سطح مقطع کابل چیست و چگونه آن را محاسبه کنیم؟ + جدول محاسبه سطح مقطع کابل

به انواع هادی‌های فلزی که توانایی عبور جریان برق را دارند، سیم و کابل برق گفته می‌شود که به وسیله مواد عایق از محیط اطراف ایزوله شده‌اند. شرایط محیطی، مقدار جریان، سطح ولتاژ، نوع خاک و نیروهای مکانیکی که بر کابل وارد می‌شود از مهم‌ترین عواملی هستند که بر سطح مقطع هادی کابل‌ها و نوع و ضخامت عایق و سایر لایه‌ها تأثیر گذاشته و نقش تعیین کننده‌ای ایفا می‌کنند. از دیگر عواملی که در تعیین سطح مقطع کابل نقش مهمی ایفا می‌کنند:

شرایط آب و هوایی
محیط‌های شیمیایی
انرژی مورد انتقال یا توزیع درجه حرارت محیط
دمای کاری

سطح مقطع کابل از این نظر اهمیت دارد که بسته به نوع و محیط کاربرد و میزان جریان عبوری، باید از کابل برق با سطح مقطع مناسب استفاده کرد. در غیر این صورت مشکلات جدی در سیستم‌های الکتریکی به وجود خواهد آمد.

سطح مقطع کابل چیست؟

اگر بخواهیم یک تعریف هندسی از سطح مقطع ارائه دهیم باید گفت که تقاطع یک شکل با خط یا جسم در فضای دو بعدی و با صفحه در فضای سه‌ بعدی است. سطوحی که به صورت موازی در زمان بریدن یک جسم ایجاد می‌شوند، سطح مقطع می‌گویند. امکان مشاهده سطح مقطع کابل هنگامی که عمودی برش داده می‌شود، وجود دارد. شکل سطح مقطع هادی کابل‌ها به صورت دایره‌ای، سکتوری و قطاعی است.

سطح مقطع کابل برق بر چه اساسی محاسبه می‌شود؟

برای محاسبه سطح مقطع کابل برق فاکتورهای مختلفی باید مورد توجه قرار بگیرد. جریان مصرفی، جریان در کابل برق، مسافتی که کابل برق در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد و از همه مهم‌تر مقدار افت ولتاژ در کابل‌کشی زمینی و هوایی فاکتورهایی هستند که سطح مقطع به آن‌ها وابسته بوده و در محاسبه باید مورد توجه قرار بگیرد.

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس مسافت

در صورتی که می‌خواهید برای کابل‌های آلومینیومی و مسی بر اساس مسافت سطح مقطع مناسب را استفاده کنید، می‌توانید به جدول زیر مراجعه نمایید. با استفاده از جدول زیر سطح مقطع و مقدار جریان مجاز اندازه‌گیری شده برای کابل را انتخاب کرده و بر اساس آن سطح مقطع کابل برق مسی و آلومینیومی را به راحتی تعیین کنید.

جدول محاسبه سطح مقطع کابل براساس مسافت

مس	آلومینیوم	مسافت (10 متر تا 1000 متر)
سطح مقطع		10	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700	800	900	1000
1.5	2.5	27	15	7	5	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
2.5	4	36	25	12	8	6	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4	6	46	40	20	13	10	8	8	–	–	–	–	–	–	–	–	–
6	10	58	58	30	20	15	12	10	8	7	6.5	6	5	–	–	–	–
10	16	77	77	50	33	25	20	18	14	12	11	10	8	7	6	5	5
16	25	100	100	80	53	40	32	26	22	20	17	16	13	11	10	8	8
25	50	130	130	125	83	62	50	41	35	31	27	25	20	17	15	13	12
35	70	155	155	155	115	86	69	57	49	43	38	34	28	24	21	18	17
50	95	185	185	185	158	117	93	78	66	58	52	46	38	32	28	25	23
70	120	230	230	230	222	166	133	111	95	83	74	66	55	47	41	36	33
95	150	275	275	275	275	225	180	150	129	112	10	90	75	64	58	50	45
120	185	315	315	315	315	275	222	185	159	139	123	111	92	89	69	87	55
150	240	355	355	355	355	330	264	220	189	165	147	132	110	94	82	73	66
185	300	400	400	400	400	393	314	267	224	198	176	157	131	112	98	87	78
240	400	465	465	465	465	437	349	291	249	218	194	174	145	124	109	97	87
300	500	550	550	550	550	496	397	331	283	248	220	189	165	141	124	110	99
		جریان مجاز کابل بر اساس سطح مقطع و مسافت

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ

افت ولتاژ یک کابل را در حالت پایدار می‌توان با استفاده از رابطه Vd=√3.I.(RCosφ+XSinφ)L محاسبه کرد. در این رابطه

Vd افت ولتاژ
R مقاومت کابل در هر فاز تحت جریان متناوب
I حداکثر جریان در حالت پایدار
X راکتانس هر کابل در هر فاز
Cosφ ضریب توان در شرایط بار کامل
L طول کابل

افت ولتاژ در یک کابل در هیچ شرایطی نباید از میزان استاندارد بیشتر باشد. افت ولتاژ در کابل‌ها بر اساس استاندارد حین حرکت طبیعی موتور 5 درصد، زمان شروع حرکت 15 درصد، زمان اعمال بار به موتور 5 درصد و در زمان اعمال برد نور 3 درصد است.

