أنواع عديدة من الكابلات - كيف تختار النوع المناسب؟ - (إصدار كابلات الطاقة)

يُعد اختيار الكابل خطوةً حاسمةً في تصميم وتركيب الأنظمة الكهربائية. قد يؤدي الاختيار الخاطئ إلى مخاطر تتعلق بالسلامة (مثل ارتفاع درجة الحرارة أو نشوب حريق)، أو انخفاض مفرط في الجهد، أو تلف المعدات، أو انخفاض كفاءة النظام. فيما يلي أهم العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار الكابل:

1. المعايير الكهربائية الأساسية

(1) مساحة المقطع العرضي للموصل:

قدرة تحمل التيار: هذا هو المعيار الأهم. يجب أن يكون الكابل قادرًا على تحمل أقصى تيار تشغيل مستمر للدائرة دون تجاوز درجة حرارة التشغيل المسموح بها. راجع جداول سعة التيار في المعايير ذات الصلة (مثل IEC 60287، NEC، GB/T 16895.15).

انخفاض الجهد: يتسبب مرور التيار الكهربائي عبر الكابل في انخفاض الجهد. قد يؤدي طول الكابل المفرط أو مساحة مقطعه غير الكافية إلى انخفاض الجهد عند طرف الحمل، مما يؤثر على تشغيل المعدات (خاصةً بدء تشغيل المحرك). احسب إجمالي انخفاض الجهد من مصدر الطاقة إلى الحمل، مع التأكد من أنه ضمن النطاق المسموح به (عادةً ≤3% للإضاءة، ≤5% للطاقة).

قدرة تحمل قصر الدائرة: يجب أن يتحمل الكابل أقصى تيار قصر دائرة ممكن في النظام دون حدوث تلف حراري قبل أن يعمل جهاز الحماية (فحص الاستقرار الحراري). تتمتع الكابلات ذات مساحة المقطع العرضي الأكبر بقدرة تحمل أعلى.

(2) الجهد المقنن:

يجب ألا يقل الجهد المقنن للكابل (مثلاً، 0.6/1 كيلو فولت، 8.7/15 كيلو فولت) عن الجهد الاسمي للنظام (مثلاً، 380 فولت، 10 كيلو فولت) وأي جهد تشغيل أقصى محتمل. يجب مراعاة تقلبات جهد النظام وحالات الجهد الزائد.

(3) مادة الموصل:

النحاس: يتميز بموصلية عالية (حوالي 58 ميجا سيمنز/متر)، وقدرة عالية على نقل التيار، وقوة ميكانيكية جيدة، ومقاومة ممتازة للتآكل، وسهولة في تشكيل الوصلات، ولكنه ذو تكلفة أعلى. وهو الأكثر استخدامًا.

الألومنيوم: يتميز بموصلية منخفضة (حوالي 35 ميجا سيمنز/متر)، ويتطلب مقطعًا عرضيًا أكبر لتحقيق نفس سعة التيار، ووزن أخف، وتكلفة أقل، ولكنه أقل قوة ميكانيكية، وعرضة للأكسدة، ويتطلب أدوات خاصة ومركبات مضادة للأكسدة للوصلات. يُستخدم غالبًا في خطوط النقل الهوائية ذات المقطع العرضي الكبير أو في تطبيقات محددة.

2. بيئة وظروف التركيب

(1) طريقة التركيب:

في الهواء: صواني الكابلات، والسلالم، والقنوات، والمواسير، والتركيب السطحي على طول الجدران، وما إلى ذلك. تؤثر ظروف تبديد الحرارة المختلفة على سعة التيار (يلزم تخفيض التصنيف للتركيبات الكثيفة).

تحت الأرض: دفن مباشر أو عبر قنوات. يجب مراعاة المقاومة الحرارية للتربة، وعمق الدفن، والقرب من مصادر الحرارة الأخرى (مثل أنابيب البخار). تؤثر رطوبة التربة وقابليتها للتآكل على اختيار الغلاف.

