سطح مقطع کابل چیست و چگونه آن را محاسبه کنیم؟

وقتی بخواهیم کابل یا سیم را از نظر شکل هندسی بررسی کنیم، باید بدانیم که سطح مقطع در واقع همان بخشی از کابل است که اگر آن را از وسط ببریم، دیده می‌شود. این سطح، شکل داخلی کابل را نشان می‌دهد. برای مثال اگر کابل را از پهلو به‌صورت عمودی برش بزنیم، می‌توانیم شکل سطح مقطع آن را ببینیم. این شکل می‌تواند دایره‌ای، سکتوری (نیم‌دایره‌ای)، یا قطاعی (شبیه کیک) باشد.محاسبه سطح مقطع کابل در واقع به ما کمک می‌کند تا بفهمیم کابل چه مقدار جریان برق را می‌تواند از خودش عبور دهد. هرچه سطح مقطع بیشتر باشد، کابل راحت‌تر و با مقاومت کمتری جریان برق را عبور می‌دهد. در کابل‌های مفتولی که منظور همان (تک‌رشته‌ای)است، افزایش قطر هادی سبب بزرگ‌تر شدن سطح مقطع می‌شود. در سیم‌های رشته‌ای هم افزایش تعداد رشته‌ها همین تاثیر را دارد.

برای درک بهتر این مسئله، می‌توانیم به یک مثال از فیزیک اشاره کنیم. اگر در یک مدار، چند مقاومت را به صورت موازی وصل کنیم، مقاومت کلی مدار کم می‌شود. به همین خاطر، وقتی سطح مقطع کابل بیشتر می‌شود، مقاومت آن کمتر خواهد شد. این کاهش مقاومت سبب می‌شود کابل بتواند جریان بیشتری را بدون داغ شدن یا آسیب دیدن، تحمل کند.

در ادامه ی بررسی مسائل مرربوط به کابل می توان به افت ولتاژ اشاره کرد که شما می توانید برای مشاهده ی محاسبه ی آنلاین افت ولتاژ کلیک کنید.

البته باید به این نکته هم توجه کرد که هرچه سیم ضخیم‌تر و سطح مقطع آن بزرگ‌تر شود، انعطاف‌پذیری آن هم کمتر می‌شود. یعنی خم کردن یا شکل دادن به کابل دشوار‌تر می‌شود. پس همیشه باید بین میزان جریان مورد نیاز، مقاومت، و انعطاف‌پذیری، تعادل برقرار کرد.اگر در مورد سطح مقطع کابل یا هر بخش دیگری سوال یا نظری دارید، حتماً در انتهای همین مقاله برایمان بنویسید. در ادامه مقاله به طور کامل راجب محاسبه سطح مقطع کابل و چرا محاسبه سطح مقطع کابل مهم است؟ را بررسی می کنیم.

سطح مقطع کابل چیست ؟

وقتی یک جسم را برش بزنید، از محل برش یک تصویر یا شکلی به وجود می‌آید که به آن سطح مقطع می‌گوییم. فرض کنید که  یک هویج را از وسط برش زدید، آن دایره‌ای که روی سطح برش می‌بینید، همان سطح مقطع است. همین مسعله برای کابل برق هم صدق می‌کند. وقتی که کابل برق را از وسط ببُریم، می‌توانیم سطح مقطع آن را مشاهده کنید .

سطح مقطع کابل در واقع نشان‌دهنده‌ی اندازه و شکل داخلی هادی (رسانا) آن است. این سطح می‌تواند دایره‌ای، نیم‌دایره‌ای، سکتوری (بخش‌بندی‌شده) یا شکل های دیگر باشد. نوع و اندازه سطح مقطع، نقش مهمی در عملکرد کابل دارد و برای انتخاب کابل مناسب در پروژه‌های برقی باید به آن توجه ویژه‌ای داشت.

