تعرف على تركيب ومكونات كابلات الجهد العالي

داخل كابلات الجهد العالي والمتوسط توجد عدة طبقات كما يلى:

1 .الموصل .
2 .حجاب الموصل الأول (شبه الموصل) Layer Semiconductor.
3 .العزل Insulation.
4 .حجاب العزل (شبه الموصل الثاني Layer Semiconductor).
5 .حجاب العزل الثاني (الشبكة النحاسية) أو Sheath Metallic

6 .الحشو (أو الفرشة).Filling

7 .شنبر التسليح إن وجد Armoring
8 .عزل داخلي (بلاستيك) Outer Sheath .
9. الغلاف. الخارجي
وسنعرض بالتفصيل لمواصفات كل طبقة واستخداماتها.

1.الموصل Conductor

يعتمد اختيار السلك الموصل على عدة سمات منها مقدار التيار الذي يمر فيه Ampacity ، والجهد والخواص الفيزيائية والمرونة Flexibility ، و بالطبع الناحية الاقتصادية.
والموصلات عادة تصنع من أسالك مجدولة stranded كما سبق أن ذكرنا عند الحديث عن موصلات الخطوط الهوائية فى الباب الثاني )يفضل الرجوع إليها الآن لمراجعة سمات الأسلاك المجدولة وسمات المواد المستخدمة فى صناعة الموصلات عموما سواء النحاس أو الألومنيوم بأنواعه(.
وأحيانا تضاف طبقة من القصدير على الموصل فتسمى أسلاك مقصدرة wires Tinned و أهمية هذه الطبقة هي منع تفاعل النحاس مع بعض مكونات العوازل المطاطية.
و مقاس الموصل Size يقدر بمساحة مقطعه ، والذي يقدر عادة بالملم المربع بالمعايير الدولية أو يقاس بوحدة AWG, Gauge Wire American حسب المقاييس الأمريكية . والمساحة هي مجموع مساحة الشعيرات المستخدمة. والجدول التالي يعطي معلومات عن العالقة بين نظامي القياس والذين يجب أن يحيط بهما أي مهندس .

لاحظ فى النظام الأمريكى أنه كلما كبر الرقم كلما صغرت مساحة المقطع كما فى الشكل.

وقد سبق الحديث عن المواد المستخدمة فى صناعة الموصلات. ويتبقى فقط الحديث عن مقاومة الموصل وهى موجودة فى الفصل التالي عند الحديث عن المواصفات الكهربية للكابلات.

2.حجاب الموصل (طبقة شبه الموصل) Layer Semiconductor

تتسبب عملية جدل الأسلاك للحصول على موصل الكابل في زيادة شدة المجال الكهربي على سطح الموصل بنسبة تصل إلى 20 ، % فالجدل غير مستقيم يؤدي إلى عدم انتظام المجال الكهربي في السطح الداخلي بين العازل و الموصل و الذي ينتج عنه ارتفاع / انخفاض قيم المجال في بعض النقاط كما فى الشكل 24-2 .و هذا الختلاف قد يؤدي إلى انهيار العزل.

و هذه المشكلة قد تؤدي أيضا إلى حدوث ظاهرة ال water tree و تسرب الرطوبة إلى داخل المادة العازلة لوجود هذه النتوءات التي تؤدى لوجود شقوق فى الكابل تتفرع فى جميع الاتجاهات مثل الشجر كما سبق الحديث عنه فى نهاية الفصل السابق.

تأثير عملية الجدل على توزيع شدة المجال

ولعلاج هذه المشكلة فإننا نأخذ في الاعتبار في تصنيع الكابل تركيب مادة شبه موصلة (الشكل أسفله)تسمى ستارة الموصل (Shield Conductor) و هي تستخدم لتقليل ظاهرة ال effect stranded و من أجل الحصول على أفضل توزيع للمجال الكهربي حيث أن هذه الطبقة تعمل على تنعيم سطح الموصل و جعله أملس. كما تعمل على تنظيم خطوط المجال الكهربي لتصبح غير عمودية على سطح الموصل.

وتصنع هذه المادة من مادة البلاستيك مع إضافة كربون أسود لإعطاء الحجاب خاصية شبه التوصيل ) بحيث تكون مقاومة شبه الموصل أعلى من مقاومة الموصل نفسه ( ويساعد شبه الموصل هذا على انتظام المجال الكهربي داخل العازل كما ذكرنا.

كما أن الخاصية البلاستيكية للمادة شبه الموصلة تجعلها ملائمة للتمدد والانكماش مع العازل في فترات زيادة أو قلة الأحمال على الكابل ( زيادة الحمل تزيد حرارة الكابل) مما يؤدي إلى منع تكون أي فقاعات داخل الكابل بين الموصل والعازل . علما بأن وجود تلك الفقاعات مع الاجهادات الكهربية يؤدي إلى تأين الهواء بالفقاعة وبالتالي انهيار العازل واحتراق الكابل .

3. العــزل INSULATION .

