مقدمه

از آنجا که خودروهای برقی هنوز یک پدیده نوظهور در کشور ایران محسوب می‌گردند، در طراحی و اجرای تأسیسات الکتریکی ساختمان‌های مسکونی فعلی، نکات لازم برای نصب شارژر خودروهای برقی درنظر گرفته نشده است. اما طبق قوانین جدید نظام مهندسی، طراح می‌بایست در نقشه‌های تأسیسات برقی هر نوع ساختمان جدید، می‌بایست تمهیدات و نکات لازم برای تغذیه شارژرها از تابلوی برق ساختمان و همچنین کابل‌کشی مناسب را لحاظ نماید. یکی از نکات بسیار مهم در این مقوله، سایز کابل شارژ خودروی برقی می‌باشد که در این مطلب به آن می‌پردازیم.

پارامترهای انتخاب سایز کابل شارژ خودروی برقی

پارامترهای مؤثر در انتخاب سایز سیم شارژ خودروی برقی عبارتند از:

حداکثر جریان شارژ
متراژ کابل
قیمت کابل
ملاحظات اجرایی

حداکثر جریان شارژ

سطح مقطع کابل شارژ (که در بازار به سایز کابل معروف است) را برحسب میلیمتر مربع و با علامت mm² نمایش می‌دهند. در اثر عبور جریان از هر نوع هادی، مقداری از انرژی الکتریکی به صورت گرما هدر می‌رود که مقدار آن متناسب با مقاومت سیم و مجذور جریان است:

P=RI²

بنابراین هر چقدر بتوانیم مقاومت هادی (سیم یا کابل) را کاهش دهیم، مقدار این تلفات کمتر خواهد شد. باید توجه کنید که اگر مقدار تلفات گرمایی ناشی از مقاومت بالای سیم شارژ خودروی برقی زیاد باشد، منجر به ذوب عایق اطراف سیم یا کابل خواهد شد. مقاومت الکتریکی یک هادی نسبت عکس با سطح مقطع آن دارد:

R=σL/A

در رابطه فوق، σ مقاومت ویژه هادی بر حسب اهم-متر که تابع جنس آن (مس یا آلومینیوم) است و L طول و A سطح مقطع آن است. پس با افزایش سطح مقطع هادی، مقدار تلفات در اثر عبور جریان به صورت حرارت کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، حرارت کمتری تولید و کابل کمتر داغ می‌شود.

متراژ کابل

در اثر عبور جریان از هر هادی الکتریکی، مقداری افت ولتاژ در طول آن اتفاق می‌افتد:

ΔV=RI

در فرمول فوق، ΔV افت ولتاژ بر حسب ولت، R مقاومت هادی بر حسب اهم و I جریان عبوری بر حسب آمپر است. پس هر چه سطح مقطع هادی بیشتر باشد، مقاومت کمتر و افت ولتاژ نیز کمتر خواهد شد.

لازم به ذکر است که از دیدگاه سازمان نظام مهندسی کشور طبق مبحث 19 مقررات ملی ساختمان، افت ولتاژ از نقطه ترانس توزیع تا ورودی تابلوی برق مصرف‌کننده و همچنین از تابلوی برق تا مصرف‌کننده نهایی هر یک نباید بیش از %5 باشد. با لحاظ اینکه اختلاف ولتاژ فاز به فاز استاندارد سمت ولتاژ پایین (LV) ترانسفورماتورهای توزیع شهری 400 ولت است، ولتاژ بین فاز و نول سمت مصرف‌کننده ترانس 231 ولت خواهد شد. بنابراین، افت ولتاژ مجاز برابر است با:

231×(5%+5%) V = 23.1 V

پس محاسبات سایز کابل باید به گونه‌ای باشد که افت ولتاژ بیشتر از مقدار فوق نباشد. به عبارت دیگر، حداقل مقدار ولتاژ ورودی شارژر خودروی برقی برابر است با:

(231 – 23.1) V = 207.9 V

قیمت کابل شارژ خودرو برقی

تا اینجا متوجه شدیم که هر چقدر سطح مقطع کابل (و یا به عبارت مصطلح، سایز کابل) بیشتر باشد، هم میزان تلفات گرمایی (داغ‌شدن کابل) و هم افت میزان ولتاژ کمتر خواهد بود. پس همه چیز به نفع کابل‌های قطور است! پس چرا اصلاً نیاز به محاسبه هست و از ابتدا کابل سایز بالا نخریم؟

باید توجه کنید که مس فلز گرانقیمتی است و با افزایش سایز کابل، قیمت آن نیز افزایش می‌یابد. پس نخستین عامل محدود‌کننده، ملاحظات اقتصادیست.