محاسبه سطح مقطع کابل تک فاز

زمانی که کابل کشی یا سیم‌کشی برق به صورت زمینی انجام شده باشد، باید سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ در مدار و سایر پارامترهای مهم محاسبه و تعیین شود. در مدارهای تک فاز، در زمان کابل‌کشی زمینی بر اساس افت ولتاژ می‌توان سطح مقطع را بر اساس فرمول a=200ρℓICosφ/αV محاسبه کرد. در این فرمول محاسبه سطح مقطع:

α درصد افت ولتاژ مجاز بر اساس استاندارد( نباید از یک حد مشخص بیشتر باشد)
a سطح مقطع کابل
ℓ مسافت
Cosφ ضریب توان
V ولتاژ مدار

از این فرمول زمانی می‌توان استفاده کرد که خط تغذیه بار یکسان داشته باشد در غیر اینصورت محاسبه سطح مقطع باید برای هر یک از خطوط بار به صورت جداگانه انجام شده و در نهایت اعداد به دست آمده با هم جمع شوند.

محاسبه سطح مقطع کابل سه فاز

در مدارهای دارای سیستم 3 فاز، جریان خط با ارت در شرایط تعادل صفر است. در حالت بار متعادل، فازها مشابه به هم هستند. به همین دلیل می‌توان تنها سطح مقطع را در یک فاز بررسی و محاسبه کرد. برای محاسبه سطح مقطع در مدارهای 3 فاز از فرمول محاسبه سطح مقطع a=100plw/α(VL)2 استفاده می‌شود (برای شرایط تعادل در نظر گرفته شده است). معمولا در مدارهای 3 فاز سعی بر این است که بار به صورت متعادل در هر 3 فاز تقسیم شود. در صورتی که این شرایط برقرار نباشد، باید در هر فاز به صورت جداگانه محاسبات مربوط به جریان مجاز، افت ولتاژ و سطح مقطع کابل انجام شود. در این شرایط در صورتی که خط تغذیه نیز بار یکسان نداشته باشد، باید هر کدام جداگانه محاسبه شده و در نهایت با هم جمع شوند.

محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس جریان

هنگام محاسبه سطح مقطع کابل باید جریان مجاز، جریان اتصال کوتاه و حداکثر ولتاژ مورد توجه قرار گیرند. بر اساس این موارد می‌توان به راحتی سطح مقطع مورد نظر را پیدا کرد. تعیین سطح مقطع در کابل‌های برق بر اساس جریان مجاز به دو روش جریان در مدار تک فاز و سه فاز محاسبه می‌شود. در ادامه این دو روش را توضیح می‌دهیم:

جریان در مدار تک فاز

بر اساس فرمول I=W/V.Cosφ می‌توان به راحتی جریان را بر حسب واحد اندازه‌گیری آن یعنی آمپر در مدارهای تک فاز محاسبه کرد. در این فرمول:

W توان ورودی
V ولتاژ مدار
Cosφ ضریب توان

هنگام محاسبه جریان توسط این فرمول فرض می‌شود که تمام تجهیزات با هم کار می‌کنند، اما در شرایط طبیعی این عمل امکان‌پذیر نیست. در این شرایط باید ضریب kd به فرمول اضافه شود (از تقسیم حداکثر توان مصرفی بر کل توان بارها بدست می‌آید). بر این اساس فرمول محاسبه جریان در مدار تک فاز به شکل I=kd.W/V. Cosφ تغییر پیدا می‌کند. برای محاسبه جریان در موتورهای تک فاز باید از فرمول I=kd.w/V.η. Cosφ استفاده کرد. در این فرمول η مربوط به راندمان موتور است.

جریان در مدار سه فاز

در موتورهای 3 فاز در صورتی که موتور در حالت کار در ظرفیت اسمی خود باشد از طریق فرمول I=w/√3.η. Cosφ می‌توان جریان را در مدار محاسبه کرد. در موتورهای 3 فاز این امکان وجود دارد که جریان در لحظه راه‌اندازی به 5 تا 7 برابر مقدار اسمی افزایش پیدا کند اما با توجه به اینکه این جریان شارش کمی دارد نمی‌تواند تأثیری بر روی سطح مقطع کابل داشته باشد. در مدارهای 3 فاز این امکان وجود دارد که با استفاده از جریان هر موتور یا تجهیزات برقی، سطح مقطع کابل را محاسبه کرد.

