1 كابلات الجهد المنخفض Low voltage cablesالمحاضرة:
1. مكونات كابلات القوى الكهربية ذات الجهد المنخفض
2. كيفية اختيار الكابلات
3. التعرف على احتياطات التركيب
4. الإختبارات التى تجرى على الكابلات
1- مقدمة:
وظيفة الكابلات هى نقل الطاقة بطريقة سليمة من المصدر إلى أجهزة الاستخدام وأثناء عملية نقل الطاقة تحدث بعض الظواهر مثل إرتفاع درجة حرارة الكابل نتيجة للمفاقيد وكذلك هبوط الجهد وتكوين المجالات الكهرومغناطيسية حول الكابل بالإضافة إلى الحث المتبادل بين دائرة الكابل والدوائر المجاورة .
2- المكونات :
تصنع الكابلات إما بقلب واحد Single Core أو قلبين أو ثلاثة قلوب Three-Cores وربما أكثر من ذلك ويمكن القول بصفة عامة أن استخدام الكابلات ثلاثية القلب يؤدي إلى خفض التكاليف وخفض هبوط الجهد أما الكابل أحادي القلب فهو أكثر مرونة واسهل في التركيب والتوصيل وعلى ذلك فإن استخدام الكابلات وحيدة القلب يكون أفضل داخل المباني التجارية نظرًا لكثرة تعرض الكابل من انحنائات وكذلك كثرة التفريعات والتوصيلات على الكابل .
و يتكون الكابل وحيد القلب من:
1- الموصل
2- العازل
3- غطاء
4- والحماية الخارجية .
أما الكابل ثلاثي القلب فيتكون من:
1- الموصل
2- العازل
3- مادة الحشو
4- وحزام الربط Belt و ستارة Screen
5- الغطاء والحماية الخارجية .
2-1 القلب (الموصل ):
يصنع قلب الكابل من مادة عالية التوصيليه الكهربية و يستعمل النحاس أو الألومنيوم في صناعة الموصل للكابل وعادة ما يفضل استخدام موصلات النحاس لسبب خواصها الكهربية والميكانيكية والكيماوية الأفضل أما موصلات الألومنيوم فإنها تستخدم ايضًا على نطاق واسع بسبب رخص ثمنها وخفة وزنها بالنسبة للموصلات النحاس وذلك لنفس قيمة التيار . و في المبانى السكنية و المنشآت التجارية والإدارية تستخدم الموصلات النحاسية المصمته حتى قطاع (16) مم 2 على الأكثر وتستعمل الموصلات المجدولة للقطاعات الأعلي من ذلك للحصول على المرونة وقد حددت اللجنة الدولية الكهروتقنية IEC المقياس العلمي للمقاومة Resistivity النحاس المخمر Annealed علىأساس أن 1.724 ميكرو أوم سم عند 20م تكافئ مقاومة 100% ويحتاج موصلات من الألومنيوم إلى 160% من قطاع الموصلات النحاسي للحصول على نفس التوصيل الكهربي ويجب الاحتياط عند استخدام الموصلات الألومنيوم من عوامل البيئة المحيطة .
2-2- العازل :
تستخدم المواد البوليمرية Polymeric Materials الآن في صناعات جميع الكابلات المستخدمة فى المباني التجارية على اختلاف جهودها والمواد البوليمرية هى مواد مستخرجة من صناعات البتروكيماويات .
وهناك نوعان أساسيان من هذه المواد يستخدمان في صناعة عوازل الكابلات :
1- اللدائن الحرارية Thermoplastics:
وهي أنواع البوليمر تلين بالحرارة وتصلد بالبرودة . وأهم أنواعها البولي فينايل وكلوريد PVC ويتميز بخواص كهربية ممتازة حتى جهد 3 ك.ف : وهو غير مناسب للجهود الأعلي من ذلك إلا بأستخدام أنواع خاصة منها وكما ذكرنا فهو يتصلد بالبرودة ويلين بالحرارة ومن الأفضل عدم تعريضه لدرجات حرارة تقل عن الصفر أو تزيد عن 70 م بصفة مستمرة وهو يتميز أيضًا بخاصية الإطفاء الذاتي للهب فهو يحترق عندما يلمس اللهب مباشرة ولكنه ينطفئ بمجرد إبعاد مصدر اللهب وينتج عن احتراقه غازات سامة ويجب الا تزيد درجة حرارة الموصل عن 160 درجة مئوية أثناء فترات قصر الدائرة وإلا تلف العازل وهو يقاوم الأوزون بصورة جيدة ويتلف بتعرضه للكلور .
