تويت
كبل كهريايي Electric cable - Câble électrique
الكبل الكهربائي
الشكل (1)
طريقة تمديد الكبول ضمن التربة
الكبول (أو الكبلات) الكهربائية electrical cables هي إحدى مكونات نظام القدرة الكهربائية، تقوم بنقل القدرة الكهربائية من مكان إلى آخر وتوفير التغذية الكهربائية للأحمال الكهربائية على سويات توتر مختلفة. وغالباً ما يتم استخدامها في شبكات التوزيع والتوصيل. تمدد الكبول خارج الأبنية إما مدفونة بالأرض ضمن خندق خاص (الشكل1)، وإما ضمن قناة بيتونية خاصة، وإما أن تكون هوائية على أعمدة. ويتم تمديدها داخل الأبنية إما مخفية ضمن أنابيب بلاستيكية، وإما ظاهرة على حوامل معدنية.
يتألف الكبل من:
1 ـ مادة ناقلة كهربائياً (أو نواقل عدة).
2 ـ مادة عازلة كهربائياً تحيط بالناقل (أو بكل من النواقل على حده).
3 ـ الغلاف، وأهم أنواعه الرصاص والألمنيوم واللدائن.
4 ـ التسليح، يتم ذلك لضعف الكبول المعزولة ميكانيكياً، ويتم التسليح بطبقة واحدة أو طبقات عدة من الشريط أو أسلاك فولاذية أو غيرها، وتضاف عادة مواد حشوة (ورق وخيش غالباً) بين طبقة التسليح وبين الغلاف.
5 ـ الغطاء الواقي: حيث تغطى الكبول بمادة من اللدائن أو المطاط لتقيها من الصدأ.
أنواع الكبول
تصنف الكبول الكهربائية على النحو الآتي:
الشكل (2)
نموذج لكبل تيار قوي يحوي /4/ خطوط هاتف
1 ـ تبعاً لسوية التوتر التي تعمل عليها:
آ ـ كبول تعمل على التوتر المنخفض التي بدورها تصنف لكبول تيار قوي (تعمل على توتر 380 أو 220 فولت عموماً) وهي خاصة بالإنارة والمآخذ (الشكل 2)، وكبول تيار ضعيف تعمل على التوتر المنخفض كالكبول التي تغذي الهواتف والإنذار عن الحريق وشبكة الحواسيب والمراقبة والهوائي المشترك والرائي (التلفاز) وكبول الفيديو والمضخمات…إلخ (الشكل3).
ب ـ كبول تعمل على التوتر المتوسط أو العالي وتستخدم لنقل الاستطاعات داخل المدن بجهود كهربائية.
الشكل (3)
نموذج لكبل صوت (أوديو)
2 ـ حسب عدد النواقل:
أ ـ أحادي النواة/طور واحد (الشكل4).
ب ـ ثلاثية الأطوار(النواقل).
الشكل (4)
بعض النماذج لكبول أحادية النواة التي تعمل على توترات عالية من مرتبة الكيلو فولت
3 ـ حسب عدد النواقل في الطور الواحد ضمن الكبل:
أ ـ كبول مفردة.
ب ـ كبول مجمعة.
4 ـ حسب نوع المادة العازلة وعدد طبقات العزل وأهمها:
الشكل (5)
بعض النماذج لكبول التوتر المتوسط والعالي
أ ـ الورق المشرب.
ب ـ المطاط، إلا أن الكبول المعزولة بها لا تتحمل أي صدمات أو ضغوط ميكانيكية؛ لذلك يجب وضعها ضمن أنابيب أو قساطل لدائنية ذات تحمل عالٍ لحمايتها.
ج ـ المواد اللدائنية
د ـ زيتية
هـ ـ غاز مضغوط.
5 ـ حسب طريقة البناء:
أ ـ كبل محزوم يمكن أن يكون ثلاثي الأغلفة أيضاً ومملوءاً بالزيت.
ب ـ ثلاثي الأغلفة.
ج ـ أحادي الناقل.
6 ـ حسب شكل مقطع الكبل الواحد:
أ ـ دائري مصمت.
ب ـ شعري دائري.
