الكابلات الكهربائية وأنواعها

الكابلات الكهربائية هي إحدى الوسائل التي تستخدم في التمديدات الكهربائية في المنشآت السكنية والصناعية، وتستخدم لنقل الطاقة الكهربائية وتوزيعها في المدن والمناطق المزدحمة بالسكان، حيث يصعب مد الخطوط الهوائية. وتتميز الكابلات بسهولة و سرعة إنشاء خطوطها مقارنة بالخطوط الهوائية. كما أنها تشغل حيز أقل من الأرض ولها عمر افتراضي أطول.

ما هو الكابل الكهربائي cable؟

الكابل (بالإنجليزية: cable) هو موصل كهربائي يُستخدم في نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية. والفرق بين الكابل والموصل (السلك) أن مصطلح “كابل” يطلق على المغذيات الرئيسية Feeders التي تغذي لوحات التوزيع، أما المصطلح ” الموصلات Wires ” فيطلق على الأسلاك المستخدمة في دوائر التغذية الفرعية وخاصة ذات المقطع الصغير.

العوامل المؤثرة على اختيار الكابل

هذاك العديد من العوامل التي يجب أن يراعيها المصمم عند اختياره للكابل، ومن أهمها:

أقصى جهد تشغيلي.
مستوي العزل.
أقصي حمل.
أقصى قيمة للـ Overload وأقصى مدة له.
أقصى قيمة للقصر SCC وأقصى مدة له.
الهبوط في الجهد Voltage drop.
طول الكابل.
طريقة تمديده (تحت الأرض أم في الهواء أم في مواسير).
أقل وأكبر درجة حرارة يتعرض لها الكابل
مواصفات التربة الفزيائية والكيميائية.

تركيب الكابلات الكهربائية

تتشابه جميع الكابلات في أنها تحتوي على موصلات لحمل التيار ويسمى هذا الموصل عادة قلب الكابل (Core)، وعازل محيط بالموصلات لعزل الموصلات عن بعضها وعما يحيط بها وعن الأرض، ونوع من الغطاء الخارجي لتقديم الحماية الميكانيكية وكذلك الحماية من التآكل، وذلك لضمان عمل العازل بطريقة جيدة خلال فترة العمر الافتراضي لعمل الكابل.

وفي بعض أنواع الكابلات -وخصوصًا الكابلات المرنة التي تُستخدم في التمديدات الكهربية- لا يحتوي الكابل أكثر من الموصل والعازل، ولكن بصفة عامة كلما ارتفع الجهد الذي سيعمل عنده الكابل ازداد تركيبه تعقيدًا حتى تصل مكونات الكابل في بعض الجهود العالية إلى ثمانية طبقات. والمكونات الأخرى للكابل تشمل:

1- الموصل (Conductor): ويسمى (قلب الكابل) وهو المادة الموصلة الحاملة للتيار، ويوفر مسار منخفض المقاومة للتيار. ويتكون القلب عـادة إما من سلك واحـد ويسمى موصل مصمت (Solid Conductor) أو من عدد من الأسلاك المجدولة معاً ويسمى موصل مجدول (Stranded Conductor)، استخدام الموصلات بشكل شعيرات مجدولة يزيد من السعة التيارية للكابلات الكهربائية وذلك نتيجة الخاصية الجلدية (skin effect) حيث يفضل التيار الكهربي المرور في المحيط الخارجي للموصل خاصة في حالة التيار المتردد.

يستخدم النحاس والألومنيوم عادة في صناعة موصلات جميع كابلات القوى الكهربية. وتتوقف مساحة مقطع الموصل مع قيمة التيار المصمم عليه حيث كما زادت مساحة مقطع الموصل زاد التيار التصميمي للكابل.

2 – ستارة الموصل (Conductor Screen): و تسمى أيضا حجاب الموصل Shield Conductor وهى طبقة رفيعة من مادة شبه موصلة تستخدم للحصول على توزيع أفضل للمجال الكهربي على السطح المشترك بين الموصل والعازل. وذلك لأن الموصلات تكون مجدولة (Stranded) وبالتالي فالسطح المشترك بينها وبين العازل لا يكون منتظمًا مما يؤدى إلى عدم انتظام توزيع المجال الكهربائي، قد يؤدى ذلك إلى ارتفاع قيمة المجال إلى قيم عالية في بعض النقاط مما قد يؤدى إلى انهيار العزل، ومن هنا جاءت أهمية هذه الطبقة التى تجعل سطح الموصل أملسًا قدر المستطاع.

3 – العازل الرئيسي lnsulation: وأشهر الأنواع هي الـ XLPE و PVC.