جدول جریان در مدار سه فاز

سطح مقطع بر حسب میلی متر مربع		کابل‌های یک سیمه DC				کابل‌های دو سیمه		کابل‌های سه و چهار سیمه		سه کابل یک سیمه سه فاز
مس	آلومنیویم	در خاک	در هوا	در خاک			در هوا	در خاک	در هوا	در خاک	در هوا	در خاک	در هوا
1.5	2.5	37	26		30		21	27	18	–	–	–	–
2.5	4	50	35		41		29	36	25	–	–	–	–
4	6	65	46		53		38	46	34	–	–	–	–
6	10	83	58		66		48	59	44	–	–	–	–
10	16	110	80		88		66	77	50	–	–	–	–
16	25	145	105		115		90	100	80	120	100	110	86
25	50	190	140		150		120	130	105	155	135	140	120
35	70	235	175		180		150	155	130	185	170	170	145
50	95	280	215		–		–	185	160	220	205	200	180
70	120	350	270		–		–	230	200	275	260	240	225
95	150	420	335		–		–	275	245	325	320	295	280
120	185	80	390		–		–	315	285	370	375	335	330
150	240	540	445		–		–	355	320	420	430	380	380
185	300	620	510		–		–	400	370	470	450	430	440
240	400	720	620		–		–	465	435	540	590	490	530
300	500	820	710		–		–	–	–	620	680	550	610
400	600	960	850		–		–	–	–	710	820	650	740
500	700	1110	1000		–		–	–	–	820	960	740	860

جدول جریان مجاز سیم و کابل (جریان، سطح مقطع و متراژ)

جدول محاسبه سطح مقطع کابل ارت

کابل ارت به کابلی گفته می‌شود که می‌تواند از دستگاه‌ها و تجهیزات برقی در مقابل آسیب‌های ناشی از اتصال کوتاه و همچنین از افراد در برابر برق‌گرفتگی محافظت کند. سطح مقطع این کابل بر اساس فرمول SPE=√(I2t)/K بدست می‌آید. در این فرمول SPE سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلیمتر مربع، I جریان عبوری از سیم ارت بر حسب آمپر، t زمان توقف بر حسب ثانیه و K ضریب تعدد کابل در کانال است. در خصوص سطح مقطع سیم نول باید به این موضوع توجه کرد که بهتر است با سطح مقطع خطوط فاز یکسان و برابر باشد. سطح مقطع در سیم ارت بر اساس جدول زیر محاسبه می‌شود.

S (سطح مقطع سیم فاز بر حسب میلیمتر مربع)	حداقل سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلی متر مربع
S (سطح مقطع سیم فاز بر حسب میلیمتر مربع)	زمانی که هادی فاز و ارت از یک جنس باشند	زمانی که هادی فاز و ارت از یک جنس نباشند
S ≤ 16	S	(K₁/k₂).S
16˂S≤35	16	(K1/k2).16
S˃35	S/2	(K1/k2).(S/2)
K1: ضریب تصحیح تعداد سیم فاز K2: ضریب تصحیح ارت

جدول محاسبه سطح مقطع کابل نول

محاسبه حداقل سطح مقطع کابل نول
	S: سطح مقطع سیم فاز میلی متر مربع	حداقل سطح مقطع سیم ارت بر حسب میلیمتر مربع
تک فاز/دو فاز (آلومینیوم و مس)	برای هر سطح مقطعی	10 میلیمتر مربع (آلومینیوم) – 16 میلیمتر مربع (مس)
سه فاز مسی	S≤16 S˃16	16 16
سه فاز آلومینیومی	S≤25 S˃25	10 25

جدول سطح مقطع با قطر هادی برای مدارهای مختلف الکتریکی

نوع مدار	حداقل سطح مقطع (میلی متر مربع)
سیستم روشنایی	1.5
پریزها	2.5
تلفن یا فکس	0.6
سیستم فراخوان و در باز کن	1 – 0.5
سیستم اعلام حریق و اطفای حریق	1.5
سیستم صوتی	1

عوامل موثر در انتخاب سطح مقطع کابل مناسب

به طور کلی یک سری عوامل می‌توانند بر روی سطح مقطع کابل تأثیر بگذارند. به همین دلیل این عوامل باید در زمان انتخاب سطح مقطع مناسب کابل مورد توجه قرار بگیرد:

دما: دمای محیط یک عامل مهم است. به همین دلیل در انتخاب سطح مقطع مناسب باید مورد توجه قرار بگیرد.
طول سیم: طول سیم برق و کابل یک فاکتور مهم است. با افزایش طول سیم، افت ولتاژ بیشتر می‌شود، جریان خط بالا رفته و در نتیجه جریان مجاز سیم کاهش پیدا می‌کند.
مقاومت اهمی سیم: در سیم‌های مسی، خلوص مس استفاده شده با مقاومت اهم سیم و میزان عبوردهی جریان توسط سیم و کابل ساختمان رابطه مستقیم دارد. یعنی هر چه خلوص بالاتر باشد مقاومت و میزان عبوردهی جریان نیز بالاتر است.

2 پاسخ به “سطح مقطع کابل چیست و چگونه آن را محاسبه کنیم؟ + جدول محاسبه سطح مقطع کابل”

احمدی گفت:

7 تیر 1404 در 8:04 ق.ظ

با تشکر از مطالب مفیدتان

پاسخ
احمد نبوی گفت:

21 تیر 1405 در 10:54 ب.ظ

سلام. مطالب مفیدی بود، متشکرم.

پاسخ