ج ـ شعري مبسط.
د ـ مصمت مبسط.
7 ـ حسب نوع القطاع الذي تعمل به:
أ ـ كبول قوى.
ب ـ كبول اتصالات.
ج ـ كبول نقل معلومات (الشكل 6).
عملياً تدمج كثير من هذه التصنيفات مع بعضها، فيقال مثلاً: كبل قوى ثلاثي الأطوار رباعي النواة معزول (بمادة عازلة معينة) مع مادة حماية ميكانيكية معينة.
8 ـ الخطوط المعزولة: وهي نواقل نحاسية أو من الألمنيوم، معزولة بالمطاط أو اللدائن. وتكون أحادية القلب single- core أو متعددة القلوب multi- cores.
9 ـ كبول تيار مستمر: تستخدم للتيار المستمر، وتكون ضياعاتها أقل من ضياعات كبول التيار المتناوب.
مكونات الكبول تبعاً لأنواعها والمواد التي تصنع منها: نظراً لتعدد أنواع الكبول فقد تم ترتيبها (للقدرة) باستخدام رموز تدل على مكوناتها وهي عموماً على النحو الآتي:
N تعني أن الكبل هو كبل قوى
A الناقل مصنوع من مادة الألمنيوم، وإذا لم يذكر الرمز فهو من النحاس
Y أي إن الناقل معزول بمادة لدائنية، وإذا لم تذكر فهو معزول بالورق
Y غلافه الخارجي من اللدائن.
H الناقل محاط بطبقة معدنية.
K غلافه من الرصاص
C مسلح بأسلاك نحاسية
Q مسلح بأسلاك حديدية
B مسلح بأسلاك فولاذية
SE مغلف برقائق نحاسية.
أمثلة على تصنيف مكونات الكبول:
NYY ـ كبل قوى نواقله معزولة باللدائن، غلافه من اللدائن، نواقله من النحاس.
NYCY ـ مثل السابق لكنه مسلح بأسلاك نحاسية.
NYQY ـ مثل NYY، لكنه مسلح بأسلاك حديدية.
NYBY ـ مثلNYY ، لكنه مسلح بأسلاك فولاذية.
NAK ـ كبل قوى نواقله من الألمنيوم، عازله من الورق وغلافه من الرصاص.
NAKY ـ مثل NAK، لكنه محاط بغطاء واقٍ لدائني.
NAYY ـ كبل قوى نواقله من الألمنيوم، نواقله معزولة باللدائن وغلافه من اللدائن.
NAKBY ـ كبل قوى نواقله من الألمنيوم، غلافه من الرصاص، مسلح بصفائح فولاذية، غلافه الخارجي من اللدائن والناقل معزول بالورق.
وكمواد للعزل، يستخدم الورق (الذي يمكن أن يكون مشرَّباً أو غير مشرَّب بالزيت)، كما تستخدم المواد اللدائنية، وأهمها البولي إيتلين PVC والبولي فينيل كلوريدPE والبولي بروبلين PB والبولي إيتلين المشبك XLPE وغيرها، وتتميز باستقرارها الكيميائي وتحملها الميكانيكي ومرونتها الكبيرة.
كبول التيار الضعيف (الشبكات الحاسوبية):
يتم عبر كبول الشبكات الحاسوبية نقل البيانات على الشبكة وحمل الإشارات المتبادلة بين الحواسيب، وتستخدم ثلاث مجموعات منها كثيراً لربط الغالبية العظمى من شبكات الحواسيب وهي:
1 ـ الكبول المحورية coaxial cables.
2 ـ كبول الأزواج المفتولة twisted pair، وتكون إما محمية shielded، وإما غير محمية unshielded.
3 ـ كبول الألياف البصرية fiber optic.
استخدمت الكبول المحورية سابقاً لرخص ثمنها وخفة وزنها وسهولة استعمالها ومقاومتها للتداخل، وهي إما نحيفة thin net وإما سميكة thick net، ونواتها النحاسية أكبر من النواة النحاسية للنحيفة ويتم خلالها نقل الإشارات لمسافات أطول.
