تاریخچه سیم و کابل در جهان

در سال ۱۸۷۶ 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 ۱۸۸۰ 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 ۱۲۵ سال پیشینه دارد.

تاریخچه سیم و کابل در جهان

در آن زمان، فرآیند ساخت سیم و کابل بدین شکل بود که ابتدا یک ماده عایق با خاستگاه گیاهی را به دور رسانا پیچیده آن را در دمای ۱۳۰-۱۴۰ درجه سانتیگراد خشک و سپس آن را با مواد روغنی؛ رزین یا موم اشباع می‌کردند و سرانجام با سرب روکش می‌نمودند.

اما در سال ۱۸۸۷ 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 ۱۸۹۸، نخستین کابل ۱۰ کیلوولت سه رشته‌ای، برای یک شبکه برق متناوب سه فاز ساخته شد.

همراه با روند تکمیلی ساخت سیم و کابل که پیوسته ادامه داشت، در سال ۱۹۳۵، 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.

انواع سیم برق

سیم های برق انواع مختلفی دارد.

از انواع مختلف سیم های برق می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- انواع سیم بر اساس تعداد رشته

  1. سیم افشان
  2. سیم نیمه افشان
  3. سیم مفتولی

۲- انواع سیم بر اساس نوع هادی

  1. سیم مسی
  2. سیم آلومینیوم

۳- انواع سیم های برق بر اساس شکل سطح مقطع

  1. سیم های تخت با سطح مقطع گرد
  2. سیم سکتور با سطح مقطع مثلثی

نام گذاری سیم برق

برای نام گذاری سیم های برق و کابل برق به مولفه هایی همچون :

  • نوع عایق
  • جنس هادی
  • شکل هادی
  • و …

حروفی را نسبت داده اند که از کنار هم قرار گرفتن این حروف دقیقا می توان به نوع سیم و کابل و مورد مصرف آن پی برد.

این حروف عباتند از:

N : نشان دهنده سیم مسی نرم شده یا به عبارتی سیمی که طبق استاندارد VDE آلمان ساخته شده است.

Y : عایق  P.V.C دور  هر رشته است.

S و Z : علامت سیم های مخصوص

F : علامت سیم های نرم

A : برای سیم کشی داخل لوله ها

M : به مفهوم سیم های مقاوم در مقابل رطوبت است.

انواع سیم برق

موارد مصرف انواع سیم برق

  • سیم برق تک لا با روکش پلاستیک برای سیم کشی ساختمان (NYA)
  • سیم برق افشان با روکش پلاستیک برای سیم کشی ساختمان (NYAF)
  • سیم مخصوص با روکش پلاستیک برای سیم کشی ساختمان (NSYA)
  • سیم برق مقاوم در مقابل رطوبت (NYM)
  • سیم برق با روکش پلاستیک مخصوص برای روشنایی و لوازم خانگی (NYZ)
  • سیم برق برای مصرف لوستر و چراغ ها (NYFA)
  • سیم برق دو رشته ای برای مصرف روشنایی(دولا) (NYFAZ)
  • سیم مکالمه و خبری (Y)
  • سیم کواکسیال (T)

اجزای سیم برق

  1. هادی : هدایت کننده انرژی است. این بخش از نقره، مس، طلا، آلومینیوم و … تولید می شود. کار آن رساندن انرژی به مقصد با تلفات کم است.
  2. عایق یا روکش سیم برق : از انواع گوناگونی مانند پلاستیک، شیشه و چوب تولید می شود. آن ها همان گونه که از نام شان پیداست، هادی را از نفوذ موارد بی شمار حفظ می کنند.

انواع کابل برق

کابل های برق انواع مختلفی دارد.

از انواع مختلف کابل های برق می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. کابل افشان
  2. کابل نیمه افشان
  3. کابل مفتولی

۱- کابل افشان

کابل افشان قابلیت انعطاف پذیری دارد و می توان آن را خم کرده و به شکل دلخواه در آورد.

