انواع کابل برق آلومینیومی : راهنمای جامع فنی و آموزشی

کابل برق آلومینیومی

کابل های برق آلومینیومی به عنوان یکی از اجزای حیاتی در سیستم های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی نقش بسیار مهمی ایفا می کنند.
این کابل ها که از فلز آلومینیوم به عنوان رسانای اصلی جریان الکتریکی بهره می برند به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند.
تنوع در طراحی و ساختار کابل های آلومینیومی آنها را برای کاربردهای گوناگون از شبکه های هوایی انتقال نیرو تا تاسیسات صنعتی پیچیده مناسب ساخته است.
این تنوع در ساخت و کاربردهای متنوع باعث ایجاد تفاوت قیمت کابل برق آلومینیومی نیز شده است. قیمت کابل برق آلومینیومی به عوامل مختلفی مانند نوع کابل (زمینی هوایی و…) سایز و ضخامت تعداد رشته‌ها نوع عایق برند سازنده و نوسانات بازار بستگی دارد. 
در این مقاله به بررسی جامع انواع کابل برق آلومینیومی اصول عملکرد کاربردها استانداردها و نکات فنی کلیدی مرتبط با آنها می پردازیم تا درک عمیق تری از این محصولات مهندسی به دست آوریم.

انواع اصلی کابل برق آلومینیومی

کابل های برق آلومینیومی بر اساس نوع ساختار رسانا نوع عایق و کاربردشان به دسته های مختلفی تقسیم می شوند. در این بخش به معرفی انواع اصلی این کابل ها می پردازیم :

کابل های آلومینیومی با رسانای تک رشته و چند رشته

رسانای کابل های آلومینیومی می تواند به صورت تک رشته (Solid) یا چند رشته (Stranded) باشد. کابل تک رشته در قطرهای کوچک و برای کاربردهای خاص مانند سیم کشی داخلی ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند.
در مقابل کابل های چند رشته ای که از تابیدن چندین سیم آلومینیومی نازک تر به دور هم تشکیل می شوند انعطاف پذیری بیشتری دارند و برای کاربردهای متنوع تری از جمله کابل کشی های صنعتی و شبکه های توزیع برق مناسب هستند.
استفاده از ساختار چند رشته ای همچنین باعث کاهش اثر پوستی (Skin Effect) در فرکانس های بالا می شود و راندمان انتقال جریان را بهبود می بخشد.

قیمت کابل چند رشته معمولاً بیشتر از قیمت کابل تک رشته با سطح مقطع مشابه است. این تفاوت قیمت به دلیل فرآیند تولید پیچیده‌ تر کابل چند رشته‌ ای است که شامل به هم تابیدن رشته‌ های سیم و عایق‌ بندی جداگانه هر رشته می‌ شود.
همچنین کابل‌ های چند رشته‌ ای به دلیل انعطاف‌ پذیری بیشتر کاربردهای متنوع‌ تری دارند که این موضوع نیز می‌تواند بر قیمت آن‌ها تأثیر بگذارد.

کابل های آلومینیومی با عایق پلیمری (PVC و XLPE)

عایق کابل های آلومینیومی نقش محافظت از رسانا در برابر عوامل محیطی و جلوگیری از نشتی جریان الکتریکی را بر عهده دارد. دو نوع عایق پلیمری رایج در کابل های آلومینیومی عبارتند از PVC (پلی وینیل کلراید) و XLPE (پلی اتیلن کراس لینک شده).

