کابل آلومینیومی چیست؟ – نحوه تولید + راهنمای خرید + قیمت

۱.۱. تعریف کابل آلومینیومی و اهمیت آن در زیرساخت‌های قدرت

کابل آلومینیومی، همان‌طور که از نامش پیداست، نوعی کابل الکتریکی است که در آن از آلومینیوم (Al) به‌عنوان ماده اصلی هادی برای انتقال جریان الکتریسیته استفاده می‌شود. ساختار عمومی هر کابل شامل سه بخش اصلی است: هسته رسانا یا هادی (که در این نوع کابل از جنس آلومینیوم نقره‌ای رنگ است)، پوششی از جنس عایق الکتریکی (مانند PVC یا XLPE) و یک روکش یا غلاف بیرونی که حفاظت فیزیکی را تأمین می‌کند. آلومینیوم پس از فلزات گران‌قیمتی چون طلا، نقره و مس، قدرت رسانایی مناسبی دارد و همین ویژگی، به همراه خواص فیزیکی و اقتصادی منحصربه‌فرد، جایگاه آن را در سیستم‌های انتقال و توزیع برق تثبیت کرده است.   

اهمیت کابل‌های آلومینیومی در زیرساخت‌های قدرت مدرن، یک انتخاب صرفاً اقتصادی نیست، بلکه یک تصمیم مهندسی استراتژیک محسوب می‌شود. این کابل‌ها در طول تاریخ به‌عنوان رقیب سرسخت کابل مسی شناخته شده‌اند. اولین استفاده از کابل‌های آلومینیومی به اواخر قرن نوزدهم در ایالات متحده بازمی‌گردد. به‌عنوان مثال تاریخی، در سال ۱۸۸۰ در شیکاگو، پس از مشاهده خوردگی سریع سیم‌های مسی در فضای باز به دلیل دود لوکوموتیو، مدیر راه‌آهن تصمیم گرفت تا مسافت کوتاهی از سیم مسی را با کابل آلومینیومی جایگزین کند. این تجربه نشان داد که اکسید آلومینیوم تشکیل شده روی سطح کابل‌های آلومینیومی، نقش یک عایق عالی را ایفا کرده و از کابل در برابر اثرات خارجی محافظت می‌کند. این مقاومت طبیعی در برابر خوردگی، یکی از دلایل اصلی افزایش توجه به این هادی‌ها در پروژه‌های بزرگ مقیاس است.   

۱.۲. مقایسه فنی و اقتصادی: نبرد آلومینیوم در برابر مس

انتخاب بین کابل آلومینیومی و مسی همواره یک دوراهی مهم مهندسی بوده است. در حالی که کابل‌های مسی در بسیاری از شرایط به‌عنوان گزینه برتر شناخته می‌شوند، وزن و قیمت بالای مس، استفاده از کابل‌های آلومینیومی را در بسیاری از کاربردها به یک انتخاب اقتصادی‌تر و عملیاتی‌تر تبدیل کرده است. تحلیل مزایا و معایب آلومینیوم برای تصمیم‌گیری آگاهانه ضروری است.   

۱.۲.۱. مزایای استراتژیک آلومینیوم

• سبکی وزن و نصب آسان: آلومینیوم فلزی سبک است. وزن آلومینیوم تقریباً ۳۰ درصد کمتر از مس با سطح مقطع مشابه است. این سبکی، آلومینیوم را به گزینه‌ای ایده‌آل برای خطوط هوایی با ولتاژ بالا در مسافت‌های طولانی تبدیل می‌کند، زیرا باعث کاهش نیاز به دکل‌های سنگین‌تر و ساده‌تر شدن شرایط حمل و نقل و نصب می‌شود.   
• مقرون به صرفه بودن (اقتصادی): آلومینیوم نسبت به مس، به میزان قابل‌توجهی ارزان‌تر است. این مزیت اقتصادی، کابل‌های آلومینیومی را به گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه برای پروژه‌های برقی در مقیاس بزرگ که طول کابل‌کشی در آن‌ها زیاد است، تبدیل می‌کند.   
• مقاومت شیمیایی و خوردگی: آلومینیوم مقاومت مناسبی در برابر خوردگی دارد. هنگام تماس آلومینیوم با هوا، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم روی سطح آن تشکیل می‌شود. این لایه برخلاف خوردگی در مس، خاصیت محافظتی دارد و از آسیب‌های بیشتر جلوگیری کرده و عمر مفید کابل را در محیط‌های خاص افزایش می‌دهد.   

۱.۲.۲. چالش‌های ذاتی و معایب فنی آلومینیوم

ضعف‌های فنی آلومینیوم اغلب نیازمند جبران مهندسی در طراحی سیستم است. این چالش‌ها عمدتاً از پایین‌تر بودن رسانایی الکتریکی و خواص مکانیکی آن ناشی می‌شوند.

• رسانایی کمتر و نیاز به مقطع بزرگ‌تر: رسانایی الکتریکی آلومینیوم تقریباً ۶۱ درصد کمتر از مس است. به دلیل مقاومت الکتریکی بالاتر آلومینیوم، برای دستیابی به جریان مجاز (آمپاسیتی) مشابه یک کابل مسی، به کابل آلومینیومی با سطح مقطع بزرگ‌تری نیاز است. این افزایش در سطح مقطع، یک تصمیم مهندسی حیاتی برای اطمینان از عملکرد مناسب سیستم است.   
• مقاومت بالاتر و افت ولتاژ: مقاومت اهمی سیم آلومینیومی حدود ۱.۶۴ برابر کابل مسی مشابه است. این مقاومت بالاتر مستقیماً به افت ولتاژ بیشتری در طول مسیر تبدیل می‌شود. بنابراین، در مسیرهای طولانی، افت ولتاژ به یک مسئله کلیدی تبدیل می‌شود و مهندسان باید برای جلوگیری از تلفات انرژی و گرم شدن بیش از حد کابل، حتماً از کابل‌هایی با سطح مقطع بزرگ‌تر استفاده کنند.   
• پدیده خزش (Cold Flow) و انبساط حرارتی: آلومینیوم در دمای بالا منبسط و در دمای پایین منقبض می‌شود. این تغییرات ابعادی، به خصوص در نقاط اتصال، می‌تواند مشکل‌ساز باشد. علاوه بر این، آلومینیوم مستعد پدیده خزش (تغییر شکل پلاستیک تحت فشار مکانیکی ثابت) است. خزش باعث شل شدن تدریجی اتصالات در ترمینال‌ها می‌شود، مقاومت الکتریکی را در آن نقطه افزایش می‌دهد و خطر گرم شدن بیش از حد و آتش‌سوزی را، به‌ویژه در محیط‌های حساس مانند سیم‌کشی داخلی ساختمان‌ها، بالا می‌برد. برای کاهش این ریسک‌ها، نصب باید با استفاده از کابلشوهای تخصصی و مناسب انجام شود.   

