کابل های راه آهن، قطار و مترو

نگاهی خواهیم داشت بر انواع سیم و کابل های مورد استفاده در راه آهن و مترو و از ساختار و ویژگیهای آنها خواهیم گفت.

با توجه به مزایای حمل و نقل مسافر و بار از طریق خطوط ریلی، در بسیاری از کشورها سرمایه گذاریهای بالایی برای توسعه و نگهداری از خطوط ریلی درون شهری و بین شهری انجام میشود. این وسیلۀ نقلیه از زمان پیدایشش در قرن 19 میلادی تا امروز، دچار تغییرات فراوانی شده.

برقی شدن قطارها یکی از این تغییرات است. افزایش تعداد خطوط و قطارها و لزوم کنترل و راهبری دقیق، نیاز به ایجاد امنیت، آسایش و بهره مندی از انرژی الکتریسیته و امکانات ارتباطی در ایستگاهها و درون سالنها یا کوپه های مترو و قطار، باعث گسترش استفاده از سیم و کابل ها در این سیستم حمل و نقل شده است. به همین دلیل، میتوان سرفصلی را با عنوان سیم و کابل های راه آهن و مترو ایجاد و دربارۀ آن تبادل نظر نمود.

انواع سیم و کابل های راه آهن

هادیها، سیمها و کابلهای استفاده شونده در سیستم حمل و نقل ریلی را میتوان در 6 گروه زیر دسته بندی کرد:

1. هادیهای هوایی تغذیۀ کننده قطار برقی
2. کابلهای قدرت در کنار ریل
3. کابل های سیگنالینگ
4. کابلهای مخابراتی و انتقال داده ها
5. سیم و کابل های ایستگاهها
6. سیم و کابلهای درون قطار یا مترو

در هر یک از این گروهها، محصولات گوناگونی حضور دارند و بر اساس استانداردها و مقررات، نوع خط و طراحی یا تکنولوژیهای خط و وسایل موجود در آن، سیم و کابل های مناسب انتخاب میگردند.

برای بخش قابل توجهی از سیم و کابلهای به کار رونده در سیستم حمل و نقل ریلی، مخصوصاً آنهایی که درون ایستگاهها، تونلها و قطارها هستند، ویژگیهای مشترک: بدون هالوژن (Halogen Free or Zero Halogen)، بازدارندۀ گسترش شعله و خود خاموش کن (Flame retardant and Self-extinguishing) و کم دود در صورت سوختن (Low smoke) درخواست میشوند.

از خصوصیات مورد نظر طراحان و بهره برداران برای کابلهایی که در فضای باز قرار میگیرند هم میتوان پایداری بالا در برابر UV، شرایط آب و هوایی و تنشهای مکانیکی اشاره کرد.

هادیهای هوایی قطار برقی

هادیهای هوایی، وظیفۀ انرژی رسانی Overhead را به قطارهای برقی در طول مسیر ریلی بر عهده دارند. این هادیها به صورت هوایی به موازات خط آهن و بر روی تیرهای مختص این خطوط قرار میگیرند. برق سیستم هوایی اغلب از نوع AC با ولتاژ 15 یا 25 کیلوولت است.

گوناگونی این هادیهای هوایی را میشود اینطور برشمرد:

• هادی تغذیه کنندۀ اصلی و سیم برگشت: هادی تمام آلومینیومی (AAC) و در طراحیهایی که به استحکام کششی بیشتری نیاز است، هادیهای تمام آلومینیوم آلیاژی (AAAC) استفاده میشوند. در برخی از قسمتهای سیستم، برای جلوگیری از تداخلات الکتریکی میان هادیهای برق و کابلهای مخابراتی و سیگنالینگ، هادیهای دارای روکش PVC یا LSZH انتخاب میگردد.
• هادی Catenary: معمولاً از جنس مفتولهای مس سخت تابیده شده یا آلیاژ CuMg هستند و بر روی خط آهن و موازی با آن کشیده میشوند.
• هادی تماس: قطار یا لوکوموتیو آن از طریق پانتوگراف نصب شده بر روی سقفش، با هادی Contact در ارتباط است و انرژی الکتریکی (فاز) را دریافت میکند. جنس این هادی مس سخت (انیل نشده)، آلیاژ مس-نقره، آلیاژ مس-قلع و یا آلیاژ مس-منیزیم با سطح مقطعهایی همچون 107 و 120 میلیمتر مربع است.
• هادی های آویخته: این هادی استرندد (با ساختار 7/7 یا 19/7) مسی یا آلیاژ CuMg، به طور عمود بر خط و در فواصل منظم نصب میشود و هادی Catenary را که به آن مسنجر هم گفته میشود، به هادی تماس وصل میکند. سطح مقطع هادی Dropper برابر با 10 یا 54.14 mm² است.
• هادی زمین: از جنس مس نیمه افشان (37 رشته) با سطح مقطعی مانند 150 میلیمتر مربع.

کابل های قدرت Trackside

همانطور که از نام این گروه پیداست، کارشان برقراری مدار الکتریکی و تأمین انرژی برق است و در کنار ریل نصب میگردند. انواع مهم این کابلها عبارتند از:

• کابل 19/33 کیلوولت با رسانای آلومینیومی یا مسی در سطح مقطعهایی همچون 185 و 300 Sq.mm. دارای لایه های نیمه هادی و عایق XLPE. مجهز به شیلد از سیمهای مسی و نوار مانع نفوذ آب. روکش نهایی از آمیزۀ HDPE با پوشش گرافیت یا روکش LSZH. با کدهای N2XS(F)2Y و NA2XS(F)2Y یا N2XS(F)H و NA2XS(F)H. این کابلها در توزیع برق زمینی سه فاز AC و رساندن انرژی به یکسو کننده ها در خطوط قطار شهری زیر زمینی (مترو) به کار میروند.
• کابل 25/44 کیلو ولت با هادی 400، 500 یا 630 mm². کد 2XS(F)2Y یا 2XS(F)H. روکش MDPE با پوشش گرافیت یا LSZH با پوشش گرافیت در تونلها و ایستگاهها. این کابل میتواند برای تغذیۀ AC اتوترانسفورماتورهای خط قطار برقی استفاده شود.
• کابل برق 0.6/1 کیلوولت چند رشتۀ مسی یا آلومینیومی در سطح مقطعهای مختلف. عایق XLPE. امکان افزودن نوار مانع نفوذ آب و نوار فایبرگلاس برای محافظت از کابل در برابر جوندگان. پوشش خارجی PVC یا LSZH مشکی. از این کابل برای تغذیۀ دستگاههای سیگنالینگ (کابل برق) استفاده میگردد.
• کابل 750 ولت DC تک رشته. با رسانای مس قلع اندود کلاس 2 در سایزهای همچون 500، 630 و 935 میلیمتر مربع. عایق EPR و روکش LSZH به رنگ مشکی با نوار زرد.
• کابل 650/750 ولت. DC Track feeder Cable. با رسانای مسی یا آلومینومی کلاس 2، نوار جدا کنندۀ PET و روکش CSPE. سایز 630 مسی یا 500 و 1000 آلومینیومی برای قطب مثبت و 162 مسی یا 150، 240 و 800 mm² آلومینیومی برای قطب منفی. این کابلها برای اتصال پست Traction به ریل برقدار (ریل سوم) در مترو استفاده میشوند.
• کابلهای تأمین کنندۀ برقِ سیستم گرمایش نقطه ای. هادی مس قلع اندود افشان کلاس پنج. معمولاً به صورت 4 یا 8 رشته در سطح مقاطع 1.5 تا 16 میلیمتر مربع. جنس عایق EPR و روکش پلی کلروپرن یا LSZH مشکی. سیستم هیتر برقی که توسط این کابلها تغذیه میشوند، در هوای سرد باعث گرم شدن ریل به ویژه در نقاط تغییر دهندۀ مسیر میگردند تا این عملیات بدون مشکل انجام شود.