• کابل های آلومینیومی با عایق PVC : این کابل ها به دلیل قیمت مناسب و انعطاف پذیری خوب در کاربردهای عمومی مانند سیم کشی ساختمان ها و تاسیسات روشنایی استفاده می شوند.
  PVC مقاومت خوبی در برابر رطوبت و مواد شیمیایی دارد اما در دماهای بالا و تحت تابش مستقیم نور خورشید ممکن است خواص خود را از دست بدهد.
• کابل های آلومینیومی با عایق XLPE : کابل های XLPE به دلیل مقاومت حرارتی بالاتر طول عمر بیشتر و خواص دی الکتریک بهتر نسبت به PVC برای کاربردهای ولتاژ متوسط و بالا شبکه های توزیع برق زیرزمینی و تاسیسات صنعتی سنگین مناسب تر هستند.
  XLPE در برابر حرارت سایش و مواد شیمیایی مقاومت بیشتری دارد و عملکرد پایدارتری در شرایط سخت محیطی ارائه می دهد.

کابل های آلومینیومی زره دار (Armored)

کابل های آلومینیومی زره دار برای حفاظت مکانیکی بیشتر در برابر ضربه فشار و آسیب های احتمالی طراحی شده اند. زره کابل معمولاً از نوارهای فولادی گالوانیزه (Steel Tape Armoring – STA) یا سیم های فولادی گالوانیزه (Steel Wire Armoring – SWA) تشکیل می شود که به دور عایق کابل پیچیده می شوند.
کابل های زره دار در محیط های صنعتی خشن معادن و دفن مستقیم در زمین کاربرد دارند. زره فولادی علاوه بر حفاظت مکانیکی می تواند به عنوان هادی حفاظتی (Earth Conductor) نیز عمل کند.

کابل های آلومینیومی هوایی (Overhead)

کابل های آلومینیومی هوایی به طور خاص برای خطوط انتقال و توزیع برق هوایی طراحی شده اند. این کابل ها باید در برابر شرایط جوی سخت مانند باد باران برف و تابش نور خورشید مقاوم باشند. انواع رایج کابل های هوایی آلومینیومی عبارتند از :

• AAC (All Aluminum Conductor) : کابل های تمام آلومینیومی که از رشته های آلومینیوم خالص تشکیل شده اند. این کابل ها به دلیل وزن سبک و قیمت مناسب برای خطوط توزیع برق با طول دهانه کم و جریان پایین مناسب هستند.
• AAAC (All Aluminum Alloy Conductor) : کابل های تمام آلیاژ آلومینیوم که از آلیاژهای آلومینیوم با استحکام کششی بالاتر نسبت به آلومینیوم خالص ساخته می شوند. AAAC نسبت به AAC استحکام مکانیکی بهتری دارد و برای خطوط با طول دهانه بیشتر و شرایط جوی سخت تر مناسب است.
• ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) : کابل های آلومینیوم تقویت شده با فولاد که از ترکیب رشته های آلومینیوم و رشته های فولادی تشکیل شده اند. رشته های فولادی در مرکز کابل استحکام کششی بسیار بالایی را فراهم می کنند و امکان استفاده از کابل ACSR در خطوط انتقال برق با ولتاژ بالا و طول دهانه های بسیار زیاد را فراهم می سازند.
  آلومینیوم رسانایی الکتریکی را تامین می کند در حالی که فولاد استحکام مکانیکی را تضمین می کند.
• ACAR (Aluminum Conductor Alloy Reinforced) : کابل های آلومینیوم آلیاژی تقویت شده که ترکیبی از رشته های آلومینیوم خالص و رشته های آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا هستند.
  ACAR نسبت به ACSR وزن سبک تری دارد و مقاومت به خوردگی بهتری ارائه می دهد در حالی که همچنان استحکام مکانیکی قابل قبولی را حفظ می کند.

انواع کابل آلومینومی از نظر  برند

• سیمکو
• خراسان افشارنژاد
• سیم و کابل البرز الکتریک نور
• البرز
• یزد
• کابلسازان ایران

اصول عملکرد اجزای اصلی کابل برق آلومینیومی

عملکرد کابل برق آلومینیومی به تعامل اجزای اصلی آن بستگی دارد. این اجزا شامل رسانا عایق و در صورت وجود زره و روکش محافظ می شوند.