2-الجوامد الحرارية Thermosettings :
وهي المواد التى لا تلين بالحرارة حتى درجة حرارة إحتراقها أو تحللها وأهم أنواعها – البولي إيثلين التشابكي (XLPE) ويتميز بخواص كهربية وفيزيائية وكيميائية ممتازة ويمكن استخدامها في درجة حرارة مستمرة للموصل حتى 90 درجة مئوية وبدرجة حرارة 250 درجة مئوية في فترات قصر الدائرة وتعتبر مقاومته ممتازة للرطوبة ولغاز الأوزون الذي يتصاعد نتيجة لظاهرة الكرونا Coronaالناشئة من زيادة شدة المجال الكهربي للعازل ولكنه غير مقاوم للكلور وهو مادة صلدة جدًا غير قابلة للاشتعال تستخدم عادة في الكابلات ذات الجهد الأعلي من 3ك ف حيث أن استعمالها في الجهود الأقل من ذلك لا مبرر له لارتفاع ثمنها .
ويوضح الجدول رقم (1) أهم المواد البوليميرية المستخدمة في صناعة عوازل الكابلات وخواصها الكهربية والفيزيايئة بصفة عامة .
جدول (1) : المواد العازلة المستخدمة البوليميرية في الكابلات
الاسم الشائع----------------------------------------الخواص الكهربية------------------- الخواص
الخواص الكهربية------------------- الخواص الفيزيائيةالجوامد الحرارية :
البولي اثيلين التشايكي XLPE -----------------------------ممتاز--------------------------------ممتاز
مطاط الثيلين بروبلين الناشف HEPR ----------------------ممتاز--------------------------------ممتاز
المطاط السيلوكوني SR -------------------------------------جيد------------------------------------جيد
النيوبرين--------------------------------------------------متوسط-----------------------------------جيد
اللدائن الحرارية :
البولي فينايل كلورايد PVC ---------------------------------جيد------------------------------------جيد
البولي ايثلين PE ------------------------------------------ممتاز-----------------------------------جيد
النايلون----------------------------------------------------متوسط--------------------------------ممتاز
http://science-electrical-engineering.blogspot.com/2017/01/low-voltage-cables-1-2-3-4.html
2-3– الغلاف المعدني :
تشترط المواصفات المحلية والعالمية تزويد الكابل بغلاف معدني Shielding (Metallic Sheath إذا تجاوز جهد الكابل حدًا معينًا (1ك ف طبقًا للمواصفات IEC-502 و2 ك ف طبقًا للمواصفة NEC – 1993) ويصنع الغلاف المعدني إما من مادة موصلة (رصاص - سبيكة رصاص - سبيكة ألومنيوم ) أو من مادة شبه موصلة أو من الاثنين معًا .
ويصنع الغلاف المعدني على أشكال مختلفة منها:
1-شريط من النحاس أو الصلب يلف على العازل بطريقة لولبية
2-شريط معرج من النحاس يوضع على العازل بطريقة طولية ويثبت عن طريق اللحام الطولى .
3-أسلاك من النحاس تلف على العازل العازل بطريقة لولبية
4-غلاف مصمت من الرصاص يتم إلصاقه بطول العازل عن طريق البثق Extruded Lead Sheath .
وتحتوي أنواع كثيرة من الكابلات على غلاف معدني داخلي يتم وضعه على الموصل أو قريبًا منه وغلاف معدني خارجي أي أن العازل يكون محاطًا بغلافين من الداخل والخارج .