همچنین این نوع کابل به راحتی نمی شکند و به نسبت به سایر کابل ها اعم از کابل مفتولی مقاوم تر است. کابل افشان از تعداد بسیار زیادی رشته های نازک هادی ساخته شده است.

کابل افشان

به کابل های افشان کابل یا سیم نرم نیز گفته می شود. از این نوع کابل معمولا داخل منزل و یا در فواصل کوتاه می توان استفاده کرد. کابل های افشان نیز مانند کابل ها و سیم های مفتولی می تواند ولتاژی بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ ولت را تحمل کند.

کاربردهای کابل افشان

کابل افشان به دلیل اینکه بسیار نرم است در فواصل بسیار کوتاه و کوتاه استفاده می شود و این نوع کابل برق در فواصل طولانی کاربرد ندارد.

همچنین از کابل افشان برای کابل پمپ شناور چاه عمیق نیز می توان استفاده کرد. این از کاربردهای خاص کابل های افشان است. برای پمپ های آب باید حتما از کابل های افشان استفاده کرد.

کابل های افشان در دو نوع

  1. کابل تخت
  2. کابل گرد

طراحی و ساخته می شوند.

هر نوع کابل نیز کاربرد و مشخصات خاص خود را دارد.
از کابل های افشان برای استفاده در موتور استفاده نمی شوند. زیرا در موتورها به دلیل ایجاد عایق مجزا، حجم موتور خیلی بالا می‌رود.

۲- کابل نیمه افشان

کابل نیمه افشان مدلی از هادی است که در واقع تک رشته نبوده و از مجموعه از مفتول های تابیده شده در هم تشکیل شده است. به همین دلیل این گروه از سیم ها را می توان در دسته ای مابین افشان و مفتولی دسته بندی نمود.

برای سطح مقطع های بالاتر از ۶ میلی متر مربع که به علت پاره ای از موارد نمی خواهیم از سیم افشان استفاده کنیم. گونه ای دیگر از هادی به نام سیم نیمه افشان ( یا کابل نیمه افشان ) وجود دارد.

کابل نیمه افشان

سیم نیمه افشان ( یا کابل ) در واقع تک رشته نبوده و از مجموعه از مفتول های تابیده شده در هم تشکیل شده است.

به همین دلیل این گروه از سیم ها را می توان در دسته ای مابین افشان و مفتولی دسته بندی نمود. حداقل قطر مفتول های تابیده شده در کابل نیمه افشان ( یا سیم ) از ۱.۰۴ برای سایز ۶ شروع شده و تا ۲.۸۵ برای سایز ۴۰۰ متغیر است. ( این مورد در سیم یا کابل افشان بین ۰.۲۵ تا ۰.۵ میلی متر مربع می باشد. ).

به عنوان مثال یک سیم با سطح مقطع ۳۵mm2 در نوع نیمه مفتول از ۷ رشته با قطر ۲.۵۲ میلی متر ساخته شده است ( به عنوان یک استثنا، سایز ۳۵ را می توان از تاباندن ۱۹ رشته با قطر ۱.۵۳ نیز به دست آورد. ) این در حالی است که برای ساخت همین سایز از نوع افشان به ۲۷۸ رشته با قطر ۰.۴ میلی متر نیاز می باشد.

۳- کابل مفتول

کابل هایی که از استاندارد ISIRI 3084 ایران که برابر استاندارد IEC  ۶۰۲۲۸ پیروی می کنند و از نوع هادی های تک مفتولی می باشد کابل مفتولی می گویند. کابل مفتولی را به کابل خشک نیز معروف می باشد.

کابل مفتول

واژه مفتول به معنی تافته می باشد که لغت تافته متعلق به آن دسته از واژه هایی است که معنی تاباندن و تاب دادن را می دهند.

کابل مفتول که از به هم تنیده شدن چند رشته سیم مفتول تشکیل شده است  به کابل خشک و کابل با نصب ثابت هم شناخته ی شود.

کابل مفتول کابلی است که از سیم مفتول ساخته شده و آن سیم مفتول یک سیم تک رشته ای است که هادی آن از جنس مس بوده عایق آن PVC است.