رسانا (Conductor)

رسانای آلومینیومی وظیفه اصلی انتقال جریان الکتریکی را بر عهده دارد. آلومینیوم به دلیل رسانایی الکتریکی خوب (حدود ۶۱% رسانایی مس) وزن سبک و قیمت مناسب به عنوان جایگزینی برای مس در بسیاری از کاربردهای کابل کشی مورد استفاده قرار می گیرد. انتخاب نوع آلیاژ آلومینیوم و ساختار رشته ای رسانا بر اساس الزامات کاربردی جریان نامی و شرایط محیطی صورت می گیرد. سطح مقطع رسانا بر اساس جریان عبوری و افت ولتاژ مجاز تعیین می شود.

عایق (Insulation)

عایق پلیمری نقش حیاتی در ایمنی و عملکرد کابل دارد. عایق باید جریان الکتریکی را در داخل رسانا محصور کند و از نشتی جریان و ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری نماید. عایق های PVC و XLPE به عنوان مواد عایقی رایج در کابل های آلومینیومی خواص دی الکتریک مقاومت حرارتی و مقاومت مکانیکی مناسبی را ارائه می دهند. ضخامت عایق بر اساس ولتاژ نامی کابل و استانداردهای مربوطه تعیین می شود.

زره (Armor)

زره فولادی در کابل های زره دار حفاظت مکانیکی مضاعفی را فراهم می کند. زره در برابر ضربات خارجی فشار سایش و آسیب های ناشی از جوندگان مقاومت می کند. زره همچنین می تواند به عنوان هادی حفاظتی (Earth Conductor) برای ایمنی بیشتر در سیستم های ارتینگ مورد استفاده قرار گیرد. نوع و ضخامت زره بر اساس سطح حفاظت مورد نیاز و شرایط محیطی انتخاب می شود.

روکش محافظ (Sheath)

روکش محافظ بیرونی ترین لایه کابل است و از اجزای داخلی کابل در برابر عوامل محیطی مانند رطوبت مواد شیمیایی تابش UV و آسیب های مکانیکی محافظت می کند. روکش معمولاً از جنس PVC پلی اتیلن (PE) یا سایر مواد پلیمری مقاوم انتخاب می شود. رنگ روکش معمولاً بر اساس استانداردهای مربوطه و نوع کاربرد کابل تعیین می شود.

کاربردهای کابل برق آلومینیومی در صنایع مختلف

کابل های برق آلومینیومی به دلیل تنوع و ویژگی های خاص خود در صنایع گوناگونی کاربرد دارند. در اینجا به برخی از مهم ترین صنایع مصرف کننده این کابل ها اشاره می کنیم :

• صنعت برق و انرژی : کابل های آلومینیومی به طور گسترده در شبکه های انتقال و توزیع برق هوایی و زیرزمینی نیروگاه ها پست های برق و تاسیسات انرژی های تجدیدپذیر مانند نیروگاه های خورشیدی و بادی استفاده می شوند. کابل های ACSR و AAAC به ویژه در خطوط انتقال هوایی ولتاژ بالا و کابل های XLPE در شبکه های توزیع زیرزمینی کاربرد فراوانی دارند.
• صنعت ساختمان : کابل های آلومینیومی با عایق PVC برای سیم کشی داخلی ساختمان ها سیستم های روشنایی و تغذیه تجهیزات برقی در ساختمان های مسکونی تجاری و اداری مورد استفاده قرار می گیرند. وزن سبک و انعطاف پذیری این کابل ها نصب و اجرای آنها را آسان تر می سازد.
• صنعت نفت گاز و پتروشیمی : کابل های آلومینیومی زره دار و مقاوم در برابر مواد شیمیایی در تاسیسات نفت گاز و پتروشیمی برای انتقال برق به تجهیزات فرآیندی پمپ ها موتورها و سیستم های کنترل استفاده می شوند. مقاومت به خوردگی و قابلیت اطمینان بالای این کابل ها در محیط های صنعتی سخت اهمیت زیادی دارد.
• صنعت حمل و نقل : کابل های آلومینیومی در سیستم های برقی قطارها متروها و ترامواها برای تامین برق سیستم های کشش روشنایی و تجهیزات جانبی استفاده می شوند. وزن سبک آلومینیوم به کاهش وزن کلی سیستم حمل و نقل و افزایش راندمان انرژی کمک می کند.
• صنعت معدن : کابل های آلومینیومی زره دار و مقاوم در برابر سایش و ضربه در معادن سطحی و زیرزمینی برای تغذیه ماشین آلات معدنی سیستم های روشنایی و تجهیزات تهویه استفاده می شوند. مقاومت مکانیکی و ایمنی بالای این کابل ها در محیط های معدنی پرخطر ضروری است.

