دسته بندی

تاریخچه‌ی سیم و کابل

در اصطلاح فنی به دو طناب،کنف یا ... که به هم تابیده شده باشد،کابل می‌گویند.

این اصطلاح در صنعت‌های مختلف کاربرد مختلفی نیز دارد،مثلا در کشتیرانی از نگه داشتن کشتی،در مکانیک برای جا به جا کردن اجسام حجیم و سنگین و...

اما بیشترین کاربرد از کابل در صنعت برق به عنوان انتقال دهنده‌ی انرژی الکترونیکی میباشد.

اولین بار کشتیرانان، سال 1830 از کابل به عنوان ابزار کاری خود استفاده میکردند.هم زمان با استفاده از کابل آن‌ها نیز برای ارتباطات تلگرافی نیز با طریق قرار دادن فولاد نیز استفاده میکردند.

البته اکثر استفاده از کابل در آن زمان در کشتیرانی برای استفاده‌های دیگری بود.اما با پیشرفت علم و نارسانایی بودن فولاد برای اولین بار اصطلاح سیم به کار گرفته شد و هادی آن مس بود.اما این سیم‌ها در آن زمان بدون عایق بودند و با فراگیر شدن صنعت برق ،خطرات ناشی از برق گرفتگی نیز زیاد شد

اولین بار درقرن 20 کابل هایی با عایق تولید شد،اما عدم دانش کافی از عایق کردن آنها باعث برق گرفتگی و آتش سوزی هایی در آن زمان شد.در آن زمان از کنف بیشتر به عنوان عایق استفاده میکردند.تا اینکه راه حلی بسیار مناسب برای روکش کابل‌ها جایگزین کنف شد.این عایق پی وی سی بود که تا به امروز هم به عنوان اکثر عایق‌های سیم و کابل‌های تولید شده به کارگرفته میشود.

با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی دیگر تولید کنندگان قادر به رشته کردن مس شدند.در آن زمان کارخانجات قادر به تولید کابل‌های رشته ای (افشان) و خشک (مفتول) شدند،که هر کدام کارآیی خاص خود را دارند.

نخستین کاربرد انرژی برق، تامین روشنایی بود که در دهه 1850 عملی شد. به طوری که اماکن عمومی، ایستگاههای قطار و فانوسهای دریایی نزدیک ساحل، از روشنایی الکتریکی برخوردار شدند. در این دوران ولتاژ الکتریکی پایین بود و الکتریسیته به وسیله سیمهای معمولی منتقل می‌شد. با اختراع و تکمیل ژنراتور و بهره گیری از انرژی آب و سوختهای فسیلی در ماشینهای بخار، زمینه بهره‌گیری از انرژی الکتریکی افزایش یافت و همزمان با پیشرفتهایی که در زمینه استفاده از برق متناوب a.c. و تبدیل ولتاژهای کم به ولتاژهای زیاد به دست آمد برنامه انتقال الکتریسیته به نقاط دورتر در دستور کار قرار گرفت و شبکه‌های الکتریکی ایجاد و رو به گسترش گذاشت، در همین روند بود که استفاده از کابل نیز آغاز شد.

تاریخچه ساخت کابل در جهان

در سال 1876 اندیشه تولید کابل با روکش لاستیکی به مرحله اجرا درآمد. در این مرحله چند رشته سیم مسی را به هم تابیده و با نوعی کائوچوی طبیعی به نام « گوتاپرچا » (Guttapercha ) روکش می‌کردند. در سالهای نخست دهه 1880 کابلهای ساخته شد که با مواد نفوذناپذیر در برابر آب عایق و روکش شدند. از آن پس استفاده از مواد دیگر متداول گردید . بدین ترتیب می‌توان ادعا کرد که صنعت کابلسازی، نزدیک به 125 سال پیشینه دارد.

