شرح حساب سعة التيار وفق IEC 60287: لماذا تُحدَّد سعة الكابل بظروف الموقع لا بأرقام الكتالوج

يسأل العملاء: "كم أمبيرًا يستطيع هذا الكابل أن يحمل؟" والإجابة الصادقة هي: يعتمد ذلك على المكان الذي تضعه فيه. فالكابل نفسه قد يحمل تيارات مختلفة جدًا إذا دُفن في رمل جاف، أو سُحب داخل مجرى أنبوبي، أو مُدّ في الهواء الطلق تحت الشمس، أو جُمّع مع دوائر أخرى.

الأسلوب الدولي للإجابة عن هذا السؤال هو IEC 60287، الكابلات الكهربائية — حساب سعة التيار. تشرح هذه المقالة الفكرة التي يقوم عليها، والأهم من ذلك، أي المدخلات تغيّر النتيجة فعلًا.

الفكرة في فقرة واحدة

يسخن الكابل لأن التيار يمر عبر مقاومة الموصل، ولأن للعزل والحواجز والتسليح مفاقيد خاصة بها. ويجب أن تتسرب هذه الحرارة عبر طبقات الكابل إلى الوسط المحيط به. وسعة التيار هي التيار المستمر الذي يبلغ عنده الموصل بالكاد درجة حرارته القصوى المسموح بها. ويمثّل IEC 60287 ذلك كسلسلة من المقاومات الحرارية — العزل، والطبقة الفاصلة، والغلاف، ثم الوسط المحيط — على غرار دائرة كهربائية تؤدي فيها الحرارة دور التيار وتؤدي فيها درجة الحرارة دور الجهد.

الفكرة 1: البيئة المحيطة غالبًا أهم من الكابل نفسه

يركّز المهندسون بطبيعة الحال على بنية الكابل، لكن في الكابلات المدفونة كثيرًا ما تكون التربة نفسها أكبر مقاومة حرارية منفردة. والعوامل التي تغيّر سعة التيار أكثر من غيرها تقع في الغالب خارج الكابل:

• المقاومية الحرارية للتربة. يختلف سلوك الطين الرطب عن الرمل الجاف اختلافًا كبيرًا. والتربة التي تجف حول كابل ساخن قد تزيد الأمر سوءًا مع مرور الوقت.
• عمق الدفن والمجاري الأنبوبية. تحمي المجاري الأنبوبية الكابل لكنها تضيف مقاومة حرارية عبر الفجوة الهوائية وجدار الأنبوب.
• الدوائر المجاورة. تسخّن الكابلات المجمّعة بعضها بعضًا؛ وأسخن كابل في المجموعة هو الذي يحدد الحد.
• درجة حرارة الهواء والتربة. مشروع في منطقة الخليج ليس كمشروع في اسكندنافيا.
• الكابلات في الهواء. أشعة الشمس والحيّز المغلق وطريقة الترتيب على الحوامل أو المشابك تغيّر الصورة تمامًا.

الدرس العملي: سعة التيار لا تكون أفضل من بيانات الموقع التي تستند إليها. وعندما لا تحدد المناقصة ظروف التركيب، فإن التصرف الصحيح هو السؤال عنها — أو التصريح بوضوح بالافتراضات التي بُني عليها العرض.

الفكرة 2: طريقة ربط الحواجز قد تكون بأهمية مقطع الموصل

في الكابلات أحادية القلب، يكون لطريقة تأريض الحواجز المعدنية تأثير كبير:

• الربط الصلب (التأريض من الطرفين) بسيط، لكنه يسمح بسريان تيارات دوّارة في الحواجز. وفي الموصلات الكبيرة قد يكلّف ذلك حصة كبيرة من سعة التيار.
• الربط عند نقطة واحدة والربط التبادلي (cross-bonding) يزيلان هذه التيارات إلى حد كبير، مقابل معدات إضافية مثل محددات جهد الغلاف وصناديق الربط.
• الترتيب المثلثي مقابل المسطّح والمسافة بين الأطوار يغيّران أيضًا مفاقيد الحواجز.