چرا محاسبه سطح مقطع کابل مهم است؟

برای اینکه بدانیم یک کابل می‌تواند چه مقدار جریان الکتریکی را بدون آسیب و افت ولتاژ منتقل کند، باید سطح مقطع آن را حساب کنید. اگر سطح مقطع کوچک‌تر از حد نیاز باشد، کابل داغ می‌شود و امکان دارد آسیب ببیند. از طرفی، اگر سطح مقطع بیش‌ازحد بزرگ باشد، هزینه‌های اضافی به وجود می‌آید.

سطح مقطع کابل چه شکلی است؟

وقتی به سطح برش‌خورده کابل نگاه می‌کنید، معمولاً اشکالی مانند این‌ها را می‌بینیم:

• دایره‌ای: رایج‌ترین حالت در کابل‌های نازک و سیم‌های معمولی.
• سکتوری یا بخش‌بندی‌شده: در کابل‌های قدرت با سطح مقطع بالا برای بهتر جا گرفتن رشته‌ها.
• نیم‌دایره یا اشکال خاص: بسته به نوع کاربرد و طراحی کابل.

چطور محاسبه سطح مقطع کابل انجام می‌شود؟

برای اینکه متوجه بشیم چه کابلی برای یک پروژه مناسب است، باید سطح مقطع کابل را درست انتخاب کنیم. این مسعله به چند عامل مهم بستگی دارد. اولین مورد مقدار جریانی است که از کابل عبور می‌کند. هرچه دستگاه‌های بیشتری به کابل وصل باشند، جریان بیشتری هم نیاز داریم و در نتیجه باید از کابلی با سطح مقطع بزرگ‌تر استفاده کنیم.

مسعله بعدی طول کابل است. هرچه کابل طولانی‌تر باشد، افت ولتاژ بیشتری در مسیر به‌وجود می‌آید. برای جبران این افت ولتاژ، معمولاً از کابل‌هایی با سطح مقطع بیشتر استفاده می‌شود تا توان الکتریکی بدون کاهش زیاد به مقصد برسد.

شرایط نصب کابل هم بسیار مهم است. مثلاً اگر کابل داخل دیوار، زیر زمین یا در فضای باز وصل شود، روش خنک شدن آن فرق دارد. در محیط‌هایی که تهویه کمتر است، کابل زودتر گرم می‌شود و باید سطح مقطع آن بیشتر در نظر گرفته شود تا داغ نکند.

جنس کابل را هم باید بررسی کرد. کابل‌هایی که از مس تولید شده‌اند رسانایی بهتری دارند و جریان برق را راحت‌تر عبور می‌دهند، ولی نسبت به کابل‌های آلومینیومی قیمت بالاتری دارند. به همین دلیل، بسته به نیاز و بودجه، می‌توان بین این دو گزینه انتخاب کرد.

سطح مقطع کابل بر چه اساسی تعیین می‌شود؟

برای انتخاب سطح مقطع کابل مناسب و محاسبه سطح مقطع کابل ، باید چند نکته مهم را در نظر بگیریم. اول از همه، جریان الکتریکی که کابل باید عبور دهد اهمیت دارد. طول کابل و فاصله‌ای که برق باید طی کند، تاثیر زیادی روی اندازه کابل دارد. اما اصلی ترین نکته، میزان افت ولتاژ در کابل است که نباید از حد مجاز بیشتر شود.

برای محاسبه سطح مقطع کابل، ابتدا جریان مصرفی را مشخص می‌کنیم، یعنی آمپری که دستگاه‌ها یا تجهیزات به آن نیاز دارند. بعد باید بدانیم سیستم برق چه ولتاژی دارد که معمولاً بین 220 تا 380 ولت است. مقدار افت ولتاژ قابل قبول را در نظر می‌گیریم که معمولا 5 درصد از ولتاژ کاری است.

