دورة فى الكابلات الكهربائية

الكابلات الكهربائية

الدرس الاول

مقدمـــــــــــــة

يتم نقل وتوزيع الطاقة الكهربية والتوصيل بين المعدات في المحطات أما بواسطة الكابلات الكهربية cables أو الخطوط الهوائية overhead lines.
الفارق الجوهري بين الخطوط الهوائية والكابلات هو أن الموصلات المستخدمة في الخطوط الهوائية تكون موصلات مكشوفة أي غير معزولة ويتم تثبيتها علي أبراج للمحافظة علي مسافات فاصلة ثابتة بين الموصلات بعضها البعض وبين الموصل والأرض في حين أن الموصلات المستخدمة في الكابلات تكون مغطاة بأكملها بمادة عازلة – بالطبع ما عدا عند النهايات حيث التوصيلات بباقي أجزاء منظومة القوي – ويتم تمديد هذه الكابلات إما بالدفن المباشر في الأرض أو داخل مواسير مدفونة في الأرض أو خلال ممرات تحت سطح الأرض مهيأة خصيصا لهذا الغرض أو يتم تمديدها محمولة علي حوامل (trays) سواء كانت هذه الصواني مفتوحة أو مغلقة وتكون الكابلات بهذه الطريقة أكثر أمانا من الخطوط الهوائية حيث إن احتمالات تلامس الأفراد أو الطيور والزواحف والحيوانات الصغيرة أو الأجسام المعدنية مع الموصلات الحاملة للجهد الكهربي ضئيلة جدا مما يحافظ علي سلامة الأشخاص وأيضا تقليل فرص تعرض الكابلات للأخطاء أي أن الكابل أكثر أمانا من الخط الهوائي وهذه هي أهم مميزات الكابلات علي خطوط النقل الهوائية.
والاختيار بين الكابلات الأرضية والخطوط الهوائية لا يتم وفقا لمعيار واحد ولكنه يخضع إلي جانب اعتبارات الأمان لعدة عوامل اقتصادية وفنية عديدة أهمها:

تكلفة الموصل:

لنقل نفس القدرة يكون الموصل المستخدم في خط النقل أقل تكلفة من الموصل المستخدم في الكابل حيث إن السعة التيارية للموصلات المكشوفة المستخدمة في خطوط النقل تكون أكبر بكثير من السعة التيارية للموصل داخل الكابل وبالتالي يكون موصل خطوط النقل أصغر جحما وأقل تكلفة من موصل الكابل.

تكلفة العازل:

تكلفة العازل في الكابل أكبر بكثير منها في حالة خط النقل الهوائي حيث إن خط النقل يستخدم موصلات مكشوفة مثبتة علي أبراج ويتم عزل الموصلات عن جسم البرج باستخدام عوازل غالبا من البورسلين ويكون الهواء هو العازل الاساسي بين الموصلات وبعضها حيث يتم تثبيت الموصلات بعيدة عن بعضها البعض بمسافات تعتمد علي مقدار الجهد أما في الكابلات يتم إحاطة الموصل بمادة عازلة عالية التكلفة ويلزم غطاء معدني لحماية العازل من تأثيرات التربة وحماية ميكانيكية للكابل وفي بعض أنواع الكابلات وخصوصا التي تستخدم الورق العازل يلزم ملء الكابل بالزيت العازل أو غاز خامل لملء الفراغات بين طبقات الورق وفي هذه الحالة يلزم تركيب خزانات للزيت أو الغاز الخامل علي طول مسار الكابل مما يجعل تكلفة العزل أكبر بكثير للكابل منها في حالة خط النقل.

تكلفة التركيب

تكلفة تركيب خطوط النقل الهوائية أقل بكثير من تكلفة تركيب الكابل , وبصفة عامة فإن تكلفة الكابلات أعلي بكثير جدا من تكلفة الخطوط الهوائية حيث قد تصل أحيانا إلي عشرة أضعاف أو يزيد تكلفة خط النقل.
بالإضافة إلى هذه العوامل الاقتصادية فإن هناك عامل يحد من استخدام الكابلات لنقل القدرة عن جهود عالية لمسافات طويلة حيث إنه في حالة الكابل تكون القيمة السعوية capacitance للكابل اكبر من المحاثة inductance ويكون تيار الشحن كبيرا جدا مما يسبب ارتفاعا كبيرا في الجهد ولذلك فإنه لنقل كمية كبيرة من القدرة لمسافات طويلة علي جهود عالية لا يمكن استخدام الكابلات وإنما تستخدم الخطوط الهوائية.
الكابلات تتميز علي الخطوط الهوائية بأنها أكثر أمانا للأفراد وأقل عرضة للحوادث وأقل تأثيرا بالكوارث الطبيعية والعوامل البيئية ولذلك فهي تستخدم عندما يكون الأمان مطلبا أساسيا أو عندما يكون النقل بخطوط هوائية غير مأمون كما في الحالات التالية:

1. داخل المنشآت الصناعية وداخل المدن والمناطق المأهولة بالسكان
2. في الأماكن التي قد تتسبب خطوط النقل الهوائية فيها في حدوث أعطال أو حوادث كما هي بالقرب من المطارات
3. عبر الموانع المائية المتسعة
4. داخل محطات التوليد والنقل والتوزيع

بعض الاختصارات المستخدمة في الكابلات:

polyvinyl chloride كلوريد البولي فينيل = PVC
ethylene propylene rubber مطاط البروبيلين الاثيلي = EPR
cross linked polyethylene بولي اثيلين متشابك الربط = XLPE
steel wire armor سلك تسليح صلب = SWA
paper insulated lead covered armor كابل معزول بالورق ومسلح بالرصاص = PILCA

..

تركيب الكابل Cable Construction

تتكون جميع أنواع الكابلات بصفة أساسية من موصل ذي مقاومة منخفضة لنقل التيار الكهربي ويسمي هذا الموصل عادة قلب الكابل (core) وعازل لعزل الموصلات عن بعضها وعن ما يحيط بها وعن الأرض والغلاف الخارجي للحماية الميكانيكية والكيميائية لكل أجزاء الكابل ولكنه كلما ارتفع الجهد المقنن للكابل ازداد الكابل تعقيدا والمكونات الأساسية للكابلات عموما هي:

Conductor

1. الموصل

Conductor screen

2. ستارة الموصل

Insulation

3. العازل

Insulation screen

4. ستارة العازل المساعدة (شبه موصل)

Insulation shields

5. ستارة العازل الأساسية (معدنية)

Filling materials

6. المواد المالئة

Armoring

7. التسليح

Jacket or sheat

8. الغلاف الخارجي

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

..

الدرس الثاني
تابع المكونات الاساسية لللكابل

الموصل: Conductor
يسمى الموصل مع عازله بقلب ( CORE ) الكابل ويكون من النحاس أو الالمونيوم ويتناسب مساحة مقطع مقطعه مع قيمة التيار المار فيه أي كلما زاد مساحة مقطع الموصل يتحمل تيارات اكبر، والكابلات إما أن تكون مفردة القلبsingle core أو متعددة القلوب Multi-core، وقلب الكابل عبارة عن موصل يحيط به مادة عازلة تعزله عن باقي القلوب وكذلك مكونات الكابل.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

يعتمد اختيار السلك الموصل على مقدار التيار الذي يمر فيه ampacity والجهد والخواص الفيزيائية و المرونة flexibility والشكل والناحية الاقتصادية.
وأنوع هذه الموصلات هي:
أ - مصمت: SOLID
ب- مجدول: STANDED

[size=21]الموصلات المصمتة: Solid Conductors
تستخدم الموصلات المصمتة للكابلات ذات المقاسات الصغيرة والتي تعمل علي تيارات صغيرة ولا تحتاج إلى مرونة عالية وتستخدم هذه الكابلات في دوائر التحكم والإنارة بالمحطات الكهربية والمنشئات الصناعية.

الموصلات المجدولة: Stranded Conductors

الموصلات المجدولة تتحمل تيارات اعلي لنفس مساحة مقطع الموصل وذلك نتيجة الخاصية القشرية لمرور التيار skin effect حيث أن الكترونات التيار الكهربي تميل إلى الازدحام في الطبقات الخارجية للموصل وتقل بدرجة كبيرة في الطبقات الداخلية مما يؤدي إلى عمل بعض الموصلات المفرغة من الداخل وأيضا عند عمل الموصل جدائل يمر التيار في الطبقات الخارجية لكل جديلة والتي تكون اكبر بكثير من الطبقة الخارجية لنفس الموصل إذا كان مصمتا وبالتالي الموصل المجدول يتحمل تيار كهربي أعلي من الموصل المصمت لنفس مساحة المقطع وأيضا يمتاز بالمرونة العالية flexibility ولكن يكون القطر الخارجي للموصلات المجدولة اكبر من القطر الخارجي للموصلات المصمتة والتي لها نفس المساحة.
تصنع الموصلات المجدولة باشكال وانواع مختلفة ومنها :