أحيانًا لا تكون أرخص طريقة للحصول على أمبيرات أكثر هي موصل أكبر، بل ترتيب ربط مختلف — وهو حوار يستحق أن يُجرى مع العميل.

الفكرة 3: عند الجهد العالي يصبح العزل نفسه مصدرًا للحرارة

عند الجهد المنخفض تكون مفاقيد العزل مهملة. أما عند الجهد العالي والفائق، فتزداد مفاقيد العزل الكهربائي مع الجهد وتستهلك حصة حقيقية من الميزانية الحرارية، فيبقى للموصل هامش أقل. وهذا أحد الأسباب التي تجعل تصاميم الجهد العالي والفائق تتطلب حسابات كاملة ودقيقة بدلًا من قواعد تقريبية للجهد المنخفض مكبّرة.

الفكرة 4: الموصلات الكبيرة أقل كفاءة مما تبدو

يتزاحم التيار المتردد نحو سطح الموصلات الكبيرة (التأثير القشري) ويضطرب بفعل الموصلات المجاورة (تأثير التقارب). ومضاعفة مقطع الموصل لا تضاعف سعة التيار. وفي موصلات الجهد العالي الكبيرة جدًا تُستخدم تصاميم مقطّعة للحد من هذا التأثير — راجع شرح IEC 60228 لمعرفة جانب الموصل من هذه القصة.

ما لا يغطيه IEC 60287

يحسب IEC 60287 سعة التيار في الحالة المستقرة عند حمل كامل ثابت. وتحتاج الشبكات الفعلية أيضًا إلى:

• سعات التيار الدورية والطارئة، التي يغطيها IEC 60853، والتي قد تسمح بتيارات أعلى للأحمال المتغيرة على مدار اليوم؛
• قدرة تحمّل القصر للموصل والحاجز المعدني، التي تُتحقق منها بشكل منفصل؛
• هبوط الجهد، الذي قد يحدد مقطع الموصل في المغذيات الطويلة للجهد المنخفض بصرف النظر عن درجة الحرارة.

وعادةً ما يشمل الفحص الكامل كل هذه الجوانب. ولأن IEC 60287 عملية حسابية، تظل اختبارات النوع المرجع لإثبات صلاحية التصميم؛ أما الحساب فهو الأساس الهندسي للتصميم والاختيار وإعداد العروض.

لماذا تسبب قيم الكتالوج المشكلات

تفترض قيم الكتالوج ظروفًا مرجعية قياسية نادرًا ما تطابق مشروعًا فعليًا. وعند استخدامها مباشرة في مناقصة، تقود إلى إحدى نتيجتين:

• المبالغة في المقاس — العرض آمن فنيًا، لكنه يخسر من حيث السعر أمام منافس أجرى الحساب بشكل صحيح.
• المقاس الأقل من اللازم — يفوز العرض، وتظهر المشكلة لاحقًا، في مراجعة التصميم لدى العميل أو أثناء التشغيل.

إن حساب سعة التيار مع كل تصميم، وفق ظروف العميل نفسه، يزيل كلا الخطرين.

سعات التيار في CablePLM

في CablePLM، تُحسب سعات التيار وفق IEC 60287 مع كل تصميم، باستخدام طريقة التمديد لديك، والتربة، وعمق الدفن، ودرجة الحرارة المحيطة، وطريقة الربط. غيّر الموصل أو الحاجز فتتحدث سعة التيار مع البنية وقائمة المواد وورقة البيانات. كما تُحسب قدرة تحمّل القصر مع التصميم أيضًا، وتقارن الإضافة Cable Selection & Optimization البدائل للعثور على أرخص تصميم يحقق التيار المطلوب.

اقرأ أيضًا: تشريح كابل القدرة طبقةً طبقة وIEC 60502-2 لكابلات الجهد المتوسط.

هل تريد رؤية سعات التيار محسوبة لمشاريعك الخاصة؟ احجز عرضًا توضيحيًا.