جدول ۱: مقایسه پارامترهای فنی کلیدی: آلومینیوم در برابر مس

تحلیل فوق نشان می‌دهد که مزیت اقتصادی و سبکی آلومینیوم تنها زمانی حفظ می‌شود که افزایش سطح مقطع (ناشی از رسانایی پایین‌تر) در محاسبات مهندسی در نظر گرفته شود. این افزایش مقطع در کابل‌های آلومینیومی (مثلاً برای مقاطع بزرگتر از ۹۵ میلی‌متر مربع) باعث افزایش حجم و کاهش انعطاف‌پذیری می‌شود، که این مسئله خود چالش‌های لجستیکی و نصب را، به ویژه در فضاهای محدود (مانند تابلوهای برق)، افزایش می‌دهد. بنابراین، تصمیم برای استفاده از آلومینیوم یک تحلیل چندمتغیره مهندسی است که فراتر از یک مقایسه ساده قیمت به ازای هر کیلوگرم فلز است.   

گونه‌شناسی کابل‌های آلومینیومی: از هادی لخت تا کابل خودنگهدار (ABC)

کابل‌های آلومینیومی بر اساس ساختار و کاربرد نهایی در دسته‌بندی‌های مختلفی قرار می‌گیرند. این تنوع مدل‌ها، از نوع فشار ضعیف تا فشار قوی، راه را برای استفاده گسترده در صنایع مختلف هموار کرده است. بخش قابل توجهی از کابل‌های آلومینیومی در شبکه‌های انتقال هوایی به صورت هادی لخت (Bare Conductor) استفاده می‌شوند، اما کابل‌های عایق‌دار نیز نقش حیاتی در توزیع و سیم‌کشی دارند.   

۲.۱. هادی‌های لخت آلومینیومی (Bare Conductors)

هادی‌های لخت، فاقد عایق بوده و صرفاً برای شبکه‌های انتقال و توزیع هوایی که در آن فضا و فاصله کافی میان فازها وجود دارد، به کار می‌روند. انتخاب میان انواع لخت، تابعی از فاصله دهانه (Span)، میزان تنش مکانیکی و شرایط محیطی (مثل خوردگی) است.   

۲.۱.۱. AAC (All Aluminum Conductor): هادی تمام آلومینیوم

کابل‌های AAC منحصراً از رشته‌های آلومینیومی با خلوص بالا (معمولاً ۹۹.۷ درصد) ساخته می‌شوند. این کابل‌ها به‌دلیل سبکی وزن و قیمت اقتصادی، برای خطوط توزیع برق هوایی در ولتاژهای پایین که فشار مکانیکی روی کابل کم است، مناسب هستند. کاربرد عمده AAC در مناطق شهری است که فاصله بین کابل‌ها کم است، همچنین در خطوط راه‌آهن و مترو نیز استفاده می‌شوند. با این حال، ضعف اصلی AAC در استحکام مکانیکی پایین و آسیب‌پذیری آن در برابر نیروهای خارجی است.   

۲.۱.۲. AAAC (All Aluminum Alloy Conductor): هادی تمام آلیاژ آلومینیوم

کابل‌های AAAC از رشته‌های آلیاژ آلومینیوم (اغلب آلیاژهای با استحکام بالا) ساخته شده‌اند و نسبت به AAC دارای استحکام مکانیکی بهتر و مقاومت بیشتری در برابر فشار هستند. مزیت کلیدی AAAC مقاومت بسیار مناسب آن در برابر خوردگی در محیط‌های خاص، به‌ویژه در مناطق ساحلی و محیط‌های صنعتی است. از نظر وزن، هادی‌های AAAC حدود ۱۵ درصد سبک‌تر از هادی‌های رایج ACSR با قطر معادل هستند و به‌دلیل غیرمغناطیسی بودن، تلفات مغناطیسی کمتری نیز دارند. این ویژگی‌ها، AAAC را برای کاربردهایی که به استحکام متوسط تا بالا و محافظت شیمیایی بیشتری نیاز دارند (مانند مناطقی با بار باد زیاد یا شرایط جوی سخت)، به یک گزینه منطقی تبدیل می‌کند.   

۲.۱.۳. ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced): هادی آلومینیومی تقویت شده با فولاد

کابل‌های ACSR با ترکیب رسانایی آلومینیوم و استحکام فولاد ساخته می‌شوند. هسته مرکزی این کابل‌ها از فولاد گالوانیزه تشکیل شده که کمک مکانیکی درخشانی را ارائه داده و خاصیت ارتجاعی بالایی به کابل می‌بخشد. این ساختار باعث می‌شود ACSR ظرفیت تحمل بارهای سنگین و نیروهای بیرونی را داشته باشد و همچنین مقاومت کابل در برابر آویزان شدن (Sag) و گسترش را در دهانه‌های طولانی افزایش دهد. ACSR تصمیم مطلوبی برای خطوط انتقال دوربرد و مناطقی است که به حداکثر استحکام مکانیکی، مثلاً به‌دلیل احتمال انباشت یخ یا طوفان، نیاز دارند.   

