تفاوت کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط

در پروژه‌های برق‌کشی بسیار بزرگ، پیمانکاران و صنعت‌گران دیگر سوال نمی‌کنند که “چه کابلی در انبار داریم؟” بلکه می‌پرسند “چه سطح ولتاژ و چه نوع کابلی می‌تواند برای چندین سال، سیستمی ایمن و کارآمد در اختیار ما قرار دهد؟”. کابل ولتاژ پایین (Low Voltage) و کابل ولتاژ متوسط (Medium Voltage) دو نوع کابلی که حتی در پروژه‌های کوچک هم کاربرد دارد. تفاوت این دو کابل می‌تواند تعیین‌کننده عمر سیستم برق‌کشی یک ساختمان باشد. به طوری که یک شبکه تا 30 سال بدون مشکل کار کند. در ادامه، تفاوت‌های کاربردی کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط را بررسی می‌کنیم

طبقه‌بندی ولتاژ و محدوده کاربرد

اولین گام برای تشخیص تفاوت کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط، شناخت محدوده‌هایی است که صنعت برای سطوح مختلف ولتاژ تعیین کرده است. اگرچه این تعاریف ممکن است براساس استاندارد مورد استفاده، مانند IEC یا NEC، کمی متفاوت باشند، اما از نظر عملکرد و کاربرد، میان آن‌ها تفاوت‌های کاملا مشخصی وجود دارد.

اجازه دهید ابتدا تعریف مختصری از هر دو کابل برق ارائه دهیم:

• ولتاژ پایین (LV): ولتاژ پایین به سیستم‌هایی با ولتاژ حداکثر ۱۰۰۰ ولت گفته می‌شود که در بیشتر کاربردهای تجاری و صنعتی، کابل‌های ولتاژ پایین برای توزیع ثانویه برق، سیستم‌های روشنایی و موتورهای کوچک کاربرد دارند.
• ولتاژ متوسط (MV): ولتاژ متوسط به طور کلی محدوده ۱۰۰۰ تا ۳۵۰۰۰ ولت را دربرمی‌گیرد. در این محدوده، کابل‌ها در فیدرهای بین پست‌های برق، موتورهای بزرگ، اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه، مسیرهای طولانی در تأسیسات صنعتی و مدارهای توزیع برق شهری و صنعتی استفاده می‌شوند. برای مثال، تأسیسات صنعتی سنگین و فیدرهای شرکت‌های برق برای حلقه‌های توزیع اولیه اغلب از کابل 5kV برای موتورهای بزرگ و کابل 15kV استفاده می‌کنند.

با توجه به تعاریفی که برای هر دو کابل ارائه کردیم، شناخت این محدوده‌های ولتاژی، پیش‌نیاز بررسی ساختار کابل‌های ولتاژ متوسط است، زیرا سطح ولتاژ، پیچیدگی ساختار داخلی کابل را تعیین می‌کند.

کابل زره دار چیست؟ چه تفاوتی با کابل معمولی دارد؟

نقش “شیلد” یا لایه حفاظتی

مهم‌ترین تفاوت کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط فقط به اندازه هادی مسی مربوط نمی‌شود، بلکه به وجود و عملکرد شیلد یا لایه حفاظتی بستگی دارد.

در کابل‌های ولتاژ پایین، لایه عایق که معمولاً از PVC یا XLPE ساخته می‌شود، به عنوان یک سد دی‌الکتریک ساده میان هادی و زمین عمل می‌کند. از آنجا که پتانسیل ولتاژ پایین است، میدان الکتریکی به اندازه‌ای شدید نیست که باعث یونیزه شدن هوا یا ایجاد مسیر رسانا روی سطح عایق شود. به همین دلیل، کابل‌های ولتاژ پایین به شیلد فلزی یا لایه‌های نیمه‌رسانا نیاز ندارند.

