تشريح كابل القدرة: تصميم الكابل طبقة بطبقة، من الموصل إلى الغلاف الخارجي

كل مناقصة تطلب «كابلًا»، لكن لا توجد مناقصتان تطلبان الكابل نفسه. فالجهد والموصل والشاشة والتدريع والغلاف والمعيار تتجمع بشكل مختلف في كل مرة. ولكي تصمم بسرعة وبشكل صحيح، من المفيد أن ترى كابل القدرة على حقيقته: مجموعة من الطبقات متحدة المركز، لكل منها وظيفة، وكل منها تعتمد على الطبقات التي تحتها.

يستعرض هذا المقال كابل قدرة نموذجيًا بعزل مبثوق من المركز نحو الخارج — ما الغرض من كل طبقة، وما الذي يحدد تصميمها، وأين تقع الأخطاء عادةً.

1. الموصل

يحمل الموصل تيار الحمل. الخيارات الرئيسية هي المادة (نحاس أو ألومنيوم)، والفئة (مصمت أو مجدول أو مرن)، والشكل (دائري أو مضغوط أو قطاعي أو، للمقاطع الكبيرة جدًا في الجهد العالي، مجزأ). ويتحدد المقطع بثلاثة متطلبات مختلفة — التيار المستمر وتيار قصر الدائرة وهبوط الجهد — ومعرفة أيها يهيمن تخبرك أين يمكن التحسين. المزيد في شرح IEC 60228.

2. شاشة الموصل (الجهد المتوسط فما فوق)

بدءًا من الجهد المتوسط، تعمل طبقة شبه موصلة فوق الموصل على تنعيم المجال الكهربائي حول الأسلاك المفردة. ومن دونها، ستؤدي ذروات المجال على أسطح الأسلاك إلى تفريغ جزئي وتقادم العزل من الداخل.

3. العزل

يتحمل العزل الجهد. يهيمن PVC حيث التكلفة المنخفضة والجهد المنخفض؛ وXLPE هو الخيار الافتراضي لمعظم كابلات القدرة اليوم لأنه يتحمل درجات حرارة تشغيل وقصر دائرة أعلى؛ وEPR يضيف المرونة؛ والمركّبات الخالية من الهالوجين تخدم المباني والأنفاق والنقل. في الجهد المنخفض، تكون سماكة العزل مسألة ميكانيكية إلى حد كبير. أما في الجهدين المتوسط والعالي فيحددها الإجهاد الكهربائي — ولهذا فإن الانتقال إلى فئة جهد أعلى بدرجة واحدة يغير الكابل بأكمله. المزيد في PVC أم XLPE أم EPR أم LSZH.

4. شاشة العزل (الجهد المتوسط فما فوق)

طبقة شبه موصلة ثانية فوق العزل تجعل العزل محصورًا بين سطحين أملسين متساويي الجهد. ملتصقة أم قابلة للتقشير؟ يبدو ذلك تفصيلًا، لكنه يؤثر في ممارسات الوصل والملحقات، ولذلك كثيرًا ما تحدده شركات الكهرباء.

5. الشاشة المعدنية أو الغلاف المعدني

تحصر الشاشة المعدنية المجال، وتحمل تيار الشحن، و— وهو العامل التصميمي الرئيسي — تحمل تيار العطل الأرضي. توجد أسلاك النحاس وأشرطة النحاس وأغلفة الرصاص والرقائق المعدنية وأغلفة الألومنيوم لأسباب مختلفة: سعة تحمل العطل، والإحكام المائي الشعاعي، والوزن، والتكلفة. ومستوى عطل أكبر يعني معدنًا أكثر في الشاشة، وفي الدوائر أحادية القلب قد يعني ذلك فقدًا أكبر وتيار تحميل أقل.