يمكن أن يحتوي الكبل المحوري على طبقة واحدة من العزل foil insulation أو أكثر، فمثلاً تتألف الكبول رباعية الحماية من طبقتين من العزل وطبقتين من الحاجب المعدني المجدول، وتستخدم في الأماكن المعرضة لمستويات عالية من التشويش وتداخل الإشارات.
الشكل (7)
بعض النماذج لكبول أزواج مفتولة
تؤدي عملية جدل الأسلاك في كبول الأزواج المفتولة (الشكل 7) إلى القضاء على الضجيج الكهربائي الناتج من أي مصادر للتشويش.
تستخدم كبول الألياف البصرية (الشكل 8) لنقل إشارات البيانات الرقمية على شكل نبضات معدلة من الضوء حيث تعدّ طريقة آمنة لإرسال البيانات؛ وذلك لعدم نقل نبضات كهربائية عبر كبل الليف البصري وهي جيدة للسرعات العالية جداً، ولمعدلات النقل عالية السعة؛ وذلك لانعدام التخامد ونقاوة الإشارة.
أما الألياف البصرية فتتألف من أنابيب زجاجية رفيعة جداً تدعى النواة تحيط بها طبقة من الزجاج تعرف بطبقة البطانة وتصنع الألياف أحياناً من اللدائن، وهو أسهل للتركيب لكنه غير قادر على نقل النبضات الضوئية لمسافات بعيدة كالزجاج. ويحتوي كبل الليف البصري على العديد من الشعيرات وإذا كانت الدارة بسيطة فيكون الكبل مؤلفاً من شعيرتين واحدة للإرسال وأخرى للاستقبال. وتحاط كل شعيرة بطبقة تقوية من اللدائن.
الشكل (8)
بعض النماذج لكبول ألياف بصرية
يتم اختيار الكبول المناسبة لشبكة معينة حسب كثافة الرسائل والبيانات المارة في الشبكة الحاسوبية، والاحتياجات الأمنية للشبكة، وأطوال الكبول اللازمة، ونوعية الكبول المتوافرة، والميزانية المخصصة للشبكة وسرعة نقل البيانات المطلوبة.
محمد صالح الأيوبي
الكبل الكهربائي
الشكل (1)
طريقة تمديد الكبول ضمن التربة
الكبول (أو الكبلات) الكهربائية electrical cables هي إحدى مكونات نظام القدرة الكهربائية، تقوم بنقل القدرة الكهربائية من مكان إلى آخر وتوفير التغذية الكهربائية للأحمال الكهربائية على سويات توتر مختلفة. وغالباً ما يتم استخدامها في شبكات التوزيع والتوصيل. تمدد الكبول خارج الأبنية إما مدفونة بالأرض ضمن خندق خاص (الشكل1)، وإما ضمن قناة بيتونية خاصة، وإما أن تكون هوائية على أعمدة. ويتم تمديدها داخل الأبنية إما مخفية ضمن أنابيب بلاستيكية، وإما ظاهرة على حوامل معدنية.
يتألف الكبل من:
1 ـ مادة ناقلة كهربائياً (أو نواقل عدة).
2 ـ مادة عازلة كهربائياً تحيط بالناقل (أو بكل من النواقل على حده).
3 ـ الغلاف، وأهم أنواعه الرصاص والألمنيوم واللدائن.
4 ـ التسليح، يتم ذلك لضعف الكبول المعزولة ميكانيكياً، ويتم التسليح بطبقة واحدة أو طبقات عدة من الشريط أو أسلاك فولاذية أو غيرها، وتضاف عادة مواد حشوة (ورق وخيش غالباً) بين طبقة التسليح وبين الغلاف.
5 ـ الغطاء الواقي: حيث تغطى الكبول بمادة من اللدائن أو المطاط لتقيها من الصدأ.
أنواع الكبول
تصنف الكبول الكهربائية على النحو الآتي:
الشكل (2)
نموذج لكبل تيار قوي يحوي /4/ خطوط هاتف
1 ـ تبعاً لسوية التوتر التي تعمل عليها:
آ ـ كبول تعمل على التوتر المنخفض التي بدورها تصنف لكبول تيار قوي (تعمل على توتر 380 أو 220 فولت عموماً) وهي خاصة بالإنارة والمآخذ (الشكل 2)، وكبول تيار ضعيف تعمل على التوتر المنخفض كالكبول التي تغذي الهواتف والإنذار عن الحريق وشبكة الحواسيب والمراقبة والهوائي المشترك والرائي (التلفاز) وكبول الفيديو والمضخمات…إلخ (الشكل3).