جدول ۲: مقایسه فنی انواع هادی‌های لخت آلومینیومی

انتخاب هادی لخت، نشان‌دهنده یک تحلیل مهندسی دقیق میان رسانایی، استحکام و محیط عملیاتی است. AAAC به‌عنوان یک راه‌حل میانی اهمیت استراتژیک دارد؛ زیرا در بسیاری از محیط‌های آلوده، مقاومت به خوردگی برتر آن نسبت به ACSR، آن را به گزینه فنی بهینه‌تری تبدیل می‌کند. در صورت استفاده از ACSR در مناطق ساحلی یا صنعتی، خطر خوردگی سریع هسته فولادی و به خطر افتادن پایداری ساختاری کابل وجود دارد.^۱۵

۲.۲. کابل‌های آلومینیومی عایق‌دار بر اساس سطح ولتاژ و ساختار

کابل‌های آلومینیومی عایق‌دار، برای کاربردهای زمینی، ساختمانی یا شبکه‌های هوایی عایق‌شده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۲.۲.۱. کابل‌های فشار ضعیف (LV: زیر ۱۰۰۰ ولت)

کابل‌های فشار ضعیف در سطح ولتاژی ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت قرار دارند و وظیفه انتقال الکتریسیته در کاربردهای مختلف از روشنایی تا انتقال نیروی محرکه به الکتروموتورها را بر عهده دارند. هادی این کابل‌ها می‌تواند از جنس آلومینیوم (مانند نوع NAYY) باشد و عایق آن‌ها معمولاً PVC (برای انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر شعله در کاربردهای عمومی) یا XLPE (برای مقاومت بالاتر در برابر دما و کشش در محیط‌های صنعتی سخت‌تر) است.^۸ کابل‌های زمینی آلومینیومی (Armored یا غیر مسلح) برای انتقال ولتاژهای بالا در زیر زمین یا در محیط‌های داخلی که تحرک کمی وجود دارد، استفاده می‌شوند.

۲.۲.۲. کابل‌های فشار متوسط و قوی (MV/HV)

• کابل‌های فشار متوسط (MV: ۱ تا ۳۶ کیلوولت): این کابل‌ها معمولاً دارای عایق XLPE هستند و به طور گسترده در شبکه‌های توزیع شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• کابل‌های فشار قوی و فوق فشار قوی (HV: بالاتر از ۳۶ کیلوولت): این کابل‌ها برای انتقال جریان الکتریکی با ولتاژ بسیار بالا طراحی شده‌اند. تولید کابل‌های HV آلومینیومی، نیازمند کنترل کیفی بسیار دقیق در فرآیند عایق‌کاری است. عایق XLPE با استفاده از خط CCV (Continuous Vulcanization Line) که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، روی هادی تزریق می‌گردد تا اطمینان حاصل شود که ساختار عایق کاملاً یکنواخت و عاری از هرگونه ناخالصی و خلل و فرج است.^۱۶ کیفیت بالای عایق در این ولتاژها بسیار حیاتی است؛ زیرا هرگونه نقص می‌تواند منجر به پدیده “درختان آبی” (Water Treeing) شده و عمر مفید کابل را کاهش دهد.

۲.۲.۳. کابل‌های خودنگهدار هوایی (Aerial Bundled Cables – ABC)

کابل خودنگهدار یک نوع کابل توزیع برق هوایی است که به طور گسترده در مناطق شهری و روستایی استفاده می‌شود. این کابل‌ها از چند هادی فاز عایق شده (آلومینیوم یا مس) و یک هادی خنثی عایق شده (معمولاً فولاد یا آلیاژ مقاوم) تشکیل شده‌اند که به هم پیچیده شده و توسط یک پوشش مشترک محافظت می‌شوند.^۱۹ عایق به‌کاررفته روی هر هادی معمولاً از XLPE یا LDPE ساخته می‌شود که محافظت عالی در برابر عوامل محیطی، رطوبت و اشعه ماوراء بنفش فراهم می‌کند.

مزایای ساختاری کابل‌های ABC:

1. افزایش ایمنی: کابل‌های خودنگهدار نسبت به خطوط انتقال مرسوم (هادی لخت) ایمنی بسیار بالاتری دارند و احتمال آتش‌سوزی و آسیب به درختان را کاهش می‌دهند.
2. سادگی نصب و کاهش هزینه: این کابل‌ها نیازی به سیم پیام‌رسان یا کابل پشتیبان مجزا ندارند، که این امر نصب را ساده کرده و هزینه‌های مواد و نیروی کار را کاهش می‌دهد.
3. ظرفیت بالاتر: کابل‌های خودنگهدار قابلیت حمل بار الکتریکی بیشتری نسبت به کابل‌های لخت قدیمی را دارند.

کابل‌های خودنگهدار باید با استاندارد ملی ایران ISIRI 3569 و استانداردهای بین‌المللی مرتبط مانند IEC 60502 مطابقت داشته باشند.

فرآیند تولید کابل آلومینیومی: از شمش تا محصول نهایی

فرآیند تولید کابل‌های آلومینیومی، مجموعه‌ای از عملیات مکانیکی و حرارتی دقیق است که با هدف تبدیل شمش خام آلومینیوم به هادی‌های باکیفیت و مطابق با استانداردهای سخت‌گیرانه صنعتی انجام می‌گیرد. این زنجیره تولید شامل مراحل اصلی کشش، آنیلینگ، تاباندن و عایق‌کاری است.

۳.۱. آماده‌سازی هادی: کشش و آنیلینگ

۳.۱.۱. نازک کاری (Drawing)

عملیات نازک کاری یا کشش مفتول، اولین گام در تولید هادی است. در این مرحله، مفتول آلومینیوم که معمولاً با قطر ۹.۵ میلی‌متر وارد خط تولید می‌شود، با عبور از سری قالب‌های الماسی در دستگاه کشش راد (Rod Drawing Machine)، به قطر مورد نظر و مناسب برای سفارش مشتری تبدیل می‌شود. اگر قطر مورد نیاز ظریف‌تر باشد، مفتول‌ها وارد مرحله دوم نازک کاری توسط دستگاه فاین (Fine Drawing Machine) می‌شوند.^۲۴ فرآیند کشش در داخل روغن انجام می‌گیرد. این روغن نقش حیاتی در روانکاری، خنک‌کاری و شستشوی مفتول دارد و به حفظ کیفیت سطح هادی کمک می‌کند. در نهایت، سیم نازک شده روی قرقره‌ها جمع‌آوری می‌شود تا برای مراحل بعدی آماده گردد.

