تاریخچه ی سیم و کابل
در اصطلاح فنی به دو طناب،کنف یا ... که به هم تابیده شده باشد،کابل می گویند.
این اصطلاح در صنعت های 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 دهنده ی انرژی الکترونیکی میباشد.
اولین بار کشتیرانان، سال 1830 از کابل به عنوان ابزار کاری خود استفاده میکردند.هم زمان با استفاده از کابل آن ها نیز برای ارتباطات تلگرافی نیز با طریق قرار دادن فولاد نیز استفاده میکردند.
البته اکثر استفاده از کابل در آن زمان در کشتیرانی برای استفاده های 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 سیم ها 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 کابل ها جایگزین کنف شد.این عایق پی وی سی بود که تا به امروز هم به عنوان اکثر عایق های سیم و کابل های 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 کابل های رشته ای (افشان) و خشک (مفتول) شدند،که هر کدام کارآیی خاص خود را دارند.
نخستين كاربرد انرژي برق، تامين روشنايي بود كه در دهه 1850 عملي شد. به طوري كه اماكن عمومي، ايستگاههاي قطار و فانوسهاي دريايي نزديك ساحل، از روشنايي الكتريكي برخوردار شدند. در اين دوران ولتاژ الكتريكي پايين بود و الكتريسيته به وسيله سيمهاي معمولي منتقل مي‌شد. با اختراع و تكميل ژنراتور و بهره گيري از انرژي آب و سوختهاي فسيلي در ماشينهاي بخار، زمينه بهره‌گيري از انرژي الكتريكي افزايش يافت و همزمان با پيشرفتهايي كه در زمينه استفاده از برق متناوب a.c. و تبديل ولتاژهاي كم به ولتاژهاي زياد به دست آمد برنامه انتقال الكتريسيته به نقاط دورتر در دستور كار قرار گرفت و شبكه‌هاي الكتريكي ايجاد و رو به گسترش گذاشت، در همين روند بود كه استفاده از كابل نيز آغاز شد.
تاريخچه ساخت كابل در جهان
در سال 1876 انديشه توليد كابل با روكش لاستيكي به مرحله اجرا درآمد. در اين مرحله چند رشته سيم مسي را به هم تابيده و با نوعي كائوچوي طبيعي به نام « گوتاپرچا » (Guttapercha ) روكش مي‌كردند. در سالهاي نخست دهه 1880 كابلهاي ساخته شد كه با مواد نفوذناپذير در برابر آب عايق و روكش شدند. از آن پس استفاده از مواد ديگر متداول گرديد . بدين ترتيب مي‌توان ادعا كرد كه صنعت كابلسازي، نزديك به 125 سال پيشينه دارد.
در آن زمان، فرآيند ساخت كابل بدين شكل بود كه ابتدا يك ماده عايق با خاستگاه گياهي را به دور رسانا پيچيده آن را در دماي 130-140 درجه سانتيگراد خشك و سپس آن را با مواد روغني؛ رزين يا موم اشباع مي‌كردند و سرانجام با سرب روكش مي‌نمودند. اما در سال 1887 شيميدانها از راه سنتز مواد عايقي جديد موفق به تهيه ماده‌اي به نام « باكليت» شدند كه ارزانتر از لاستيك بود. در همين دوران شبكه‌هاي با ولتاژ بالاتر نيز جاي خود را باز كرده بودند به طوري كه در سال 1898، نخستين كابل 10 كيلوولت سه رشته‌اي، براي يك شبكه برق متناوب سه فاز ساخته شد. همراه با روند تكميلي ساخت كابل كه پيوسته ادامه داشت، در سال 1935، يك كارشناس سوئيسي به نام بورل (Borel ) با قراردادن دو الكترود در داخل روغن و با گذاشتن لايه‌هاي مختلفي از كاغذهاي عايق در ميان دو الكترود ولتاژ شكست اين مواد را اندازه‌گيري كرد و نشان داد كه با بهبود شرايط ساخت كيفيت عايقهاي كاغذي بالا مي‌رود و مي‌توان آنها را در ولتاژهاي بالاتر به كار گرفت. با اين پيشرفت ساخت كابلهاي با ولتاژ بالاتر روز به روز گسترش يافت و با بهره گيري از مواد ديگري مانند EPR , PVC , PE و دامنه فعاليت در صنعت كابلسازي فراگستر شد و سرمايه‌گذاريهاي كلاني را جذب كرد.
یکی از اصلی ترین وسایل در صنعت برق سیم و کابل ها هستند که برای هدایت جریان الکتریسیته از آنها استفاده می شود . نقش کابل ها بسیار پر اهمیت است که می بایست 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 پست های برق فوق توزیع و انتقال می پردازیم.
