شرح التأريض ونظام الأرضى وأنواعه ومكوناته وطرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها

شرح الكابلات ومكوناتها بالتفصيل

وظيفة الكابلات هى نقل الطاقة بطريقة سليمة من المصدر إلى أجهزة الاستخدام  وأثناء عملية نقل الطاقة تحدث بعض الظواهر مثل إرتفاع درجة حرارة الكابل نتيجة للمفاقيد وكذلك هبوط الجهد وتكوين المجالات الكهرومغناطيسية حول الكابل بالإضافة إلى الحث المتبادل بين دائرة الكابل والدوائر المجاورة .

  مكونات الكابل :

تصنع الكابلات إما بقلب واحد Single Core  أو قلبين أو ثلاثة قلوب Three-Cores وربما أكثر من ذلك ويمكن القول بصفة عامة أن استخدام الكابلات ثلاثية القلب يؤدي إلى خفض التكاليف وخفض هبوط الجهد أما الكابل أحادي القلب فهو أكثر مرونة واسهل في التركيب والتوصيل وعلى ذلك فإن استخدام الكابلات وحيدة القلب يكون أفضل داخل المباني التجارية نظرًا لكثرة تعرض الكابل من انحنائات وكذلك كثرة التفريعات والتوصيلات على الكابل .و يتكون الكابل وحيد القلب من:

§         الموصل Conductor

§         العازل  insulation

§         غطاء 

§         والحماية الخارجية .

 أما الكابل ثلاثي القلب فيتكون من:

§         الموصل

§         العازل

§         مادة الحشو

§         وحزام الربط  Belt   و ستارة Screen

§         الغطاء والحماية الخارجية .

   القلب (الموصل )  Conductor:

يصنع قلب الكابل من مادة عالية التوصيليه الكهربية و يستعمل النحاس أو الألومنيوم في صناعة الموصل للكابل وعادة ما يفضل استخدام موصلات النحاس لسبب خواصها الكهربية والميكانيكية والكيماوية الأفضل أما موصلات الألومنيوم فإنها تستخدم ايضًا على نطاق واسع بسبب رخص ثمنها وخفة وزنها بالنسبة للموصلات النحاس وذلك  لنفس قيمة  التيار . و في المبانى السكنية و المنشآت التجارية والإدارية  تستخدم الموصلات النحاسية المصمته حتى قطاع (16) مم 2 على الأكثر وتستعمل الموصلات المجدولة للقطاعات الأعلي من ذلك للحصول على المرونة وقد حددت اللجنة الدولية الكهروتقنية IEC المقياس العلمي للمقاومة Resistivity النحاس المخمر Annealed علىأساس أن 1.724 ميكرو أوم  سم عند 20م تكافئ مقاومة 100% ويحتاج موصلات من الألومنيوم إلى 160% من قطاع الموصلات النحاسي للحصول على نفس التوصيل الكهربي ويجب الاحتياط عند استخدام الموصلات الألومنيوم من عوامل البيئة المحيطة .

   العازل :

تستخدم المواد البوليمرية Polymeric Materials الآن في صناعات جميع الكابلات المستخدمة فى المباني التجارية على اختلاف جهودها والمواد البوليمرية هى مواد مستخرجة من صناعات البتروكيماويات وهناك نوعان أساسيان من هذه المواد يستخدمان في صناعة عوازل الكابلات :

- اللدائن الحرارية Thermoplastics:

وهي أنواع البوليمر تلين بالحرارة وتصلد بالبرودة . وأهم أنواعها البولي فينايل وكلوريد PVC ويتميز بخواص كهربية ممتازة حتى جهد 3 ك.ف : وهو غير مناسب للجهود الأعلي من ذلك إلا بأستخدام أنواع خاصة منها وكما ذكرنا فهو يتصلد بالبرودة ويلين بالحرارة ومن الأفضل عدم تعريضه لدرجات حرارة تقل عن الصفر أو تزيد عن 70 م بصفة مستمرة وهو يتميز أيضًا بخاصية الإطفاء الذاتي للهب فهو يحترق عندما يلمس اللهب مباشرة ولكنه ينطفئ بمجرد إبعاد مصدر اللهب وينتج عن احتراقه غازات سامة  ويجب الا تزيد درجة حرارة الموصل عن 160 درجة مئوية  أثناء فترات قصر الدائرة وإلا تلف العازل وهو يقاوم الأوزون بصورة جيدة ويتلف بتعرضه للكلور .

- الجوامد الحرارية Thermosettings :

وهي المواد التى لا تلين بالحرارة حتى درجة حرارة إحتراقها أو تحللها وأهم أنواعها – البولي إيثلين التشابكي (XLPE) ويتميز بخواص كهربية وفيزيائية وكيميائية ممتازة ويمكن استخدامها في درجة حرارة مستمرة للموصل حتى 90 درجة مئوية وبدرجة حرارة 250 درجة مئوية في فترات قصر الدائرة وتعتبر مقاومته ممتازة للرطوبة ولغاز الأوزون الذي يتصاعد نتيجة لظاهرة الكرونا Coronaالناشئة من زيادة شدة المجال الكهربي للعازل ولكنه غير مقاوم للكلور وهو مادة صلدة جدًا غير قابلة للاشتعال تستخدم عادة في الكابلات ذات الجهد الأعلي من 3ك ف حيث أن استعمالها في الجهود الأقل من ذلك لا مبرر له  لارتفاع ثمنها .