چگونه محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ را بررسی کنیم؟

افت ولتاژ به معنی کاهش ولتاژ در طول کابل است و باید طوری محاسبه شود که این کاهش بیش از حد استاندارد نباشد. فرمول اصلی برای محاسبه سطح مقطع کابل بر اساس افت ولتاژ به شکل زیر است:

Vd=3×I×(R×cosφ+X×sinφ)×L

که در آن:

• Vd افت ولتاژ در کابل
• I جریان عبوری از کابل
• R مقاومت کابل در هر فاز
• X راکتانس کابل در هر فاز
• cosφ ضریب توان بار
• L طول کابل بر حسب متر

بر اساس این فرمول، باید سطح مقطع طوری انتخاب شود که مقاومت و راکتانس کابل در حدی باشد که افت ولتاژ از مقدار مجاز فراتر نرود.

نکات مهم درباره افت ولتاژ و سطح مقطع کابل

برای حفظ ایمنی و کارایی سیستم برق‌رسانی، توجه به افت ولتاژ و انتخاب صحیح کابل اهمیت زیادی دارد. افت ولتاژ در حالت کارکرد عادی موتور نباید بیشتر از ۵ درصد باشد تا عملکرد دستگاه دچار اختلال نشود. در زمان راه‌اندازی موتور، به دلیل جریان اولیه بالا، افت ولتاژ تا ۱۵ درصد نیز قابل قبول است. همچنین زمانی که موتور تحت بار قرار دارد، افت ولتاژ باید کمتر از ۵ درصد باقی بماند و در حالت قطع بار نیز این مقدار نباید از ۳ درصد بیشتر شود. رعایت این موارد باعث می‌شود تا محاسبه سطح مقطع کابل به‌درستی انجام شود و کابل انتخاب‌شده، توانایی انتقال جریان را بدون ایجاد افت ولتاژ غیر مجاز داشته باشد. انتخاب صحیح کابل با سطح مقطع مناسب، علاوه‌بر افزایش طول عمر تجهیزات، باعث جلوگیری از هدررفت انرژی و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود.

چطور می‌توان محاسبه سطح مقطع کابل ارت را به‌درستی انجام داد؟

محاسبه سطح مقطع کابل ارت یکی از موضوعات مهم در طراحی ایمن سیستم‌های برق است. کابل ارت نقش مهمی در حفاظت از تجهیزات و جلوگیری از برق‌گرفتگی ایفا می‌کند و انتخاب اشتباه سطح مقطع آن می‌تواند باعث بروز مشکلات جدی شود. حالا سوالی که ذهن ما را درگیر کرده اینجاست: چطور باید سطح مقطع کابل ارت را محاسبه کنیم؟

برای محاسبه دقیق سطح مقطع سیم ارت، از یک فرمول تخصصی استفاده می‌شود که در آن جریان عبوری، زمان قطع مدار و ضرایب خاص در نظر گرفته می‌شوند. این فرمول به شکل زیر است:

SPE = √(I²t) / K

در این فرمول:

• SPE: سطح مقطع کابل ارت بر حسب میلی‌متر مربع
• I: جریان عبوری از سیم ارت بر حسب آمپر
• t: زمان توقف یا قطع مدار بر حسب ثانیه
• K: ضریب وابسته به نوع کابل، شرایط نصب و جنس هادی

جدول محاسبه سطح مقطع کابل ارت بر اساس سطح مقطع سیم فاز

در جدول زیر، سطح مقطع کابل ارت با توجه به سطح مقطع سیم فاز مشخص شده است. این جدول برای دو حالت در نظر گرفته شده:

۱. زمانی که سیم ارت و سیم فاز از یک جنس باشند

۲. زمانی که سیم ارت و سیم فاز از دو جنس متفاوت باشند

سطح مقطع سیم فاز (S)	اگر جنس فاز و ارت یکسان باشد	اگر جنس فاز و ارت متفاوت باشد
S ≤ 16	S	(K1 / k2) × S
16 < S ≤ 35	16	(K1 / k2) × 16
S > 35	S / 2	(K1 / k2) × (S / 2)

 

K1: ضریب تصحیح برای تعداد سیم‌های فاز

k2: ضریب تصحیح برای سیم ارت

محاسبه سطح مقطع کابل ارت به‌ صورت درست باعث می‌شود که در هنگام بروز اتصال کوتاه یا نشتی جریان، مسیر بازگشت جریان (ارت) بتواند جریان را بدون ایجاد حرارت یا آتش‌سوزی هدایت کند.با رعایت استانداردها از خطرات جانی برای افراد جلوگیری می‌شود.