4- الغلاف المعدني Metallic sheathing: وهو شريط نحاسي بسمك 1 ملمتر، ويعتبر لغلاف المعدني مهم جدًا وهو موجودة على كل فازه من الفازات الثلاثة أى أن كل فازه من الفازات ملفوف عليها هذه الستارة النحاسية حلزونيًا وبتجانس على طول الفازه وذلك لحمايتها من تيار القصر وهى مصممة حتى يمكنها من تسريب تيار القصرإن وجد كما أنها تحمى الفازه من الرطوبة وتسرب المياه.

5- ستارة العازل المعدنية Sheath Metallic: أو الغلاف المعدني Shield Tape وهو شريط معدني بسمك 1 ملمتر. وتعتبر الشبكة النحاسية مهمة جدًا وهو ملفوف وملتصق على طول كل فازه (phase) من الفازات الثلاثة، وتعمل على تسريب تيار القصر إن وجد كما أنها تحمي الموصل من الرطوبة وتسرب المياه. قديمًا كان هذا الغلاف يصنع من الرصاص لكنه أصبح يصنع من الألومنيوم لخفة وزنه ورخص سعره إضافة إلا أنه لا يتأثر بالاهتزازات الميكانيكية.

6- درع معدني (Armour): أو التسليح وهي عبارة عن أسلاك من الصلب المجلفن (galvanised steel) ويقدم الحماية الميكانيكية للكابل ضد الإجهادات التي يتعرض لها أثناء عمليات النقل والتركيب، وكذلك بعد وضعه في الخدمة، وتنص بعض المواصفات على أن الكابلات الأعلى جهدًا من 1kVيجب أن تكون ذات تسليح معدني.

7- الحشو أو الفرشة (Bedding): توضع فوق الغلاف المعدني طبقة مصنوعة من مادة PVC عبارة عن فرشة (وسادة)، الغرض من الفرشة هو حماية الغلاف المعدني من التآكل ومن الإصابات الميكانيكية الناتجة عن التدريع (Armour).

8- الغطاء الخارجي Outer Jacket: هي طبقة توضع فوق الغلاف أو فوق طبقة تسليح الكابل يستخدم لحماية ووقاية الموصلات والأجزاء الداخلية للكابلات الكهربائية من التأثيرات البيئة والمواد المحيطة به مثل الرطوبة والحرارة والمواد الكيماوية التي يمكن أن يتعرض لها الكابل.

ويكون من مواد مقاومة للظروف التي ممكن أن يستخدم فيها الكابل وعادة يكون من ال PVC لأنه مادة خاملة كيميائيا أي لا تتفاعل مع الأحماض أو القلويات أو المواد العضوية ويكون لونه إما أحمر أو اسود وليس للألوان أي دخل في تحديد وتفضيل أي كابل عن الآخر.

وجدير بالذكر هنا أنه ليس من الضروري أن تكون جميع الكابلات لها نفس التركيب بل يختلف تركيب الكابل تبعا لمستوى الجهد الذي يعمل عنده ونوع العازل المستخدم في الكابل وطريقة تركيب الكابل واستخدامه.

أنواع الكابلات الكهربائية

هناك أنواع عديدة للكابلات وفقًا للتصنيفات المختلفة مثل نوع المادة العازلة، ومستوى الفولتية، واستخدامات الكابل، وفيما يلي أهم أنواع الكابلات الكهربائية:

كابلات العوازل الورقية Paper Cables lnsulated.
كابلات العوازل البوليميرية Polymer cables insulated.
كابلات العوازل المطاطية.
كابل ذو قلب واحد single core cable.
كابل متعدد القلوب multi-core cable.
كابلات الجهد العالي والفائق.
كابلات الجهد المتوسط.
كابلات الجهد المنخفض.

تمديد الكابلات

يراعى في تصميم توصيلات الأسلاك المستخدمة للتركيبات بصفة عامة الناحية الاقتصادية و مدى تحملها وكذلك عمرها الافتراضي ونوعية الأداء المطلوب منها، وطبيعة المبنى تحدد كيفية توفر الشروط السابقة.

وأياً كانت الكيفية المستخدمة فيجب أن يوضع الأمان للأشخاص و للمنشأة فوق الاعتبارات الأخـرى. فمتطلبات المجمعات الصناعية تختلـف عـن متطلبـات المجمعات السكنية. فالتركيبات يمكن أن تكـون علـى أسطح الجـدران أو بداخلها أو على الأسقف أو على السطح.

وتكون الموصلات ممتدة إما داخل مواسير مصنوعة من الصلب أو البلاستيك أو داخل قنوات مربعة أو مستطيلة لها غطاء متحرك يمكن إزاحته وإعادة تركيبه عند تركيب أو فحص أو تغيير الموصلات. كما يمكن تمديد الموصلات المجمعة على شكل كيبل خارجياً وتثبيتها بواسطة كلبسات مثبتة على السطح.

اقرأ: طريقة حساب مقطع الكابل المناسب

المراجع

كابلات القوى الكهربائية، د. عبد المنعم موسى.

المرجع في التركيبات والتصميمات الكهربائية، ا.د محمود جيلاني.