ويحقق الغلاف المعدني مزايا عديدة منها :
1-حصر المجال الكهربي داخل الكابل
2-توفير مسار لتيار القصر الأرضي
3-خفض الاجهادات الكهربية على العازل وخاصة المجالات المماسة لسطح العازل التى تسبب في تلفه
4-الحد من التشويش على أجهزة الاتصالات
5-خفض مخاطر الصدمات الكهربية في حالة التأريض الجيد للكابل
6-حماية ميكانيكية وكيماوية وطبيعية لمادة العازل
2-4- الحماية الخارجية :
تستخدم الحماية الخارجية أو الغالاف الخارجي لحماية طبقات الكابل التى تحتها من ظروف البيئة والتركيب ويعتمد اختيار مادة الحماية الخارجية على نفس عوامل اختيار العازل أي على الخواص الكهربية والميكانيكية والفيزيائية والكيميائية كما يمكن تزويد الكابل بحماية معدنية أو غير معدنية أو الاثنين معًا .
الحماية غير المعدنية :
وهي إما على صورة سترة مبثوقة Extruded jacket على الغلاف المعدني من مادة XLPE , PVC أو غيرها وإما على شكل الياف عريضة مجدولة Fiber Braids تلف حول الغلاف المعدني وتصنع من الألياف الزجاجية أو الأسبستوس أو غيره . وتحتاج جميع الألياف إلى مادة مشبعة Saturant أو غامسة لتحقيق قدر من المقاومة ضد الرطوبة والمذيبات والـتآكل والعوامل الجوية وهناك أنواع خاصة من المواد المستخدمة في الحماية الخارجية لها خواص مقاومة لاتفاع درجة الحرارة وإبطاء اللهب ومقاومة الزيوت المذيبة .
الحماية المعدنية :
تظهر الحاجة إلى حماية خارجية معدنية إذا كان الكابل معرضًا لاجهادات ميكانيكية عالية أو مواد كيميائية قاسية أو اجهادات حرارية عالية أثناء قصر الدائرة . تتوفر الحماية الخارجية المعدنية بأشكال ومواد مختلفة ويستخدم في ذلك الصلب المجلفن والألومنيوم والبرونز والرصاص والنحاس ويتم عمل طبقة الحماية الخارجية على شكل تسليح Armouring بأحد التكوينات الآتية :
1-تسليح متواشج Interlock من الصلب المجلفن
2-غلاف معدني متعرج ملحوم طويلا على إمتداد الكابل
3-مغذي معدني من الرصاص أو النحاس أو الألومنيوم
4-أسلاك من الصلب تلف لولبيًا بإمتداد الكابل ويجب الرجوع إلى النشارات الفنية الخاصة بالكابلات للتعرف على الخواص الكهربية والميكانيكية لكل أنواع الحماية الخارجية.
3-اختيار الكابل
يعتمد الاختيار السليم للكابل على عدة عوامل منها :
3-1- خواص الحمل
:وذلك من حيث جهد التشغيل وتيار الحمل المتواصل ودورة الحمل ومدي تجاوز التحميل في فترات الطوارئ والفترة الزمنية المسموح بها لتجاوز الحمل وكذلك حدود التغير في الجهد .3-2– مقنن الجهد :
يجب تحديد قييمتين لجهد الكابل :
1-جهد التشغيل U وهوالجهد المقنن بين الموصل والأرض اثناء التشغيل العادي
2-جهد العزل UO وهو أقصي جهد خطي (line-to-line ) يمكن أن يتحمله الكابل عند استخدام الكابلات في نظام مؤرض فيمكن أن يكون (U= √3 UO) أما في حالة الشبكات غيرالمؤرضة يجب أن تزيد قيمة U إلى 133% أو 173% من القيمة √3U0وذلك نظرًا لإرتفاع جهد الكابل أثناء فترات القصر الأرضي .