از این کابل برای سیم کشی داخل تابلو و توزیع برق استفاده می کنند.

کابل مفتولی معمولا غیر قابل انعطاف هستند و می توان از آن در لوله ها و زیر گچ استفاده کرد.

ولتاژ نامی این کابل بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ ولت است.

قیمت کابل مفتول و یا قیمت سیم مفتول چون معمولا از جنس مس هستند نسبت به کابل هایی که از جنس آلومینیوم هستند بالاتر است. چون فلز مس قیمت بالایی دارد.

انواع کابل مفتول

کابل مفتول براساس نوع سیم مفتول به دودسته تقسیم می شوند.

دسته اول کابل مفتول با ولتاژ نامی ۳۰۰ تا ۵۰۰ ولت و دسته دوم کابل مفتول با ولتاژ نامی ۴۵۰ تا ۷۵۰ ولت.

به طور کلی زمانی که کابل برق را مجهز به یک زره محافظ از جنس مفتول می کنند این کابل به نام کابل nyy و یا کابل برق nyy هم شناخته می شود.

طبق استاندارد VDE سیم و کابل مفتول به این شکل کد گذاری می شوند که N نشان دهنده نام گذاری بر اساس استاندارد Y , VDE نشان دهنده این است که موادی که به عنوان عایق در ساختمان کابل مفتول به کار رفته از جنس PVC است.

مراحل تولید سیم و کابل

۱- نازک کاری

این عملیات توسط یک دستگاه نازک کن راد و دستگاه نازک کن فاین در دو مرحله انجام می شود.

در مرحله اول مفتول مس ۸ میلی متر توسط دستگاه راد به مفتول مس ۱.۳۸ میلی متر تبدیل شده و این مفتول ها بعنوان ورودی مرحله دوم نازک کاری توسط دستگاه فاین به مفتولهای مناسب با سفارش مشتری، تبدیل می شود.

۲- مرحله آنیل کاری

کلیه مفتولهای نازک شده در دستگاه فاین در محلی مشخص در کناره کوره آنیل کاری، با توجه به تابلو مربوطه جمع آوری گردیده و پس از رسیدن به حداقل تعداد مورد نیاز جهت آنیل کاری (۵۴ قرقره) آماده قرارگیری در کوره و آنیل شدن می گردد.

۳- مرحله بانچ (تاباندن رشته های مس)

این عملیات توسط دستگاه بانچر انجام می شود. مواد اولیه این مرحله مفتولهای آنیل شده روی قرقره می باشد ودر صورتیکه تعداد قرقره ها وقطر آنها مطابق سفارش مشتری واستاندارد مربوطه باشد.

۴- مرحله عایق کاری (تولید زیره کابلی – سیم)

در این مرحله، رشته های پانچ شده بعنوان مواد اولیه اصلی و گرانول عایق بعنوان دیگر ماده اصلی جهت تولید سیم یا زیره کابلی بکارمی رود.فرآورده تولید شده توسط دستگاه اکسترودر، اگر محصول نهایی سیم باشد جهت بسته بندی به واحد مربوطه ارسال می گردند و چنانچه زیره کابلی باشند روی قرقره های مخصوص جمع شده تا در مرحله تاب زیره (استرندر) بکار رود.

۵- مرحل روکش زنی (اکسترودر کابل)

دستگاههای اکسترودر خط جهت عملیات روکش زنی استفاده می گردد. مواد اولیه اصلی این مرحله زیره های استرندر شده گرانول روکش و پودر تالک می باشد.

۶- مرحله بسته بندی

این مرحله از تولید که آخرین مرحله می باشد محصول نهایی درمتراژ وشکل ونوعی که مشتری درخواست کرده است بسته بندی می شود. سیم وکابل تولیدشده به دوصورت قرقره ای وکلافی قابل تحویل به مشتری هستند.

در بسته بندی کلافی نیز برحسب خواست مشتری نوع نایلکس انجام می شود ولی درنوع اتوماتیک کلافهای سیم وکابل بصورت اتوماتیک توسط دستگاه بسته بندی، وکیوم می شود.