۳.۱.۲. آنیلینگ (Annealing): نرم‌سازی حرارتی

عملیات کشش مفتول‌ها را سفت و سخت می‌کند. برای افزایش انعطاف‌پذیری مورد نیاز جهت نصب و همچنین بهبود خواص الکتریکی، عملیات آنیلینگ (نرم‌سازی حرارتی) صورت می‌گیرد. مفتول‌های نازک‌شده پس از جمع‌آوری در تعداد مشخص (مثلاً ۵۴ قرقره)، در کوره آنیل کاری قرار می‌گیرند. مفتول‌ها تا مدت زمان مشخصی در دمای معینی باقی می‌مانند و سپس حرارت کوره به تدریج کاهش می‌یابد تا به دمای محیط برسند.

کیفیت فرآیند آنیلینگ در کابل‌های آلومینیومی تأثیر مستقیمی بر رفتار کابل در حین استفاده دارد. اگرچه آنیلینگ انعطاف‌پذیری مورد نیاز برای نصب را فراهم می‌کند، اما تولیدکنندگان باید تعادل دقیقی را رعایت کنند. نرم شدن بیش از حد (آن شدن کامل) می‌تواند مقاومت آلومینیوم در برابر پدیده خزش (Cold Flow) را کاهش دهد. این پدیده، که در اتصالات تحت فشار بسیار مهم است، با توجه به نرمی ذاتی آلومینیوم، باید با کنترل دقیق فرآیند حرارتی و استفاده از آلیاژهای مناسب (مانند AA-8000 Series) به حداقل برسد.

۳.۱.۳. تاباندن (Stranding): تشکیل هادی نهایی

در این مرحله، سیم‌های نازک‌شده و آنیل شده، توسط دستگاه بانچر (Buncher) یا استرندر (Strander) به صورت منظم و با ساختاری خاص به یکدیگر تابیده می‌شوند. این عملیات برای تولید هادی‌های چند رشته، کابل‌های قدرت یا کابل‌های خودنگهدار ضروری است. دستگاه استرندر می‌تواند هادی‌ها را به صورت راستگرد و چپگرد و در ساختارهای مختلف (مانند ۶، ۱۲، ۱۸، ۲۴ تا ۶۱ رشته) ببافد. این تاباندن نه تنها خواص مکانیکی کابل را بهبود می‌بخشد، بلکه انعطاف‌پذیری لازم برای نصب را نیز فراهم می‌کند.

۳.۲. عایق‌کاری، پوشش‌دهی و زره‌بندی

۳.۲.۱. فرآیند تزریق عایق (Extrusion)

پس از تشکیل هادی نهایی، لایه عایق روی آن قرار می‌گیرد. انتخاب ماده عایق بستگی به سطح ولتاژ و محیط عملیاتی دارد: PVC برای ولتاژهای پایین و XLPE برای ولتاژهای متوسط و بالا که مقاومت حرارتی و کششی بیشتری مورد نیاز است، استفاده می‌شوند.

در تولید کابل‌های فشار قوی و فوق فشار قوی آلومینیومی (MV/HV)، فرآیند عایق‌کاری بسیار حساس است. عایق XLPE با استفاده از خط CCV (Continuous Vulcanization Line) که کاملاً توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، روی هادی تزریق می‌گردد. هدف از این کنترل دقیق، اطمینان از یکنواختی ساختار کریستالی عایق و عاری بودن آن از هرگونه ناخالصی یا خلل و فرج است. هرگونه نقص می‌تواند منجر به کاهش مقاومت الکتریکی عایق، به‌ویژه در حضور رطوبت، شود.

۳.۲.۲. زره‌بندی (Armoring) و پوشش‌دهی

کابل‌های زمینی آلومینیومی که نیاز به حفاظت مکانیکی بالا دارند، با زره پوشانده می‌شوند. زره‌بندی به منظور ایجاد حفاظت کلی در برابر آسیب مکانیکی، نفوذ هیدروکربن‌ها یا گازهای خورنده انجام می‌شود. زره‌بندی می‌تواند شامل نوار فولادی یا آلومینیومی باشد. برای مثال، کابل‌های تک‌رشته زره‌دار با زره نواری، از یک نوار آلومینیومی تشکیل شده‌اند که با کمک دستگاه TAPER به دور غلاف پیچیده می‌شود. در نهایت، روکش یا غلاف بیرونی (معمولاً PVC یا XLPE) روی عایق یا زره قرار می‌گیرد تا کابل را در برابر محیط عملیاتی محافظت کند.

۳.۳. کنترل کیفیت در حین تولید

کنترل کیفیت جامع در تمام مراحل تولید، برای تضمین عملکرد ایمن و کارآمد کابل ضروری است. این کنترل‌ها شامل موارد زیر است:

• بررسی مشخصات ظاهری و علامت‌گذاری: اطمینان از وضوح مشخصات کابل مانند سایز، نوع رسانا (AA-8000 Series آلومینیوم)، نوع عایق، و درج علامت استاندارد و شماره پروانه بر روی بسته‌بندی و روکش کابل.
• تست خواص الکتریکی: استفاده از تجهیزات تست و اندازه‌گیری مانند میگر و اهم‌متر برای بررسی مقاومت عایق و کنترل هدایت الکتریکی.
• تست خواص فیزیکی و مکانیکی: اندازه‌گیری ضخامت عایق و روکش در مقایسه با سطح مقطع هادی و همچنین تست استحکام مکانیکی و انعطاف‌پذیری کابل.

راهنمای تخصصی خرید کابل آلومینیومی و ملاحظات مهندسی

خرید کابل آلومینیومی یک تصمیم مهم در پروژه‌های برق‌رسانی است که نیاز به دقت در بررسی ویژگی‌های فنی و انطباق با استانداردهای مهندسی دارد. انتخاب صرفاً بر اساس قیمت، می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند افت ولتاژ، افزایش تلفات انرژی و خطرات ایمنی شود.

۴.۱. اصول انتخاب سطح مقطع: آمپاسیتی و افت ولتاژ

انتخاب سطح مقطع صحیح کابل آلومینیومی باید بر اساس دو پارامتر اصلی صورت گیرد: ۱. جریان مجاز قابل‌حمل (آمپاسیتی) و ۲. افت ولتاژ مجاز در طول مسیر.