تحت الماء: يتطلب هياكل خاصة مقاومة للماء (مثل غلاف الرصاص، طبقة متكاملة مانعة لتسرب الماء) وحماية ميكانيكية.

تركيب خاص: المسارات الرأسية (مع مراعاة الوزن الذاتي)، خنادق/أنفاق الكابلات، إلخ.

(2) درجة الحرارة المحيطة:

تؤثر درجة الحرارة المحيطة بشكل مباشر على تبديد حرارة الكابلات. تستند جداول سعة التيار القياسية إلى درجات حرارة مرجعية (مثل 30 درجة مئوية في الهواء، و20 درجة مئوية في التربة). إذا تجاوزت درجة الحرارة الفعلية القيمة المرجعية، فيجب تعديل سعة التيار (تخفيضها). يُرجى توخي الحذر الشديد في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة (مثل غرف الغلايات، والمناطق الاستوائية).

(3) القرب من الكابلات الأخرى:

تؤدي تركيبات الكابلات الكثيفة إلى تسخين متبادل وارتفاع في درجة الحرارة. يجب تخفيض قدرة الكابلات المتعددة المثبتة بالتوازي (خاصةً بدون تباعد أو في نفس القناة) بناءً على عددها وترتيبها (متلامسة/غير متلامسة).

(4) الإجهاد الميكانيكي:

الحمل الشدّي: بالنسبة للتركيبات الرأسية أو مسافات السحب الطويلة، ضع في اعتبارك الوزن الذاتي للكابل وقوة السحب؛ اختر الكابلات ذات قوة الشد الكافية (مثل الكابلات المدرعة بسلك فولاذي).

الضغط/الصدمات: يجب أن تتحمل الكابلات المدفونة مباشرة أحمال حركة المرور السطحية ومخاطر الحفر؛ أما الكابلات المثبتة على الصواني فقد تتعرض للضغط. يوفر التدريع (شريط فولاذي، سلك فولاذي) حماية ميكانيكية قوية.

نصف قطر الانحناء: أثناء التركيب والتدوير، يجب ألا يكون نصف قطر انحناء الكابل أصغر من الحد الأدنى المسموح به، لتجنب إتلاف العزل والغلاف.

(5) المخاطر البيئية:

التآكل الكيميائي: تتطلب المصانع الكيميائية ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي ومناطق الضباب الملحي الساحلية أغلفة مقاومة للتآكل (مثل PVC وLSZH وPE) و/أو طبقات خارجية. وقد يلزم استخدام دروع غير معدنية (مثل الألياف الزجاجية).

التلوث بالزيت: تتطلب مستودعات النفط وورش التصنيع أغلفة مقاومة للزيت (مثل PVC الخاص، CPE، CSP).

التعرض للأشعة فوق البنفسجية: تتطلب الكابلات الخارجية المعرضة للأشعة فوق البنفسجية أغلفة مقاومة للأشعة فوق البنفسجية (مثل البولي إيثيلين الأسود، والبولي فينيل كلوريد الخاص).

القوارض/النمل الأبيض: تتطلب بعض المناطق كابلات مقاومة للقوارض/النمل الأبيض (أغلفة مع مواد طاردة، أغطية صلبة، دروع معدنية).

الرطوبة/الغمر: تتطلب البيئات الرطبة أو المغمورة هياكل جيدة لمنع الرطوبة/الماء (مثل منع الماء الشعاعي، الغلاف المعدني).

الأجواء القابلة للانفجار: يجب أن تستوفي متطلبات المناطق الخطرة المقاومة للانفجار (مثل مثبطات اللهب، LSZH، الكابلات المعزولة بالمعادن).

3. اختيار هيكل الكابل والمواد

(1) مواد العزل:

البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)أداء ممتاز في درجات الحرارة العالية (90 درجة مئوية)، وقدرة تحمل تيار عالية، وخصائص عزل كهربائي جيدة، ومقاومة كيميائية، وقوة ميكانيكية جيدة. يُستخدم على نطاق واسع في كابلات الطاقة ذات الجهد المتوسط/المنخفض. الخيار الأول.

