معایب کابل آلومینیومی

معایب کابل آلومینیومی با جایگزینی مس

662 بازدید معرفی محصولات صنعت برق / آموزش در صنعت برق

کابل آلومینیومی‌ برای انتقال جریان الکتریکی، از گزینه‌های محبوب به شمار می‌رود زیرا نسبت به سایر متریال‌های هم رده خود بسیار ارزان تر است. با این حال به دلیل وجود برخی معایب ‌نمی‌توان آن را ایده‌آل‌ترین گزینه در نظر گرفت. نواقصی که در ادامه این مقاله با آن‌ها آشنا خواهید شد برخی از ویژگی‌های عملکردی این کابل ‌را زیر سوال می‌برد. اما معایب کابل آلومینیومی ‌به هیچ عنوان باعث نمی‌شود تا استفاده از آن‌ها را به طور کامل کنار بگذاریم و همچنان آلومینیوم به عنوان جدی‌ترین آلترناتیو برای فلز مس شناخته می‌شود.

جنگ سرد بزرگترین عامل ترویج استفاده از کابل آلومینیومی ‌و مشخص شدن نواقص آن

معایب کابل آلومینیومی

استفاده از آلومینیوم به عنوان‌ هادی جریان برق هم زمان با رشد انبوه سازی‌ها در اتحادیه جماهیر شوروی رواج پیدا کرد و به تدریج در سایر مناطق دنیا نیز با استقبال زیادی رو‌به‌رو شد. این فلز وزن کمی‌ دارد و می‌تواند در پروژه‌های بزرگ تفاوت معناداری را نسبت به همتای مسی خود ایجاد نماید.

طی سال‌های پس از جنگ جهانی دوم و دوران جنگ سرد اتحادیه جماهیر شوروی با مشکلات اقتصادی زیادی دست و پنجه نرم می‌کرد؛ در چنین شرایطی وزن کم کابل آلومینیومی، در دسترس بودن آن نسبت به مس و از همه مهم‌تر ارزان‌تر بودن آن سبب شد تا چندین سال به عنوان جایگزین مس در اغلب پروژه‌های مسکونی، تجاری و زیرساختی مورد استفاده قرار بگیرد. تا این که معایب کابل آلومینیومی‌کم کم خود را نشان داد و کاربرد‌های آن را محدودتر نمود.

در ابتدا تصور می‌شد کابل آلومینیومی‌ در برابر اکسیداسیون و مواد خورنده مقاومت قابل توجهی دارد، به همین دلیل در برخی از مقالات مربوط به سال‌های نخستین استفاده از این کابل، مقاومت در برابر خوردگی را هم به عنوان یکی از مزایای استفاده از این نوع‌ هادی‌ها مطرح کرده‌اند.

در حالی که واقعیت کاملاً برعکس این تصور رایج است و اکسیداسیون یکی از بزرگترین معایب کابل آلومینیومی ‌به شمار می‌رود. حقیقت این است که سطح آلومینیومی ‌در تماس با هوا بلافاصله (تقریباً آنی) اکسید می‌شود، اما این لایه اکسید شده از بقیه سیم در برابر اکسیداسیون محافظت می‌کند.

نکته منفی که بعد‌ها به عنوان یکی از معایب کابل آلومینیومی ‌در نظر گرفته شد این بود که همین لایه اکسید شده توانایی ضعیفی برای هدایت جریان الکتریکی دارد زیرا مقاومت آن در اثر خوردگی افزایش پیدا کرده است. در نتیجه توزیع و انتقال نیروی برق را با مشکل مواجه می‌سازد.

به تدریج و پس از فروکش کردن تب اولیه استفاده از آلومینیوم به جای مس و با نمایان شدن سایر معایب کابل آلومینیومی، مجدداً فلز مس به عنوان محبوب ترین گزینه برای انتقال جریان الکتریکی، جایگاه نخست را به دست آورد و استفاده از کابل آلومینیومی ‌به سبب نواقص آن محدودتر شد. در ادامه برخی از معایب این کابل ‌را بررسی می‌کنیم.