ويوضح الجدول التالى أهم المواد البوليميرية المستخدمة في صناعة عوازل الكابلات وخواصها الكهربية والفيزيايئة بصفة عامة .

المواد العازلة المستخدمة البوليميرية  في الكابلات
الاسم الشائع	الخواص الكهربية	الخواص الفيزيائية
الجوامد الحرلرية: البولي اثيلين التشايكي XLPE مطاط الثيلين بروبلين الناشف HEPR المطاط السيلوكوني SR النيوبرين	ممتاز ممتاز جيد متوسط	ممتاز ممتاز جيد جيد
اللدائن الحرارية : البولي فينايل كلورايد PVC البولي ايثلين PE النايلون	جيد ممتاز متوسط	جيد جيد ممتاز

     الغلاف المعدني  Metallic sheath:

تشترط المواصفات المحلية والعالمية تزويد الكابل بغلاف معدني Shielding  (Metallic Sheath إذا تجاوز جهد الكابل حدًا معينًا (1ك ف طبقًا للمواصفات IEC-502 و2 ك ف طبقًا للمواصفة NEC – 1993) ويصنع الغلاف المعدني إما من مادة موصلة (رصاص -  سبيكة  رصاص -  سبيكة ألومنيوم ) أو من مادة شبه موصلة أو من الاثنين معًا ويصنع الغلاف المعدني على أشكال مختلفة منها:

-   شريط من النحاس أو الصلب يلف على العازل بطريقة لولبية

-   شريط معرج من النحاس يوضع على العازل بطريقة طولية ويثبت عن طريق اللحام الطولى .

-   أسلاك من النحاس تلف على العازل  العازل بطريقة لولبية

-   غلاف مصمت من الرصاص يتم إلصاقه بطول العازل عن طريق البثق Extruded Lead Sheath .

وتحتوي أنواع كثيرة من الكابلات على غلاف معدني داخلي يتم وضعه على الموصل أو قريبًا منه وغلاف معدني خارجي أي أن العازل يكون محاطًا بغلافين من الداخل والخارج .

ويحقق الغلاف المعدني مزايا عديدة منها :

-       حصر المجال الكهربي داخل الكابل

-       توفير مسار لتيار القصر الأرضي

-       خفض الاجهادات الكهربية على العازل وخاصة المجالات المماسة لسطح العازل التى تسبب في تلفه

-       الحد من التشويش على أجهزة الاتصالات

-       خفض مخاطر الصدمات الكهربية في حالة التأريض الجيد للكابل

-       حماية ميكانيكية وكيماوية وطبيعية لمادة العازل

    الحماية الخارجية  :

تستخدم الحماية الخارجية أو الغالاف الخارجي لحماية طبقات الكابل التى تحتها من ظروف البيئة والتركيب ويعتمد اختيار مادة الحماية الخارجية على نفس عوامل اختيار العازل أي على الخواص الكهربية والميكانيكية والفيزيائية والكيميائية كما يمكن تزويد الكابل بحماية معدنية أو غير معدنية أو الاثنين معًا :

الحماية غير المعدنية :

وهي إما على صورة سترة مبثوقة Extruded jacket على الغلاف المعدني من مادة XLPE , PVC أو غيرها وإما على شكل الياف عريضة مجدولة Fiber Braids تلف حول الغلاف المعدني وتصنع من الألياف الزجاجية أو الأسبستوس أو غيره . وتحتاج جميع الألياف إلى مادة مشبعة Saturant أو غامسة لتحقيق قدر من المقاومة ضد الرطوبة والمذيبات والـتآكل والعوامل الجوية وهناك أنواع خاصة من المواد المستخدمة في الحماية الخارجية لها خواص مقاومة لاتفاع درجة الحرارة وإبطاء اللهب ومقاومة الزيوت المذيبة .

الحماية المعدنية (التسليح):

تظهر الحاجة إلى حماية خارجية معدنية إذا كان الكابل معرضًا لاجهادات ميكانيكية عالية أو مواد كيميائية قاسية أو اجهادات حرارية عالية أثناء قصر الدائرة . تتوفر الحماية الخارجية المعدنية بأشكال ومواد مختلفة ويستخدم في ذلك الصلب المجلفن والألومنيوم والبرونز والرصاص والنحاس ويتم عمل طبقة الحماية الخارجية على شكل تسليح Armouring بأحد التكوينات الآتية :

·         تسليح متواشج Interlock من الصلب المجلفن

·         غلاف معدني متعرج ملحوم طويلا على إمتداد الكابل

·         مغذي معدني من الرصاص أو النحاس أو الألومنيوم

·         أسلاك من الصلب تلف لولبيًا بإمتداد الكابل ويجب الرجوع إلى النشارات الفنية الخاصة بالكابلات للتعرف على الخواص الكهربية والميكانيكية لكل أنواع الحماية الخارجية

كلمات مفتاحية الكابلات Single Core multi core العازل الموصل insulation Conductor النحاس الألومنيوم اللدائن الحرارية Thermoplastics PVC الجوامد الحرارية Thermosettings XLPE البولي إيثلين التشابكي الغلاف المعدني Metallic sheath Shield شيلد تسليح الكابل Armour