ب ـ كبول تعمل على التوتر المتوسط أو العالي وتستخدم لنقل الاستطاعات داخل المدن بجهود كهربائية.
الشكل (3)
نموذج لكبل صوت (أوديو)
2 ـ حسب عدد النواقل:
أ ـ أحادي النواة/طور واحد (الشكل4).
ب ـ ثلاثية الأطوار(النواقل).
الشكل (4)
بعض النماذج لكبول أحادية النواة التي تعمل على توترات عالية من مرتبة الكيلو فولت
3 ـ حسب عدد النواقل في الطور الواحد ضمن الكبل:
أ ـ كبول مفردة.
ب ـ كبول مجمعة.
4 ـ حسب نوع المادة العازلة وعدد طبقات العزل وأهمها:
الشكل (5)
بعض النماذج لكبول التوتر المتوسط والعالي
أ ـ الورق المشرب.
ب ـ المطاط، إلا أن الكبول المعزولة بها لا تتحمل أي صدمات أو ضغوط ميكانيكية؛ لذلك يجب وضعها ضمن أنابيب أو قساطل لدائنية ذات تحمل عالٍ لحمايتها.
ج ـ المواد اللدائنية
د ـ زيتية
هـ ـ غاز مضغوط.
5 ـ حسب طريقة البناء:
أ ـ كبل محزوم يمكن أن يكون ثلاثي الأغلفة أيضاً ومملوءاً بالزيت.
ب ـ ثلاثي الأغلفة.
ج ـ أحادي الناقل.
6 ـ حسب شكل مقطع الكبل الواحد:
أ ـ دائري مصمت.
ب ـ شعري دائري.
ج ـ شعري مبسط.
د ـ مصمت مبسط.
7 ـ حسب نوع القطاع الذي تعمل به:
أ ـ كبول قوى.
ب ـ كبول اتصالات.
ج ـ كبول نقل معلومات (الشكل 6).
عملياً تدمج كثير من هذه التصنيفات مع بعضها، فيقال مثلاً: كبل قوى ثلاثي الأطوار رباعي النواة معزول (بمادة عازلة معينة) مع مادة حماية ميكانيكية معينة.
8 ـ الخطوط المعزولة: وهي نواقل نحاسية أو من الألمنيوم، معزولة بالمطاط أو اللدائن. وتكون أحادية القلب single- core أو متعددة القلوب multi- cores.
9 ـ كبول تيار مستمر: تستخدم للتيار المستمر، وتكون ضياعاتها أقل من ضياعات كبول التيار المتناوب.
مكونات الكبول تبعاً لأنواعها والمواد التي تصنع منها: نظراً لتعدد أنواع الكبول فقد تم ترتيبها (للقدرة) باستخدام رموز تدل على مكوناتها وهي عموماً على النحو الآتي:
N تعني أن الكبل هو كبل قوى
A الناقل مصنوع من مادة الألمنيوم، وإذا لم يذكر الرمز فهو من النحاس
Y أي إن الناقل معزول بمادة لدائنية، وإذا لم تذكر فهو معزول بالورق
Y غلافه الخارجي من اللدائن.
H الناقل محاط بطبقة معدنية.
K غلافه من الرصاص
C مسلح بأسلاك نحاسية
Q مسلح بأسلاك حديدية
B مسلح بأسلاك فولاذية
SE مغلف برقائق نحاسية.
أمثلة على تصنيف مكونات الكبول:
NYY ـ كبل قوى نواقله معزولة باللدائن، غلافه من اللدائن، نواقله من النحاس.
NYCY ـ مثل السابق لكنه مسلح بأسلاك نحاسية.
NYQY ـ مثل NYY، لكنه مسلح بأسلاك حديدية.
NYBY ـ مثلNYY ، لكنه مسلح بأسلاك فولاذية.