در آن زمان، فرآیند ساخت کابل بدین شکل بود که ابتدا یک ماده عایق با خاستگاه گیاهی را به دور رسانا پیچیده آن را در دمای 130-140 درجه سانتیگراد خشک و سپس آن را با مواد روغنی؛ رزین یا موم اشباع می‌کردند و سرانجام با سرب روکش می‌نمودند. اما در سال 1887 شیمیدانها از راه سنتز مواد عایقی جدید موفق به تهیه ماده‌ای به نام « باکلیت» شدند که ارزانتر از لاستیک بود. در همین دوران شبکه‌های با ولتاژ بالاتر نیز جای خود را باز کرده بودند به طوری که در سال 1898، نخستین کابل 10 کیلوولت سه رشته‌ای، برای یک شبکه برق متناوب سه فاز ساخته شد. همراه با روند تکمیلی ساخت کابل که پیوسته ادامه داشت، در سال 1935، یک کارشناس سوئیسی به نام بورل (Borel ) با قراردادن دو الکترود در داخل روغن و با گذاشتن لایه‌های مختلفی از کاغذهای عایق در میان دو الکترود ولتاژ شکست این مواد را اندازه‌گیری کرد و نشان داد که با بهبود شرایط ساخت کیفیت عایقهای کاغذی بالا می‌رود و می‌توان آنها را در ولتاژهای بالاتر به کار گرفت. با این پیشرفت ساخت کابلهای با ولتاژ بالاتر روز به روز گسترش یافت و با بهره گیری از مواد دیگری مانند EPR , PVC , PE و دامنه فعالیت در صنعت کابلسازی فراگستر شد و سرمایه‌گذاریهای کلانی را جذب کرد.

یکی از اصلی‌ترین وسایل در صنعت برق سیم و کابل‌ها هستند که برای هدایت جریان الکتریسیته از آنها استفاده می‌شود . نقش کابل‌ها بسیار پر اهمیت است که می‌بایست اصول اولیه در انتخاب و نصب و کاربرد و شرایط نگهداری از آن را به درستی اجرا نمود تا موجبات خسران در این سیستم نگردد. در این مبحث به کابلهای مورد استفاده در پست‌های برق فوق توزیع و انتقال می‌پردازیم.

کابل‌های بکار رفته در پست‌های فشار قوی از لحاظ کاربرد و سطح ولتاژ به سه دسته کابلهای فشار متوسط ، فشار ضعیف و کابلهای فرمان سیستم‌های حفاظتی تقسیم‌بندی می‌شوند. در انتخاب کابل‌ها دانستن خصوصیاتی همچون مواد عایقی ، جنس و تعداد هادیها، سطح مقطع هادیها، جنس غلاف و زره دارای اهمیت می‌باشد . انتخاب صحیح کابل و نصب آن اهمیت دارد. انتخاب بدون رعایت اصول و استاندارد‌ها باعث تلفات بیش از اندازه در کابل و یا از بین رفتن خود کابل میشود . لذا با شناخت اصول و استانداردهای تعریف شده برای کابل‌ها سعی می‌کنیم بهره وری در این سیستم را به بیشینه برسانیم :

کابل‌ در حقیقت نوعی هادی است که دارای پوشش عایقی می‌باشد. ساختمان کابل از بخشهای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از هادی، عایق، پوسته عایق، پوسته هادی، پوسته فلزی، پرکننده، زره و غلاف که هر یک وظیفه خاصی را بعهده داشته و در مجموع قابلیت هدایت الکتریکی و استقامت الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی کابل را برآورده می‌سازند.

در ساختمان کابل‌ها به طور عمده دو دسته مواد هادی و عایق بکار می‌روند. کابلها اغلب از هادیهایی در مرکز، پوشش عایقی، پوسته در اطراف هادی و عایق، زره و غلاف بیرونی جهت حفاظت در برابر اثرات شیمیایی و مکانیکی تشکیل می‌گردند.