اما داستان در کابل‌های ولتاژ بالا فرق می‌کند. در این کابل‌ها وقتی ولتاژ از حدود ۲ کیلوولت بیشتر می‌شود، میدان الکتریکی شدت قابل‌توجهی پیدا می‌کند. بدون استفاده از شیلد، فضاهای هوایی میان عایق و زمین یا میان فازها می‌توانند یونیزه شوند. این فرایند باعث ایجاد ازن می‌شود که به صورت شیمیایی به عایق کابل آسیب می‌زند. به همین دلیل در کابل‌های MV از ساختار چندلایه و شیلدشده استفاده می‌کنند که عبارتند از:

• شیلد هادی: این لایه ناهمواری‌های سطح هادی را یکنواخت می‌کند تا از ایجاد تمرکز تنش الکتریکی جلوگیری شود.
• شیلد عایق: این لایه کمک می‌کند میدان الکتریکی درون عایق به صورت یکنواخت باقی بماند.
• شیلد فلزی: این لایه که معمولاً از نوار یا سیم مسی تشکیل شده است، میدان الکتریکی را در داخل کابل محصور می‌کند و همچنین مسیری برای عبور جریان خطا فراهم می‌سازد.

یک نکته خیلی مهم وجود دارد، اتصال نادرست یا پایان‌دهی نامناسب لایه‌های شیلد، یکی از مهم‌ترین عوامل خرابی کابل‌های MV است. برخلاف کابل‌های LV که معمولاً فقط روکش آن‌ها جدا و سپس به مدار متصل می‌شود، در کابل‌های MV باید شیلد به صورت اصولی عقب برده و تنش الکتریکی در محل برش کنترل شود تا از ایجاد تمرکز شار یا میدان الکتریکی (Flux Crowding) در محل پایان عایق جلوگیری کند.

تفاوت مواد عایق و رده‌بندی حرارتی دو کابل

در بیشتر کاربردهای ولتاژ پایین، پلی‌وینیل کلراید (PVC) به دلیل قیمت مناسب، دوام بالا و عملکرد مطلوب در سیستم‌های تا حدود ۶۰۰ ولت، ماده‌ای رایج برای عایق‌کاری است. با این حال، PVC به دلیل تلفات دی‌الکتریک بیشتر، برای کاربردهای ولتاژ متوسط گزینه مناسبی نیست.

کابل‌های MV تقریباً به طور انحصاری از دو نوع عایق اصلی استفاده می‌کنند:

• پلی‌اتیلن کراس‌لینک‌شده (XLPE): این ماده استحکام دی‌الکتریک بالایی دارد و نفوذپذیری آن در برابر رطوبت پایین است. XLPE یکی از استانداردهای اصلی در شبکه‌های توزیع برق محسوب می‌شود.
• لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR): این ماده انعطاف‌پذیری و پایداری حرارتی مناسبی دارد و در بسیاری از تأسیسات صنعتی ترجیح داده می‌شود.

یکی دیگر از موارد مهم در انتخاب کابل ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین، رده‌بندی دمایی آن است. در مدارهای LV معمولاً طراحی سیستم براساس دمای ترمینال ۷۵ یا ۹۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود. اما در دنیای کابل‌های ولتاژ متوسط، رده حرارتی عایق بر روی ظرفیت عبور جریان (Ampacity) مدار تاثیر مستقیم دارد. بنابراین مهندسان در بسیاری از پروژه‌ها باید میان رده‌های استاندارد MV-90 و MV-105 انتخاب کنند.

سربندی و نصب کابل

نحوه جابه جایی و نصب فیزیکی کابل‌های ولتاژ پایین و متوسط هم با همدیگر فرق می‌کند و تیم‌های نصب باید در نصب کابل MV رویکرد کاملاً متفاوتی نسبت به کابل‌های LV داشته باشند.

در کابل ولتاژ پایین فقط ایجاد یک خراش روی عایق یک سیم THHN معمولاً آسیب جبران‌ناپذیری محسوب نمی‌شود. به طوری که تکنیسین می‌تواند محل آسیب را با نوار عایق بپوشاند و کابل همچنان عملکرد مناسبی داشته باشد.

