق استفاده می‌شود. یک کابل نوری دارای یک یا چند فیبر نوری در یک پوشش محافظ است که از فیبرها محافظت می‌کند. کابل مکانیکی را به‌طور تخصصی‌تر طناب فولادی (یا سیم بکسل) می‌نامند.

مهم‌ترین و بیشترین عایقی که در ساختمان کابل‌ها بکار می‌رود P.V.C (پلی وینیل کلراید) است که پرتو دور یا پلاستیک نامیده می‌شود. P.V.C عایقی غیرقابل اشتعال است و این مزیت خوبی در کابل‌ها می‌باشد. دارای انعطاف‌پذیری زیادی می‌باشد. مواردی مانند ارزانی تولید انبوه و سادگی ساخت باعث شده که بیش از ۹۰ درصد کابل‌های فشار ضعیف از این عایق درست شوند. نوعی عایق دیگر به نام PET (پلی اتیلن) برای کابل‌ها بکار می‌رود که آتشگیر بوده و در مکانهای اختصاصی بکار می‌رود. در بعضی از کابل‌ها از عایق لاستیکی استفاده می‌شود که کاربرد زیادی ندارد.

هادی کابل‌ها از جنس مس یا آلومینیوم می‌باشند. در صورتی‌که بخواهیم از کابلی با هادی آلومینیوم برای کابل کشی هوایی استفاده کنیم باید یک رشته آن فولاد باشد.

برای شناسائی کابل‌ها از حروفی استفاده می‌شود که روی کابل‌ها نوشته شده‌است برخی از این حرف طبق استاندارد آلمان V.D.E بشرح زیر می‌باشد:

1. N کابل با هادی مسی
2. NA کابل با هادی ألومینیوم
3. Y علامت عایق پرتو دور می‌باشد
4. H علامت ورق متالیزه می‌باشد
5. T سیم تحمل‌کننده در کابل کشی هوایی
6. R حفاظت فولادی نواری شکل
7. Y روکش کمربندی پرتو دور
8. R هادی دایره‌ای شکل می‌باشد
9. E هادی یک رشته و دایره‌ای می‌باشد
10. M هادی چند رشته
11. S هادی بشکل مثلث

کابل برق

کابل برق به مجموعه‌ای از یک یا چند سیم که در کنار هم یا به صورت به هم‌ تابیده شده که معمولا توسط لایه‌های محافظی پوشانده می‌شود گفته می‌شود.

کاربرد كابل برق

امروزه در صنعت برق بخش عظیمی از توزیع انرژی الکتریکی، به ویژه در کابل فشار ضعیف بوسیله کابل برق انجام می‌گیرد.
البته برای انتقال انرژی الکتریکی کابل فشار متوسط و کابل برق فشار قوی نیز در برخی موراد از کابل‌های مخصوص استفاده می‌شود.
کاربرد کابل‌ها در تاسیسات الکتریکی بسیار وسیع و دارای اهمیت زیادی است.

اجزای كابل برق

کابل‌ها بر اساس نوع کاربردی که دارند بسیار متنوع هستند و به شکل‌های گوناگون در بازار یافت می‌شود.
ساختمان و اجزای تشکیل دهنده کابل‌های مخابراتی کاملا با کابل‌های مورد استفاده در صنعت برق کابل برق فشار قوی و کابل برق فشار ضعیف تفاوت دارند.
اما بطور کلی کابل برق همواره از دو قسمت اصلی هادی و عایق تشکیل شده‌اند. تفاوت کابل‌ها ناشی از نوع کاربرد آنهاست.
بدان معنا که نوع کاربردشان موجب می‌شود که جنس، شکل، تعداد، سطح مقطع هادی‌ها و عایق‌ها با یکدیگر تفاوت داشته باشند. این تفاوت‌ها موجب تقسیم‌بندی کابل برق می‌شود.

