تعتمد الأنظمة الكهربائية الحديثة على الترابط بين مختلف الأجهزة ولوحات الدوائر الكهربائية والأجهزة الطرفية. وسواءً لنقل الطاقة أو الإشارات الكهربائية، تُعدّ الكابلات أساس التوصيلات السلكية، مما يجعلها جزءًا لا يتجزأ من جميع الأنظمة.
ومع ذلك، غالبًا ما يُستهان بأهمية أغلفة الكابلات (الطبقة الخارجية التي تُحيط بالموصلات الداخلية وتحميها). يُعد اختيار المادة المناسبة لأغلفة الكابلات قرارًا حاسمًا في تصميم الكابلات وتصنيعها، خاصةً عند استخدامها في بيئات قاسية. يُعد فهم التوازن بين الأداء الميكانيكي، والمقاومة البيئية، والمرونة، والتكلفة، والامتثال للوائح أمرًا أساسيًا لاتخاذ قرار حكيم.
يوجد في قلب غلاف الكابل درع يحمي الكابل الداخلي ويضمن استمراريته وموثوقيته. يوفر هذا الدرع حماية من الرطوبة والمواد الكيميائية والأشعة فوق البنفسجية والإجهادات الفيزيائية كالتآكل والصدمات.
تتراوح مواد أغطية الكابلات بين البلاستيك البسيط والبوليمرات المتطورة، ولكل منها خصائص فريدة تلبي المتطلبات البيئية والميكانيكية المحددة. وتُعدّ عملية الاختيار بالغة الأهمية، لأن اختيار المادة المناسبة يضمن الأداء الأمثل والحماية المثلى في ظل ظروف الاستخدام المتوقعة.
لا يوجد حل واحد يناسب جميع أنواع أغطية الكابلات. تختلف المواد المختارة اختلافًا كبيرًا حسب ظروف الاستخدام.
هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار مادة غلاف الكابل المناسبة.
1. الظروف البيئية
تُعد المقاومة الكيميائية عاملاً حاسماً في اختيار أغلفة الكابلات، إذ قد تتعرض الكابلات للزيوت والمذيبات والأحماض والقواعد، حسب استخدامها. ويمنع اختيار غلاف الكابل بعناية تدهور أو تآكل مكوناته الأساسية، مما يحافظ على سلامة الكابل طوال فترة خدمته. على سبيل المثال، في البيئات الصناعية التي يشيع فيها التعرض للمواد الكيميائية، من الضروري اختيار مواد تتحمل هذه الظروف القاسية. وفي هذه الحالة، يجب تقييم المواد الكيميائية التي سيتعرض لها الكابل، لأن ذلك يحدد الحاجة إلى مواد متخصصة مثل البوليمرات الفلورية لتحقيق مقاومة كيميائية قصوى.
تُعد مقاومة الطقس وأشعة الشمس عاملاً مهمًا آخر، خاصةً للكابلات المستخدمة في الهواء الطلق. فالتعرض لأشعة الشمس لفترات طويلة قد يُضعف المواد التقليدية، مما يؤدي إلى هشاشتها وتلفها في نهاية المطاف. تضمن المواد المصممة لمقاومة الأشعة فوق البنفسجية بقاء الكابل فعالاً ومتينًا حتى في ضوء الشمس الشديد. في هذه التطبيقات، تُعدّ اللدائن الحرارية CPE، أو منظمات الحرارة CPE، أو منظمات الحرارة EPR المواد المثالية. مواد متطورة أخرى، مثل البولي إيثيلين المتشابك (بولي إيثيلين مشبع بالبولي إيثيلينتم تطوير كابلات الطاقة الشمسية (SWF) لتوفير مقاومة محسنة للأشعة فوق البنفسجية، مما يضمن طول عمر الكابل في التطبيقات الخارجية.
بالإضافة إلى ذلك، في البيئات التي يُشكّل فيها خطر الحريق مصدر قلق، يُمكن أن يكون اختيار غلاف كابل مقاوم للهب أو ذاتي الإطفاء خيارًا مُنقذًا للحياة. صُممت هذه المواد لمنع انتشار اللهب، مما يُضيف طبقة أمان مهمة في التطبيقات الحرجة. بالنسبة لمقاومة اللهب، تشمل الخيارات الممتازة ما يلي:بولي كلوريد الفينيلاللدائن الحرارية واللدائن الحرارية CPE. هذه المواد قادرة على إبطاء انتشار اللهب مع تقليل انبعاث الغازات السامة أثناء الاحتراق.