مرحله بسته بندی کابل

استاندارد کابلها

در تاسیسات الکتریکی و سیستم های سیم بندی آن ها، باید از محصولاتی که منطبق بر استاندارد کابل باشد استفاده نمود این استانداردهها عبارتند از:

۱- ۰۲۸۹ IEC 60050/DIN VDE

شامل تعاریف کابل ها، سیم ها و کابل های قابل انعطاف پذیر برای تاسیسات قدرت

۲- HD 186، HD308، HD 402، IEC 60446، DIN VDE 0293

شامل شناسایی هسته ها در کابل و کابل های قابل انعطاف در تاسیسات قدرت با ولتاژ نامی تا ۱۰۰۰V

۳- HD 3836، IEC 60228، DIN VDE 0295

شامل هادی های کابل، سیم ها و کابل های قابل انعطاف برای تاسیسات قدرت

۴- HD 21، IEC 60227، DIN VDE 281

شامل کابل های PVC، سیم ها و کابل های قابل انعطاف برای تاسیسات قدرت با ولتاژ نامی ۴۵۰/۷۵۰V

۵- ۰۲۵۰ DIN VDE

شامل کابل ها، سیم ها و کابل های قابل انعطاف برای تاسیسات قدرت

۶- HD 22، IEC 60245، DIN VDE 282

شامل کابل های عایق شده با لاستیک برای ولتاژهای نامی تا ۴۵۰/۷۵۰V

۷- HD 603، IEC 60502، DIN VDE 273-603

شامل کابل های توزیع با ولتاژ نامی ۰/۶/۱ U0/U

۸- HD 62D، DIN VDE 0276-620

شامل کابل های توزیع با ولتاژ نامی KV (7/2) U0/U 3/6/6 تا KV 20/8/36

۹- EN 60811، IEC 60811، DIN VDE 0473

شامل مواد عایق و غلاف کابل های الکتریکی

روش های تست متداول این استانداردها دربرگیرنده انواع کابل برای نصب ثابت و تجهیزات الکتریکی پرتابل می باشند، آن ها همچنین شامل مشخصات مربوط به ساختار کابل، ویژگی ها، روش های تست و نیز اطلاعاتی در مورد کاربرد آن ها می باشند.

رنگ استاندارد سیم و کابل

معمولا برای راحتی شناسایی فازهای یک سیستم قدرت، آنها را با رنگ‌های مختلفی مشخص می‌کنند. این کار مزایای زیادی دارد.

به عنوان مثال هنگام تقسیم بار بین فازها اگر رنگ فازها متمایز نباشد، شناسایی فازها را برای تقسیم بار دشوار خواهد ساخت.

از طرفی پیدا کردن طریقه‌ی صحیح اتصال فازها به یک موتور القایی را بدون نیاز به آزمایش امکان پذیر می‌سازد.

معتبرترین استانداردی که برای این کار وجود دارد استاندارد IEC 60446 است.

ولی متاسفانه این استاندارد چندان جدی گرفته نمی‌شود و عملا سیستم رنگ‌های مختلفی ممکن است در کارهای غیر حرفه‌ای استفاده شوند. (بگذریم که در ایران چون استفاده از رنگ‌‎های مختلف قیمت نهایی را بالا می‌برد، گاها قید رنگی بودن سیم‌ها را می‌زنند، مخصوصا در تابلوهای ساخت شرکت‌های غیرمعتبر، این کار (یک رنگ ساختن تابلو) بسیار رایج است)

رنگ استاندارد سیم و کابل

طبق استاندارد آی‌ای‌سی، استفاده از این رنگ بندی برای جلوگیری از اشتباهات و اطمینان از عملکرد مطمئن سیستم در موارد زیر توصیه شده است:

در رنگ روکش کابل‌ها (cables)
در سیم‌های داخلی کابل‌های چند سیمه (cores)
باسبارها یا همان شینه‌های مسی (busbars)
سایروسایل الکتریکی و عایق‌بندی‌ها

همان طور که میدانید اصل استانداردهای IEC به طور وسیع در دسترس نیست و باید هر قسمتی را که میخواهید خریداری کنید و این کار را خیلی دشوار می‌کند. با این حال برخی از قسمت‌های این استاندارد در کتاب‌ها و سایت‌های مختلف انتشار یافته و میتوان به مفاد آن پی برد.