هادی كابل برق

هادی كابل همان قسمت اصلی كابل برق است كه وظیفه هدایت جریان الكتریكی را بر عهده دارد.
این هادی ها معمولا از مس و آلومینیوم ساخته می‌شود و به صورت افشان یا چند رشته‌ای، مفتولی، تک رشته‌ای، گرد یا مثلثی در بازار موجود است.
انواع مختلف هادی كابل را با نشانه‌های اختصاری استاندارد شده نشان می‌دهند كه عبارتند از:
نشانه هادی گرد حرف R، نشانه هادی مفتولی تک رشته‌ای حرف E، نشانه هادی مثلثی حرف S و نشانه هادی افشان یا چند رشته‌ای حرف M است.

عایق كابل برق

متناسب با نوع مصرف، عایق كابل برق از مواد مختلف ساخته می شود. این مواد عبارتند از:

1. كاغذ های آغشته به روغن های مخصوص
2. مواد لاستیكی
3. PVC كه پرمصرف ترین عایق‌ها برای كابل‌ها، عایق PVC است كه آن را پروتودور نیز می‌نامند. نوع دیگری از این مواد PET نام دارد كه آن‌ها هم برای عایق كابل استفاده می‌شوند.
   این دو نوع ماده كاملا شبیه هم هستند با این تفاوت كه عایق های PVC نسوز و عایق های PET قابل اشتعال هستند.

غلاف كابل برق

غلاف به لایه یا لایه‌هایی بر روی كابل گفته می‌شود كه می‌توانند عایق كابل برق را در مقابل انواع نیروهای مكانیكی محافظت كرده و همچنین از نفوذ رطوبت به داخل كابل جلوگیری نمایند.
این غلاف‌ها می‌توانند بسته به محل مورد استفاده انواع PVC، آلومینیومی، سربی و فولادی باشند.

انواع هادی کابل برق

هادی‌های مسی و آلومینیومی کابل برق را به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:

• هادی‌های تک مفتولی
• هادی‌های گرد تابیده منظم
• هادی‌های انعطاف پذیر (افشان)
• هادی‌های فشرده گرد تابیده منظم
• هادی‌های فشرده سکتور تابیده منظم

هادی تک مفتولی (کلاس ۱) و تابیده منظم (کلاس ۲) برای کاربرد نصب ثابت و هادی‌های انعطاف‌پذیر یا افشان (کلاس ۵) و بسیار انعطاف پذیر (کلاس ۶) برای کاربرد با انعطاف‌پذیری در نظر گرفته می‌شوند.
بکارگیری هر یک از انواع هاد‌ی‌ها به نحوه استفاده، توصیه‌های استاندارد و در برخی مواقع سلیقه مصرف‌کننده سیم و کابل برق بستگی دارد.

خصوصیات عایق کابل برق

در تولید کابل برق با توجه به ساختار و نوع استفاده کابل لایه‌های حفاظتی مختلفی استفاده می‌گردد اما بصورت عمومی تمامی کابل‌ها دارای عایق و روکش هستند.
عایق بخشی از کابل برق است که مانع هدایت جریان برق بوده و بایستی الزامات زیر در تولید آن رعایت گردد.

الزامات عایق:

• عایق سیم باید دارای استقامت مکانیکی و قابلیت ارتجاعی کافی باشد
• عایق سیم باید کاملا هادی سیم را در بر گرفته باشد
• عایق باید کاملا به هادی سیم چسبیده باشد ولی به استثناء بندهای با انعطاف‌پذیری بالا بایستی جدا کردن عایق از هادی سیم بدون آسیب دیدن عایق هادی و یا پوشش قلع اندود (در صورت وجود) امکان پذیر باشد
• میانگین ضخامت عایق از مقدار استاندارد کمتر نباشد

خصوصیات غلاف کابل برق

• عدم چسبندگی به عایق کابل
• کمتر نبودن میانگین ضخامت غلاف کابل از مقدار استاندارد
• به کار بردن غلاف بر روی عایق کابل‌های تک رشته‌ای
• به کار بردن غلاف بر روی مجموعه رشته‌های کابل‌های چند رشته‌ای