استانداردهای بین المللی و ملی کابل برق آلومینیومی

کیفیت و ایمنی کابل های برق آلومینیومی بر اساس استانداردهای ملی و بین المللی تضمین می شود. رعایت این استانداردها در طراحی ساخت و نصب کابل ها عملکرد مطمئن و طول عمر بالای آنها را تضمین می کند. برخی از مهم ترین استانداردهای مرتبط با کابل های آلومینیومی عبارتند از :

• IEC ۶۰۵۰۲ : استاندارد بین المللی برای کابل های برق با عایق اکسترود شده برای ولتاژهای نامی از ۱ کیلوولت (Um=۱.۲ کیلوولت) تا ۳۰ کیلوولت (Um=۳۶ کیلوولت). این استاندارد مشخصات فنی روش های آزمون و الزامات مربوط به کابل های PVC و XLPE را پوشش می دهد.
• IEC ۶۱۰۸۹ : استاندارد بین المللی برای کابل های آلومینیومی هوایی از نوع AAC AAAC ACSR و ACAR. این استاندارد مشخصات فنی ابعاد خواص مکانیکی و الکتریکی و روش های آزمون این کابل ها را تعیین می کند.
• ASTM B۲۳۱ : استاندارد انجمن مواد و آزمون آمریکا (ASTM) برای کابل های آلومینیومی AAC.
• ASTM B۲۳۲ : استاندارد ASTM برای کابل های آلومینیومی ACSR.
• ASTM B۳۹۹ : استاندارد ASTM برای کابل های آلومینیومی AAAC.
• ISIRI ۳۰۸۴ : استاندارد ملی ایران برای کابل های برق با عایق PVC برای ولتاژهای نامی تا ۴۵۰/۷۵۰ ولت.
• ISIRI ۳۵۶۹ : استاندارد ملی ایران برای کابل های برق با عایق XLPE برای ولتاژهای نامی از ۰.۶/۱ کیلوولت تا ۱۸/۳۰ کیلوولت.

علاوه بر استانداردهای فوق استانداردهای دیگری نیز برای جنبه های خاص کابل های آلومینیومی مانند روش های نصب اتصالات و آزمون های نوعی وجود دارند که بسته به نوع کاربرد و الزامات پروژه باید مورد توجه قرار گیرند.

تکنولوژی های پیشرفته در تولید کابل برق آلومینیومی

صنعت تولید کابل برق آلومینیومی به طور مداوم در حال پیشرفت و نوآوری است. تکنولوژی های پیشرفته ای در زمینه های مختلف از جمله مواد اولیه فرآیندهای تولید و طراحی کابل ها به کار گرفته می شوند تا عملکرد کیفیت و کارایی کابل ها را بهبود بخشند. برخی از این تکنولوژی ها عبارتند از :