کابل های سیگنالینگ راه آهن

کابلهای Signalling نقش مهمی در تضمین عملکرد قابل اطمینان و روان شبکۀ راه آهن ایفاء میکنند. به همین دلیل است که این کابلها دارای مشخصات و طراحی منحصر به فردی هستند. از این کابلها در مدارهای کنترل و سیگنالینگ (مانند علائم و چراغها در خط آهن) استفاده میگردد.

دسته بندی کابلهای سینگالینگ خط آهن بدین شرح است:

• A1 تا A4: کابلهای گروه A با هادیهای مس قلع اندود کلاس 2 و سطح مقطع 0.75، 1.15 و یا 2.5 mm² تولید میشوند. جنس عایق EPR یا LSZH است. یک نوار جدا کننده از جنس Polyethylene Terephthalate دارند. روکش نهایی از آمیزۀ بدون هالوژن، کم دود و بازدارندۀ گسترش شعله است. A1 و A2 تک کور، A3 چند کور و A4 دو کُر + رشتۀ ارت است. این گروه معمولاً مناسب نصب در داخل ساختمان خواهند بود.
• B1 و B2: این گروه از کابلها، قابلیت نصب در فضای باز را دارند. جنس هادیهایشان مس قلع اندود rm با سطح مقطعهای مختلف است. B1 ها تک رشته و B2 ها چند رشته اند. عایقشان از EPR است و روکششان HDPCP. ولتاژ نامیشان 0.65/1.1 کیلوولت است. نوع B2 در سطح مقاطع بالا میتواند در تغذیۀ دستگاههای سیگنالینگ به کار رود. این گروه در برابر ضربه، سایش، روغنها و گریسها مقاومند.
• C1 تا C3: با هادی مس قلع اندود افشان 2.5 mm²، عایق EPR و روکش HDPCP تولید میشوند. C1 تک رشته، C2ها چند Core و C3 دو رشتۀ مجهز به فویل آلومینیومی و سیم تخلیه هستند.
• D1 و D2: جنس رسانا (های) این گروه، مس قلع اندود کلاس 2 در سایزهای مختلف است. D1 سینگل کور است و D2ها چند رشته هستند. عایقشان EPR یا LSZH و روکششان از آمیزه های LSZH خواهد بود. دارای نوار جدا کنندۀ PET هستند. این گروه برای نصب داخل تونلها یا زیر زمینی، جانشین گروه B میگردند.
• E1 تا E3: رسانای مس قلع اندود کلاس 5 با سایز 2.5 میلیمتر مربع دارند. عایقشان EPR یا LSZH و روکششان LSZH است. E1 تک رشته، E2 چند رشته و E3 دارای اسکرین آلومینیومی و سیم تخلیه است. کاربردشان مانند گروه C است و برای نصب داخل تونل یا زیرزمینی، جانشین آنها میشوند.

کابلهای چند رشتۀ دیگری نیز برای این کاربرد طراحی و درخواست میشوند. در ساختار این کابلها از هادیهای مس قلع اندود کلاس 1، عایقهایی مانند PVC، EPR، XLPE و LSZH، شیلد بافت مس قلع اندود یا رسانای برگشت کنسنتریک و روکشهای PCP، PVC و LSZH استفاده میگردد.