نکات انتخاب کابل برق مناسب

هر کابل برق با سطح مقطع معین قادر به انتقال جریان مشخص است که اگر از آن حد بیشتر گردد ، باعث کوتاه شدن عمر و یا سوختن کابل برق و بروز حوادثی خواهد شد. لذا در طراحی یک شبکه باید سه اصل زیر رعایت شود:

• جریان برق از حد مجاز جریان کابل برق تجاوز نکند.
• افت ولتاژ نباید بیشتر از حد مجاز گردد.
• درباره سطح مقطع انتخاب شده از نظر افت توان ، محاسبات اقتصادی صورت گیرد.

نکاتی درباره چگونگی استفاده از کابل برق

نگهداری و استفاده صحیح هر نوع وسیله‌ای از جمله کابل برق باعث ازدیاد طول عمر آن خواهد شد که در این خصوص جا دارد چند نکته مهم زیر توجه نمود:

1. کابل برق پلاستیکی(PVC) را نباید در زمستان (درجه حرارت کمتر از صفر باشد) کابل کشی نمود.
   اگر در چنین مواقعی لازم به کابل کشی بود باید قبلا قرقره کابل را در اتاق یا انبار گرم نمود و سپس فورا آن را مورد استفاده قرار داد.
2. اگر کابل برق در خاک گذاشته شود، باید گودالی به عمق ۷۰ سانتی‌متر حفر گردد و کمی خاک نرم در آن ریخته و پس از گذاشتن کابل به اندازه ۲۰ سانتی‌متر خاک نرم روی کابل بریزید و روی آن را آجر قرار دهید و بعد داخل گودال را با خاک معمولی پر کنید.
3. هنگام نصب کابل برق نباید شعاع خمش کابل از ۱۲ تا ۱۵ برابر قطر خارجی آن کمتر باشد.

کابل‌های فشار ضعیف

مطابق استاندارد وی‌دی‌ئی آلمان، رنگ عایق رشته‌های کابل فشارضعیف باید به ترتیب خاکستری روشن، سیاه، قرمز، آبی و سیاه باشد، بدین صورت که یک کابل دورشته‌ای تنها از دو رنگ اول، و یک کابل پنج‌رشته‌ای از هر پنج رنگ استفاده خواهد کرد. رنگ خاکستری روشن که در این چهار نوع کابل مشترک است، به عنوان سیم صفر (MP) استفاده می‌شود و هادی با رنگ قرمز را به عنوان سیم محافظ در نظر می‌گیرند. در کابل‌های فشارضعیف چهاررشته‌ای، معمولاً سطح مقطع سه رشته از سیم‌ها با هم مساویست، و سطح مقطع هادی چهارم تقریباً نصف هادی‌های دیگر (یا کمی کوچکتر) ساخته می‌شود.

روش شناسایی سیم و کابل مرغوب

۱-سطح بیرونی سیم و کابل باید صاف و فاقد هرگونه فرورفتگی و برجستگی باشد (موج دار بودن سطح سیم وکابل‌های غیرقابل انعطاف ایراد محسوب نمی‌شود).

۲-قطر زیاد عایق یا غلاف سیم وکابل دلیلی مبنی بر مرغوب بودن آن محصول نیست متأسفانه برخی از تولیدکنندگان با کاستن از وزن مس لازم در سیم و کابل (با کاستن تعداد رشته‌های مس یا قطر رشته‌های مس) و افزودن به قطر عایق یا غلاف سبب می‌شوند وزن محصول مناسب به نظر برسد اما این محصول قابلیت استفاده برای مورد طراحی شده را نخواهد داشت و در صورت استفاده سبب بروز آتش‌سوزی یا مشکلات دیگر می‌شود.

