الكابلات الأرضية للضغط المنخفض

 

الكابلات الأرضية للضغط المنخفض

الكابلات الأرضية للضغط المنخفض

 

تستخدم الكابلات لنقل الطاقة الكهربية ويمكن وضعها في باطن الأرض ولذلك يجب أن تصنع بمواصفات خاصة تناسب طبيعة المكان الذي توضع فيه ولذلك يجب أن تعزل جيداً حتى لا يتسرب التيار منها إلى الأرض. ويجب حفظها داخل درع واقي حتى يمكن حفظها من العوامل الميكانيكية والجوية في باطن الأرض.

مميزات الكابلات الأرضية

  • خطوط النقل لا تتعرض للأعطال التي تسببها الصواعق أو العوامل الجوية الأخرى.
  • اقل عرضة للأسباب التي تسبب قطع الموصل
  • لا تشوه المنظر العام بعكس الأسلاك الهوائية.
  • لا تعوق أعمال الحريق أو أعمال الإنقاذ.
  • يمكن مدها في قاع البحر.

 

عيوب الكابلات الأرضية :

  • ارتفاع تكاليف تركيبها في حالة الضغط العالي.
  • تعطل الطرق عند إضافة كابلات جديدة أو عند أصلاحها.
  • صعوبة معرفة مكان الخطأ

 

أنواع الكابلات

تنقسم الكابلات إلى أنواع مختلفة تبعا لما يأتي :

  • نوع الموصلات.
  • مساحة مقطع الموصلات المستعملة وعددها وترتيبها.
  • نوع المادة العازلة المستعملة.
  • الغلاف المعدني.
  • الوقاية الميكانيكية.
  • الجهد المستعمل له الكابل.

 

نوع الموصلات

يصنع الموصل من أسلاك النحاس الكهربائي أو أسلاك الالومنيوم 4/3 ناشف. والنحاس هو الخامة الرئيسية لصناعة الأسلاك الكهربائية ويجب ألا تقل درجة نقاوته عن 99.98% ويتم إنتاجه بطريقة الترسيب الكهربائي والنحاس هو أفضل المعادن لتوصيل التيار الكهربائي بعد الفضة وقد شاع استخدام الالومنيوم في السنوات الأخيرة بدلا من النحاس نظراً لارتفاع أسعاره ويجب ألا تقل درجة نقاوة الالومنيوم عن 99.5% والمعروف أن الالومنيوم يمتاز بخفة وزنه (3/1 ناشف وزن النحاس) ولكنه أقل في خاصية نقل التيار الكهربائي حيث نصل إلى 61% من النحاس كما أن جهد شد الالومنيوم أقل من النحاس فلا يتحمل الشد الكبير و(شكل رقم1) يوضح الخواص الطبيعية لكل من النحاس والألمونيوم.

 

 

 

الخواص الطبيعية النحاس المحمر الالومنيوم 4/3 ناشف
النقاوة % 99.98 99.5
الوزن الذرى 63.57 27
درجة الانصهار م° 1083 660
الكثافة عند 30°م جم/ سم2 8.9 2.7
جهد القطع كجم / سم2 22- 28 12- 15
معامل المرونة كجم / سم2 12000 6500
المقومة عند 20°م أوم سم2 /متر 0.01724 0.02857

شكل رقم (1)

 

مساحة مقطع الموصلات المستعملة وعددها وترتيبها

تقسم من حيث عدد الموصلات التي يحوطها غلاف واحد إلى الكابلات ذات الموصل الواحد

جميع الكابلات تتكون من عدد من الأسلاك المجدولة والمكونة من شعيرات ولذلك تسمى بالكابلات ذات الموصلات المجدولة ويستثنى من ذلك جميع الكابلات المستعملة في التوصيلات المنزلية أو بعض التوصيلات الخاصة فتتكون من سلك واحد وترتيب هذه الشعيرات بحيث تكون واحدة منها في المركز وتحيط بها الشعيرات الباقية (شكل رقم2) وبحيث تحتوى الطبقة الأولى على 6 شعيرات وتحتوى طبقة على عدد من الشعيرات يزيد 6 عن الطبقة التي تسبقها ويكون عدد الشعيرات في كل طبقة على الترتيب كالاتى :