طبق استاندارد IEC استفاده از رنگ‌های زیر برای شناسایی فاز‌ها مجاز دانسته شده است:

  • سیاه
  • قهوه‌ای
  • قرمز
  • نارنجی
  • زرد
  • سبز
  • آبی
  • بنفش
  • خاکستری
  • سفید
  • صورتی
  • فیروزه‌ای

البته استفاده از رنگ‌های سبز و زرد به صورت جداگانه، تنها زمانی مجاز دانسته شده است که این رنگ‌ها باعث سردرگمی برای تشخصیص سیم زمین (که معمولا به رنگ زرد و با نوار سبز کشیده می‌شود) نشوند.

ترکیب این رنگ‌ها نیز مجاز دانسته شده است ولی رنگ‌های سبز و زرد نباید در هیچکدام از این ترکیبات استفاده شوند مگر برای سیستم حفاظتی.

تفاوت کابل افشان و مفتول

اصولا تفاوت هایی میان کابل افشان و مفتول وجود دارد که لحاظ نمودن آن در هنگام انتخاب و خرید مفید خواهد بود.

یکی از مشخصه هایی که به منظور گروه بندی یا تمایز کابلهای برق فشار ضعیف به کار برده می شود، شکل هادی به کار رفته در آنهاست.

تفاوت در ساختار هادی کابل بالطبع سبب تغییر در پاره ای از ویژگی های مکانیکی و الکتریکی آن می شود.

به طور کلی دو حالت افشان و مفتولی برای بسیاری از کاربران کابل برق آشنا هستند. در ادامه به بعضی از فاکتورهای موثر در تمایز این دو گونه کابل اشاره می گردد.

مهم ترین تفاوتی که در نگاه اول به چشم می آید انعطاف پذیری کابل است.

ساختار هادی افشان موجب انعطاف پذیری بیشتر آن نسبت به نوع مفتولی می شود.

در مکانهایی که کابل متحرک است یا به صورت مکرر پیچانده می شود (ماننده پریزهای صنعتی سیار) بدیهی است که گزینه مناسب کابل افشان خواهد بود. از طرفی برای نصب ثابت و زمینی کابل مفتولی انتخاب بهتری به نظر می رسد.

از دیدگاه پارامترهای الکتریکی نیز تفاوت میان کابل مفتولی و افشان وجود دارد. مقاومت اهمی آشناترین شاخصه الکتریکی برای سیم و کابل برق است.

در هادی افشان به دلیل پیچش تارها، طول هر یک از آنها از طول کل کابل بیشتر است و این موضوع مهم ترین دلیل تفاوت مقاومت الکتریکی در واحد طول بین کابل افشان و مفتولی می باشد.

به عنوان نمونه هادی مفتولی به سطح مقطع ۶ میلیمتر مربع در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد (سلسیوس) دارای مقاومت ۳.۰۸ اهم بر کیلومتر است؛ در حالی که برای هادی افشان در همین سایز عدد ۳.۳ بیان شده است.

تفاوت زیاد چشمگیر نیست؛ اما ممکن است در موارد خاص یا متراژ بالا تاثیر خود را بیشتر نمایان سازد.
از دیگر مشخصات مورد توجه می توان به مقاومت در برابر خوردگی اشاره نمود که شواهد از عملکرد بهتر کابل مفتولی از این منظر حکایت دارد.

ذکر این نکته نیز خالی از لطف نیست که یک شکل دیگری هم برای هادی کابل برق وجود دارد که به نیمه افشان یا چند مفتولی معروف است.

این کابل دارای ویژگیهایی مابین دو نوع مفتولی و افشان است. مثلا از نظر کمیات الکتریکی به مفتولی نزدیکتر است؛ اما منعطف تر از آن عمل می کند.