۴.۱.۱. محاسبه جریان مجاز (Ampacity) و لزوم مقطع بزرگ‌تر

به‌دلیل رسانایی الکتریکی کمتر آلومینیوم (۶۱ درصد مس)، کابل آلومینیومی مقاومت الکتریکی بالاتری دارد. به همین دلیل، برای حمل جریان مشابه کابل مسی، باید از کابل آلومینیومی با سطح مقطع بزرگ‌تر استفاده شود. به‌عنوان یک قاعده کلی در صنعت، جریان مجاز کابل آلومینیومی تقریباً ۶۰ درصد مشابه مسی در نظر گرفته می‌شود.

برای محاسبات دقیق، می‌توان از فرمول‌هایی برای تعیین حداقل سطح مقطع کابل استفاده کرد، که در آن جریان (I) و مقدار مشخصه‌ای (K) وابسته به نوع کابل و شرایط کاری لحاظ می‌شود.

۴.۱.۲. کنترل افت ولتاژ در مسافت‌های طولانی

در مسافت‌های طولانی، مسئله افت ولتاژ غالباً تعیین‌کننده اصلی انتخاب سطح مقطع کابل آلومینیومی است. مقاومت اهمی بالاتر آلومینیوم (۱.۶۴ برابر مس) منجر به این می‌شود که افت ولتاژ در این کابل‌ها نیز ۱.۶۴ برابر کابل مسی مشابه باشد. برای جلوگیری از افت ولتاژ غیرمجاز (که بهره‌وری سیستم را کاهش می‌دهد و می‌تواند تجهیزات را با مشکل مواجه کند)، در مسیرهای طولانی استفاده از مقطع بزرگ‌تر نسبت به آنچه که صرفاً برای تحمل جریان نیاز است، ضروری است.

۴.۱.۳. ضریب تصحیح دما (De-rating Factor)

جریان مجاز کابل‌ها معمولاً بر اساس دمای مرجع ۲۰ درجه سانتی‌گراد یا دمای کاری استاندارد عایق (مثلاً ۷۰ یا ۹۰ درجه سانتی‌گراد) تعیین می‌شود. اگر کابل در محیطی با دمای بالاتر (مانند مناطق گرم یا هنگام نصب چند کابل در یک داکت بسته) قرار گیرد، باید ضریب تصحیح جریان (De-rating Factor) اعمال شود. دماهای بالاتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد خطر دفرمگی عایق PVC را افزایش می‌دهد. اعمال ضریب تصحیح به این دلیل است که گرم شدن بیش از حد، عمر عایق را کوتاه کرده و می‌تواند باعث آسیب به سیستم‌های الکتریکی شود.

۴.۲. استانداردهای حیاتی و تضمین کیفیت

انتخاب کابل آلومینیومی استاندارد، تضمین‌کننده ایمنی، قابلیت اطمینان و عملکرد بلندمدت محصول است. پایبندی به استانداردها برای تمامی تولیدکنندگان داخلی و واردکنندگان الزامی است.

• ۴.۲.۱. استانداردهای بین‌المللی (IEC):
  • IEC 60228: این استاندارد بر هادی‌های کابل‌های عایق شده، شامل آلومینیوم، تمرکز دارد و الزامات مربوط به مواد، ساختار و آزمون هادی‌ها را برای تضمین عملکرد الکتریکی و مکانیکی مناسب تعیین می‌کند.
  • IEC 60502: کابل‌های قدرت با عایق اکسترود شده (۱ کیلوولت تا ۳۰ کیلوولت) را پوشش می‌دهد و الزامات ساخت، ابعاد و آزمون را برای کابل‌های آلومینیومی نیز مشخص می‌کند.
• ۴.۲.۲. استانداردهای ملی ایران (ISIRI): کمیته فنی ISIRI در تاسیسات الکتریکی، مسئول توسعه استانداردهای ملی مربوط به سیم و کابل است. این استانداردها ابعاد هادی، ضخامت عایق، درجه‌بندی ولتاژ و درجه اشتعال‌پذیری را مشخص می‌کنند. به‌عنوان مثال، استاندارد ISIRI 3569 برای کابل‌های خودنگهدار مرجع است.
• ۴.۲.۳. مستندات ضروری در خرید: خریداران باید از تولیدکننده درخواست ارائه گواهی‌نامه‌ها و مستنداتی مانند برگه داده (Datasheet) و گواهی مطابقت (Certificate of Conformity) کنند. این اسناد تأیید می‌کنند که کابل با مشخصات فنی و استانداردهای تعیین شده (مانند AA-8000 Series برای آلیاژ آلومینیوم) مطابقت دارد.

۴.۳. ملاحظات نصب: مقابله با خوردگی گالوانیک و اتصالات نامطمئن

نصب صحیح کابل‌های آلومینیومی، به‌ویژه در نقاط اتصال به کابل‌های مسی، از اهمیت بالایی برخوردار است تا از شکست سیستم جلوگیری شود.

۴.۳.۱. چالش خوردگی گالوانیک

خوردگی گالوانیک یک فرایند الکتروشیمیایی است که در نتیجه اختلاف پتانسیل بین دو فلز غیر مشابه در حضور یک الکترولیت (مانند رطوبت یا آب) رخ می‌دهد. آلومینیوم در سری گالوانیک فلزی فعال‌تر نسبت به مس محسوب می‌شود. بنابراین، در صورت تماس مستقیم آلومینیوم و مس، آلومینیوم به‌عنوان آند خورده شده و مس به‌عنوان کاتد در برابر خوردگی محافظت می‌شود. این امر می‌تواند منجر به کاهش سطح تماس و در نهایت سوختگی ترمینال‌ها شود.