كابل هاي بكار رفته در پست‌هاي فشار قوي از لحاظ كاربرد و سطح ولتاژ به سه دسته كابلهاي فشار متوسط ، فشار ضعيف و كابلهاي فرمان سیستم های حفاظتی تقسيم‌بندي مي‌شوند. در انتخاب کابل ها دانستن خصوصیاتی همچون مواد عايقي ، جنس و تعداد هاديها، سطح مقطع هاديها، جنس غلاف و زره داراي اهمیت مي‌باشد . انتخاب صحیح کابل و نصب آن اهمیت دارد. انتخاب بدون رعایت اصول و استاندارد ها باعث تلفات بیش از اندازه در کابل و یا از بین رفتن خود کابل میشود . لذا با شناخت اصول و استانداردهای تعریف شده برای کابل ها سعی می کنیم بهره وری در این سیستم را به بیشینه برسانیم :
كابل در حقيقت نوعي هادي است كه داراي پوشش عايقي مي‌باشد. ساختمان كابل از بخشهاي مختلفي تشكيل شده است كه عبارتند از هادي، عايق، پوسته عايق، پوسته هادي، پوسته فلزي، پركننده، زره و غلاف كه هر يك وظيفه خاصي را بعهده داشته و در مجموع قابليت هدايت الكتريكي و استقامت الكتريكي، مكانيكي و شيميايي كابل را برآورده مي‌سازند.
در ساختمان كابلها به طور عمده دو دسته مواد هادي و عايق بكار مي‌روند. كابلها اغلب از هاديهايي در مركز، پوشش عايقي، پوسته در اطراف هادي و عايق، زره و غلاف بيروني جهت حفاظت در برابر اثرات شيميايي و مكانيكي تشكيل مي‌گردند.
پوسته فلزي كابل شامل سيم‌ها و نوارهايي است كه در راستاي طول كابل، در اطراف آن، زير يك غلاف بيروني پيچيده مي‌شوند. اين مجموعه مسيري را با امپدانس بسيار پايين براي جريان‌هاي اتصال كوتاه فراهم مي‌آورند.
برای برسی کابلها ابتدای امر باید واژه هایی که توسط آن کابلها را دسته بندی می کنیم را بشناسیم :
- مغزي: هاديهاي قرار گرفته در داخل كابل كه وظيفه انتقال توان را بعهده دارند.
- پوسته: لايه‌اي كه وظيفه كنترل ميدان الكتريكي را در درون عايق بعهده دارد. همچنين سطح يكنواختي را در مرزهاي عايقي ايجاد كرده و به پركردن فضاي خالي در اين مرزها كمك مي‌كند.
- غلاف: پوشش استوانه‌اي شكل يكپارچه و پيوسته فلزي يا غيرفلزي كه معمولاً اكسترودشده مي‌باشد.
- غلاف بيروني: غلاف غيرفلزي كه جهت اطمينان از حفاظت كابل در برابر عوامل خارجي، بر روي پوششهای فلزی بكار مي‌رود.
- غلاف فلزي: غلافي كه معمولاً از جنس سرب، آلياژ سرب، آلومينيوم و يا آلياژ آلومينيوم مي‌باشد و بصورت صاف يا موجدار بر روي مغزی(های) كابل بكار مي‌رود تا از لحاظ مكانيكي حفاظت آن را برآورده سازد.
- غلاف جداكننده: غلاف داخلي كه بين دو پوشش فلزي غير هم جنس بكار مي‌رود.
- زره: پوششي كه از نوار(ها) يا سيمهای فلزی تشكيل شده و عموماً جهت حفاظت كابل دربرابر اثرات مكانيكی خارجي بكار مي‌رود.
- پوسته فلزي (شيلد): لايه فلزي زمين شده‌اي كه جهت محدودكردن ميدان الكتريكي درون كابل و محافظت از آن در برابر اثرات الكتريكي خارجي بكار مي‌رود. غلاف فلزي و زره هم مي‌توانند نقش شيلد را بعهده بگيرند.
- پوسته هادي: پوسته‌اي الكتريكي كه از مواد فلزي يا غيرفلزي نيمه هادي تشكيل شده و روي مغزي‌هاي بهم تابيده بكار مي‌رود تا با يكنواخت كردن سطح خارجي هادي و ميدان روي آن از بروز تخليه جزئي در فواصل احتمالي بين عايق و هادي جلوگيري كند.
- پوسته عايق: پوسته‌اي الكتريكي كه از مواد غيرفلزي يا فلزي نيمه هادي تشكيل شده و عايق را مي‌پوشاند. اين پوسته با محدود كردن ميدان الكتريكي مغزي‌ها از تخليه جزئي و نشت جريان بين مغزي‌ها و ساير لايه‌هاي پوشاننده جلوگيري مي‌كند.
- پوشش داخلي: پوششي غيرفلزي كه مجموعه مغزي‌هاي (و در صورت وجود پركننده‌هاي) يك كابل چند مغزي را در بر گرفته و بر روي پوشش محافظ بكار مي‌رود.
- پركننده: موادي كه جهت پركردن فضاي خالي باقيمانده بين مغزي‌هاي يك هادي چند مغزي بكار مي‌رود.
- عايق ترموپلاستيك: عايق ساخته شده از جنس پلاستيك كه در محدوده حرارتي مربوط به مشخصه پلاستيك، در اثر گرم شدن شل شده و در اثر سردكردن، مجدداً سخت مي‌شود. اين نوع عايق در هنگام شل شدن انعطاف‌پذير بوده و قادر به شكل گرفتن مي‌باشد.
- عايق كراس لينك‌شده: عايق ساخته شده از مواد ترموپلاستيك يا كوپليمر يا تركيبي بر پايه يكي از اين مواد كه ساختار مولكولي داخلي آن تحت فعل و انفعالات شيميايي از قبيل جوش‌دادن و يا پروسه‌هاي فيزيكي از قبيل تابش، تغيير مي‌يابد.