اما حکایت کابل MV کاملا فرق می‌کند. برای مثال یک خراش روی عایق XLPE یک کابل 15kV می‌تواند مانند یک نقطه تمرکز تنش  عمل کند. میدان الکتریکی در انتهای این خراش متمرکز می‌شود و فرایندی به نام درختی‌شدن الکتریکی  آغاز می‌شود که در نهایت می‌تواند از میان عایق عبور کرده و باعث خرابی آن شود. به همین دلیل تمیزی و دقت در نصب کابل MV کاملاً ضروری است و نصاب باید از حلال‌های مخصوص و دستمال‌های بدون پرز استفاده کند تا از ایجاد مسیرهای ناخواسته جریان روی سطح عایق جلوگیری شود.

کابل شیلددار چیست؟ بررسی کامل و انواع آن

تفاوت در شعاع خم و کشش هنگام کابل‌کشی

یکی دیگر از تفاوت‌های بین کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط به دلیل انعطاف‌پذیری آنهاست. کابل‌های ولتاژ متوسط به دلیل داشتن شیلد و عایق ضخیم‌تر، سخت‌تر و سنگین‌تر هستند. همچنین محدودیت‌های بسیار سخت‌گیرانه‌تری برای فشار جانبی دیواره دارند.

اگر کابل MV را با همان نیرویی که برای یک فیدر LV استفاده می‌شود، از یک خم تند عبور دهید، عایق بین شیلد و سایر اجزای کابل تحت فشار قرار گرفته و آسیب می‌بیند که حتی ممکن است از دید شما پنهان بماند و چند ماه بعد خود را به شکل خرابی شبکه نشان دهد.

نحوه تست، نگهداری و طول عمر

بررسی سلامت کابل‌های LV و MV به روش‌های متفاوتی انجام می‌شود که برای درک تفاوت کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط برای تست، نگهداری و طول عمر به شکل جداگانه به هر یک از این موارد پرداخته‌ایم.

تفاوت کابل شیلددار و کابل بدون شیلد

نحوه تست کابل دو کابل

تست کابل‌های ولتاژ پایین معمولاً به آزمایش مقاومت عایقی با مگااهم‌متر (Megger) و ولتاژ حدود ۱ کیلوولت محدود می‌شود. اگر مقدار مقاومت عایقی بالا باشد، معمولاً کابل سالم در نظر گرفته می‌شود. اما در کابل‌های ولتاژ متوسط انجام یک تست ساده مگااهم‌متر کافی نیست، زیرا این روش نمی‌تواند برخی عیوبی را که فقط تحت تنش الکتریکی AC بالا ظاهر می‌شوند، شناسایی کند.

به همین دلیل برای ارزیابی وضعیت عایق کابل‌های MV از روش‌هایی مانند تست فرکانس بسیار پایین (VLF) و تشخیص تان‌دلتا (Tan Delta) استفاده می‌شود. این آزمایش‌ها به ارزیابی میزان فرسودگی عایق و شناسایی تخلیه جزئی کمک می‌کنند.

تفاوت در پیش‌بینی خرابی

از آنجا که کابل‌های MV به طور مداوم تحت تنش الکتریکی قرار دارند، در معرض فرایندهای فرسایشی مانند درختی‌شدن ناشی از آب قرار می‌گیرند، اما این مشکل در کابل‌های LV دیده نمی‌شود. به همین دلیل پیش‌بینی طول عمر کابل ولتاژ متوسط شامل بررسی و تحلیل روند داده‌های حاصل از آزمایش‌های تشخیصی در طول زمان است تا کاهش کیفیت عایق پیش از تبدیل شدن به یک خطای جدی و مخرب شناسایی شود.

تفاوت در نحوه تولید و تأمین کابل LV و MV

در بازار کابل‌های LV، محصول اغلب به عنوان یک کالای استاندارد و قابل جایگزینی در نظر گرفته می‌شود. برای مثال، یک کابل THHN با سایز 500 MCM از برند A ممکن است از نظر عملکرد عمومی تفاوت چشمگیری با محصول مشابه برند B نداشته باشد.

اما در کابل‌های MV، فرایند تولید حساسیت بسیار بیشتری دارد. وجود حتی یک حفره میکروسکوپی که در هنگام اکستروژن عایق XLPE ایجاد شده باشد، می‌تواند سال‌ها بعد به نقطه آغاز خرابی تبدیل شود. یکنواختی در تولید و اکستروژن لایه‌های نیمه‌رسانا IL اهمیت بسیار زیادی دارد. این لایه‌ها باید به اندازه کافی محکم به عایق متصل باشند تا از ایجاد حفره‌های هوا جلوگیری شود، البته باید امکان جدا کردن آن‌ها در زمان پایان‌دهی کابل وجود داشته باشد.