• آلیاژهای آلومینیوم با عملکرد بالا : توسعه آلیاژهای آلومینیوم جدید با رسانایی الکتریکی بالاتر استحکام مکانیکی بیشتر و مقاومت به خوردگی بهتر امکان تولید کابل های سبک تر قوی تر و با طول عمر بیشتر را فراهم کرده است.
  آلیاژهای سری ۶xxx و ۸xxx به طور فزاینده ای در کابل های آلومینیومی پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند.
• فرآیند تولید پیوسته (Continuous Casting and Rolling) : استفاده از فرآیندهای تولید پیوسته برای تولید رسانای آلومینیومی کیفیت و یکنواختی رسانا را بهبود می بخشد و ضایعات مواد را کاهش می دهد.
  این فرآیندها شامل ریخته گری پیوسته بیلت آلومینیوم و سپس نورد گرم و سرد آن برای تولید سیم آلومینیومی با قطر مورد نظر است.
• تکنولوژی کراس لینک کردن XLPE (Cross-linking) : فرآیند کراس لینک کردن پلی اتیلن (XLPE) با استفاده از روش های شیمیایی یا تابشی خواص حرارتی مکانیکی و الکتریکی عایق XLPE را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. XLPE کراس لینک شده مقاومت حرارتی بالاتر استحکام کششی و پارگی بهتر و مقاومت به ترک خوردگی تنشی بیشتری نسبت به پلی اتیلن معمولی دارد.
• طراحی کابل های فشرده (Compact Conductors) : استفاده از طراحی فشرده برای رساناهای چند رشته ای آلومینیومی فضای بین رشته ها را کاهش می دهد و سطح مقطع کلی کابل را کاهش می دهد. کابل های فشرده وزن کمتری دارند فضای کمتری اشغال می کنند و انتقال حرارت بهتری دارند.
• تکنولوژی اتصالات پیشرفته (Advanced Jointing Technologies) : توسعه روش های نوین اتصال کابل های آلومینیومی مانند اتصالات فشاری (Compression Joints) و اتصالات پیچی (Mechanical Joints) با قابلیت اطمینان بالا و نصب آسان مشکلات مربوط به اتصال کابل های آلومینیومی را به میزان زیادی کاهش داده است.

نکات فنی مهم در انتخاب و نصب کابل برق آلومینیومی

انتخاب و نصب صحیح کابل برق آلومینیومی برای اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد سیستم الکتریکی بسیار حائز اهمیت است. در اینجا به برخی از نکات فنی مهم در این زمینه اشاره می کنیم :

• انتخاب سطح مقطع مناسب : سطح مقطع رسانای آلومینیومی باید بر اساس جریان نامی مدار افت ولتاژ مجاز و طول کابل محاسبه شود.
  به دلیل رسانایی کمتر آلومینیوم نسبت به مس سطح مقطع کابل آلومینیومی برای جریان مشابه باید بزرگتر از کابل مسی باشد. جداول و نرم افزارهای محاسباتی برای تعیین سطح مقطع مناسب کابل بر اساس استانداردها و الزامات پروژه موجود هستند.
• توجه به اثر پوستی (Skin Effect) : در فرکانس های بالا جریان الکتریکی بیشتر در سطح رسانا جریان می یابد و چگالی جریان در مرکز رسانا کاهش می یابد. این پدیده به اثر پوستی معروف است.
  برای کاهش اثر پوستی در کابل های آلومینیومی استفاده از رساناهای چند رشته ای و افزایش سطح خارجی رسانا توصیه می شود.
• انتخاب نوع عایق مناسب : نوع عایق کابل باید بر اساس ولتاژ نامی دمای کارکرد شرایط محیطی و الزامات ایمنی انتخاب شود. کابل های XLPE برای کاربردهای ولتاژ متوسط و بالا و محیط های با دمای بالا مناسب تر هستند در حالی که کابل های PVC برای کاربردهای عمومی و ولتاژ پایین اقتصادی تر هستند.
• رعایت الزامات نصب : نصب کابل های آلومینیومی باید مطابق با استانداردهای مربوطه و دستورالعمل های سازنده انجام شود. شعاع خمش مجاز کابل روش های مهار و بست زنی و تمهیدات لازم برای جلوگیری از آسیب مکانیکی به کابل باید رعایت شوند.
• استفاده از اتصالات مناسب : اتصالات کابل های آلومینیومی باید با استفاده از اتصالات مخصوص آلومینیوم و با رعایت دستورالعمل های نصب انجام شود.
  استفاده از گریس های ضد اکسیداسیون در محل اتصالات برای جلوگیری از خوردگی و افزایش رسانایی توصیه می شود.
• بازرسی و آزمون پس از نصب : پس از نصب کابل های آلومینیومی باید آزمون های لازم مانند آزمون مقاومت عایقی آزمون ولتاژ بالا و آزمون پیوستگی هادی حفاظتی انجام شود تا از صحت نصب و عملکرد ایمن کابل ها اطمینان حاصل شود.