1 ، 6 ، 12 ، 18 ، 24 ، 20 ، 26 ،.. وبذلك يكون عدد كل الشعيرات التي في الموصل كالاتى :

1 ، 7 ، 9 ، 37 ، 61 وتجدل شعرات الموصل بطريقة لولبية بحيث يختلف اتجاه الجدل من طبقة إلى التي تليها وينشأ من هذا الجدل وجود تماسك بين الشعرات ثم إن الشكل النهائي لمقطع الموصل يكون دائريا دائماً.

 

1

 

 

مزايا الموصلات ذات الشعرات المجدولة عن الموصلات المكونة من سلك واحد.

  • أكثر مرونة وسهلة الالتواء.
  • يمكن عمل موصلات ذات مقاطع مختلقة بتغيير عدد شعرات لموصل.
  • السطح الخارجي الذي تشع منه الحرارة يكون أكبر بكثير عن الموصل ذات السلك الواحد وبذلك يمكن إمرار تيار أكبر أي زيادة الكثافة التيارية في الموصل المتعدد الشعرات.
  • عند مرور التيار المتردد يزيد كثافة التيار في المنطقة القريبة من السطح الخارجي للموصل وبتقسيم الموصل إلى شعرات يزداد الجزء من المقطع الذي يمر به التيار ويقل بذلك الجزء الذي لايستفاد منه.

 

كابل متعدد الموصلات

عند نقل التيار الكهربائي فأنه يحتاج إلى موصلين أو أكثر معزولين عن بعضهم كهربيا وعند استعمال كابلات تحت الأرض يمكن الوصل إلى ذلك بما يأتي :

  • باستعمال طولين أو أكثر من كابل يحتوى على موصل واحد.
  • باستعمال طول واحد من كابل يحتوى على موصلين أو أكثر.

والكابلات التي تجمع أكثر من موصل واحد يمكن تقسيمها إلى نوعين :

كابلات ذات موصلات متحدة المركز وتحتوى على موصلين أو ثلاثة وفيها توضع شعرات الموصل الثاني على شكل دائرة حول الطبقة الدائرية من المادة العازلة الموضوعة حول الموصل الأول وفى حالة كابل ذو موصلين مركزهما واحد أما في حالة كابل ذو ثلاثة موصلات مركزهم واحد فتوضع شعرات الموصل الثالث على شكل دائرة حول الطبقة الدائرية من المادة العازلة الموضوعة حول الموصل الثاني (شكل رقم3)

 

ويمتاز هذا النوع بما يأتي :

  • أكثر احتمالا للقوى الميكانيكية.
  • يحتاج لكمية اقل من المواد العاذلة.
  • يحتاج لكمية اقل من الغطاء الخارجي.
  • ارخص ثمنا في التكاليف وعيوب الكابلات ذات الموصلات المتحدة المراكز :
  • صعوبة لحامها لأنه عند تقشير الكابل للحامه يستهلك جزء كبير من الموصل الخارجي حتى يمكن الوصول إلى الموصل الداخلي.
  • الإشعاع الحراري للموصل الداخلي ليس جيداً كالإشعاع الحراري من الموصل الخارجي وبذلك تقل الكثافة الكهربية في الموصل الخارجي.

 

كابلات ذات موصلات مختلفة المراكز

وهى التي تحتوى على موصلين أو أكثر من النوع المجدول وكل منها معزول على حده بطبقة من مادة عازلة بالسمك المناسب ثم توضع هذه الموصلات بعضها بجوار بعض على شكل دائري كما في (شكل 4 أ) وتملأ الفراغات بينها بمواد عازلة مناسبة ولكن الخواص الميكانيكية لهذا النوع تكون ضعيفة.