‌أ- المستدر المركزي Concentric round

‌ب- المستدر المركزي المدمج Compact round

‌ج- المستدير الاجوف Concentric annular

‌د- المستدير القطاعي Concentric segmental

‌ه- القطاعي المدمج Compact sectors

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

رائع اخى العزيز عبودى
من الواضح انها دورة على مستوى عالى
استمر ولك كل التمنيات بالتوفيق

الدرس الثالث

تابع المكونات الاساسية للكابل

ستارة الموصل (مادة شبه موصلة ) Conductor(Semi-Conductor) Screen

هي طبقة من مادة شبه موصلة رقيقة توضع حول الموصل بانتظام وتملئ الفراغات بين جدائل الموصل وهي تحمي الموصل من الإجهاد الكهربي تعمل علي تنظيم المجال الكهربي المتناثر حول القلب نتيجة سطح الجدائل الغير منتظم وكذلك تمنع تكون الفجوات المتأينة بين العازل والموصل والتي تتسبب في ضعف وانهيار العازل

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

العازل: Insulation

العازل هو من أهم الأجزاء في الكابل والذي يتناسب سمكه مع جهد التشغيل أي كلما ارتفع الجهد زاد سمك العازل ويشترط أن يتوافر فيه:

شدة عزل كهربية عالية high dielectric strength
عمر افتراضي طويل long life
§ مقاومة لدرجات الحرارة العالية heat resistance
مرونة ميكانيكية mechanical flexibility
مقاومة للرطوبة humidity resistance

قديما كان العازل يصنع من الورق المشبع بالزيت ومن مميزاته شدة العزل الكهربية العالية إلا أن من عيوبه قابليته لامتصاص الرطوبة كما أنه غير مرن لوجود غلاف الرصاص كما أنه قد لا يتحمل درجات الحرارة العالية أما الان فإن العزل يتم بواسطة لدائن بلاستيكية أو بوليميرية وهي مستخرجه من صناعات البتروكيماويات ولكنها تتأثر بالحرارة ويتم معالجتها وتحويلها إلى جوامد تتحمل درجات حرارة مرتفعه بواسطة عمليات معالجة خاصة تسمي التشابكية cross-linking وأهم اللدائن الحرارية المستخدمة في صناعة الكابلات هي :

كلوريد البولي فينيل Polyvinyl chloride
بولي اثيلين متقاطع الربط Cross linked polyethylene
مطاط من الاثيلين والبروبلين Ethylene propylene rubber

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
ويوجد أنواع أخرى من اللدائن تستخدم في عزل الكابلات وتكون تلك العوازل بمثابة عزل تامي يغطي موصل الكابل بالكامل وتسمي تلك العوازل بالعازل البوليميري وتسمي الكابلات المعزولة بتلك اللدائن بالكابلات ذات العزل البوليميري وسمك ونوع العازل يعتمد علي عدة عوامل منها:

جهد التشغيل
تيار الحمل
درجة حرارة الجو المحيط بالكابل
نوع ودرجة حماية غلاف الكابل
طريقة تركيب الكابل (دفن مباشر أو في مواسير.... الخ )

ستائر العازل Insulation Shieldse

ستارة العازل المساعدة هي طبقة من مادة شبه موصلة حول العازل وفائدته تقليل كثافة المجال الكهربي وبالتالي تقليل الإجهادات الكهربية التي يتعرض لها عازل الكابل وكذلك يمنع حدوث تفريغ كهربي بين سطح العازل وستارة العازل الرئيسية .
ستارة العازل الأساسية هي عبارة عن شريط معدني ( أو سلك) ملفوفة حول الستارة المساعدة auxiliary screen للعازل وتسمي أيضا بالحيادي المتحد المركز ويستخدم في تأريض الكابل وكذلك تسريب التيارات الشاردة المتجمعة وتيارات الخطأ.