ويعتبر العزل أهم مكونات الكابل فإذا ضعف العزل أو انهار أصبح الكابل بال فائدة وال قيمة له ومن أجل ذلك فإن أهم اختبار يجرى فى المصنع بعد التصنيع هو اختبار العزل وكذلك أثناء فحص واستلام التركيبات وكذلك قبل إطلاق التيار فى المشروعات. والعزل يقوم بعزل الفازات بعضها عن بعض ، وكذلك عزل وحماية البشر المتعاملين مع الكابل. وفى حالة كابلات الجهد العالي والمتوسط فإن العزل يكون من مادة XLPE " البولى إيثلين المتشابك وقد سبق الحديث عن سماته فى الفصل السابق .

ملحوظة: أسماء أنواع العوازل السابقة هي الشائعة فى أوروبا والشرق الأوسط ، أما فى أمريكا فالعوازل مختلفة تماما فى أسمائها ، فرغم أنها أيضا مواد بولمرية إلا أن هيئة الاختبارات الأمريكية اختارت أسماء مختلفة لأنواع العوازل ، من أهمها:

عوازل T Type : وتستخدم فى الأماكن الجافة فقط
عوازل THWN, THW, TW Type : للعوازل المستخدمة فى الأماكن المعرضة للمياه
عوازل TBS Type : وهو من اللدائن الحرارية وبه ألياف خارجية مبطئة لللهب ويستخدم فى لوحات التوزيع.
عوازل MTW Type : وهو مقاوم للرطوبة والحرارة والزيوت
عوازل THHW Type : وهو نفسه ال XLPE ويستعمل حتى 75 درجة فى الأماكن الجافة وحتى 90 درجة فى الأماكن الرطبة.

أهمية هذه الملحوظة أن بعض الشركات الأمريكية العاملة فى بالدنا تستخدم منتجات بلدها برموزها ، وبالتالي فالمهندسين العاملين بهذه الشركات عليهم أن يتعاملوا بأسماء هذه المنتجات.

4.حجاب العازل (شبه الموصل الثاني).

توضع مادة شبه الموصل conductor - semi في كابلات الجهد العالي والمتوسط بعد الموصل ، و توضع أيضا بعد العزل مباشر ة . ووظيفة هذه المادة هي جعل خطوط المجال الكهربي تسير بشكل موازي للموصل (الشكل أسفله)وليس في اتجاه عمودي على اتجاه الموصل وبالتالي ال يحدث إجهاد على العزل. وتصنع مادة شبه الموصل ( الثاني ) غالبا من مادة مطبوخة على ال Phase أي مبثوقة وتكون صعبة النزع حتى أننا نحتاج إلى زجاجة مسطحة لنزعها عند عمل الوصلات.

يتكون حجاب العازل من جزئين هما:

الحجاب العازل المساعد Shield Auxiliary وهى شبه الموصل الذى تحدثنا عنه آنفا .
الحجاب الأساسي Shield Primary ( وهى نفسها طبقة ال sheath Metallic التالية)

لاحظ أنه إذا حدث ثقب فى هذه الطبقة conductor - semi فإن ذلك يؤدي إلى تجمع خطوط المجال الكهربي بالثقب وتكون خطوط المجال عموديا على العزل وبالتالي انهيار العزل كما فى الشكل :

5.الغلاف المعدني Metallic sheath

يوجد غلافان معدنيان يسميان تسليح الشكل أعلاه لكابلات الجهد المتوسط والعالي:

الغلاف الأول داخلي: (وهى الطبقة التي نتحدث عنها الآن) ويوضع هذا الغلاف المعدنى على كل فازة من الفازات الثلاثة حتى يمكنها من تسريب تيار القصر - إن وجد - كما أنها تحمى الفازة من الرطوبة وتسرب المياه . وقد يصنع من الرصاص أو الألومنيوم أو النحاس.

ويصنع الغلاف المعدنى Sheath Metallic األول بأشكال مختلفة ، منها:

شريط/ أسلاك من النحاس يلف على العازل بطريقة لولبية .
أو شريط معرج من النحاس يوضع على العازل بطريقة طولية.
وقد يكون غلافا مصمتا من الرصاص يتم لصقه بالطول عن طريق البثق -Extruded sheath lead حيث يتميز الرصاص بسهولة الصنع ومقاومته للتآكل إلا أن خواصه الميكانيكية ضعيفة وغير مشع حراريا وهذا يعنى حبس الحرارة داخل الكابل لذلك يستعمل بعض سبائك الرصاص لتحسين تلك الخواص.

كما يمكن استخدام الألومنيوم في صناعة الغلاف المعدني للكابلات نظرا ألنه أقوي من الرصاص . ولكن نظرا لارتفاع شدة معدن الألومنيوم الميكانيكية فإنه يكون من الصعب التعامل معه خصوصا عند عمليات ثني الكابل. إضافة إلى ذلك فإن الإجهادات الميكانيكية الشديدة الناتجة عن التمدد الحراري في الكابل تؤثر تأثيرا سيئا على وصالت الكابل في حالة استخدام غلاف أملس من الألومنيوم . وقد تم التغلب على هذه المشكلة باستخدام غلاف ألومنيوم معرج corrugated يمكنه امتصاص وتحمل تلك الإجهادات بطريقة أفضل من الغلاف الأملس.