دقت داشته باشید که در پروژه‌های زیرساختی و حیاتی، استفاده از کابل‌های «عمومی» و بدون سابقه تولید معتبر ریسک بالایی دارد. بهتر است کابل را از تولیدکنندگان معتبر و کابل‌های ولتاژ متوسط تأمین کنید. تولیدکنندگانی که استانداردهای سخت‌گیرانه اتاق تمیز را رعایت می‌کنند و گواهی‌های جامع آزمون نوع یا Type Test ارائه می‌دهند، قابل اعتماد هستند.

مقایسه کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط

مقایسه دقیق بین LV و MV کمک می‌کند به طور واضح‌تری تشخیص دهید کدام یک از این دو کابل با نیازهای پروژه شما مطابقت دارد. در پروژه‌های روزمره، ممکن است به سراغ کابلی بروید که در بیشتر پروژه‌ها از آن استفاده می‌کنند. اما زمانی که وارد حوزه ولتاژ متوسط می‌شوید، دیگر نمی‌توانید تنها روی تجربه یا عادت تکیه کنید و باید دانش تخصصی خود را به کار ببرید.

شیلدینگ، کنترل تنش، کلاس عایقی، سربندی و تست کابل همگی به بخش‌های ضروری طراحی، نصب و نگهداری تبدیل می‌شوند. برای بررسی کامل تفاوت کابل ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین در جدول زیر ضمن بررسی ویژگی‌ها، تفاوت‌های آن‌ها را به شکل خلاصه ارائه کرده‌ایم.

ویژگی	کابل ولتاژ پایین (LV)	کابل ولتاژ متوسط (MV)
ولتاژ معمول	۶۰۰ ولت تا ۱ کیلوولت	۵ تا ۳۵ کیلوولت
تنش اصلی	حرارتی و گرمای ناشی از عبور جریان	دی‌الکتریک و ناشی از میدان الکتریکی
شیلد	به‌ندرت استفاده می‌شود	الزامی، نوار، سیم یا بافت فلزی
جنس عایق	PVC، THHN، XHHW	XLPE، EPR (MV-90 / MV-105)
مهارت موردنیاز برای سربندی	متوسط، پرس یا پیچ	بالا، کنترل تنش و رعایت تمیزی
حالت خرابی	داغ شدن بیش از حد و اتصال کوتاه	تخلیه جزئی و ایجاد مسیر رسانا روی عایق
روش تست	تست مقاومت عایقی با جریان  DC	VLF، تان‌دلتا و تخلیه جزئی

کابل زوج تابیده چیست؟ چه کاربردی دارد؟

جمع‌بندی

تفاوت کابل ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط تنها به میزان ولتاژ قابل تحمل آن‌ها محدود نمی‌شود، بلکه ساختار، نوع عایق، شیلدینگ، روش نصب، سربندی، تست و نگهداری این دو کابل نیز تفاوت‌های اساسی دارد. کابل‌های LV بیشتر برای توزیع برق و مدارهای عمومی استفاده می‌شوند، در حالی که کابل‌های MV برای شبکه‌های توزیع، تأسیسات صنعتی و پروژه‌هایی با نیاز به انتقال انرژی در ولتاژ بالاتر طراحی شده‌اند.

در انتخاب کابل ولتاژ متوسط، عواملی مانند کیفیت عایق XLPE یا EPR، وجود لایه‌های نیمه‌رسانا و شیلد فلزی، رعایت شعاع خم، اجرای صحیح سربندی و انجام تست‌های تخصصی اهمیت ویژه‌ای دارند. بنابراین در پروژه‌های حساس و زیرساختی، انتخاب کابل از تولیدکننده معتبر و استفاده از تجهیزات و نیروی متخصص برای نصب و آزمایش، نقش مهمی در افزایش ایمنی، کاهش احتمال خرابی و دستیابی به طول عمر بالای شبکه برق دارد.