تتكون ستائر العازل من جزئين هما :
§ ستارة العازل المساعدة auxiliary screen
§ ستارة العازل الأساسية primary shield

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

المواد المالئة Filling Materials

هي حشو وبطانة من الجوت أو أي مادة لدنة مثل كلوريد البولي فينيل لملء الفراغ بين الموصلات المعزولة داخل غلاف الكابل لتعطي الكابل الشكل المستدير ولمنع تحرك الموصلات داخل الغلاف واحتكاكها بعضها البعض مما يضر العازل وملحقاته ويؤدي إلى دماره وبالتالي انهيار الكابل بالكامل.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

التسليح Armoring

يتم تسليح الكابل بواسطة أسلاك أو شرائح لولبية من الصلب تلف بطريقة منتظمة حول الكابل بكامل طوله لحماية الكابل من الأضرار الميكانيكية نتيجة الأجسام الحادة أو معدات الحفر أو الحيوانات القارضة أو الحشرات الأرضية..... الخ ويتم التسليح إما بشريط حلزوني حول الكابل من الصلب أو الألمونيوم المعالج حراريا والذي يعطي الكابل صلابة شديدة لكي يقاوم الإجهادات الميكانيكية العالية ولكنه يقلل من مرونة الكابل flexibility أو يتم التسليح بواسطة أسلاك معدنية ملفوفة بشكل حلزوني أو متوازي منتظم حول الكابل مما يزيد من مرونة الكابل ويسهل نسبيا عمل وصلات النهاية الطرفية للكابل Termination.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الغلاف الخارجي للعازل Jacket or Sheath

يستخدم لحماية ووقاية الموصلات والأجزاء الداخلية للكابل من الرطوبة والحرارة والغازات أو أي مواد كيماوية يمكن أن يتعرض لها الكابل كما يستخدم كعازل كهربي فوق أسلاك أو شريط التسليح للكابل ويجب أن يكون مانع للهواء والماء ويغطي الكابل بكامل طوله ويسمي هذا الغلاف بالجاكت أو الغلاف الواقي للكابل ويكون من مواد مقاومة للظروف التي ممكن أن يستخدم فيها الكابل مثل النايلون nylon أو كلوريد البولي فينيل PVC أو البولي ايثيلين PE ومادة كلوريد البولي فينيل PVC الأكثر استخداما لما لها من خصائص تقاوم معظم الظروف والأحوال التي قد تؤثر علي الكابل.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الدرس الرابع

أنواع الكابلات Cable Types

تتعدد وتتنوع الكابلات لكي تلائم وتناسب ظروف التشغيل التي سوف تعمل فيها ويمكن تصنيفها بطرق عديدة مثل:

بالنسبة لعدد القلوب
بالنسبة لمستوى الجهد
بالنسبة لنوع المادة العازلة
بالنسبة لاستخدامها

أولا:أنواع الكابلات بالنسبة لعدد القلوب
يمكن تصنيف الكابلات إلي نوعين:
‌أ- الكابل ذي القلب الواحد single-core cable
ب- الكابل متعدد القلوب multi-core cable

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

وتستخدم الكابلات أحادية القلب لنقل الطاقة ذات الطور الواحد single phase أ تستخدم أربعة كابلات معا لنقل الطاقة الثلاثية الأطوار 3-Phaseفي حالة التيارات الكبيرة والتي تحتاج إلى موصلات بمساحات مقطع كبيرة ومرونة مقبولة حيث يتم استخدام ثلاثة كابلات للثلاث أطوار والرابع يستخدم كخط تعادل ويكون لون العازل ابيض أو رصاصي والغلاف اسود .
الكابلات المتعددة القلوب أما أن تكون ثلاثية أو رباعية القلوب حيث تستخدم الكابلات الثلاثية القلوب لتوزيع الطاقة في الجهود المتوسطة والعالية الثلاثية الأطوار 3-phase ذات الثلاث موصلات ( الموصلة دلتا) بينما تستخدم الكابلات الرباعية القلوب لتوزيع الطاقة في الجهود المنخفضة ذات الأربعة موصلات (الموصلة نجمة)
يكون عازل الموصلات في الكابلات الثلاثية القلوب متشابه بينما يكون ملون في الكابلات الرباعية القلوب حسب نظام معين يتناسب مع الموصفات القياسية في الجهود العالية بينما في الجهود المنخفضة تكون الألوان أحمر واصفر وأزرق وأسود والغلاف أيضا يكون ملون أو اسود .
المفاضلة بين كابلات القلب الواحد والكابلات عديدة القلوب تخضع لعوامل اقتصادية وتقنيات كثيرة فحين نجد أن الكابلات عديدة القلوب اقل في التكلفة وكذلك تشغل مساحات اصغر وخصوصا في مجاري الكابلات داخل المحطات نجد أن الكابلات وحيدة القلب يهيئ مرونة أفضل وسهولة في التركيب والتوصيل ولكنه يكون غير اقتصادي من حيث السعر وحيز التركيب والتوصيل ولكنه يفضل داخل المباني وخصوصا في الجهود العالية والفائقة.