نتیجه گیری

کابل های برق آلومینیومی به عنوان یک راهکار اقتصادی و کارآمد در سیستم های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی نقش مهمی ایفا می کنند. تنوع در انواع کابل های آلومینیومی آنها را برای کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف مناسب ساخته است. درک اصول عملکرد استانداردها تکنولوژی های پیشرفته و نکات فنی مهم در انتخاب و نصب کابل های آلومینیومی برای مهندسان و متخصصان برق ضروری است تا بتوانند از این محصولات به طور بهینه و ایمن استفاده کنند.
با توجه به پیشرفت های مداوم در صنعت کابل سازی انتظار می رود که کابل های آلومینیومی در آینده نیز نقش مهم تری در تامین انرژی الکتریکی پایدار و کارآمد ایفا نمایند.

پرسش و پاسخ های متداول

1. آیا کابل آلومینیومی برای سیم کشی ساختمان مناسب است؟
   بله کابل های آلومینیومی با عایق PVC برای سیم کشی داخلی ساختمان ها به ویژه در منازل مسکونی و ساختمان های کوچک مناسب هستند.
   با این حال باید به سطح مقطع مناسب و استفاده از اتصالات مخصوص آلومینیوم توجه شود. در برخی کشورها مقررات ملی ساختمان ممکن است محدودیت هایی برای استفاده از کابل آلومینیومی در ساختمان های بزرگتر داشته باشد.
2. مزایای استفاده از کابل آلومینیومی نسبت به کابل مسی چیست؟
   مهم ترین مزایای کابل آلومینیومی عبارتند از :

• قیمت پایین تر : آلومینیوم نسبت به مس ارزان تر است بنابراین کابل های آلومینیومی معمولاً اقتصادی تر هستند.
• وزن سبک تر : آلومینیوم چگالی کمتری نسبت به مس دارد که باعث کاهش وزن کابل و سهولت در حمل و نقل و نصب می شود به ویژه در خطوط هوایی.
• مقاومت به خوردگی : آلومینیوم در برابر خوردگی مقاوم تر از مس است به ویژه در محیط های خشک و غیر صنعتی.

معایب استفاده از کابل آلومینیومی نسبت به کابل مسی چیست؟
مهم ترین معایب کابل آلومینیومی عبارتند از :

• رسانایی کمتر : رسانایی الکتریکی آلومینیوم حدود ۶۱% رسانایی مس است بنابراین برای انتقال جریان مشابه سطح مقطع کابل آلومینیومی باید بزرگتر باشد.
• استحکام مکانیکی کمتر : آلومینیوم استحکام کششی کمتری نسبت به مس دارد که می تواند در کاربردهای مکانیکی خاص محدودیت ایجاد کند.
• مشکلات اتصال : اتصال کابل های آلومینیومی به دلیل تشکیل لایه اکسید آلومینیوم و پدیده خزش آلومینیوم نیاز به دقت و استفاده از اتصالات مخصوص دارد.