6. الحشوات والأشرطة الرابطة والغلاف الداخلي (الكابلات متعددة القلوب)

تعمل الحشوات والأشرطة الرابطة على تدوير القلوب المجدولة بحيث تستقر الطبقة التالية على سطح دائري. ويحمي الغلاف الداخلي أو طبقة الفرش القلوبَ من التدريع. وهذه الطبقات «غير المرئية» تستهلك مع ذلك مادة وتزيد القطر.

7. التدريع

يوفر التدريع حماية ميكانيكية وأحيانًا مسارًا للتأريض. السلك الفولاذي هو الخيار الافتراضي للكابلات متعددة القلوب المدفونة؛ ويُستخدم سلك الألومنيوم في كابلات التيار المتردد أحادية القلب، حيث يسبب الفولاذ المغناطيسي فقدًا كبيرًا؛ ويوفر الشريط الفولاذي مقاومة للسحق؛ وتناسب الضفائر الكابلات المرنة وكابلات السفن. وتُختار مقاسات التدريع بحسب القطر الذي تحتها، لذا قد يدفع تغيير في الطبقات الداخلية التصميمَ بهدوء إلى مقاس تدريع مختلف.

8. الغلاف الخارجي

يحمي الغلاف الخارجي كل ما تحته من الرطوبة والاحتكاك والمواد الكيميائية وأشعة الشمس، وفي بعض الأسواق من النمل الأبيض والقوارض. ولكل من PVC والبولي إيثيلين والمركّبات الخالية من الهالوجين مكانه. وكما في التدريع، تعتمد سماكة الغلاف عادةً على القطر الذي تحته.

الفكرة الأساسية: الكابل سلسلة من الاعتماديات

1. مقطع الموصل يحدد قطر الموصل.
2. الجهد (وفي الجهد المنخفض مقطع الموصل أيضًا) يحدد العزل.
3. القطر فوق العزل يحدد الشاشة وقطر التجميع.
4. القطر تحت التدريع يحدد التدريع.
5. القطر تحت الغلاف يحدد الغلاف.
6. كل ذلك معًا يعطي القطر الخارجي والوزن ونصف قطر الانحناء وطول البكرة وقائمة المواد.

غيّر مدخلًا واحدًا — موصلًا أكبر، أو جهدًا أعلى، أو قلبًا إضافيًا — فتتحرك كل طبقة فوقه.

أين تقع الأخطاء عمليًا

• تصاميم النسخ والتعديل. يُنسخ كابل «مشابه» في جدول بيانات وتُغيَّر بضع خلايا. فيصبح التدريع أو الغلاف الذي كان صحيحًا للقطر القديم خاطئًا الآن دون أن يلاحظ أحد.
• الخلط بين قواعد الكابلات أحادية القلب ومتعددة القلوب، مثل التدريع الفولاذي في دوائر التيار المتردد أحادية القلب.
• تجاهل الشاشة في حساب تيار التحميل. مقاسات الشاشة التي يفرضها تيار العطل تغيّر الفقد وتيار التحميل في الدوائر أحادية القلب.
• انحراف أوراق البيانات عن التصاميم. تُعدَّل ورقة البيانات يدويًا فلا تعود مطابقة لما سيصنعه المصنع.

التصميم وفق المعيار، في كل مرة

تحدد المعايير معظم هذه القواعد. وترميزها مرة واحدة — وتطبيقها على كل تصميم جديد — يحوّل تصميم الكابلات من مهمة يدوية معرضة للأخطاء إلى عملية قابلة للتكرار.

هذا ما يفعله CablePLM. فكل حزمة معايير ترمّز قواعد معيارها كطريقة حساب ذات إصدارات. أدخل الجهد والموصل والشاشة والغلاف والمعيار، فتحصل على البنية الكاملة طبقة بطبقة، وقائمة المواد، وورقة البيانات، وتيارات التحميل وفق IEC 60287 — مع تمييز كل قيمة كبيانات معيارية أو تقدير.

التالي: IEC 60502-1 لكابلات القدرة منخفضة الجهد.

هل تريد أن ترى مجموعة كابلاتك مبنية بهذه الطريقة؟ احجز عرضًا توضيحيًا.