نکاتی درباره سیم نول (Neutral)

برای سیم نول بهتر است سطح مقطع آن همیشه برابر با سطح مقطع سیم فاز باشد، مخصوصاً در مدارهای تک فاز و دو سیمه. ولی اگر سطح مقطع سیم فاز بزرگتر از 16 میلی‌متر مربع (برای مس) یا 25 میلی‌متر مربع (برای آلومینیوم) باشد، سطح مقطع سیم نول می‌تواند کمی کمتر باشد، البته با دو شرط مهم:

1. سطح مقطع سیم نول نباید کمتر از 16 میلی‌متر مربع (مس) یا 25 میلی‌متر مربع (آلومینیوم) باشد.
2. جریان عبوری نباید حاوی هارمونیک‌های بالا باشد (اعوجاج هارمونیک کمتر از 10 درصد).

حداقل سطح مقطع کابل نول بر اساس نوع مدار

نوع مدار	حداقل سطح مقطع کابل نول (آلومینیوم)	حداقل سطح مقطع کابل نول (مس)
مدار تک فاز/دو سیمه	10 میلی‌متر مربع	16 میلی‌متر مربع
سه فاز مسی (S ≤16)	16 میلی‌متر مربع	16 میلی‌متر مربع
سه فاز مسی (S >16)	16 میلی‌متر مربع	16 میلی‌متر مربع
سه فاز آلومینیومی (S ≤25)	10 میلی‌متر مربع	25 میلی‌متر مربع
سه فاز آلومینیومی (S >25)	10 میلی‌متر مربع	25 میلی‌متر مربع

محاسبه سطح مقطع کابل مناسب را براساس مسافت

وقتی می‌خواهید برای سیم‌کشی برق، کابل مناسب بخرید، یکی از مهم‌ترین موضوعاتی که باید در نظر بگیرید، سطح مقطع کابل است. سطح مقطع کابل تعیین می‌کند که کابل بتواند جریان برق مورد نیاز را بدون افت ولتاژ زیاد و گرم شدن بیش از حد عبور دهد. اما محاسبه سطح مقطع کابل معمولاً با فرمول‌های سخت و پیچیده همراه است که وقت‌گیر و پیچیده به نظر می‌رسد.

برای آسان‌تر کردن این کار، جدول مخصوصی طراحی شده که تکنسین‌های برق با دانستن فقط دو عدد کلیدی یعنی مسافت کابل و نوع کابل (مس یا آلومینیوم) بتوانند به سرعت سطح مقطع مناسب کابل را انتخاب کنند. این جدول برای کابل‌های تک سیمه، دو سیمه، سه و چهار سیمه و کابل‌های سه فاز هم قابل استفاده است.

انتخاب اندازه مناسب کابل خیلی مهم است. اگر کابل ضخامت کافی نداشته باشد، برق نمی‌تواند به خوبی عبور کند و این مسعله باعث می‌شود که ولتاژ کم شود. نتیجه می گیریم دستگاه‌ها درست کار نمی‌کنند و ممکن است خراب شوند.

کابل‌های نازک ممکن است بیش از حد گرم شوند و این خطر آتش‌سوزی را بالا می‌برد. پس برای حفظ ایمنی باید از کابل با سطح مقطع مناسب استفاده کنیم.

اگر کابل خیلی بزرگ و ضخیم بخریم، هزینه‌ها بالا می‌رود و این باعث هدر رفتن پول می‌شود. بنابراین باید کابل را درست و متناسب با نیاز انتخاب کنیم تا هم سیستم درست کار کند و هم هزینه‌ها کنترل شود.

چگونه از این جدول استفاده کنیم؟

1.ابتدا مسافت کابل (بر حسب متر) که قرار است سیم کشی شود را در ستون بالایی جدول پیدا کنید.

2.سپس نوع کابل را مشخص کنید؛ یعنی کابل مسی می‌خواهید یا آلومینیومی.

