بنية ووظيفة كابلات الطاقة

يُصمّم الهيكل الأساسي لكابل الطاقة على شكل طبقات، حيث تؤدي كل طبقة وظائف محددة لضمان نقل الطاقة الكهربائية بشكل آمن وفعّال وموثوق من مصدر توليد الطاقة إلى المستخدم النهائي. يتيح هذا التصميم المعياري للكابلات التكيف مع مختلف المتطلبات، بدءًا من توزيع الجهد المنخفض وصولًا إلى نقل الجهد العالي جدًا، كما يسمح لها بتحمل الضغوط الميكانيكية والكيميائية والبيئية أثناء التركيب والتشغيل طويل الأمد.

فيما يلي تفاصيل الهيكل والوظائف:

1. الموصل (اللب الموصل)

الوظيفة: تعمل كقناة أساسية لنقل الطاقة الكهربائية، وحمل التيار، وتحديد قدرة الكابل على حمل التيار وكفاءة التوصيل.
المواد والعمليات: تُصنع عادةً من النحاس المُلدّن عالي التوصيل (مقاومة منخفضة، مرونة جيدة) أو من موصلات الألومنيوم المسحوبة على البارد. ولتحقيق التوازن بين المرونة والمتانة، تُصنع الموصلات غالبًا عن طريق جدل عدة أسلاك دقيقة بشكل منتظم. وتُحسّن أشكال مقاطعها العرضية لملء مساحة العزل بإحكام وتحسين تبديد الحرارة.

2. طبقات الحماية

الوظيفة: يشكل هذا الزوج من الطبقات شبه الموصلة "نظام معادلة"، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان توزيع المجال الكهربائي بشكل موحد في كابلات الجهد المتوسط ​​والعالي.

درع الموصل: يتم بثقه بإحكام على سطح الموصل، ويملأ الفراغات والتشوهات المجهرية داخل الموصل المجدول، مما يمنع التفريغ الهالي والتشابك الكهربائي الموضعي.

درع العزل: يتم تثبيته بإحكام على السطح الخارجي لطبقة العزل، ويعمل على توحيد المجال الكهربائي ويوفر انتقالًا سلسًا إلى طبقة الدرع المعدني الخارجية.

المادة: كلاهما مواد شبه موصلة قابلة للتشابك، مع مقاومة حجمية يتم التحكم فيها عادةً في نطاق 10² إلى 10⁵ أوم·سم.

3. طبقة العزل

الوظيفة: يوفر عزلاً كهربائياً، ويتحمل جهد التشغيل والجهد الزائد لمنع الانهيار أو التسرب.

المواد: المواد السائدة هيالبولي إيثيلين المتشابك (XLPE)يُستخدم مطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR) في تطبيقات الجهد المتوسط ​​والمرونة العالية. أما كلوريد البولي فينيل (PVC) فيُستخدم بشكل أساسي في شبكات توزيع الجهد المنخفض.

4. طبقة الحماية المعدنية

الوظيفة: توفير مسار لتيار العطل، والحماية الكهرومغناطيسية، والحماية من التأريض.

النماذج:شريط نحاسيالتدريع، أو التدريع بضفيرة الأسلاك النحاسية، أو الأغلفة المعدنية المموجة (التي توفر أيضًا وظيفة حاجز مائي شعاعي).

5. طبقة الحشو

الوظيفة: يملأ الفراغات في الكابلات متعددة النوى للحفاظ على الاستقرار الهيكلي، ويوفر تبطينًا إضافيًا وحماية من الرطوبة.

المادة: مواد غير ماصة للرطوبة مثل حبال البولي بروبيلين (PP) أو الحبال المانعة لتسرب الماء.

6. الغلاف الداخلي

الوظيفة: حماية طبقة الدرع المعدنية من التآكل وتوفير حاجز شعاعي أولي للماء والرطوبة.

المواد: أغلفة من البولي إيثيلين المبثوق (PE) أو البولي فينيل كلوريد (PVC). أما في التطبيقات التي تتطلب أداءً جيدًا في منع تسرب الماء، فغالبًا ما تُستخدم أغلفة مصفحة من الألومنيوم والبولي إيثيلين.

7. طبقة الدرع

الوظيفة: توفر الحماية الميكانيكية ضد السحق أثناء الدفن المباشر، والسحب أثناء التركيب، والشد أثناء وضع الكابلات تحت سطح البحر.

الأنواع: دروع شريطية فولاذية (بشكل أساسي لمقاومة الضغط) أو دروع سلكية فولاذية (لقوة الشد).

8. الغلاف الخارجي

الوظيفة: طبقة الحماية الخارجية، مقاومة للتآكل البيئي.

المادة: مادة غلاف من البولي فينيل كلوريد أو البولي إيثيلين، مع إمكانية تطوير مواد غلاف خاصة مقاومة للهب وخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان.

9. الإنشاءات الخاصة

هيكل العزل المائي: أغلفة معدنية مموجة أو مسحوق/أشرطة/مواد هلامية مانعة لتسرب الماء.

هيكل الحماية من الحريق: مطاط السيليكون القابل للتحويل إلى سيراميك، أو أشرطة الميكا، أو مواد منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين (LSZH).

التكامل الذكي: تتضمن بعض الكابلات وحدات الألياف الضوئية لقياس درجة الحرارة أو الاتصال.

10. مثال على التركيب (كابل أحادي النواة عالي الجهد)

موصل نحاسي ← غلاف موصل ← عازل XLPE ← غلاف عازل ← غلاف معدني مموج ← غلاف داخلي من البولي إيثيلين ← درع سلك فولاذي ← غلاف خارجي.

11. ملخص

كابل الطاقة منتج نظامي مصمم بدقة متناهية. يؤثر اختيار المواد وتطبيق عمليات التصنيع لكل طبقة بشكل كبير على كفاءة نقل الطاقة، وعمر الخدمة، ومستوى الأمان. تتطور تقنية الكابلات الحديثة نحو مستويات جهد أعلى، وسعة أكبر، وموثوقية أعلى، وذكاء مُعزز، واستدامة بيئية مُحسّنة.