ولجعل الخواص الميكانيكية للكابلات الأرضية قرية تستعمل موصلات مقطعية وكل منها معزول على حده بطبقة من مادة عازلة بلسمك المناسب ثم توضع هذه الموصلات بعضها بجوار بعض على شكل دائري كما في (شكل 4ب). وأيضا توجد كابلات تحتوى على موصلين أو أكثر من النوع المجدول الدائري وكل منها معزول على حده بطبقة من مادة عازلة بالسمك المناسب ثم توضع هذه الموصلات بحيث تكون محاورها على خط مستقيم وتعزل جميعا بالعزل الخارجي وتستعمل حتى جهد 250فولت (شكل 4ج) يبين هذا النوع وتسمى الكابلات المسطحة المرنة Flat Flexible Cables.

نوع المادة العازلة المستعملة :

تنوعت مواد العزل واختلفت أغراضها إلا إنها تشترك جميعها في الوفاء بخواص معينة لابد أن تتحقق فيها منها.

  • ضمان حمل التيار الكهربي بأمان حتى أقصى جهد اسمي بين الموصلات.
  • تحمل درجة الحرارة المتولدة من مرور التيار الكهربائي بالموصل.
  • قابلية تحمل الارتفاع في درجة الحرارة الناتجة عن الحمل الزائد للمدة المحددة.
  • أقل فقد كهربي ممكن أثناء التشغيل.
  • قابلية للشد والثني واللي عند الرمي والتركيب.
  • كفاءة في الاحتفاظ بخواصه في الظروف المصمم لها.
  • مقاومة للمؤثرات الخارجية مثل التآكل الكيميائي أو هجوم الكائنات الحية الدقيقة.
  • لابد أن تملك خاصية المقاومة النوعية العالية.
  • لابد أن نملك خاصية ارتفاع جهد الكسر العازل.
  • أن لا يكون قابل للاشتعال وأيضا لا يمكن الحصول على عازل يجمع بين كل هذه الصفات مجتمعة واختيار نوع العازل المناسب للاستعمال يعتمد على الغرض الذي سيستعمل له الكابل.

2

الأنواع الأساسية للعوازل المستخدمة في الكابلات الأرضية

البولي إيثلين Poly ethylene  ويرمز لها بالرمز PE وهى مادة شفافة شمعية اللون أمكن استخدامها في عزل الموصلات حتى 66 ك. ف إلى جانب استخدامها كغلاف في بعض أنواع الكابلات نظراً لمرونتها وعدم نفاذيتها للماء. ويعتبر البولي إيثلين على درجة كبيرة من الجردة وله ثابت عزل وعامل فقد منخفضين وثابتين إلى جانب مقاومة عزل مرتفعة. ويمتاز بعدم تأثره بالرطوبة ويمكن إنتاج درجات مختلفة منه تختلف صلابتها ومرونتها ودرجة كثافتها حسب طريقة الصنع ونظرا لان مادة البولى إيثيلين تمتاز باحتفاظها بخواصها الكهربائية عند الترددات العالية فهي تستخدم كأساس لعزل الكابلات ذات التردد والضغوط العالية.

البوليفنيل كلوريد Polyvinyl Ghloride  (ويرمز لها بالمز ب ف س p.v.c )

عبارة عن مسحوق أبيض تصنع منه بالكبس على الساخن أو بالبتق على الساخن منتجات ذات متانة ميكانيكية مرتفعة ويصمد ضد تأثير الزيوت المعدنية والعديد من المذيبات والقلويات والأحماض ويمتاز بكونه مادة غير قابلة للاشتعال ويستعمل بكثرة في عمليات العزل لأنه يمتاز بارتفاع مقاومته النوعية وتحميه للصدمات الميكانيكية والكابلات المعزولة بالـ(p.v.c) تستعمل للضغوط المتوسط والمنخفضة.

الورق Paper

يتكون ورق الكرافت المعد للحقن بالزيت والذي يستخدم كعازل من عجينة نقية مكونة بإذابة ألياف فصائل خاصة من الأخشاب في محلول كربونات الصوديوم والقلاوونية ثم معالجتها كيميائيا حتى تصبح نقية خالصة من كل الشوائب وتتوقف قدرة ورق العزل كهربيا على قدر ما يتميز به من نقاوة وتجانس. ويعتبر ورق الكابلات العازل الاساسى للكابلات المرتفعة والمنخفضة الجهد ويشبع هذا الورق بعد لفه على الموصلات بزيت عازل للكهرباء أو بمادة مركبة من الزيت و القلفونية.