معایب کابل آلومینیومی ‌سبب محدودیت در کاربرد‌های آن می‌شود

معایب کابل آلومینیومی

الف. بالا بودن مقاومت الکتریکی خاص کابل آلومینیومی ‌نسبت به کابل مسی

یکی از مهم‌ترین معایب کابل آلومینیومی، مقاومت الکتریکی آن است که روی سایر ویژگی‌های این نوع‌هادی‌ها اثر می‌گذارد. سیم کشی آلومینیومی ‌با مقاومت الکتریکی خاص مشخص می‌شود. این مقاومت در طول یک متر از کابل آلومینیومی ‌برابر با 0,0271 اهم در میلی‌متر مربع است. بنابراین با توجه به آخرین استاندارد‌های سیم کشی تأسیسات مسکونی، تجاری و زیرساختی (خطوط توزیع و انتقال برق) حداقل سطح مقطع کابل آلومینیومی‌ می‌بایست معادل 16میلی‌متر مربع باشد تا بتواند جریان الکتریکی را به سهولت انتقال دهد.

این در حالی است که مقاومت الکتریکی خاص در طول یک متر از کابل مسی معادل 0.0175 اهم در میلی‌متر مربع است. بر این اساس یکی دیگر از معایب کابل آلومینیومی ‌خود را نشان می‌دهد. زیرا برای اینکه بتوانیم یک جریان الکتریکی با ولتاژ مشابه را در کابل مسی و آلومینیومی‌ انتقال دهیم، کابل آلومینیومی می‌بایست ‌ضخامت بیشتری (سطح مقطع بزرگتر و نمره سیم بیشتر) نسبت به کابل مسی داشته باشد.

همین مسئله سبب می‌شود فعالیت‌های مربوط به نصب و راه اندازی شبکه‌های آلومینیومی ‌دشوارتر باشد زیرا حجم‌ هادی مصرفی برای سیم کشی پروژه‌های کوچک‌تر مانند خانه‌ها به طور قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند و این با اصول معماری خانه‌های نوین و آپارتمان‌ها (استفاده بهینه از فضا) در تناقض است.

ب. کاهش سطح مقطع مؤثر کابل آلومینیومی‌ در نتیجه اکسیداسیون

همانطور که در بالاتر گفته شد سطح آلومینیوم به سرعت دچار اکسایش می‌شود و لایه اکسید شده توانایی پایینی برای هدایت جریان خواهد داشت. همین مسئله باعث می‌شود تا سطح مقطع مؤثر کابل آلومینیومی ‌کاهش یابد. تفاوت معنادار بین سطح مقطع اسمی ‌و سطح مقطع مؤثر یکی دیگر از معایب کابل آلومینیومی ‌است. در نتیجه برای جبران لایه اکسید شده به کابلی ‌با ضخامت بیشتری نیاز داریم تا بتوانیم جریان را به سهولت انتقال دهیم.

ج. افزایش خطر آتش سوزی در سیم کشی‌های خانگی، تجاری و تابلو‌های برق

بدون شک یکی از بزرگترین معایب کابل آلومینیومی‌که سبب تجدید نظر در استفاده از آن برای کاربردهای مسکونی و تجاری شد، احتمال افزایش ریسک آتش سوزی است. لایه اکسید شده سطح کابل آلومینیومی ‌مقاومت بسیار بالایی دارد در نتیجه در مناطقی که دو یا چند کابل به یکدیگر متصل می‌شوند، مقاومت انتقال در نقاط اتصال به شکل قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند. این افزایش مقاومت جریان باعث گرم شدن نقاط اتصال کابل‌ها یا ترمینال‌های سیم کشی می‌شود و به دلیل ضریب هدایت حرارتی پایین‌تر آلومینیوم نسبت به مس، گرمای ایجاد شده در طول کابل منتقل نشده و در همان نقطه متمرکز می‌گردد.

در شبکه‌های توزیع و انتقال هوایی و زمینی نمی‌توان این عامل را به عنوان یکی از معایب کابل آلومینیومی ‌در نظر گرفت زیرا در این شبکه‌ها نقاط اتصال کابل‌ها به نسبت سیم کشی‌های خانگی بسیار کمتر است و همچنین از کابل‌هایی با سطح مقطع بزرگتر که برای چنین باری طراحی شده‌اند استفاده می‌شود. اما در سیم کشی‌های خانگی، تجاری و به خصوص تابلوهای برق، تعدد نقاط اتصال کابل‌ها سبب تولید حرارت زیاد، تمرکز حرارت در محل اتصال کابل‌های آلومینیومی ‌و در نتیجه افزایش ریسک آتش سوزی می‌شود.

