به نظر شما آیا مشخصات فنی کابل میتواند نقشی در مقدار مصرف انرژی الکتریسیته داشته باشد؟ در این مقاله پیرامون تأثیر کابل بر مصرف برق خواهیم گفت.
مگر کابل هم انرژی برق را مصرف میکند؟
انتظار ما از سیم و کابلهای برق این است که حامل جریان الکتریسیته باشند، نه مصرف کننده آنها. اما در عمل چیزی رخ میدهد که مطلوب ما نیست.
همان طور که میدانید، همه فلزاتی که به عنوان هادی یا رسانای برق به کار گرفته میشوند، در دمای معمولی مقداری مقاومت الکتریکی از خود نشان میدهند. با توجه به جنس فلز، این مقاومت متفاوت خواهد بود. مثلاً، مقاومت الکتریکی نقره کمتر از دیگر فلزات است. هدایت الکتریکی مس کمتر از نقره و بیشتر از آلومینیوم است. مقاومت الکتریکی برنج، آهن و فولاد نیز بسیار بیشتر از مس و آلومینیوم میباشد.
بنابراین، حتی مقاومت نقره هم در برابر عبور جریان برق صفر نیست. همین مقدار اندک مقاومت در رساناهایی مانند مس و آلومینیوم، سبب میگردد که بخشی از انرژی الکتریسیته در سیم و کابلها مصرف شود. مصرف برق در سیم و کابلها به این شکل است که مقاومت الکتریکی آنها موجب ایستادگی در برابر عبور آمپر میگردد و نتیجه آن تبدیل انرژی الکتریسیته به گرماست.
چون هدف این است که کابل برق تمام انرژی الکتریکی تحویل شده به آن را در مقصد به مصرف کننده تحویل دهد، آن مقداری را که در مسیر به انرژی گرمایی تبدیل میشود، تلفات مینامیم.
پس کابل برق با توجه به جریان عبوری از آن و مقدار مقاومتی که در برابر عبور این جریان نشان میدهد، بخشی از انرژی برق را مصرف میکند. هزینه این انرژی تلف شده با توجه به این که کابل در کدام بخش شبکه قرار گرفته، یا توسط بهره برداران خطوط توزیع برق پرداخت خواهد شد و یا بر دوش مشترکان و مصرف کنندگان برق خواهد افتاد.
حال که متوجه تأثیر کابل بر مصرف برق شدیم، بهتر است ببینیم که این مصرف یا به عبارت بهتر، تلفات توان و تلفات انرژی الکتریکی چگونه محاسبه میشود و چه طور میتوان آن را کاهش داد.
فرمول محاسبه تلفات انرژی در کابل برق
در دو رابطه بالا، حروف بیان شده معرف مفاهیم زیر هستند:
- P : توان الکتریکی تلف شده به صورت گرما در یک هادی از کابل برق با واحد وات یا کیلو وات
- R : مقاومت الکتریکی هادی کابل با یکای اُهم در واحد طول
- I : جریان برق عبوری از هادی کابل با واحد آمپر
- E : انرژی الکتریکی مصرف شده که در اینجا مقصود انرژی تلف شده است؛ با یکای وات.ساعت یا کیلووات.ساعت
- t : زمان با واحد ساعت
همان طور که در بند قبلی بیان شد و در فرمول ملاحظه میفرمایید، توان تلف شده در رسانای برق با مقاومت الکتریکی آن و مربع جریان عبوری رابطه مستقیم دارد.
مقایسه مصرف برق میان دو کابل با سایز مشابه و کیفیت ساخت متفاوت
کابل 6×2 مسی مفتولی یکی از سایزهای پر کاربرد در برق رسانی به مصرف کنندگان برق تکفاز است. همین کابل را از دیدگاه تلفات توان و انرژی تحلیل خواهیم نمود.