۴.۳.۲. راه‌حل مهندسی: رابط‌های دوفلزی (Bimetallic Connectors)

برای رفع چالش خوردگی گالوانیک در اتصال کابل آلومینیومی به تجهیزات مسی، بهترین روش استفاده از رابط‌های دوفلزی یا بی‌متال است. کابلشوها و موف‌های بی‌متال (مانند مدل‌های DTL1 و DTL2) از دو فلز آلومینیوم و مس ساخته شده‌اند. بدنه آن‌ها آلومینیومی است (برای اتصال به کابل آلومینیومی) و سر آن‌ها از جنس مس است (برای اتصال به ترمینال مسی). این رابط‌ها با استفاده از لایه قلع تولید شده‌اند که مانع از تماس مستقیم آلومینیوم و مس شده و از واکنش گالوانیک جلوگیری می‌کنند.

۴.۳.۳. اتصال کابل‌های آلومینیومی به یکدیگر

برای اتصال دو کابل آلومینیومی (Al به Al)، استفاده از موف‌ها یا کابلشوهای آلومینیومی ضروری است. این قطعات باید با هدایت الکتریکی بالا و با استفاده از دستگاه پرس (Crimping) متصل شوند تا اتصال محکم و ایمنی ایجاد گردد. انتخاب موف مناسب باید بر اساس سایز کابل و میزان جریان عبوری انجام شود. اتصال نامطمئن یا نامناسب می‌تواند منجر به کاهش سطح تماس، شل شدن پیچ و افزایش مقاومت در محل اتصال شود، که این خود به گرمای بیش از حد و تسریع پدیده خزش می‌انجامد.

جدول ۳: راهنمای عملی اتصال کابل‌های آلومینیومی (پیشگیری از خوردگی گالوانیک)

۴.۴. تشخیص کابل آلومینیومی مرغوب از تقلبی در بازار

با توجه به وجود محصولات تقلبی یا غیراستاندارد در بازار، خریداران عمده و پیمانکاران باید معیارهای دقیقی برای تشخیص کیفیت داشته باشند.

• بررسی علامت استاندارد و برند: اطمینان حاصل کنید که علامت استاندارد ISIRI و همچنین شماره پروانه تولید معتبر به وضوح بر روی کابل و بسته‌بندی حک شده باشد. همچنین، مشخصات کابل مانند سایز، نوع رسانا و عایق باید به وضوح درج شده باشند.   
• ترازو و محاسبه وزن هادی: یکی از مطمئن‌ترین روش‌ها، مقایسه وزن کابل است. وزن کابل‌های باکیفیت معمولاً بیشتر است، زیرا از مواد خالص‌تر و حجم کافی هادی استفاده شده است. وزن آلومینیوم موجود در هر متر کابل آلومینیومی از فرمول: (سطح مقطع سیم) * ۲.۷ (گرم) به دست می‌آید. انحراف قابل توجه از این مقدار استاندارد می‌تواند نشان‌دهنده استفاده از هادی نامرغوب یا مقطع کمتر از حد مجاز باشد.   
• ضخامت عایق: در برخی کابل‌های تقلبی، ضخامت عایق و روکش به‌طور نامتعارفی زیاد است. این افزایش ضخامت ممکن است تلاشی برای پنهان کردن هادی با سطح مقطع کوچک‌تر از حد استاندارد باشد. می‌توان با ایجاد یک برش صاف از مقطع، قطر عایق را در مقایسه با هادی بررسی کرد.   

کاربردها و تحلیل بازار کابل آلومینیومی در ایران

کابل آلومینیومی به‌واسطه ویژگی‌های خاص خود، کاربردهای استراتژیکی در زیرساخت‌های برق کشور پیدا کرده است و در بسیاری از بخش‌ها، جایگزین مطمئنی برای کابل‌های مسی محسوب می‌شود.

۵.۱. کاربردهای استراتژیک و حیاتی کابل‌های آلومینیومی

۵.۱.۱. خطوط انتقال و توزیع ولتاژ بالا

مهم‌ترین و اصلی‌ترین کاربرد کابل آلومینیومی در خطوط انتقال نیرو (HV) است. به دلیل وزن بسیار سبک آلومینیوم، استفاده از این کابل‌ها در خطوط هوایی اصلی و مسافت‌های طولانی، حتی با وجود نیاز به سطح مقطع بزرگ‌تر، به لحاظ اقتصادی و ساختاری ایده‌آل است. سبکی وزن امکان استفاده از دکل‌های با استحکام کمتر و دهانه‌های طولانی‌تر را فراهم می‌کند.   

۵.۱.۲. شبکه‌های توزیع و کابل‌های خودنگهدار

در شبکه‌های توزیع محلی و دکل‌ها، استفاده از انواع هادی لخت آلومینیومی (AAC، AAAC، ACSR) رایج است. اما به‌ویژه در مناطق شهری و روستایی، کابل‌های خودنگهدار (ABC) با هادی آلومینیومی به دلیل افزایش ایمنی، کاهش تلفات و هزینه‌های نصب، به طور فزاینده‌ای جایگزین خطوط لخت شده‌اند.   

۵.۱.۳. کابل‌های زمینی و کاربردهای خاص

کابل‌های زمینی آلومینیومی (مانند NAYY) برای انتقال ولتاژهای بالا در زیر زمین کاربرد دارند. این کابل‌ها در تعداد رشته‌های متفاوت تولید می‌شوند؛ کابل سه رشته به طور معمول مقرون به صرفه‌ترین مدل و نوع چهار رشته‌ای بالاترین قیمت را در میان کابل‌های زمینی آلومینیومی دارد. علاوه بر کاربردهای قدرت، کابل آلومینیومی در برخی صنایع تخصصی نظیر تولید آنتن تلویزیون (به دلیل رسانایی بالا) و در برخی از هواپیماها (به دلیل وزن سبک و انعطاف‌پذیری مناسب) نیز استفاده می‌شود.   

نکته مهم در مورد سیم‌کشی ساختمان: با وجود مزایای قیمت و وزن، به دلیل چالش‌های فنی ذاتی آلومینیوم (خزش، انبساط حرارتی بالا و حساسیت به اتصالات نامطمئن)، استفاده از کابل‌های آلومینیومی در سیم‌کشی داخلی ساختمان‌های مسکونی کمتر توصیه می‌شود. با این حال، اگر استفاده از آلومینیوم اجتناب‌ناپذیر باشد، باید تغییراتی اعمال شود؛ از جمله نصب کابل‌ها در نقاطی که تغییر طول ناشی از دما باعث ایجاد خطر نشود، و استفاده از عایق‌های خاص برای به حداقل رساندن واکنش‌پذیری آلومینیوم با هوا.   