3.در خانه‌ای که در نقطه تلاقی این دو مقدار قرار دارد، سطح مقطع مناسب (بر حسب میلی‌متر مربع) نوشته شده است.

4.بر اساس این عدد می‌توانید کابل مورد نیاز خود را بدون هیچ محاسبه اضافی خریداری کنید.

جدول سطح مقطع کابل بر اساس مسافت

سطح مقطع (میلی‌متر مربع)	کابل تک سیمه DC	کابل دو سیمه (در خاک)	کابل دو سیمه (در هوا)	کابل سه و چهار سیمه (در خاک)
10	16	110	80	88
20	25	145	105	115
30	35	235	175	180
50	50	280	215	–

 

اگر مسافت کابل شما طولانی‌تر یا کوتاه‌تر است، کافی است عدد مسافت را از ستون بالایی پیدا کنید و در همان ستون پایین بروید تا سطح مقطع دقیق برای کابل مورد نظر را ببینید.

محاسبه سطح مقطع کابل  بر اساس افت ولتاژ

برای انتخاب صحیح سطح مقطع کابل، یکی از مهم‌ترین عوامل، میزان افت ولتاژ در مسیر کابل است. افت ولتاژ به معنای کاهش ولتاژ الکتریکی در طول کابل است که به دلیل مقاومت و سایر خصوصیات کابل اتفاق می‌افتد. اگر این افت بیش از حد باشد، عملکرد تجهیزات الکتریکی مخصوصاً موتورهای الکتریکی تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

فرمول کلی افت ولتاژ در کابل سه فاز چیست؟

برای محاسبه افت ولتاژ در کابل‌های سه فاز، فرمول زیر استفاده می‌شود:

Vd = 3√× I × ×(Rcosφ +Xsinφ) L

• Vd: مقدار افت ولتاژ (ولت)
• I: جریان عبوری (آمپر)
• R: مقاومت کابل در هر فاز (اهم)
• X: راکتانس کابل در هر فاز (اهم)
• cosφ: ضریب توان بار (بدون واحد)
• L: طول کابل (متر)

محدودیت‌های استاندارد برای افت ولتاژ چقدر است؟

بر اساس استانداردها، افت ولتاژ نباید از مقدارهای مشخص شده عبور کند:

شرایط کاری موتور	حداکثر افت ولتاژ مجاز
در حین حرکت نرمال	5%
در زمان راه‌اندازی	15%
هنگام اعمال بار	5%
هنگام روشنایی	3%

 

به دلیل جریان زیاد در زمان راه‌اندازی موتور، بررسی و کنترل افت ولتاژ در این مرحله بسیار حیاتی است.

محاسبه سطح مقطع کابل در مدار تک فاز

وقتی کابل برق به صورت زمینی کشیده می‌شود، سطح مقطع کابل باید به گونه‌ای انتخاب شود که افت ولتاژ مجاز رعایت شود. فرمول زیر برای محاسبه سطح مقطع کابل تک فاز استفاده می‌شود:

a = 200×ρ×ℓ×I×cosφ ÷ α×V

• a: سطح مقطع کابل (میلی‌متر مربع)
• ρ: مقاومت ویژه هادی (اهم × میلی‌متر مربع / متر)
• ℓ: طول کابل (متر)
• I: جریان مصرفی (آمپر)
• cosφ: ضریب توان بار
• α: درصد افت ولتاژ مجاز (مثلاً 0.05 برای 5%)
• V: ولتاژ سیستم (ولت)

نکته: این فرمول زمانی دقیق است که بار به صورت یکسان در مدار باشد، در غیر این صورت باید سطح مقطع کابل برای هر خط به طور جداگانه محاسبه شود و سپس مجموع گرفته شود.