البيتومين Bitumen

عبارة عن مواد جامدة أو مواد سائلة مرتفعة اللزوجة وذات لون أسود ويقسم البيتومين إلى بيتومين بترولي ينتج عند تقطير البترول وإلى بيتومين طبيعي ومن السمات المميزة لأنواع البيتومين خمولها الكيميائي. البيتومين مادة رخيصة ومتوفرة وذات خصائص عزل كهربائي جيدة وأيضاً غير معرض لهجوم القوارض.

الورنيش Varnishes  

الورنيش عبارة عن محاليل غروية لمواد غشائية في مذيبات عضوية تختار خصيصا لذلك الغرض والمواد الغشائية هي تلك المواد القادرة على تكوين غشاء جامد نتيجة لتبخر المذيبات وعمليات التجميد.

المطاط Rubber

يستعمل في عزل الكثير من أنواع الكابلات والمادة الخام الأساسية لأعداد جميع أنواع المطاط هي الكاوتشوك الطبيعي والصناعي ولا يستعمل الكاوتشوك الطبيعي والصناعي في حالة نقية وذلك لانخفاض متانته عند الشد ومرونته عند درجات الحرارة المنخفضة ولارتفاع قدرته على امتصاص الرطوبة.

البلاستيك الفلورى  Poly tetra fluoro ethylene (ويرمز له بالرمز P.T.F.E)

البلاستيك الفلورى عبارة عن مادة غير قابلة للاستعمال. دهنية الملمس وبيضاء اللون وتتمتع بمتانة ميكانيكية مرتفعة وبليونة عالية واستقرار خصائص العزل الكهربائي والسمة الأساسية للبلاستيك الفلورى تتخلص في الارتفاع الشديد لتحمله الحراري (250°م) وتحمله ضد البرودة (-69°م) وكذلك يتسم بعدم القدرة على التفاعل الكيميائي. شرائط ورق المايكا الزجاجي Glass mica tape عبارة عن مادة مرنة عازلة للكهرباء ومتكونة من ورق المايكا الذي يلصق على أحد جانبيه أو على كلاهما نسيج زجاجي وتنتج على هيئة لغات. وتتمتع بمتانة ميكانيكية وكهربائية عاليتين ويستعمل لعزل وحماية الكابلات المقاومة للحرارة.

المواد النسيجية العازلة للكهرباء

تستعمل المواد النسيجية في الصناعات الكهربائية كمواد عازلة للكهرباء وعادة تصنع المواد النسيجية من ألياف طبيعية ذات أصل نباتي أو حيواني أو من ألياف اصطناعية مختلفة كذلك تحظى المنتجات النسيجية المعدة من الألياف الزجاجية ذات الصمود الحراري المرتفع بانتشار واسع في الصناعات الكهربائية مثل الضفيرة الزجاجية glass braid حيث تستعمل الضفيرة الزجاجية لحماية الكابلات المقاومة للحرارة والحرائق.

المواد السليكونية العضوية العاذلة للكهرباء

يمكن أن تعمل لفترات طويلة من الزمن في نطاق درجات الحرارة من 60° حتى +220°م بالإضافة إلى ذلك تتسم بمقاومة جيدة للماء والزيوت المعدنية وكذلك بصمود ضد تأثير التفريغ الثمرارى. ويستخدم المطاط السليكونى (Silicone rubber) لعزل الموصلات في الكابلات المقاومة للحرارة.

الغلاف المعدني

يستخدم الرصاص بدرجة نقاوة 99% في تغليف الكابلات المحقونة بالزيت حفاظا لمادة العزل من المؤثرات الخارجية كالمياه والرطوبة وفى بعض الحالات التي قد يتعرض فيها الكابل إلى اهتزازات شديدة وفى حالة الكابلات المستخدمة بجوار قضبان السلك الجديدة تغلف الكابلات في هذه الحالة بسبيكة من الرصاص والانتيمون بنسبة تتراوح بين 0.6 – 0.9% انتيمون وذلك لأن هده النسبة من الانتيمون تعطى صلابة لغلاف الرصاص تجعله أكثر مقاومة للاجتهادات الميكانيكية ويستخدم الالومنيوم في تغليف الكابلات حديثا بعد إن كان الرصاص هو المجال الوحيد كما تغلف الكابلات أيضا باستخدام PVC ويعتبر في هذه الحالة غلاف غير معدني.