۵.۲. معرفی تولیدکنندگان برتر داخلی و معیارهای انتخاب برند

بازار ایران دارای تولیدکنندگان معتبری است که کابل‌های آلومینیومی را مطابق با استانداردهای ملی و بین‌المللی تولید می‌کنند. انتخاب برند مناسب نقش مستقیمی در کیفیت و طول عمر پروژه دارد.

۵.۲.۱. معیارهای کیفیت تولید

انتخاب بهترین برند کابل آلومینیومی باید بر اساس چندین معیار فنی و مدیریتی صورت پذیرد:

1. کیفیت مواد اولیه: برندهای برتر از مواد اولیه مرغوب، به‌ویژه آلومینیوم با گرید استاندارد (مانند AA-8000 Series)، استفاده می‌کنند که طول عمر و کارایی کابل را افزایش می‌دهد.   
2. کیفیت ساخت و تجهیزات: استفاده از تجهیزات و تکنولوژی‌های به‌روز (مانند خطوط CCV برای عایق‌کاری XLPE) و رعایت دقیق استانداردهای تولید، منجر به محصولاتی با کیفیت ساخت بالاتر و ایمنی بهتر می‌شود.   
3. گواهینامه‌های استاندارد: شرکت‌های معتبر دارای گواهینامه‌های ملی (ISIRI) و بین‌المللی (مانند ISO 9001:2015 و استاندارد IEC) هستند که تعهد آن‌ها به سیستم‌های مدیریت کیفیت را نشان می‌دهد.   

۵.۲.۲. نمونه‌هایی از برندهای مطرح ایرانی

برخی از برندهای مطرح در زمینه تولید کابل آلومینیومی که محصولات آن‌ها با رعایت استانداردهای جهانی تولید می‌شوند، عبارتند از:

• آلوم کابل کاوه: این شرکت با تمرکز بر بازارهای صادراتی، محصولات خود را با جدیدترین تکنولوژی‌ها و مطابق با گواهینامه‌های بین‌المللی مانند ISO 9001 تولید می‌کند.   
• مسین (کابل مسین): انواع کابل آلومینیومی مسین با کیفیت مناسب و رعایت استانداردهای جهانی تولید شده و به دلیل استفاده از مواد اولیه مرغوب، در صنعت سیم و کابل شناخته شده است.   
• قدس: این شرکت با بیش از ۳۰ سال تجربه، محصولات خود را در سایزهای متنوع و استاندارد برای انتقال جریان برق عرضه می‌کند.   
• شهاب جم: این تولیدکننده نیز کابل‌های آلومینیومی باکیفیت خود را با استفاده از تکنولوژی‌های روز دنیا تولید می‌کند.   
• سیمیا: تولیدکننده انواع کابل‌های زمینی (NAYY) و هوایی آلومینیومی.   

تحلیل عوامل مؤثر بر قیمت کابل آلومینیومی و پیش‌بینی بازار

قیمت کابل آلومینیومی نتیجه تعامل پیچیده‌ای از عوامل جهانی، هزینه‌های تولید و نوسانات داخلی است. این محصول به دلیل وابستگی به آلومینیوم خام، به شدت تحت تأثیر بازارهای بین‌المللی قرار دارد.

۶.۱. مبانی قیمت‌گذاری جهانی آلومینیوم (LME)

قیمت آلومینیوم به‌عنوان ماده اولیه اصلی، نقش مهمی در تعیین قیمت نهایی کابل دارد. بورس فلزات لندن (LME) به‌عنوان مرجع اصلی معاملات فلزات اساسی، نقش کلیدی در تعیین قیمت جهانی آلومینیوم ایفا می‌کند.   

۶.۱.۱. عوامل تأثیرگذار بر قیمت LME

• عرضه و تقاضای جهانی: آلومینیوم به دلیل کاربردهای گسترده در صنایع ساختمانی، خودروسازی، هوافضا و الکترونیک، تقاضای جهانی بالایی دارد. افزایش تقاضا یا کاهش عرضه (ناشی از مشکلات زنجیره تأمین یا محدودیت‌های زیست‌محیطی) می‌تواند قیمت LME را به شدت افزایش دهد.   
• هزینه انرژی: تولید آلومینیوم فلزی “انرژی‌بَر” نامیده می‌شود. فرآیند احیای الکترولیتی هال-هرولت که آلومینیوم را از اکسید آلومینیوم (آلومینا) استخراج می‌کند، نیازمند مقدار قابل توجهی انرژی است. بنابراین، نرخ انرژی (مانند برق و سوخت) بخش عمده‌ای از هزینه تولید را تشکیل می‌دهد و تأثیر قابل‌توجهی بر قیمت جهانی آلومینیوم دارد.   
• عوامل ژئوپلیتیک و اقتصادی کلان: سیاست‌های مالی، تحریم‌ها، و شرایط اقتصادی جهانی (مانند رکود یا رشد سریع اقتصاد چین) می‌توانند نوسانات شدیدی در قیمت LME ایجاد کنند.   

۶.۲. تأثیر عوامل داخلی بر قیمت نهایی در ایران

در بازار داخلی ایران، قیمت کابل آلومینیومی با فاکتورهای محلی متعددی تعدیل می‌شود که قیمت نهایی را از نرخ صرفاً جهانی متمایز می‌کند.

۶.۲.۱. نوسانات نرخ ارز

نوسانات نرخ ارز (دلار به ریال) یکی از مهم‌ترین عوامل در پیش‌بینی قیمت آلومینیوم و کابل آلومینیومی در ایران است. از آنجا که قیمت LME بر مبنای دلار اعلام می‌شود و تولیدکنندگان داخلی برای تأمین برخی مواد اولیه (مانند عایق‌های پلیمری خاص) و تجهیزات تولید به واردات وابسته هستند ، هرگونه افزایش نرخ دلار به‌طور مستقیم هزینه‌های تولید را بالا برده و قیمت تمام شده کابل آلومینیومی را در بازار داخلی افزایش می‌دهد. این عدم ثبات ارزی، برنامه‌ریزی طولانی‌مدت برای تولیدکنندگان و خریداران عمده را با چالش مواجه می‌کند.   

