اگر بخواهیم سطح مقطع را از نظر هندسی مورد بررسی قرار دهیم باید بگوییم که سطح مقطع تقاطع یک شکل با خط یا جسم در فضای دوبعدی و یا یک صفحه در فضای سه‌بعدی است. سطوحی که به شکل موازی هنگام بریدن یک جسم به وجود می‌آید سطح مقطع نامیده می‌شود. امکان دیدن سطح مقطع کابل زمانی که به‌صورت عمودی برش داده می‌شود وجود دارد. شکل سطح مقطع هادی کابل‌ها دایره‌ای، سکتوری و قطاعی است.
سطح مقطع یک سیم و کابل با افزایش تعداد رشته‌ها در سیم‌های رشته‌ای و زیاد شدن قطر هادی در سیم‌های مفتولی، سبب ایجاد تغییراتی گسترده در رسانایی و قابلیت فیزیکی سیم‌ها می‌شود. ظرفیت حمل جریان، مقاومت الکتریکی و انعطاف‌پذیری فیزیکی سیم، با تغییر سطح مقطع، دچار تغییر خواهد شد. برای درک بهتر این موضوع، همان‌طور که در درس فیزیک خوانده‌ایم، وقتی تعداد بیشتری مقاومت به طور موازی در یک مدار قرار می‌گیرند، مقاومت معادل آنها کاهش می‌یابد. طبق همین اصل، با زیاد شدن سطح مقطع سیم، مقاومت آن کاهش می‌یابد. ظرفیت جریان قابل‌حمل نیز با زیاد شدن تعداد رشته‌ها یا قطر هادی، بیشتر خواهد شد. اما طبیعی است که با قطور شدن سیم، انعطاف‌پذیری آن کم شود.
افت ولتاژ چیست؟
همه وسایل الکتریکی برای انجام کار در یک ولتاژ مشخص طراحی می‌شوند و در همان ولتاژ توانایی انجام کار عادی و نرمال خود را دارند. زمانی که ولتاژ از حد مجاز خود کمتر شود راندمان پایین می‌آید و در بعضی مواقع باعث می‌شود تا سیم‌ها و وسیله‌ها گرم شوند. همچنین در شبکه‌های الکتریکی کم‌شدن ولتاژ باعث محدودیت توان انتقالی و افزایش تلفات آن می‌شود. افت ولتاژ به معنی اختلاف ولتاژ بین منبع و مصرف‌کننده و یا اختلاف ولتاژ بین یک نقطه از شبکه الکتریکی و مصرف‌کننده است. در سیستم‌های الکتریکی به‌صورت درصد بیان می‌شود. افت ولتاژ به معنی کاهش پتانسیل الکتریکی در مسیری است که جریان عبور می‌کند و به‌خاطر مقاومت داخلی منبع ایجاد می‌شود. در واقع افت ولتاژ در یک‌بار الکتریکی با توان موجود تناسب دارد که در آن بار می‌تواند به شکل مفید دیگری از انرژی تبدیل گردد.
در خطوط انتقال جریان الکتریکی، همین موضوع افت ولتاژ سبب می‌شود که حداکثر جریان مجاز قابل‌انتقال یک سیم، در مسافت‌های بیشتر، رفته‌رفته کاهش یابد. برای همین منظور، هر چقدر طول مسیر کابل کشی بیشتر باشد، بایستی از سیم‌هایی با سطح مقطع بیشتر استفاده کرد.
جریان مجاز سیم‌های آلومینیومی و مسی بر حسب سطح مقطع آنها متفاوت بوده برای سیم‌های مسی باتوجه‌به رسانای بیشتر، در سطح مقطع یکسان، جریان بالاتری خواهد بود. اما به این نکته توجه داشته باشید که تعیین سیم و کابل مناسب برای انتقال جریان در یک مسیر، به طول مسیر و میزان افت ولتاژ سیم نیز بستگی دارد. به همین خاطر در جداول تعیین جریان مجاز، علاوه بر سطح مقطع سیم به مسافت نیز بستگی دارد.
سطح مقطع بر چه اساسی محاسبه می‌شود؟
برای محاسبه سطح مقطع کابل برق فاکتورهای متفاوتی در نظر گرفته می‌شود. جریان مصرفی، جریان در کابل برق، مسافتی که کابل برق در آن استفاده می‌شود و مهم‌تر از همه، مقدار افت ولتاژ در کابل کشی زمینی و هوایی عواملی هستند که سطح مقطع به آن وابسته است. برای محاسبه سطح مقطع کابل باید به نکات زیر توجه کنید. تعیین جریان مورد نیاز بر حسب آمپر که بستگی به تجهیزاتی دارد که قرار است به کابل اتصال پیدا کند.
تعیین ولتاژ کاری سیستم که این مقدار برابر با ۲۲۰ تا ۳۸۰ ولت است. تخمین تلفات مجاز ولتاژ خط انتقال که مقدار استاندارد آن ۵ درصد ولتاژ کاری است.
محاسبه سطح مقطع بر اساس افت ولتاژ
برای محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ باید از فرمول Vd=√3.I. (RCosφ+XSinφ)L استفاده کرد.
- 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 کامل
- L طول کابل
افت ولتاژ کابل نباید تحت هیچ شرایطی از مقدار استاندارد آن بالاتر باشد. افت ولتاژ کابل‌ها بر اساس استاندارد در هنگام حرکت طبیعی موتور ۵ درصد هنگام حرکت ۱۵ درصد و زمان اعمال بار به موتور ۵ درصد و در زمان اعمال برد موتور ۳ درصد است.
سخن پایانی
سطح مقطع کابل به مساحت مقطع ارزی کابل گفته می‌شود و به واحد میلیمتر مربع تعیین می‌گردد. این مقدار نشان‌دهنده حجم مواد هادی در کابل است و طبق جریانی که باید توسط کابل حمل شود و همچنین فاصله از منبع تغذیه مشخص می‌گردد. برای محاسبه سطح مقطع کابل باید جریان مورد نیاز برای کابل تعیین گردد. سپس به کمک جداول استاندارد مقاومت هر متر کابل را بر حسب اندازه و جریان تعیین کنید. در واقع سطح مقطع کابل نقش بسیار مهمی برای انتقال انرژی و اطمینان از کارکرد درست سیستم‌های برقی دارد. برای انتخاب صحیح سطح مقطع کابل باتوجه‌به جریان مورد نیاز، فاصله از منبع تغذیه و افت ولتاژ اهمیت زیادی دارد؛ بنابراین در طراحی و اجرای سیستم‌های برقی باید به انتخاب سطح مقطع کابل توجه زیادی کنیم تا بتوانیم عملکرد بهینه را از سیستم به دست آوریم.