محاسبه سطح مقطع کابل در مدار سه فاز

در سیستم سه فاز، اگر بارها به صورت درست تقسیم شده باشند، جریان نول تقریباً صفر است و کافی است سطح مقطع کابل در یک فاز محاسبه شود:

a = 100×ρ×ℓ×I ÷ α×V L2

• aaa: سطح مقطع کابل (میلی‌متر مربع)
• ρ: مقاومت ویژه هادی (اهم × میلی‌متر مربع / متر)
• ℓ: طول کابل (متر)
• III: جریان هر فاز (آمپر)
• α: درصد افت ولتاژ مجاز (بدون واحد)
• VL: ولتاژ خط به خط سیستم سه فاز (ولت)

اگر بار نامتعادل باشد یا چند بار گوناگون در مسیر کابل وجود داشته باشد، هر بار باید جداگانه محاسبه شود و در نهایت سطح مقطع‌ها با هم جمع شوند.

محاسبه سطح مقطع کابل را بر اساس جریان

برای انتخاب درست سطح مقطع کابل و محاسبه سطح مقطع کابل ، باید چند نکته مهم را در نظر بگیریم؛ از جمله جریان مجاز کابل، جریان اتصال کوتاه و میزان افت ولتاژ. این عوامل به ما کمک می‌کنند که کابل مناسب با ظرفیت مورد نیاز را انتخاب کنیم. اما اصولا تعیین سطح مقطع کابل بر اساس نوع مدار (تک فاز یا سه فاز) گوناگون است و باید اول جریان مدار را محاسبه کنیم.

جریان در مدار تک فاز چگونه محاسبه می‌شود؟

برای مدارهای تک فاز، جریان را می‌توان با فرمول زیر به دست آورد:

I =  kd​×W ÷ V × cosϕ

• I: جریان بر حسب آمپر
• W: توان مصرفی کل (وات)
• V: ولتاژ مدار (ولت)
• Cosφ: ضریب توان (معمولاً بین 0.8 تا 1)
• kd: ضریب مصرف یا همزمانی (کمتر از 1) که نشان می‌دهد تمام تجهیزات همزمان کار نمی‌کنند.

برای موتورهای تک فاز، فرمول کمی متفاوت است:

I = kd​×W ÷ V×η×cosϕkd

که در آن η راندمان موتور است.

جریان در مدار سه فاز چگونه محاسبه می‌شود؟

برای موتورهای سه فاز، جریان در حالت نامی به شکل زیر است:

I = W ÷ 3​×V×η×cosϕ

باید بدانید که جریان راه‌اندازی موتور سه فاز ممکن است 5 تا 7 برابر جریان نامی باشد، اما این جریان زیاد به دلیل کوتاه بودن زمان آن، تاثیری روی انتخاب سطح مقطع کابل ندارد.

جدول جریان مجاز کابل‌های برق (آمپر)

سطح مقطع کابل (میلی‌متر مربع)	کابل مسی یک سیمه در خاک	کابل مسی دو سیمه در هوا	کابل آلومینیومی سه سیمه در خاک	سه کابل یک سیمه سه فاز در هوا
5/1	37	30	27	–
5/2	50	41	36	–
4	65	53	46	–
6	83	66	59	–
10	110	88	77	–
16	145	115	100	110
25	190	150	130	140
35	235	180	155	170
50	280	–	185	200

سخن آخر

محاسبه سطح مقطع کابل یکی از مراحل بسیار مهم در طراحی و انتخاب کابل‌های برق است که تأثیر مستقیم بر ایمنی، کارایی و طول عمر سیستم‌های الکتریکی دارد. انتخاب صحیح سطح مقطع کابل باعث کاهش اتلاف انرژی، جلوگیری از افزایش دما و حفظ سلامت تجهیزات الکتریکی می‌شود. با در نظر گرفتن جریان عبوری، طول کابل، نوع عایق، و شرایط محیطی، می‌توان بهترین محاسبه سطح مقطع کابل را انجام دهید تا هم از نظر اقتصادی به صرفه باشد و هم عملکرد سیستم را تضمین نماید. پس، همواره توصیه می کنیم که محاسبه سطح مقطع کابل با دقت و طبق استانداردهای معتبر انجام شود تا از بروز مشکلات احتمالی در آینده جلوگیری کنید.