کابل های مخابراتی و دیتا

• کابل Axle counter: این کابلها در سیستم شمارندۀ محور (تشخیص حضور قطار، تعداد واگنها و سمت حرکت آن) استفاده میشود. هادیهای این کابلها از جنس مس قلع اندود مفتولی با قطر 0.9 یا 1.4 و با تعداد زوج سیمهای 2 تا 24 است. عایق کابل پلی اتیلن میباشد. برای حفاظت در برابر رطوبت و آب، میتوان کابل را با نوار آلومینیوم/پلی استر و ژله فیلد تولید نمود. برای حفاظت در مقابل جوندگان، از زره فولادی نواری یا مفتولی و یا نوار فایبرگلاس استفاده میگردد. پوشش خارجی کابل نیز از جنس PE خواهد بود.
• کابلهای مخابراتی مسی: با هادیهای مسی مفتولی 0.63 یا 0.9 میلیمتری. 2 تا 100 زوج. عایق PE. مجهز به فویل آلومینیوم/پلی استر و ژله فیلد. این کابلها قابل نصب در کانال بتونی کنار ریل یا درون لوله هستند. برای امکان دفن مستقیم در زیر خاک، میتوان کابل را مجهز به آرمر کاروگیت شدۀ فولادی نمود. روکش کابل پلی اتیلن مشکیست. برای مکانهایی که به کم دود و عاری بودن از گازهای سمی و خورنده نیاز باشد، روکش LSZH به کار خواهد رفت.
• کابلهای نوری: برای خطوطی که ترافیک دیتا بالاست یا به سرعت تبادل دادۀ بالاتری نیاز است، میتوان از کابلهای فیبر نوری با تعداد Core های گوناگون استفاده نمود. این کابلها نیز دارای نوار مسدود کنندۀ نفوذ آب هستند و میتوان زره فولادی کرکره ای هم در ساختارشان تعبیه کرد. روکش نهایی از جنس PE یا آمیزۀ کم دود و بدون هالوژن خواهد بود.
• کابل های سیستم SCADA: برای برقراری Supervisory Control and Data Acquisition در راه آهن استفاده میگردد. متشکل از هادیهای مفتولی مسی 0.9 میلیمتری، عایق پلی اتیلن، ژله از آمیزۀ نفتی، نوار Al/PE، شیلد از سیمهای آلومینیومی، نوار مانع نفوذ آب و روکش MDPE یا LSZH است. کابلهای اسکادا با تعداد زوج سیمهای مختلف مانند 10، 20 و 30 زوج تولید میشوند.
• کابل تک زوج دیتالینک BR 1932: ساختار یافته از دو رشتۀ مسی مفتولی با قطر 0.6 یا 1.27 میلیمتر است. عایق و پوشش میانی کابل از جنس PE هستند. یک نوار آلومینیوم/پلی اتیلن در نقش حفاظ رطوبتی وجود خواهد داشت. روکش کابل نیز از پلی اتیلن است و برای کابلکشی درون تونلها یا داخل ایستگاه قطار، از روکش LSZH استفاده خواهد شد. کد کابلها A-2Y2Y(L)2Y و A-2Y2Y(L)H میباشد و در سیستم Solid State Interlocking, SSI به کار میروند.

سیم و کابلهای درون ایستگاهها

داخل ایستگاههای قطار و مترو، دستگاهها و وسایل فراوانی وجود دارند که برای انرژی رسانی یا دریافت و ارسال داده از/به آنها، سیم و کابلهای متنوع و پرشماری نیاز خواهد بود. این سیم و کابلهای برق و دیتا، از نظر عملکرد و ساختار درونی، مشابه سیم و کابلهایی هستند که در پروژه های غیر ریلی استفاده میشوند. تفاوت اصلی اغلب در جنس پوشش خارجی این محصولات است.

ایستگاهها از محلهایی به شمار میروند که معمولاً با تراکم جمعیت مواجهند. برای حفظ ایمنی این جمعیت متراکم شامل مسافران و کارکنان خطوط حمل و نقل ریلی است که بیشتر اوقات و برای این کاربرد، برخورداری سیم و کابلها از روکشهای کم دود و هالوژن فری و بازدارندۀ گسترش شعله درخواست میگردد. این نوع سیم و کابل ها در صورت سوختن، سبب گسترش آتش نمیشوند، دود زیادی تولید نخواهند کرد و گاز حاصل از سوختن آنها فاقد مواد سمی خواهد بود.