حداکثر مقاومت الکتریکی قابل قبول در استاندارد IEC 60228 و INSO 3084 برای هادی مسی مفتولی سایز 6 میلیمتر مربع در دمای 20 سانتیگراد برابر با 3.08 اُهم بر کیلومتر است. یعنی یک متر این رسانا مقاومتش 0.00308 اُهم خواهد بود. یکی از شاخصه های کابل برق استاندارد این است که مقاومت الکتریکی هادی آن از عدد بیان شده در جداول استاندارد بیشتر نباشد.
فرض میکنیم که یک کابل 2 در 6 استاندارد، همین مقاومت جدول را در دمای 20 سانتیگراد از خود نشان میدهد. طول کابل را هم 20 متر در نظر میگیریم. مقاومت دو رشته این کابل که شامل فاز و نول هستند، در دمای 20 سلسیوس برابر خواهد بود با 0.1232 اُهم. اگر جریانی به مقدار 20 آمپر از این کابل عبور کند، توان تلف شده در آن مساوی 49.28 وات میشود.
سپس به سراغ یک کابل غیر استاندارد میرویم. این کابلها به دلایلی مانند کمتر بودن سایز واقعی یا ساخته شدن با مفتول غیر استاندارد و یا آلیاژهای غیر مجاز، مقاومت الکتریکی بیشتری دارند. فرض میکنیم یک کابل دو در شش مفتولی مسی غیر استاندارد دارای مقاومت الکتریکی 3.68 Ω/Km است (چه این که در عمل متأسفانه بیش از این مقدار هم دیده شده است). همین کابل در شرایط مشابه کابل قبلی، 58.88 وات تلفات توان خواهد داشت.
چگونه تلفات توان و انرژی را در کابل برق کاهش دهیم؟
در مثال بیان شده مشاهده نمودید که افزایش مقاومت هر هادی کابل به مقدار 0.6 اُهم/کیلومتر باعث افزایش تلفات توانی برابر با 9.6 وات گردید. این تلفات توان را اگر در زمان ضرب کنیم، به تلفات انرژی الکتریکی میرسیم.
حال تصور بفرمایید که در یک شهر یا روستا و یا در خطوط توزیع برق یک کشور، تعداد قابل توجهی از این کابلهای غیر استاندارد و نامرغوب به کار گرفته شوند. مطمئناً در آن صورت با اعداد قابل توجهی از اسراف برق و تلفات انرژی الکتریسیته رو به رو خواهیم بود که هزینه ها و خسارات آن به اقتصاد جامعه تحمیل میگردد.
برای کاهش تلفات انرژی در کابلهای برق، توجه به دو نکته زیر بسیار تأثیرگذار خواهد بود:
- انتخاب درست نوع و سایز کابل با توجه به محل نصب، مقدار توان مصرفی و مسافت (طول کابل)
- استفاده از کابلهای استاندارد و مرغوب
حاصل این دو شاخصه، کابلهایی خواهند بود که متناسب با نوع کاربری انتخاب شده اند و کم بودن مقاومت الکتریکی آنها موجب کاهش تلفات و افزایش طول عمر کابلها خواهد شد. به بیان دیگر، تأثیر کابل بر مصرف برق بسیار کمرنگ شده و نقش اصلی آن در انتقال و توزیع کم تلفات و پایدار انرژی الکتریسیته بیشتر نمایان میگردد.
روش دیگر، استفاده از کابلهای ابر رساناست. این کابلها با ساختاری که دارند (مثلاً استفاده از نیتروژن مایع)، دمای اطراف هادی را بسیار پایین نگاه میدارند. در دماهایی مثل 200- سانتیگراد، عملاً مقاومت الکتریکی رسانای کابل صفر یا بسیار نزدیک به صفر خواهد بود. این یعنی تلفات توان و انرژی و افت ولتاژ در این کابلها وجود ندارد. کابلهای ابر رسانا هنوز در بخش کوچکی از خطوط انتقال برق برخی از کشورها به کار گرفته شده اند. در نتیجه نمیتوان اثر آنها را در این مورد چندان قابل توجه دانست.