د. کاهش عمر سیم کشی با کابل آلومینیومی ‌به دلیل داغ شدن نقاط اتصال

تأثیر منفی حرارت روی آلومینیوم یکی دیگر از معایب کابل آلومینیومی‌است. واقعیت این است که وقتی آلومینیوم گرم می‌شود، شکل و انعطاف پذیری آن تغییر می‌کند، اما پس از حذف شدن بار اضافی و سرد شدن، مجدداً به حالت سخت اولیه باز می‌گردد.

رخ دادن این اتفاق به صورت مکرر دو تأثیر قابل توجه به جای می‌گذارد. نخست این که نقاط اتصال کابل‌های آلومینیومی ‌به مرور ضعیف‌تر از قبل می‌شوند، در نتیجه هدایت جریان کاهش پیدا کرده و هم زمان مقاومت جریان و حرارت ناشی از اضافه بار در آن‌ها افزایش می‌یابد. به همین دلیل خطر آتش سوزی در سیم کشی‌های آلومینیومی‌ قدیمی‌تر به طرز چشمگیری افزایش پیدا می‌کند.

خطر آتش سوزی در سیم کشی‌های آلومینیومی ‌قدیمی

علاوه بر این موضوع، کابل آلومینیومی‌ حتی با‌هادی‌های آنیل شده (نرم شده) بسیار سخت‌تر و شکننده تر از فلز مس هستند. این سختی و شکنندگی بنا به دلایل ذکر شده به مرور افزایش می‌یابد، به همین دلیل نمی‌توان از سیم کشی‌های آلومینیومی ‌برای مدت بیشتر از 20 سال استفاده نمود. پس از آن هم هدایت جریان الکتریکی (ولتاژ) به شدت افت می‌کند و هم این که خطر آتش سوزی افزایش می‌یابد.

کلام آخر؛ قوانین استفاده از سیم کشی آلومینیومی

همان گونه که در بالا ذکر شد، معایب کابل آلومینیومی ‌سبب اعمال محدودیت‌هایی در کاربرد‌های آن‌ها می‌شود. در نتیجه سازمان‌های ناظر برای کاهش خطرات و رعایت استاندارد‌های رایج قوانینی را وضع کرده‌اند تا از هدر رفت انرژی برق و همچنین بروز حوادث جلوگیری شود. مشخص‌ترین نتیجه‌ای که از این استاندارد‌ها می‌توان گرفت این است که سیم کشی آلومینیومی ‌به سبب معایب متعدد به هیچ عنوان گزینه مناسبی برای هدایت جریان در ساختمان‌های مسکونی و تجاری و همچنین تابلو‌های برق نیست.

در واقع معایب کابل آلومینیومی ‌سبب می‌شود کاربرد‌های آن‌ها به خطوط توزیع و انتقال زمینی و هوایی و همچنین تأسیساتی که نقاط اتصال در آن‌ها کم است یا امکان افزایش سطح مقطع کابل وجود دارد، محدود شود. با این حال در این موارد نیز می‌بایست حداقل استاندارد‌های زیر رعایت شود.

  • حداقل سطح مقطع استاندارد برای کابل آلومینیومی ‌می‌بایست معادل 16 میلیمتر مربع باشد.
  • برای اتصال کابل‌های مجزا به یکدیگر، استفاده از کنتاکت‌های گیره‌ای و یا ترمینال‌ها ضروری است. هرگز نباید دو یا چند قطعه کابل آلومینیومی‌ را به صورت مستقیم به یکدیگر پیچاند و متصل کرد.
  • استفاده از روان کننده‌ها و روغن‌های عایق برای نقاط اتصال ضروری است. این مواد مانع افزایش اکسیداسیون در نقاط اتصال می‌شوند.
  • برای کابل‌های آلومینیومی ‌با سطح مقطع بزرگ استفاده از جوش سیم‌های الکتریکی آلومینیومی ‌در جعبه‌های اتصال به جای کنتاکت توصیه می‌شود. (همین عامل یکی از معایب کابل آلومینیومی ‌درنظر گرفته می‌شود زیرا دردسر‌های نصب را افزایش می‌دهد و بسیاری از برقکاران سعی می‌کنند از آن اجتناب کنند.)
662 بازدید
نویسنده این مقاله
الهه زینالی
اشتراک گذاری

مطالب مرتبط