۳-هنگامی که سیم را از مقطع برش می‌زنیم (توسط سیم چین یا تیزبر) باید هادی (مس) در مرکز عایق قرار گرفته باشد که اصطلاحاً به آن سنتر بودن هادی گفته می‌شود.

۴-هنگامی که کابل را از مقطع برش می‌زنیم باید غلاف به گونه‌ای سیم‌ها را دربرگرفته باشد که ضخامت غلاف در اطراف سیم‌ها مساوی باشد که اصطلاحاً به آن سنتر بودن سیم‌ها گفته می‌شود.

۵-عایق سیم هنگام جداسازی از هادی (مس) باید به آسانی و به صورت کشسان از روی مس جدا گردد.

۶-در مورد کابل‌ها باید دقت نمود که جداسازی سیم‌ها از هم و از غلاف کاملاً آسان انجام پذیرد.

۷-در رابطه با سیم و کابل‌های مسی (که مورد بحث این نوشته می‌باشد) هادی مس باید شرایط زیر را داشته باشد:

الف-از مس خالص نرم شده (آنیل شده) تهیه شده باشد.

ب-سطحی کاملاً شفاف و براق داشته باشد.

ج-اکسید نشده باشد (رشته‌های مس سیاه نباشند).

د-قابل انعطاف باشد (با خم و راست شدن سیم، رشته‌های هادی نشکند).

ه-به اندازه کافی و طبق جداول استاندارد برای هر مقطع سیم، مس مصرف شده باشد (کم بودن میزان مس سبب می‌شود مقاومت هادی به نسبت استاندارد آن مقطع زیاد باشد و استفاده مازاد آن سبب هدر رفتن فلز گران‌بهای مس می‌شود و در نتیجه قیمت تمام شده سیم یا کابل افزایش می‌یابد).

کابل چند رشته

اولین عدد از سمت چپ در سایز هر کابل نشان دهنده تعداد رشته سیم داخل آن می‌باشد.

– کابل دو رشته: اگر مصرف‌کننده‌جریان الکتریکی تک فاز باشد و ارت نیز نداشته باشیم از کابل دو رشته استفاده می‌کنیم.

– کابل سه رشته: اگر مصرف‌کننده جریان الکتریکی تک فاز باشد و ارت نیز داشته باشیم از کابل سه رشته استفاده می‌کنیم.

– کابل چهار رشته: اگر مصرف‌کننده جریان الکتریکی سه فاز باشد و ارت نیز نداشته باشیم از کابل چهار رشته استفاده می‌کنیم.

– کابل پنج رشته: اگر مصرف‌کننده جریان الکتریکی سه فاز باشد و ارت و نول داشته باشیم از کابل پنج رشته استفاده می‌کنیم.

اتصال کابل‌ها به هم

برای اتصال کابل‌ها به یکدیگر از دوراهه و برای گرفتن انشعاب از آن‌ها از سه‌راهه استفاده می‌شود و آن‌ها را در مفصل یا ماهیچه قرار می‌دهند که با قیر مخصوص پر می‌شود.

اتصال کابل‌ها به مدار

برای اتصال کابل به مدار از کابل‌شو یا کفش کابل استفاده می‌کنند. کابل‌شوها ممکن است پیچ و مهره‌ای، با پرس، یا با لحیم به کابل متصل شوند.

ضخامت کابل و تاثیری آن بر کیفیت

واسه اینکه تاثیر ضخامت کابل در رسانایی و در نتیجه کیفیت اون کابل رو کامل درک کنید مثال می زنم.

مثال معروف شلنگ آب ، هرچی شلنگ آب قطر بیشتری داشته باشه آب بیشتری رو می تونه از داخلش عبور بده و کمتر در معرض ترکیدگی قرار میگیره و شما هم از ناحیه شلنگ کمبود فشار آب رو حس نمی کنید .