3-3– مساحة مقطع الموصل :
يتم اختيار مساحة مقطع الموصل تبعًا لعدة عوامل على النحو التالي :
1-قدرة حمل التيار
2-تجاوز التحميل في فترات الطوارئ
3-حدود هبوط الجهد المسموح بها
4
-خواص وتأثيرات تيارات القصر
5-شروط التركيب من حيث طريقة التركيب ودرجة حرارة الموصل والكابلات المجاورة وغيرها
6-متطلبات توصيل نهاية الكابل
يتم أولا تحديد مساحة مقطع الموصل تبعًا لقدرة حمل التيار وذلك من خلال جداول مصنع الكابلات يجب بعد ذلك تصحيح مساحة المقطع هذه تبعًا لظروف التركيب وإختلافها عن الظروف القياسية المناظر لها الجداول , فيجب استخدام معاملات خفض التقنين Derating Factors على النحو المعروف في النشرات الفنية الخاصة بالكابلات حتى يمكن تحديد المساحة الصحيحة لمقطع الموصل .
ويجب عند اختيار الكابل معرفة مقدار الهبوط في الجهد بين طرفين عند مرور التيار المقنن وذلك لتحديد مقدار تنظيم الجهد وقد جرت العادة على أن يعطي الهبوط الذي يسببه مرور التيار في الكابل على أساس كل موصل على حدة ويحسب عادة بالمللي فولت لكل أمبير لكل متر من طول الكابل ويمكن حسابه كما يأتي :
لدائرة أحادية الطور : mv = 2 Z
لدائرة ثلاثية الأطوار : mV = √3 Z
حيث (mV ) هو هبوط الجهد بالمللي فولت كل أمبير لكل متر من طول الكابل و (Z) الممانعة لكل موصل لكل كم من طول الكابل بالأوم عند أقصي درجة حرارة تشغيل وتحسب قيمة (Z) لموصلي الدائرة فى دائرة الوجه الواحد وللطور الواحد في الدائرة ثلاثية الأطوار ولإيجاد النسبة المئوية لهبوط الجهد تقسم قيمة الهبوط في الجهد على جهد الطور في دائرة الطور الواحد وعلى جهد الخط في الدائرة ثلاثية الأطوار .
يحدث في بعض الأحيان أن يكون العامل المحدد لاختيار مساحة مقطع الموصل هو قدرة الكابل على حمل تيارات القصر وليست قدرته على حمل التيار في ظروف التحميل العادية. ينشأ عن تيارات القصر التى يصل مقدارها إلى أكثر من عشرين مرة من تيار الحمل المقنن اجهادات ميكانيكية وحرارية يتحدد تبعًا لها أقصي مقدار للفترة الزمنية التى يمكن للكابل أن يتحملها بوجود تيار القصر ويعتبر عازل الكابل هو أكثر الأجزاء تأثرًا بهذه الاجهادات وتتغير أقصي فترة زمنية مسموح بها لتيار القصر تغيرًا عكسيًا مع مربع تيار القصر وتعطي مصانع الكابلات طريقة هذا التغير على شكل خرائط كالمبينة بالشكلين رقمي (1) و (2).
كابلات الجهد المنخفض voltage cables
شكل (1): مقننات تيار القصر لكابل عزل XLPE
كابلات الجهد المنخفض voltage cables
شكل (2): مقننات تيار القصر لكابل عزل PVC
3-4 طريقة التركيب
4 طريقة التركيب :يمكن أن يدفن الكابل في الأرض مباشرة أو داخل مجاري كما يمكن أن يوضع على أرفف أو داخل أنابيب هوائية وفى جميع هذه الحالات يجب معرفة الحيز المخصص لمرور الكابلات ومدي تقاربها من بعضها خاصة إذا كانت هذه الكابلات تعمل على جهود مختلفة .
3-5- خواص حالات قصر الدائرة ونظام الحماية :
يجب تحديد قيم تيارات القصر ونظام الحماية على الكابل وأقصي فترة قصر دائرة يمكن أن يتعرض لها الكابل وذلك تبعًا لخواص وطريقة ضبط أجهزة الحماية .