كلوريد البولي فينيل (PVC): منخفض التكلفة، عملية تصنيع ناضجة، مقاومة جيدة للاشتعال، درجة حرارة تشغيل منخفضة (70 درجة مئوية)، هش عند درجات الحرارة المنخفضة، يطلق غازات هالوجين سامة ودخانًا كثيفًا عند الاحتراق. لا يزال استخدامه واسع النطاق ولكنه يخضع لقيود متزايدة.

مطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR): يتميز بمرونة جيدة، ومقاومة للعوامل الجوية والأوزون والمواد الكيميائية، ودرجة حرارة تشغيل عالية (90 درجة مئوية)، ويستخدم في المعدات المتنقلة، والسفن، وكابلات التعدين. لكن تكلفته مرتفعة.

أخرى: مطاط السيليكون (>180 درجة مئوية)، معزول معدنياً (MI - موصل نحاسي مع عزل أكسيد المغنيسيوم، أداء ممتاز في مقاومة الحريق) للتطبيقات الخاصة.

(2) مواد الغلاف:

مادة PVC: تتميز بحماية ميكانيكية جيدة، ومقاومة للاشتعال، ومنخفضة التكلفة، وشائعة الاستخدام. تحتوي على الهالوجين، وتصدر دخاناً ساماً عند احتراقها.

البولي إيثيلين: يتميز بمقاومة ممتازة للرطوبة والمواد الكيميائية، وهو شائع في الأغلفة الخارجية للكابلات المدفونة مباشرة. مقاومته للاشتعال ضعيفة.

دخان منخفض خالٍ من الهالوجين (LSZH / LS0H / LSF): دخان منخفض، غير سام (لا يحتوي على غازات حمضية هالوجينية)، نفاذية عالية للضوء أثناء الاحتراق. إلزامي في الأماكن العامة (محطات المترو، مراكز التسوق، المستشفيات، المباني الشاهقة).

البولي أوليفين المقاوم للهب: يفي بمتطلبات محددة لمقاومة اللهب.
ينبغي أن يراعي الاختيار مقاومة العوامل البيئية (الزيوت، والطقس، والأشعة فوق البنفسجية) واحتياجات الحماية الميكانيكية.

(3) طبقات الحماية:

درع الموصل: مطلوب لكابلات الجهد المتوسط/العالي (>3.6/6 كيلو فولت)، ويعمل على معادلة المجال الكهربائي لسطح الموصل.

درع العزل: مطلوب لكابلات الجهد المتوسط/العالي، ويعمل مع درع الموصل للتحكم الكامل في المجال.

الدرع المعدني: يوفر الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي (مقاومة التداخل/تقليل الانبعاثات) و/أو مسارًا للدارة القصيرة (يجب تأريضه) والحماية الميكانيكية. الأشكال الشائعة: شريط نحاسي، جديلة سلك نحاسي (حماية + مسار للدارة القصيرة)، درع شريط فولاذي (حماية ميكانيكية)، درع سلك فولاذي (حماية من الشد + حماية ميكانيكية)، غلاف ألومنيوم (حماية + حجب الماء شعاعيًا + حماية ميكانيكية).

(4) أنواع التدريع:

الأسلاك الفولاذية المدرعة (SWA): حماية ممتازة ضد الضغط والشد العام، لتلبية احتياجات الدفن المباشر أو الحماية الميكانيكية.

الأسلاك المجلفنة المدرعة (GWA): قوة شد عالية، للتشغيل الرأسي، والمسافات الكبيرة، والتركيبات تحت الماء.

الدروع غير المعدنية: شريط من الألياف الزجاجية، يوفر قوة ميكانيكية مع كونه غير مغناطيسي وخفيف الوزن ومقاوم للتآكل، لتلبية المتطلبات الخاصة.