۶.۲.۲. هزینه‌های تولید و متریال جانبی

قیمت کابل به عوامل مرتبط با فرآیند تولید نیز بستگی دارد. این عوامل شامل موارد زیر است:

• نوع آلیاژ و کیفیت آلومینیوم: آلیاژهای مختلف آلومینیوم با استحکام یا مقاومت به خوردگی بالاتر، به دلیل فرآوری پیچیده‌تر، قیمت بیشتری دارند.   
• قیمت عایق و روکش: نوع عایق استفاده شده (مانند PVC یا XLPE) و ضخامت آن، نقش مهمی در قیمت نهایی دارد. عایق‌هایی که خواص عملکردی و ایمنی بهتری دارند، هزینه کابل را افزایش می‌دهند.   
• هزینه‌های سربار: شامل هزینه نیروی انسانی، انرژی مصرفی در کارخانه‌ها و هزینه‌های حمل‌ونقل داخلی است.   

۶.۲.۳. ساختار و مشخصات کابل

ساختار کابل تأثیر مستقیمی بر قیمت دارد. برای مثال، قیمت کابل‌های خودنگهدار با سطح مقطع ۲۵+۲۵+۳۵۴ آلومینیومی مسین در بازار داخلی معادل ۲۲۰,۰۰۰ تومان بوده است، در حالی که نوع ۲۵+۲۵+۹۵۴ به دلیل سطح مقطع بیشتر، قیمتی معادل ۵۶۰,۰۰۰ تومان داشته است. همچنین، کابل‌های فشار قوی یا کابل‌های زره‌دار (به دلیل لایه‌های محافظ اضافی) نسبت به کابل‌های فشار ضعیف، قیمت بالاتری دارند.   

۶.۳. پیش‌بینی روند قیمت‌گذاری و چشم‌انداز آینده

با توجه به روند گذشته و تحلیل عوامل مؤثر، پیش‌بینی می‌شود که قیمت کابل آلومینیومی تحت تأثیر دو نیروی متقابل قرار گیرد:

1. رشد تقاضای جهانی: انتظار می‌رود به دلیل افزایش استفاده از آلومینیوم در صنایع کلیدی و رشد تقاضا برای زیرساخت‌های برق، قیمت جهانی آلومینیوم در سال‌های آتی روندی صعودی داشته باشد.   
2. نوسانات داخلی و چالش‌های عرضه: عدم ثبات نرخ ارز و وابستگی تولید داخلی به واردات مواد اولیه و تجهیزات، بزرگ‌ترین عامل بی‌ثباتی در بازار ایران خواهد بود. تا زمانی که نوسانات ارزی به تعادل نرسد، برنامه‌ریزی دقیق قیمت دشوار خواهد بود.   

نتیجه‌گیری و توصیه‌های فنی

کابل آلومینیومی به‌عنوان یک عنصر حیاتی در زیرساخت‌های انتقال و توزیع برق، نقش استراتژیک خود را تثبیت کرده است. مزیت‌های کلیدی آن—سبکی وزن و مقرون به صرفه بودن—آن را به انتخابی بهینه برای پروژه‌های مقیاس بزرگ و خطوط هوایی تبدیل کرده است. با این حال، استفاده موفقیت‌آمیز از کابل آلومینیومی منوط به غلبه بر چالش‌های فنی ذاتی آن است.

خلاصه‌بندی یافته‌های فنی و توصیه‌های مهندسی:

1. اولویت‌بندی محاسبات فنی بر هزینه اولیه: به دلیل رسانایی پایین‌تر آلومینیوم (۶۱٪ مس) و مقاومت اهمی ۱.۶۴ برابری، انتخاب سطح مقطع کابل باید بر اساس محاسبه دقیق افت ولتاژ در مسافت‌های طولانی انجام شود تا از تلفات انرژی و گرم شدن بیش از حد جلوگیری گردد. در بسیاری از موارد، نیاز است که مقطع آلومینیومی ۱.۶ برابر مقطع مسی انتخاب شود.   
2. ضرورت استفاده از اتصالات بی‌متالیک: برای جلوگیری از پدیده خوردگی گالوانیک (که آلومینیوم فعال‌تر را در محل تماس با مس می‌خورد)، استفاده از کابلشوها و موف‌های دوفلزی (Bimetallic DTL) و همچنین اطمینان از کیفیت فرآیند پرس (Crimping) ضروری است. اتصال ضعیف، چرخه معیوبی از افزایش مقاومت، تولید گرما و خزش بیشتر آلومینیوم را ایجاد می‌کند که می‌تواند به سوختگی ترمینال منجر شود.   
3. انتخاب تخصصی هادی لخت: انتخاب میان AAC، AAAC و ACSR باید بر اساس شرایط محیطی و تنش مکانیکی مورد نیاز صورت گیرد. در محیط‌های خورنده (صنعتی و ساحلی)، هادی‌های AAAC (تمام آلیاژ آلومینیوم) به دلیل مقاومت شیمیایی برتر نسبت به ACSR، گزینه فنی ایمن‌تری محسوب می‌شوند.   
4. اهمیت کنترل کیفیت در تولید کابل‌های فشار قوی: برای کابل‌های MV/HV آلومینیومی، کیفیت فرآیند عایق‌کاری (به ویژه تزریق XLPE با خط CCV) باید به شدت کنترل شود تا عایق کاملاً یکنواخت بوده و از تشکیل “درختان آبی” در عایق جلوگیری شود.   
5. تأثیر اقتصاد کلان بر پروژه: قیمت نهایی کابل آلومینیومی در ایران به‌شدت تابع نوسانات نرخ ارز و قیمت جهانی آلومینیوم در بورس LME است. خریداران و مدیران پروژه باید نوسانات ارزی را به‌عنوان یک ریسک مالی کلیدی در نظر بگیرند و همچنین وزن کابل را به‌عنوان یک معیار سریع فیزیکی برای تشخیص کیفیت در بازار داخلی استفاده کنند.