ثانيا:أنواع الكابلات بالنسبة لمستوى الجهد voltage level
يتم تقسيم الكابلات حسب مستوي الجهد إلى:

كابلات الجهد المنخفض Low voltage cables
كابلات الجهد المتوسط Medium voltage cables
كابلات الجهد العالي والفائق High voltage cables

معظم المواصفات القياسية علي مستوي العالم تتفق علي أن قيمة الجهد المنخفض حتى 1000 فولت بينما الجهد المتوسط حتى 34.5 ك.فولت والجهود العالية حتى 230 ك.ف والجهود الفائقة اكبر من ذلك وتختلف مكونات وطرق عزل الكابلات حسب الجهود المقننة للكابلات.

كابلات الجهد المنخفض تتكون كابلات الجهد المنخفض من مواد أولية بسيطة مثل الموصل من النحاس أو الألمونيوم ويكون أما أحادي القلب أو رباعي القلوب للاستخدام في دوائر التوزيع الثانوية ذات الجهد المنخفض (220-380-440 فولت ) أما أحادي القلب يتم استخدام كابلين منه لتغذية دوائر الوجه الواحد (single phase) وثلاث لتغذية دوائر الثلاث أوجه الموصلة دلتا (∆) وأربع لتغذية دوائر الثلاث أوجه الموصلة نجمة (Y) وذلك في التوصيلات التي تحتاج تيارات أعلي ومرونة مرتفعة والكابلات المتعددة القلوب تستخدم لتغذية الدوائر الثلاثية ذات التوصيلات النجمة ويوجد منها كابلات مسلحة بشرائط من الصلب أو من الألمونيوم لمقاومة الإجهادات الميكانيكية وعازل الموصل يكون في الغالب من مادة كلوريد البولي فينيل(PVC ) .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الدرس الخامس

كابلات الجهد المتوسط

نظرا لارتفاع الجهد والمجال الكهربي حول الموصلات فإنه يتم استخدام عازل ذات شدة عزل اعلي مثل البولي إيثيلين متقاطع الربط (XLPE) وكذلك ستائر شبة موصلة لتنظيم المجال حول الموصلات بالإضافة إلى ستائر التأريض في الكابل ومنها المسلح والغير مسلح وتكون في الغالب كابلات ثلاثة القلوب ذات مقاسات مختلفة وتستخدم في دوائر التوزيع الابتدائية (حتى 33 ك.ف).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

كابلات الجهد العالي والفائق

وهي تكون مشابهه في تكوينها لكابلات الجهد المتوسط ولكن يراعي ان يكون العزل والمواد المقاومة للإجهادات الكهربية بتقنية اعلي وأحسن ومنها أيضا المسلح والغير مسلح وتستخدم في الدوائر الرئيسية لخطوط النقل وكذلك للربط بين المعدات داخل المحطات التوليد والنقل وللربط بين المحطات وخصوصا داخل المدن والكابلات التي تخدم الدوائر الرئيسية ذات التيارات المرتفعة تستخدم الزيت والغاز لتبريدها وزيادة عزلها والعازل الرئيسي للموصلات فيها أيضا من البولي إيثيلين متقاطع الربط (XLPE)

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

تمنياتى الفائدة للجميع .. ونسألكم الدعاء

ممتاز أكثر من رائع

أحمد عبد اللطيف عيسى كتب:: ممتاز أكثر من رائع

شكرا لك اخى نورت الموضوع

ممتاز وافادنى موضوع حضرتك جدا
عندى سؤال ما المقصود ب cable current carrying
cable (12/20) 24kv

جزاك الله خيراً وبارك الله فيك وجعله فى ميزان حسناتك

AHMED_DEABS كتب:: جزاك الله خيراً وبارك الله فيك وجعله فى ميزان حسناتك

شكرا على المرور وبالتوفيق

موضوع: كتاب عن الc.v السبت 02 نوفمبر 2013, 5:18 pm

ممتاز ربنا يفتح عليك

سامح عبد المحسن كتب:: ممتاز ربنا يفتح عليك

شكرا اخى الكريم على مرورك وبالتوفيق

جزاك الله خيراً على هذا المجهود الرائع

» دورة فى محركات التيار المستمر
» المصابيح الكهربائية
» المصهرات الكهربائية
» طرق توليد الطاقة الكهربائية
» دورة تدريية متكاملة عن اللوكو (!Logo) بالصوت والصورة