برخی از انواع این سیم و کابل ها عبارتند از:

• سیم برق و ارت عایقدار H07Z-R, H07Z-U و H07Z-K
• کابلهای برق افشان H07ZZ-F برای سیستمهای UPS و تهویۀ مطبوع
• کابل های کنترل افشان HSLH و HSLCH
• کابلهای قدرت LV مانند N2XH, N2XRH و NA2XH
• کابل های MV زمینی مانند N2XSH, N2XS(F)H, NA2XS(F)HBH
• کابل های کواکسیال با روکش LSZH برای دوربینهای مدار بسته و نمایشگرها
• کابلهای مقاوم در برابر حریق برای مدارهای اعلام حریق، روشنایی اضطراری، آلارمها و بلندگوها
• کابل های تخت برای آسانسورها با روکش FRT و ترجیحاً LSHF
• کابلهای برق مناسب پله برقی با روکش FRT
• کابل های تلفن و شبکه (LAN) با روکش LSFOH

سیم و کابلهای درون قطار و مترو

کابل های درون وسایل نقلیۀ سیستم راه آهن که با نام Rolling Stock cables نیز معرفی میشوند، شامل انواع کابلهایی هستند که در بخش محرکهای الکتریکی، تأمین و توزیع برق، مدارهای روشنایی، ارتباطات، ایمنی، کنترل، دیتا، سیستم گرمایش و تهویۀ مطبوع به کار میروند. از استاندارد های تولید این کابل ها میتوان به DIN EN 50264 و DIN EN 50382 اشاره کرد.

ویژگهای مهمی که برای بیشتر این سیم و کابل ها مدنظر است، LSFOH و Flame retardant بودن و برخورداری از پایداری مکانیکی و حرارتی مناسب است. برای آزمایش این خصوصیات، افزون بر استانداردهای اختصاصی مذکور، میتوان به IEC 60332، IEC EN 60754 و IEC EN 61034 استناد کرد.

سیم و کابلهای برق و کنترل Rolling Stock با رساناهای مس قلع اندود کلاس 5 یا 2 و تعداد رشته های گوناگون تولید میگردند. کابلهای دیتا نیز به صورت تک زوج یا چند زوج خواهند بود. عایق و روکش آنها غالباً از جنس آمیزه های کشسان کراسلینک LSZH و Limited Fire Hazard برای کاهش خطر آتش سوزیست. محدودۀ تحمل دمایی این عایقها، معمولاً 30- تا 85+ درجۀ سلسیوس است. برای کاربردهایی که به تحمل حرارتی بالاتری مانند 120+ و 150+ C° نیاز است، میتوان مطابق استانداردها، از آمیزۀ سیلیکون رابر بهره جُست.

ضخامت عایقهای این سیم و کابلها، میتواند بر اساس کاربرد در حالتهای معمولی، کاهش یافته و یا در صورت لزوم، افزایش یافته باشد. در صورتی که اسکرین در کابلهای کنترل و دیتا مورد نیاز باشد، اغلب شیلد بافت مس قلع اندود را به ساختار کابل میفزایند.

ولتاژهای نامی این سیم و کابلها، معمولاً یکی از مقادیر 30/50 ولت، 300/500 ولت، 600/1000 ولت AC یا 900/1500 ولت جریان مستقیم، 1.8/3.0 KV جریان متناوب یا 2.7/4.5 کیلوولت DC و 3.6/6 کیلوولت AC معادل با 5.4/9.0 کیلوولت DC میباشد.

---

تصاویر سیم و کابلها و اطلاعات فنی آنها، برگرفته از بروشور Rail and Metro و کاتالوگهای شرکت Eland Cables است.