NAK ـ كبل قوى نواقله من الألمنيوم، عازله من الورق وغلافه من الرصاص.
NAKY ـ مثل NAK، لكنه محاط بغطاء واقٍ لدائني.
NAYY ـ كبل قوى نواقله من الألمنيوم، نواقله معزولة باللدائن وغلافه من اللدائن.
NAKBY ـ كبل قوى نواقله من الألمنيوم، غلافه من الرصاص، مسلح بصفائح فولاذية، غلافه الخارجي من اللدائن والناقل معزول بالورق.
وكمواد للعزل، يستخدم الورق (الذي يمكن أن يكون مشرَّباً أو غير مشرَّب بالزيت)، كما تستخدم المواد اللدائنية، وأهمها البولي إيتلين PVC والبولي فينيل كلوريدPE والبولي بروبلين PB والبولي إيتلين المشبك XLPE وغيرها، وتتميز باستقرارها الكيميائي وتحملها الميكانيكي ومرونتها الكبيرة.
كبول التيار الضعيف (الشبكات الحاسوبية):
يتم عبر كبول الشبكات الحاسوبية نقل البيانات على الشبكة وحمل الإشارات المتبادلة بين الحواسيب، وتستخدم ثلاث مجموعات منها كثيراً لربط الغالبية العظمى من شبكات الحواسيب وهي:
1 ـ الكبول المحورية coaxial cables.
2 ـ كبول الأزواج المفتولة twisted pair، وتكون إما محمية shielded، وإما غير محمية unshielded.
3 ـ كبول الألياف البصرية fiber optic.
استخدمت الكبول المحورية سابقاً لرخص ثمنها وخفة وزنها وسهولة استعمالها ومقاومتها للتداخل، وهي إما نحيفة thin net وإما سميكة thick net، ونواتها النحاسية أكبر من النواة النحاسية للنحيفة ويتم خلالها نقل الإشارات لمسافات أطول.
يمكن أن يحتوي الكبل المحوري على طبقة واحدة من العزل foil insulation أو أكثر، فمثلاً تتألف الكبول رباعية الحماية من طبقتين من العزل وطبقتين من الحاجب المعدني المجدول، وتستخدم في الأماكن المعرضة لمستويات عالية من التشويش وتداخل الإشارات.
الشكل (7)
بعض النماذج لكبول أزواج مفتولة
تؤدي عملية جدل الأسلاك في كبول الأزواج المفتولة (الشكل 7) إلى القضاء على الضجيج الكهربائي الناتج من أي مصادر للتشويش.
تستخدم كبول الألياف البصرية (الشكل 8) لنقل إشارات البيانات الرقمية على شكل نبضات معدلة من الضوء حيث تعدّ طريقة آمنة لإرسال البيانات؛ وذلك لعدم نقل نبضات كهربائية عبر كبل الليف البصري وهي جيدة للسرعات العالية جداً، ولمعدلات النقل عالية السعة؛ وذلك لانعدام التخامد ونقاوة الإشارة.
أما الألياف البصرية فتتألف من أنابيب زجاجية رفيعة جداً تدعى النواة تحيط بها طبقة من الزجاج تعرف بطبقة البطانة وتصنع الألياف أحياناً من اللدائن، وهو أسهل للتركيب لكنه غير قادر على نقل النبضات الضوئية لمسافات بعيدة كالزجاج. ويحتوي كبل الليف البصري على العديد من الشعيرات وإذا كانت الدارة بسيطة فيكون الكبل مؤلفاً من شعيرتين واحدة للإرسال وأخرى للاستقبال. وتحاط كل شعيرة بطبقة تقوية من اللدائن.
الشكل (8)
بعض النماذج لكبول ألياف بصرية
يتم اختيار الكبول المناسبة لشبكة معينة حسب كثافة الرسائل والبيانات المارة في الشبكة الحاسوبية، والاحتياجات الأمنية للشبكة، وأطوال الكبول اللازمة، ونوعية الكبول المتوافرة، والميزانية المخصصة للشبكة وسرعة نقل البيانات المطلوبة.
محمد صالح الأيوبي