3-6– البيئة المار فيها الكابل :
قد يمر مسار الكابل بمناطق ذات درجات حرارة مرتفعة مما يتطلب أنواعًا خاصة من العازل كما قد يمر الكابل بمناطق خطرة أو معرضة للحرائق أو الإنفجارات أو تحتوي على مواد كيماوية حارقة أو معرضة لإجهادات ميكانيكية عالية وفى مثل هذه الحالات يجب اختيار الكابل المناسب من حيث مواد العزل والحماية الخارجية أو التسليح الميكانيكي وقد يتطلب الأمر في بعض الأحيان اختيار كابل بمرونة عالية نظرًا لتعرض مساره للانحناءات الحادة المتكررة .
4- مواصفات الكابلات :
بمجرد الإنتهاء من الاختيار المناسب للكابل فإن كتابة مواصفاته تصبح عملا روتنيًا بحيث تتضمن:
1-عدد الموصلات أو القلوب
2-نوع العازل
3-الجهد المقنن ( جهد التشغيل الطوري وجهد العزل ) .
4-طريقة الحماية بواسطة الغلاف المعدني
5-الحماية الخارجية
6-قدرة الكابل على احتمال تيارات القصر
7-أية تجهيزات مطلوبة أخري
5- احتياطيات التركيب :
تحتاج عملية تركيب الكابل إلى احتياطات خاصة لتجنب تلفه توجز فيما يلي :
1-الا يتم تركيب الكابلات التى تدخل مادة PVC في مكوناتها في الأجواء شديدة البرودة حيث يكون العازل أو طبقة الحماية الخارجية شديد القصافة Brittle وسهل التعرض للشروخ
2-إن أحد العيوب الاساسية في موصلات الألومنيوم هو تكون طبقة صلدة رقيقة من الأكسيد على سطح الموصل ورغم أن هذه الطبقة تهيئ حماية ضد تآكل الموصل إلا أنها تتسبب في العديد من المشاكل خصوصًا عند عمليات اللحام والتوصيل وتثبيت نهايات الكابل وعلى ذلك فيجب إتباع النشرات الفنية الخاصة بتركيب كابلات الألومنيوم بكل دقة ويمكن الحصول على هذه النشرات من مصانع الكابلات .
3-عدم وجود أركان حادة لإنها قد تتسبب في إتلاف الكابل اثناء سحبه داخل المجري.
4-عدم تعريض الكابل لقوي شد أكثر من المسموح بها اثناء عملية سحبه
5-إحكام قفل نهايات الكابل لمنع دخول الماء أو الرطوبة إلى داخله والوصول إلى قلبه وتزيد أهمية هذه النقطة إذا كان الكابل موضوعًا في بيئة معرضة للماء أو الرطوبة .
6-ألا يقل نصف قطر الثني للكابل عن الحد المسموح به
6- الاختبـــــــــــــــــــــارات :
رغم أن معظم الاختبارات الخاصة بالكابلات تتم في المصنع , إلا أنه يجب إجراء بعض الاختبارات عند استلام و بعد التركيب و من أهم هذه الاختبارات :
1-الأبعاد : يتم قياس قطر الموصل وسمك العزل والغلاف وباقي مكونات الكابل بعناية تامة عن الاستلام ويسعمل في ذلك ميكرومتر خاص . ويجب التأكد من أنها مطابقة للمواصفات المعطاة من المصنع كما يجب الاهتمام بسمك العازل بصفة خاصة ومطابقة ذلك بالمواصفات القياسية
2-مقاومة وسعة العازل : يتم قياس مقاومة العازل وسعته باستخدام أجهزة وطرق القياس العادية ويمكن إجراء هذا الاختبار بسهولة لقياس المقاومة بين كل موصل والغلاف وبين كل موصل والأرض وبين كل موصلين ويمكن إجراء هذا القياس بعد التركيب ثم بعد التشغيل على فترات دورية
3-اختبار الجهد العالي : يتم هذا الاختبار بتسليط جهد كهربي على الكابل ثم رفع هذا الجهد حتى أربعة أمثال جهد العزل المقنن لفترة 15 دقيقة وذلك إما على مرحلة واحدة أو عدة مراحل ويمكن إجراء هذا الاختبار باستخدام جهد ثابت أو جهد متردد ويفضل استخدام الجهد الثابت وخاصة بعد عملية تركيب الكابل .
..............Control electrical engineering...........
منقول