والغلاف المعدني الثاني(خارجى) : وهو نفسه طبقة التسليح قبل الأخيرة التي سنتحدث عنها لاحقا.

6.مزايا الأغلفة المعدنية عامة

1 -حصر المجال الكهربي داخل الكابل. ويعبر عن ذلك بمصطلح "تحجيب الكابل " أي عمل حجاب للكابل لمنع خروج المجالات الكهربية والمغناطيسية خارجه.

2 -توفير مسار لتيار القصر الأرضي.

3 -خفض الاجهادات الكهربية على العازل وخاصة المجالات العمودية على سطح العازل التي تتسبب في تلفه.

4 -الحد من التشويش على أجهزة الاتصالات بسبب تحجيب المجالات.

5 -خفض مخاطر الصدمات الكهربية في حالة التأريض الجيد للكابل.

6 -يوفر حماية ميكانيكية وكيميائية وطبيعية لمادة العازل .

7. الحشو أو(الفرشة):FILLING - BEDDING

يوضع حشو بين الفازات وهى عبارة عن فرشة أو مخدة لكل فاز ة . وعادة ما يتم تصنيع هذا الجزء من مادة PVC لما لها من مميزات ذكرناها من قبل . و فائدة طبقة الحشو مايلى :

العمل على استدارة الكابل وبالتالي يسهل سحبه وتمديده.
حماية الفازات من شنبر التسليح الذى سيوضع الحقا أن وجد .
تساعد على عدم تسريب الماء والرطوبة إلى داخل الكابل .
تعمل كغطاء واقي من الصدمات الميكانيكية الخارجية.
حماية القلوب فى حالة وجود طبقات من شرائح الصلب.

8.التسلـــيح ( التدريع ) ARMOUR

الكابلات قد تكون مسلحة وقد تكون بدون تسليح ، ولكل منهما مجالات للاستخدام ، فالكابل المسلح يستخدم فى الحالات التالية:

الأرض الهشة ذات التراب أو الرمل الناعم .
الأرض المعرضة باستمرار لمرور السيارات والمشاة والمركبات ( ضغوط ميكانيكية)

والكابلات المسلحة تتمتع بحماية ميكانيكية ضد الإجهادات التي يتعرض لها أثناء عمليات النقل والتركيب أو إذا كانت عرضة للوقوع تحت أحمال كبيرة كمرور السيارات وخالفه. ومن فوائد هذه الطبقة أيضا المساهمة فى إيجاد مسار لمرور تيار العطل Faults Earth وتوفير مسار رجوع له إلى مصدره بدال من الرجوع فى الأرض.

والغلاف المعدني الخارجي يصنع من الصلب حتى لا يصدأ و يأخذ أشكالا مختلفة حسب الصور التالية:

قد يستعمل طبقتان من شرائط الصلب بسمك يتراوح من mm 0.8 – 0.5 حسب قطر الكابل . وتدهن هذه الشرائط بالبيتومين.
كما توجد طريقة أخرى لعملية التسليح الكابل ، وهي استخدام أسالك من الصلب المجلفن كما بالشكل أسفله و يمكن القول أن عملية تسليح الكابل هي خبرة فنية خاصة بكل دولة أو شركة تقوم بتصنيع الكابلات .

9. الخارجى الغلاف:Outer Sheath

الحماية الخارجية للكابل عبارة عن طبقة من مادة لها خواص معينة . توضع فوق الغلاف أو فوق طبقة تسليح الكابل بحيث تكون طبقة الحماية الخارجية هي آخر طبقة خارجية للكابل لحمايته من البيئة الخارجية والمواد الأخرى المحيطة به.

والغلاف الخارجي للكابل يكون عادة من مادة خاملة كيميائيا أي ال تتفاعل مع الأحماض أو القلويات أو المواد العضوية ولذلك كانت مادة PVC ( تستعمل فى هذه الطبقة مهما كان جهد التشغيل ألن دوره هنا ليس العزل الكهربي وإنما الحماية الكيميائية ) هي الاكثر استخداما فى الكابلات كغلاف خارجي حماية للكابلات من التآكل فى التربة .

و يجب أن يكون غلاف الكابل مانع للهواء والماء ويغطيه بكامل طوله ، ويسمى هذا الغلاف (الجاكت) أو الغلاف الواقي. و قد يكون الغلاف الخارجي لونه أحمر أو أسود وليس لألوان دخل فى تحديد وتفضيل أي كابل عن الآخر .

والجدير بالذكر أنه عادة يكتب على الغلاف الخارجي للكابل بعض المعلومات الهامة من قبيل اسم الشركة ومقاس الكابل وجهد التشغيل وتاريخ التصنيع كما فى الشكل.

مدونة الالكتروميكنيك

تعرف على تركيب ومكونات كابلات الجهد العالي

أخر المواضيع من قسم : دروس