2. الخصائص الميكانيكية
تؤثر مقاومة غلاف الكابل للتآكل، وقوة التأثير، وقدرته على السحق بشكل مباشر على متانة البولي يوريثان. وهذا ضروري للغاية في التطبيقات التي يمر فيها الكابل عبر تضاريس وعرة أو يتطلب مناولة متكررة. في التطبيقات عالية الحركة، مثل الروبوتات أو الآلات الديناميكية، يُساعد اختيار غلاف كابل ذي خصائص ميكانيكية فائقة على تجنب الاستبدال والصيانة المتكررة. أفضل المواد المقاومة للتآكل لأغطية الغلاف تشمل اللدائن الحرارية المصنوعة من البولي يوريثان واللدائن الحرارية المصنوعة من مادة CPE.
3. اعتبارات درجة الحرارة
يُمكن أن يُمثل نطاق درجة حرارة التشغيل لمادة غلاف الكابل العامل الحاسم بين نجاح النظام أو فشله. فالمواد التي لا تتحمل نطاق درجة حرارة التشغيل لبيئتها المُخصصة قد تُصبح هشة في الظروف الباردة أو تتدهور عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. يُمكن أن يُؤثر هذا التدهور على سلامة الكابل ويُسبب تلفًا في العزل الكهربائي، مما يُؤدي إلى أعطال تشغيلية أو مخاطر أمنية.
في حين أن العديد من الكابلات القياسية قد تصل قدرتها على تحمل درجات حرارة تصل إلى 105 درجة مئوية، إلا أن تطبيقات PVC المتخصصة قد تتطلب تحمل درجات حرارة أعلى. في صناعات مثل النفط والغاز، تتطلب تطبيقات خاصة مواد، مثل مواد سلسلة SJS من ITT Cannon، التي تتحمل درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية. لهذه الدرجات العالية من الحرارة، قد يلزم استخدام مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك PVC على الجانب البلاستيكي الحراري، وCPE أو EPR أو CPR على جانب منظم الحرارة. المواد التي تعمل في مثل هذه البيئات تتحمل درجات الحرارة العالية وتقاوم الشيخوخة الحرارية، مما يضمن أداء الكابل مع مرور الوقت.
خذ في الاعتبار البيئات ذات درجات الحرارة العالية، مثل منصات الحفر البرية. في هذه البيئات عالية الضغط ودرجات الحرارة، من الضروري اختيار مادة غلاف الكابل التي تتحمل درجات الحرارة القصوى دون أن تتلف أو تتعطل. في النهاية، يضمن اختيار مادة غلاف الكابل المناسبة عمليات آمنة وموثوقة مع إطالة عمر المعدات.
4. الحاجة إلى المرونة
تتطلب بعض التطبيقات أن تظل الكابلات مرنة عند حركات الانحناء والالتواء المتكررة. هذه الحاجة إلى المرونة لا تقلل من الحاجة إلى المتانة؛ لذلك، يجب اختيار المواد بعناية لتحقيق التوازن الفعال بين هذين المتطلبين. في هذه الحالات، تُفضل مواد مثل الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية (TPE) أو البولي يوريثان (PUR) لمرونتها وقدرتها على التحمل.
على سبيل المثال، يجب أن تكون الكابلات المستخدمة في الأتمتة الصناعية مرنة للغاية لاستيعاب حركة الآلات، مثل الروبوتات. وتُعد الروبوتات الشبكية، المستخدمة في مهام مثل التقاط القطع وتركيبها، مثالًا بارزًا على هذه الحاجة. يسمح تصميمها بمدى حركة واسع، مما يُسبب ضغطًا مستمرًا على الكابلات، مما يستلزم استخدام مواد تتحمل الانحناء والالتواء دون المساس بالأداء.
بعد مراعاة الظروف البيئية، والخصائص الميكانيكية، ودرجة الحرارة، واحتياجات المرونة، من المهم أيضًا ملاحظة أن القطر الخارجي للكابل يختلف باختلاف المادة. وللحفاظ على البيئة، يجب أن يبقى قطر الكابل ضمن حدود إحكام الغلاف الخلفي أو وصلة الموصل.
وقت النشر: ١٢ أغسطس ٢٠٢٤