4. متطلبات السلامة واللوائح التنظيمية

(1) مقاومة اللهب:

اختر الكابلات التي تستوفي معايير مقاومة اللهب المطبقة (مثل IEC 60332-1/3 لمقاومة اللهب المفردة/المجمعة، وBS 6387 CWZ لمقاومة الحريق، وGB/T 19666) بناءً على مخاطر الحريق واحتياجات الإخلاء. يجب استخدام كابلات مقاومة للهب منخفضة الانبعاثات وخالية من الهيدروكربونات (LSZH) في الأماكن العامة والمناطق التي يصعب الهروب منها.

(2) مقاومة الحريق:

بالنسبة للدوائر الحيوية التي يجب أن تظل نشطة أثناء الحريق (مضخات الحريق، ومراوح الدخان، وإضاءة الطوارئ، وأجهزة الإنذار)، استخدم كابلات مقاومة للحريق (مثل كابلات MI، والهياكل المعزولة العضوية المغطاة بشريط الميكا) التي تم اختبارها وفقًا للمعايير (مثل BS 6387، وIEC 60331، وGB/T 19216).

(3)خالي من الهالوجين ومنخفض الدخان:

إلزامي في المناطق ذات متطلبات السلامة العالية وحماية المعدات (مراكز النقل، ومراكز البيانات، والمستشفيات، والمباني العامة الكبيرة).

(4) الامتثال للمعايير والشهادات:

يجب أن تتوافق الكابلات مع المعايير والشهادات الإلزامية في موقع المشروع (على سبيل المثال، CCC في الصين، CE في الاتحاد الأوروبي، BS في المملكة المتحدة، UL في الولايات المتحدة).

5. الاقتصاد وتكلفة دورة الحياة

تكلفة الاستثمار الأولي: سعر الكابلات والملحقات (الوصلات، النهايات).
تكلفة التركيب: تختلف باختلاف حجم الكابل ووزنه ومرونته وسهولة تركيبه.
تكلفة خسائر التشغيل: تتسبب مقاومة الموصل في خسائر I²R. الموصلات الأكبر حجماً تكلف أكثر في البداية ولكنها تقلل الخسائر على المدى الطويل.
تكلفة الصيانة: تتميز الكابلات الموثوقة والمتينة بتكاليف صيانة أقل.
العمر الافتراضي: يمكن للكابلات عالية الجودة، في البيئات المناسبة، أن تدوم لأكثر من 30 عامًا. لذا، يُنصح بإجراء تقييم شامل لتجنب اختيار كابلات منخفضة المواصفات أو رديئة الجودة بناءً على السعر الأولي فقط.

6. اعتبارات أخرى

تسلسل الطور والترميز: بالنسبة للكابلات متعددة النوى أو التركيبات المفصولة الطور، تأكد من صحة تسلسل الطور والترميز اللوني (وفقًا للمعايير المحلية).
التأريض والربط متساوي الجهد: يجب تأريض الدروع والدروع المعدنية بشكل موثوق (عادةً من كلا الطرفين) من أجل السلامة وأداء الحماية.

هامش الاحتياطي: ضع في اعتبارك النمو المحتمل للأحمال في المستقبل أو تغييرات التوجيه، وقم بزيادة المقطع العرضي أو احتفظ بدوائر احتياطية إذا لزم الأمر.
التوافق: يجب أن تتطابق ملحقات الكابلات (الوصلات، والمفاصل، والنهايات) مع نوع الكابل والجهد وحجم الموصل.
تأهيل الموردين وجودة منتجاتهم: اختر مصنعين ذوي سمعة طيبة وجودة ثابتة.

لتحقيق الأداء الأمثل والموثوقية القصوى، يرتبط اختيار الكابل المناسب ارتباطًا وثيقًا باختيار مواد عالية الجودة. في ون وورلد، نوفر مجموعة شاملة من المواد الخام للأسلاك والكابلات - بما في ذلك مركبات العزل، ومواد التغليف، والأشرطة، والحشوات، والخيوط - المصممة خصيصًا لتلبية مختلف المواصفات والمعايير، مما يدعم تصميم وتركيب الكابلات بشكل آمن وفعال.