پوسته فلزی کابل شامل سیم‌ها و نوارهایی است که در راستای طول کابل، در اطراف آن، زیر یک غلاف بیرونی پیچیده می‌شوند. این مجموعه مسیری را با امپدانس بسیار پایین برای جریان‌های اتصال کوتاه فراهم می‌آورند.
برای برسی کابلها ابتدای امر باید واژه هایی که توسط آن کابلها را دسته بندی می‌کنیم را بشناسیم :
- مغزی: هادیهای قرار گرفته در داخل کابل که وظیفه انتقال توان را بعهده دارند.

- پوسته: لایه‌ای که وظیفه کنترل میدان الکتریکی را در درون عایق بعهده دارد. همچنین سطح یکنواختی را در مرزهای عایقی ایجاد کرده و به پرکردن فضای خالی در این مرزها کمک می‌کند.

- غلاف: پوشش استوانه‌ای شکل یکپارچه و پیوسته فلزی یا غیرفلزی که معمولاً اکسترودشده می‌باشد.
- غلاف بیرونی: غلاف غیرفلزی که جهت اطمینان از حفاظت کابل در برابر عوامل خارجی، بر روی پوششهای فلزی بکار می‌رود.

- غلاف فلزی: غلافی که معمولاً از جنس سرب، آلیاژ سرب، آلومینیوم و یا آلیاژ آلومینیوم می‌باشد و بصورت صاف یا موجدار بر روی مغزی‌(های) کابل بکار می‌رود تا از لحاظ مکانیکی حفاظت آن را برآورده سازد.

- غلاف جداکننده: غلاف داخلی که بین دو پوشش فلزی غیر هم جنس بکار می‌رود.

- زره: پوششی که از نوار(ها) یا سیمهای فلزی تشکیل شده و عموماً جهت حفاظت کابل دربرابر اثرات مکانیکی خارجی بکار می‌رود.

- پوسته فلزی (شیلد): لایه فلزی زمین‌ شده‌ای که جهت محدودکردن میدان الکتریکی درون کابل و محافظت از آن در برابر اثرات الکتریکی خارجی بکار می‌رود. غلاف فلزی و زره هم می‌توانند نقش شیلد را بعهده بگیرند.

- پوسته هادی: پوسته‌ای الکتریکی که از مواد فلزی یا غیرفلزی نیمه هادی تشکیل شده و روی مغزی‌های بهم تابیده بکار می‌رود تا با یکنواخت کردن سطح خارجی هادی و میدان روی آن از بروز تخلیه جزئی در فواصل احتمالی بین عایق و هادی جلوگیری کند.

- پوسته عایق: پوسته‌ای الکتریکی که از مواد غیرفلزی یا فلزی نیمه هادی تشکیل شده و عایق را می‌پوشاند. این پوسته با محدود کردن میدان الکتریکی مغزی‌ها از تخلیه جزئی و نشت جریان بین مغزی‌ها و سایر لایه‌های پوشاننده جلوگیری می‌کند.

- پوشش داخلی: پوششی غیرفلزی که مجموعه مغزی‌های (و در صورت وجود پرکننده‌های) یک کابل چند مغزی را در بر گرفته و بر روی پوشش محافظ بکار می‌رود.

- پرکننده: موادی که جهت پرکردن فضای خالی باقیمانده بین مغزی‌های یک هادی چند مغزی بکار می‌رود.
- عایق ترموپلاستیک: عایق ساخته ‌شده از جنس پلاستیک که در محدوده حرارتی مربوط به مشخصه پلاستیک، در اثر گرم شدن شل شده و در اثر سردکردن، مجدداً سخت می‌شود. این نوع عایق در هنگام شل شدن انعطاف‌پذیر بوده و قادر به شکل گرفتن می‌باشد.

- عایق کراس لینک‌شده: عایق ساخته شده از مواد ترموپلاستیک یا کوپلیمر یا ترکیبی بر پایه یکی از این مواد که ساختار مولکولی داخلی آن تحت فعل و انفعالات شیمیایی از قبیل جوش‌دادن و یا پروسه‌های فیزیکی از قبیل تابش، تغییر می‌یابد.