الوقاية الميكانيكية :

إن المواد العازلة المستعملة في الكابلات عمليا ضعيفة ميكانيكيا لذا وجب حمايتها ضد أي أخطار ميكانيكية وتستعمل لذلك إما شريطان من الصلب أو أسلاك من الصلب المجلفن ويستعمل شريط الصلب للتسليح بوضعه فوق الغلاف لحماية الكابل لتحسين خواص الكابل لتحمل الاجتهادات الميكانيكية عند وضعه في الأرض وتصنع شرائط الصلب من ألواح الصلب الطري المسحوب على البارد وتغطى بطبقة من البيتومين قبل لفها على الكابلات وذلك لحمياتها من التأكسد أو التآكل وعادة توضع طبقات من الورق والجوت المشبعان بمواد البيتومين تحت شريط الصلب بالإضافة إلى طبقة من الجوت المشبع بالبيتومين فوق شريط الصلب حمايته من التآكل السريع بالمؤثرات الخارجية وفى بعض الحالات في الأراضى الملحية يفضل استخدام الكابلات المحمية بغلاف من البلاستيك فوق شريط الصلب نظراً لعدم تأثير البلاستيك بالأملاح والأحماض. وعند وضع شريط الصلب توضع الطبقة الأولى (الشريط الأول) ثم توضع الطبقة الثانية (الشريط الثاني) فوقها وبحيث يكون عرض الشريط في الطبقة الثانية يتوسط الخط بين لفتين متجاورتين من الطبقة الأولى على طول الكابل ومن عيوب الحماية بالشريط الصلب ما يأتي :

  • لا يتحمل جهد شد كبير.
  • لا يتسم بالمرونة الكافية.

إما استعمال لأسلاك التسليح فتعطى خاصية تحمل جهد أكبر للشد كما إن الطبقة الواحدة من أسلاك الحماية أفضل ميكانيكيا بكثير عن طبقتين من شرائط الصلب وهى تقلل من مفقود الغلاف حيث إن الأسلاك لها مقاومة مادية عالية حيث تصنع من سبيكة النحاس والسليكون والمنجنيز ولذا يفضل استعماله في الحالات الآتية(عند تقاطعها الأنهار- في التعليق على الكابولى على طول خطوط السلك الحديدية – عند مد الكابلات رأسيا)

(خطوط عملية التسليح هي)

  • تغطية الغلاف الرصاص أوالألومنيوم بطبقة غير منفذة للمياه.
  • وضع طبقتين من الورق المشبع بالزيت.
  • تغطية الكابل بطبقة بيتومين.
  • عمل أو بطانة تحت شريط الصلب مكونة من فتلات جوت مقطرنة وملفوفة حلزونيا حول الكابل.
  • تغطية الكابل مرة أخرى بطبقة بيتومين.
  • لف الكابل بعد ذلك بشريطين من الصلب مغمورين أصلا في محلول زيت قطرانى وذلك لحمايته من الصدأ.
  • تغطية مرة أخرى بالبيتومين
  • عمل غطاء خارجي مكون من فتلة جوت مقطرنة تلف حلزونيا
  • تغطية مرة أخرى بالبيتومين
  • تغطية الكابل بطبقة خارجية من الطباشير تمنع التصاق طبقات الكابل المشبع بالبيتومين عند لفها على بكرة لكابل

الجهد المستعمل له الكابل

تنقسم الكابلات عادة حسب الجهد الذي ستستعمل من أجلة حسب التقسيم الاتى

  • كابلات ضغط منخفض أقل من 1000 فولت
  • كابلات ضغط متوسط من 6 كيلو فولت إلى 30 كيلو فولت
  • كابلات ضغط أعلى أكثر من 30 كيلو فولت