الكابلات الكهربائية

---

 الكابلات الكهربائية

الدرس الاول

مقدمـــــــــــــة

يتم نقل وتوزيع الطاقة الكهربية والتوصيل بين المعدات في المحطات أما بواسطة الكابلات الكهربية cables أو الخطوط الهوائية overhead lines.
الفارق
الجوهري بين الخطوط الهوائية والكابلات هو أن الموصلات المستخدمة في
الخطوط الهوائية تكون موصلات مكشوفة أي غير معزولة ويتم تثبيتها علي أبراج
للمحافظة علي مسافات فاصلة ثابتة بين الموصلات بعضها البعض وبين الموصل
والأرض في حين أن الموصلات المستخدمة في الكابلات تكون مغطاة بأكملها بمادة
عازلة – بالطبع ما عدا عند النهايات حيث التوصيلات بباقي أجزاء منظومة
القوي – ويتم تمديد هذه الكابلات إما بالدفن المباشر في الأرض أو داخل
مواسير مدفونة في الأرض أو خلال ممرات تحت سطح الأرض مهيأة خصيصا لهذا
الغرض أو يتم تمديدها محمولة علي حوامل (trays) سواء كانت هذه الصواني مفتوحة أو مغلقة وتكون
الكابلات بهذه الطريقة أكثر أمانا من الخطوط الهوائية حيث إن احتمالات
تلامس الأفراد أو الطيور والزواحف والحيوانات الصغيرة أو الأجسام المعدنية
مع الموصلات الحاملة للجهد الكهربي ضئيلة جدا مما يحافظ علي سلامة الأشخاص
وأيضا تقليل فرص تعرض الكابلات للأخطاء أي أن الكابل أكثر أمانا من الخط
الهوائي وهذه هي أهم مميزات الكابلات علي خطوط النقل الهوائية.
والاختيار
بين الكابلات الأرضية والخطوط الهوائية لا يتم وفقا لمعيار واحد ولكنه
يخضع إلي جانب اعتبارات الأمان لعدة عوامل اقتصادية وفنية عديدة أهمها:

تكلفة الموصل:

لنقل
نفس القدرة يكون الموصل المستخدم في خط النقل أقل تكلفة من الموصل
المستخدم في الكابل حيث إن السعة التيارية للموصلات المكشوفة المستخدمة في
خطوط النقل تكون أكبر بكثير من السعة التيارية للموصل داخل الكابل وبالتالي
يكون موصل خطوط النقل أصغر جحما وأقل تكلفة من موصل الكابل.

تكلفة العازل:

تكلفة
العازل في الكابل أكبر بكثير منها في حالة خط النقل الهوائي حيث إن خط
النقل يستخدم موصلات مكشوفة مثبتة علي أبراج ويتم عزل الموصلات عن جسم
البرج باستخدام عوازل غالبا من البورسلين ويكون الهواء هو العازل الاساسي
بين الموصلات وبعضها حيث يتم تثبيت الموصلات بعيدة عن بعضها البعض بمسافات
تعتمد علي مقدار الجهد أما في الكابلات يتم إحاطة الموصل بمادة عازلة عالية
التكلفة ويلزم غطاء معدني لحماية العازل من تأثيرات التربة وحماية
ميكانيكية للكابل وفي بعض أنواع الكابلات وخصوصا التي تستخدم الورق العازل
يلزم ملء الكابل بالزيت العازل أو غاز خامل لملء الفراغات بين طبقات الورق
وفي هذه الحالة يلزم تركيب خزانات للزيت أو الغاز الخامل علي طول مسار
الكابل مما يجعل تكلفة العزل أكبر بكثير للكابل منها في حالة خط النقل.

تكلفة التركيب

تكلفة
تركيب خطوط النقل الهوائية أقل بكثير من تكلفة تركيب الكابل , وبصفة عامة
فإن تكلفة الكابلات أعلي بكثير جدا من تكلفة الخطوط الهوائية حيث قد تصل
أحيانا إلي عشرة أضعاف أو يزيد تكلفة خط النقل.
بالإضافة
إلى هذه العوامل الاقتصادية فإن هناك عامل يحد من استخدام الكابلات لنقل
القدرة عن جهود عالية لمسافات طويلة حيث إنه في حالة الكابل تكون القيمة
السعوية capacitance للكابل اكبر من المحاثة inductance
ويكون تيار الشحن كبيرا جدا مما يسبب ارتفاعا كبيرا في الجهد ولذلك فإنه
لنقل كمية كبيرة من القدرة لمسافات طويلة علي جهود عالية لا يمكن استخدام
الكابلات وإنما تستخدم الخطوط الهوائية.
الكابلات
تتميز علي الخطوط الهوائية بأنها أكثر أمانا للأفراد وأقل عرضة للحوادث
وأقل تأثيرا بالكوارث الطبيعية والعوامل البيئية ولذلك فهي تستخدم عندما
يكون الأمان مطلبا أساسيا أو عندما يكون النقل بخطوط هوائية غير مأمون كما
في الحالات التالية:

1. داخل المنشآت الصناعية وداخل المدن والمناطق المأهولة بالسكان
2. في الأماكن التي قد تتسبب خطوط النقل الهوائية فيها في حدوث أعطال أو حوادث كما هي بالقرب من المطارات
3. عبر الموانع المائية المتسعة
4. داخل محطات التوليد والنقل والتوزيع

بعض الاختصارات المستخدمة في الكابلات:

polyvinyl chloride كلوريد البولي فينيل = PVC
ethylene propylene rubber مطاط البروبيلين الاثيلي = EPR
cross linked polyethylene بولي اثيلين متشابك الربط = XLPE
steel wire armor سلك تسليح صلب = SWA
paper insulated lead covered armor كابل معزول بالورق ومسلح بالرصاص = PILCA

تركيب الكابل Cable Construction

تتكون جميع أنواع الكابلات بصفة أساسية من موصل ذي مقاومة منخفضة لنقل التيار الكهربي ويسمي هذا الموصل عادة قلب الكابل (core) وعازل
لعزل الموصلات عن بعضها وعن ما يحيط بها وعن الأرض والغلاف الخارجي
للحماية الميكانيكية والكيميائية لكل أجزاء الكابل ولكنه كلما ارتفع الجهد
المقنن للكابل ازداد الكابل تعقيدا والمكونات الأساسية للكابلات عموما هي:

Conductor

1. الموصل

Conductor screen

2. ستارة الموصل

Insulation

3. العازل

Insulation screen

4. ستارة العازل المساعدة (شبه موصل)

Insulation shields

5. ستارة العازل الأساسية (معدنية)

Filling materials

6. المواد المالئة

Armoring

7. التسليح

Jacket or sheat

8. الغلاف الخارجي

الدرس الثاني
تابع المكونات الاساسية لللكابل

الموصل: Conductor
يسمى الموصل مع عازله بقلب ( CORE
) الكابل ويكون من النحاس أو الالمونيوم ويتناسب مساحة مقطع مقطعه مع قيمة
التيار المار فيه أي كلما زاد مساحة مقطع الموصل يتحمل تيارات اكبر،
والكابلات إما أن تكون مفردة القلبsingle core أو متعددة القلوب Multi-core، وقلب الكابل عبارة عن موصل يحيط به مادة عازلة تعزله عن باقي القلوب وكذلك مكونات الكابل.

يعتمد اختيار السلك الموصل على مقدار التيار الذي يمر فيه ampacity والجهد والخواص الفيزيائية و المرونة flexibility والشكل والناحية الاقتصادية.
وأنوع هذه الموصلات هي:
أ - مصمت: SOLID
ب- مجدول: STANDED

[size=21]الموصلات المصمتة: Solid Conductors
تستخدم
الموصلات المصمتة للكابلات ذات المقاسات الصغيرة والتي تعمل علي تيارات
صغيرة ولا تحتاج إلى مرونة عالية وتستخدم هذه الكابلات في دوائر التحكم
والإنارة بالمحطات الكهربية والمنشئات الصناعية.
الموصلات المجدولة: Stranded Conductors

الموصلات المجدولة تتحمل تيارات اعلي لنفس مساحة مقطع الموصل وذلك نتيجة الخاصية القشرية لمرور التيار skin effect
حيث أن الكترونات التيار الكهربي تميل إلى الازدحام في الطبقات الخارجية
للموصل وتقل بدرجة كبيرة في الطبقات الداخلية مما يؤدي إلى عمل بعض
الموصلات المفرغة من الداخل وأيضا عند عمل الموصل جدائل يمر التيار في
الطبقات الخارجية لكل جديلة والتي تكون اكبر بكثير من الطبقة الخارجية لنفس
الموصل إذا كان مصمتا وبالتالي الموصل المجدول يتحمل تيار كهربي أعلي من
الموصل المصمت لنفس مساحة المقطع وأيضا يمتاز بالمرونة العالية flexibility ولكن يكون القطر الخارجي للموصلات المجدولة اكبر من القطر الخارجي للموصلات المصمتة والتي لها نفس المساحة. تصنع الموصلات المجدولة باشكال وانواع مختلفة ومنها :

‌أ- المستدر المركزي Concentric round

‌ب- المستدر المركزي المدمج Compact round

‌ج- المستدير الاجوف Concentric annular

‌د- المستدير القطاعي Concentric segmental

‌ه- القطاعي المدمج Compact sectors