مثال دیگه میشه به اتوبانی اشاره کرد که لاین های زیادی داره و ترافیک کمتری ایجاد می کنه . در کابل هم همین مسئله صدق میکنه . جریان الکتریکی حاوی میلیون ها الکترون هست . هر چی جریان بیشتر باشه تعداد این الکترون ها بیشتر میشه . حالا هرچی کابل قطر بیشتری داشته باشه ( در مباحث الکترونیکی به قطر سیم ، سطح مقطع سیم میگن ) جریان عبوری نیز می تونه بیشتر باشه و مقاومت سیم در برابر عبور جریان کمتر میشه . این مسئله در مورد کابل برق خیلی بیشتر صدق می کنه ، شاید دیده باشید که کابل برق داغ شده باشه معمولا کابل برق های باریک این بلا سرشون میاد . اگه سطح مقطع سیم جوابگوی جریان عبوری برق نباشه ، کابل از خودش مقاومت نشون میده که این مقاومت به صورت گرما ظاهر میشه .

پس نتیجه اینکه هر چی سطح مقطع یا همون ضخامت کابل بیشتر باشه کمتر داغ میشه و کمتر در معرض سوختگی و آتش سوزی قرار میگیره .

طول کابل و تاثیری آن بر کیفیت

مواد رسانا هیچ وقت به صورت ایده ال در دنیا وجود ندارن ، ایده ال واسه قصه و کتاب هاست ، فلز مس رسانای 100 درصد نیست و در برابر عبور جریان مقاومت نشون میده اما مقدار این مقاومت خیلی کم هست . حالا هر چی طول کابل مسی بیشتر باشه مقاومت کابل در برابر عبور جریان بیشتر میشه . واسه اینه که شاید بعضی وقت ها دیدید کابل USB و یا کابل های دیگه که طول زیادی دارن شما رو به نتیجه مطلوب نرسونده باشن .

به زبون ساده و البته الکترونیکی ، هر تکه از یک سیم مقاومت خاص خودش رو داره . اگه سیم 1 متر باشه ، 20 سانتی متر اولش مثلا 4 اهم مقاومت داره و 20 سانت دوم هم 4 اهم و … 5 تا 20 سانتی متر با مقاومت 4 اهم که به صورت سری با هم قرار دارن جمع میشن و میشه 20 اهم .

فرمول مقاومت الکتریکی در سیم رو میشه اینجوری بیان کرد :

مقاومت الکتریکی = ( مقاومت مخصوص فلز ضرب در طول سیم ) تقسیم بر سطح مقطع یا همون قطر سیم

مقاومت مخصوص برای هر فلز مشخص و از قبل تعیین شده .

چرا کابل ضخیم تر گران تر و بهتر است ؟

پاسخش تقریبا مشخصه !

■ هر چی کابل ضخیم تر باشه یعنی فلز مس بیشتری توش مصرف شده و خب مسلما مقدار روکش بیشتری هم مصرف کرده پس طبیعی هست که گرون تر باشه .

■ در سیستم های آنالوگ و بیشتر در قسمت پاور یا تغذیه ، هر چی سیم ضخیم تر باشه کمتر داغ میشه و خطر سوختگی کم میشه پس پول بیشتر بدید عوضش آرامش خاطر داشته باشید .

■ یکی از مشکلات بسیار رایج در دستگاه های الکترونیکی که سیم دارن ، قطع شدن سیم یا کابل از داخل هست به طوری که تشخیص قطع شدگی سیم یا کابل تنها از طریق اهم متر امکان پذیره . قطع شدن سیم در گجت هایی مثل شارژر موبایل و لپ تاپ ، کنترلر بازی ، موس و کیبورد و … رخ میده . در این گونه موارد سیم و کابل ضخیم تر خیلی دیر تر قطع میشه .

■ کابل های لاغر و نحیف معمولا دوشاخه  و کانکتورهای لاغر و ضعیف تری هم دارن که بعدا دردسر ساز میشن .

از اینکه این مقاله را مطالعه نمودید متشکریم، اگر انتقاد و پیشنهادی در پیرامون این مقاله دارید در قسمت دیدگاه بنویسید.