ملاحظات اجرایی

دومین عامل محدودکننده بر سر استفاده از کابل‌های سایز بالا، محدودیت‌های اجرایی هستند. هر چه سایز کابل بیشتر باشد، وزن و فضای اشغالی آن نیز بیشتر می‌گردد. پس نیاز به لوله برق و سینی‌ کابل (Cable Tray) بزرگتر خواهد بود که باز هم هزینه اجرا را افزایش خواهد داد. درضمن، ممکن است به دلیل محدودیت فضای رایزرها و سایر مسیرهای کابل‌کشی، اصلاً استفاده از کابل‌های بیش از حد بزرگ مقدور نباشد.

شکل 1 – مقایسه سایز کابل 3 رشته افشان (رنگ‌بندی استاندارد کابل: فاز = قهوه‌ای، نول = آبی، ارت = زرد و سبز)

استانداردهای مرجع

در این مطلب جهت محاسبات سایز کابل شارژ خودروی برقی، به استانداردهای 52-5-IEC 60364 و BS 7671 استناد می‌کنیم. لازم به ذکر است که استاندارد نخست پایه تدوین استاندارد دوم می‌باشد.

جداول محاسبه سایز کابل شارژ خودروی برقی

در شکل 2، جداول 4D1A و 4B1 و 4E1B از استاندارد BS 7671 را ملاحظه می‌کنید. این جداول به ترتیب اطلاعات زیر را نشان می‌دهند:

جریان مجاز بر حسب آمپر بر اساس سطح مقطع کابل برای سیستم‌های تک‌فاز و سه‌فاز در دمای 30 درجه سانتیگراد برای هادی‌های مسی
ضرایب تصحیح دمایی سایز کابل نسبت به دمای مرجع 30 درجه سانتیگراد
افت ولتاژ بر حسب ولت به ازای هر 1 کیلومتر طول کابل و جریان 1 آمپر

شکل 2 – جداول مورد استفاده برای محاسبات سایز کابل شارژ خودروی برقی بر پایه استانداردهای IEC 60364-5-2 و BS 7671

مثال عملی محاسبه سایز کابل شارژ خودروی برقی

فرض کنید برای نصب یک شارژر 32 آمپر تک‌فاز نیاز به 20 متر کابل‌کشی دارید و دمای محیط در تابستان حداکثر به 50 درجه سانتیگراد می‌رسد. در جداول فوق، مقادیر مربوط به این مثال را با رنگ قرمز مشخص نموده‌ایم.

نکته مهم:

توجه کنید که ممکن است قسمتی از مسیر کابل‌کشی داخل داکت یا لوله فلکسی باشد که از تهویه کافی برخوردار نباشد. همچنین، ممکن است که بخشی از طول مسیر نیز زیر تابش مستقیم آفتاب باشد. بنابراین باید همیشه بدترین شرایط را از نظر دما و تهویه در اوج گرمای تابستان درنظر بگیرید.

در نگاه نخست از اولین جدول فوق کابل با سطح مقطع 4 میلیمتر مربع برای جریان 32 آمپر مناسب به نظر می‌رسد. اما این جدول برای دمای 30 درجه سانتیگراد هست. بنابراین برای ضریب تصحیح دمایی به جدول دوم مراجعه می‌کنیم که مقدار این ضریب برای دمای 50 درجه سانتیگراد 0.71 درج شده است. پس سایز کابل مناسب برابر است با 5/63 ≈ 0/71÷4 که نزدیک‌ترین سایز کابل با رند به سمت بالا، 6 میلیمتر مربع خواهد بود.

حالا برای محاسبه افت ولتاژ به سراغ جدول 3 می‌رویم. افت ولتاژ این مثال بر حسب ولت برابر است با:

(7.9 × 20 × 32) ÷ 1000 = 5.1 V

این مقدار در محدوده مجاز افت ولتاژ قرار دارد که در بخش «متراژ کابل» بدان اشاره کردیم.

پس با انتخاب کابل سایز 6 مسی، هم سطح مقطع کابل قادر به تحمل جریان 32 آمپر در دمای 50 درجه است و هم مقدار افت ولتاژ برای 20 متر کابل در محدوده مجاز قرار دارد.

حال اگر مثلاً متراژ کابل 100 متر بود، افت ولتاژ به مقدار زیر افزایش میافت:

(7.9 × 100 × 32) ÷ 1000 = 25.2 V

این مقدار از میزان مجاز 23.1 ولت طبق مبحث 19 مقررات ملی ساختمان که در بخش «متراژ کابل» به آن اشاره کردیم بیشتر است. پس می‌بایست به جای کابل سایز 6، کابل سایز 10 انتخاب کنیم.

نتیجه‌گیری

محاسبه سایز کابل شارژ خودروی برقی را می‌بایست بر اساس جداول استاندارد فوق و با لحاظ الزامات مبحث 19 مقررات ملی ساختمان انجام دهیم. در این محاسبه، دمای محیط تأثیر بسیار چشمگیری بر محاسبات دارد و همیشه باید دمای گرمترین روزهای سال در اوج گرمای تابستان را درنظر بگیرید.

در صورت متناسب نبودن سایز کابل با جریان شارژر بر حسب آمپر و همچنین متراژ کابل‌کشی، مشکلات زیر ایجاد می‌گردد: