High vol***e cables

High vol***e cables

High vol***e cables are the safe way to use and transfer large
quantities of electricity at one time. These cables come in a variety of
types which are designed for use with different types of machines and
vol***es of electricity. Cables are broken into three basic types: low,
medium, and high vol***e cables. High vol***e cables are used with
electrical vol***es above 1000 and are usually heavily insulated.

High Vol***e Cable Types

AC Power Cable
1. AC power cables are used to transport up to 2000 volts of
electricity. These cables are made of a cross section of cable, a
conductor such as copper or aluminum, and polyethylene insulation. They
are very flexible and can tolerate use in both high and low
temperatures. All of the layers of the cable are fused together to
prevent air from seeping in and causing electrical discharges which
could damage the insulation.

HVDC Cable
2. Specialized cables have been designed for use as HVDC or high vol***e
direct current cables. An example of this type of high vol***e cable is
a power line. These heavy duty cables are used to transport bulk
amounts of electrical current over long distances. Once the electrical
energy in these cables reaches a transformer it is converted from DC to
AC power, which operates at a much lower vol***e and is then safely
transferred to homes and businesses.

X-Ray Cable
3. X-Ray cables are high vol***e cables that are used to connect other
high vol***e cable wires to X-Ray machines and other types of scientific
equipment that requires large amounts of energy to be used in short
bursts. Once the electricity from a larger high vol***e cable reaches
the X-Ray cable, it is transmitted in much smaller currents measured by
milliamperes. These cables are extremely flexible and feature rubber
insulation with a braided sheath of copper wire conductors. These are
both fused to the high vol***e power cable to prevent electrical
discharges or shock






كابلات الجهد العالي


وظيفة الكابلات هي نقل الطاقة بطريقة سليمة من المصدر إلى أجهزة الاستخدام
في المدن والمناطق المزدحمة بالسكان , حيث يصعب مد الخطوط الهوائية. و
يرجع استخدام الكبلات إلى عام 1926 حيث تم وضع موصل بين طبقتين من الزجاج
للعزل داخل مجرى , وعرفت المجموعة المكونة من الموصل و العزل باسم الكابل.
وتصنف الكابلات بصورة عامة تبعا للمادة العازلة المستخدمة أو ضمنيا
الجهد.


1
مكونات الكابلات
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 قيمة هبوط الجهد أما
الكابل أحادي القلب فهو أكثر مرونة وأسهل في التركيب والتوصيل ويتكون
الكابل وحيد القلب من الموصل والعازل و غطاء والحماية الخارجية (شكل 1).
أما الكابل ثلاثي القلب فيتكون من الموصل و العازل و مادة الحشو و حزام
الربط Belt و ستارة Screen و الغطاء والحماية الخارجية (شكلا 2 و 3).




2
تصنيف الكابلات
(أ)
كابلات ذات جهد أكبر من أو يساوى 11 كيلو فولت:
وهي عادة من الأنواع المعزولة بالورق ويبين شكل (4) بعض من هذه الكابلات ,
وقد تستخدم بعض الكابلات عزل من الكتان , ويوضح الجدول التالي أقل سمك
ممكن لطبقة العزل الورق لمختلف الجهود والذي يتم استخدامه في الكابلات
الثلاثية القلب ولها مساحة مقطع يساوى 0.4 بوصة مربعة.




وفى الكابلات الشريطية Belted Cable ثلاثية القلب يتم عزل كل الموصلات
بالورق ويتم ربط جميع القلوب بطريقة لولبية لتجميعهم ثم يتم حشو الفراغات
لتجميع الكابل على شكل دائري المقطع , و يتم إحاطة الثلاثة قلوب بحزام عازل
إضافي من الورق المغموس, ثم يتم إحاطته بغلاف رصاصي لمنع دخول الرطوبة ,
وإذا كان الكابل سيتعرض لقوي ميكانيكية فيتم تسليحه بالصلب وتستخدم طبقة
خارجية من الخيش أو كسوة من الجوت مع استخدام مواد واقية. وعند استخدام
الكابلات الشريطية ذات الثلاثة قلوب (11 ك ف) يكون سمك العازل (0.3 بوصة)
بين الموصلات وبين أي موصل والطبقة المغلفة.

(ب)
كابلات جهد (22 و 33 ك ف):
يتكون الكابل (22 ك ف) من نوع الكابلات الشريطية ثلاثية القلب ويكون سمك
العازل (0.45) بين الموصلات , أما سمك العازل في حالة الكابل أحادي القلب
فيتراوح من (0.24 إلى 0.28بوصة).
و في كابلات الـ (33 ك ف) يكون سمك العازل يساوي (0.6 بوصة). ولكن قد تحدث
بعض المشاكل للكابل مما يؤدى لتعرضه للكسر. وظهر أن الاجهادات تسبب تلفه
وقد تم التغلب على هذه المشكلة بالكبلات ذات الحجاب المعدني Screened
cable بإحاطة كل قلب بورق معدني مثقب و يؤخذ جهد الأرض. و في بعض
الكابلات الأخرى تكون هناك طبقة مغلقة من الرصاص لكل قلب ويتم إحاطة الثلاث
قلوب معًا بطبقة رصاص رابعة .وقد تستخدم طبقة رصاص للتغليف منفصلة لكل
قلب (كما هو موضح في شكل (2)) , و في بعض الأحيان يتم استبدال الورق
المعدني بشريط نحاسي.

(ج)
كابلات الجهد العالي (66 ك ف.وأعلى):
وفى هذه الحالة يكون الكابل الثلاثي القلب كبير جدًا لذلك يتم استخدام
الكابل أحادي القلب. وعيوب هذا النوع (أحادي القلب) تتمثل في أن التسليح
بالصلب يسبب فقد في طبقة التغليف بما يساوي أو يزيد عن الفقد في النحاس
لذلك لا يتم تسليحه. وقد وجد أن تغير الأحمال والتغير في درجة الحرارة التي
يتعرض لها الكابل تسبب تمدد طبقة الرصاص الدائرية المغلفة عندما ترتفع
درجة حرارتها ولا ترجع مرة أخرى عندما تبرد. ومع توالي حدوث ذلك ينتج تمدد
زائد للطبقة المغلفة مما يؤدي لتكوين الفقاعات في المادة العازلة ومن ثم
حدوث انهيار نهائي. وكمحاولة للتغلب على هذه الظاهرة يتم صنع الكابلات
بموصل بيضاوي وطبقة تغليف تقارب شكل الدائرة ومن ثم يكون التغليف غير محكم
على القلب.
والكابلات المصمتة التي تم وصفها من قبل يتم استخدامها بنجاح لجهد 66 ك ف.
ولكن لا يتم استخدامها بالجهود الأعلى إلا إذا تم التغلب على مشكلة تأين
الفقاعات. وتوجد طريقتان لتجنب حدوث التأين وهما:

في الطريقة الأولى:
يتم منع تكون الفقاعات باستخدام زيت مضغوط رفيع جدًا. وهذا النوع من
الكابلات يسمي بالكابلات المعبأة بالزيت Oil- filled cable وفيه الموصل
المفرغ يتم تغذيته بزيت من خزانات موضوعة على مسافات على طول الخط. ويوضح
شكل(1) كابل معبأ بالزيت أحادي القلب يعمل عند جهد 220 ك ف.

في الطريقة الثانية:
يتم منع تأين الفقاعات باستخدام ضغط هيدروستاتيكي وتسمى هذه الكبلات
بالكابلات الضغطية Pressure Cable والكابلات تكون من النوع العادي المصمت
ذي ثلاث قلوب مع وجود طبقة تغليف واحدة لها ذات شكل مثلثي. ويتم إدخال
الكابل داخل أنبوبة من الصلب مملوءة بالنيتروجين عند ضغط 180-200 باوند لكل
بوصة مربعة . ويعمل الضغط على إبقاء الفقاعات صغيرة بضغطها وأيضًا بجعل
الرصاص ينكمش عندما يبرد الزيت . بالإضافة إلى أن الضغط داخل الفقاعة يعمل
على تقليل عملية التأين بطريقة ملحوظة.

وكذلك توجد الكابلات الغازية Gas cable والتي يستخدم فيها الورق الجاف أو
المغموس في الزيت مع استخدام النيتروجين المضغوط عند 200 باوند لكل بوصة
مربعة داخل طبقة الرصاص المغلفة حتى يتم إيقاف عملية الـتأين ومن ثم تعمل
هذه الكابلات بكفاءة عند الجهود العليا بدون أي تكوين للفقاعات.


3
الإجهاد وسعوية كابل أحادي القلب
Dielectric Stress and Capacitance of a Single Core Cable

(أ)
طريقة الحساب
بافتراض أن الكابل الموضح في شكل (5) له ثابت عزل () بدون فقد في القدرة
والشحنة هي (q) لكل (سم) من الطول المحوري و بتطبيق نظرية جاوس على اسطوانة
دائرية بنصف قطر X نحصل على:



حيث (S) هي الإجهاد الكهربي عند مسافة (x) من المحور وإذا كان (E) هو الفرق
في الجهد بين الموصل والغلاف من خلال العلاقة:



ومن ثم تكون السعوية لكل سم من الطول هي:



ومن ثم سيتغير الإجهاد من القيمة العظمي عند الموصل لقيمة صغري (d/D مرة من
العظمى) عند الغلاف. وهناك طريقتان اساسيتان يمكن بواسطتهما الحصول على
توزيع أكثر انتظاما للاجهاد وذلك باستخدام طبقات معدنية داخلية (بينية) أو
باستخدام طبقات من المادة العازلة لها ثوابت عزل مختلفة.

(ب)
التدرج في السعوية :Capacitance grading
بافتراض أن المادة العازلة تتكون من طبقتين بقطر تقسيم بينهما يساوي 1
وثوابت العزل هي 2, 1 كما هو موضح في شكل (6) وباستخدام نظرية جاوس يكون
الإجهاد عند الطبقة الداخلية هو:



ومن ثم:




4
معامل القدرة لكابل أحادي القلب
Power factor of single core cable
بافتراض أن المقاومة النوعية للعزل هي () وهي غير معتمدة على الإجهاد لذلك
يمكن اعتبارها ثابتة على طول الكابل وعند وضع مصدر جهد متردد (E) له تردد
(w/2) سيكون هناك تيار في نفس الاتجاه يساوي (E/R) لكل سم من الطول حيث
قيمة (R) هي القيمة الكلية لمقاومة العزل.
وسيكون هناك أيضًا تيار شحن وهو (CE) حيث (C) هي سعة الكابل احادي القلب
والذي يسبق الجهد بزاوية (90 درجة) ويوضح شكل (7) الرسم الاتجاهي لهذه
الحالة. التيار الكلي (I) هو المجموع الاتجاهي لـ ( E/R) و(CE) ويسبق
الجهد بزاوية () حيث:



وفى الكابلات جيدة العزل تكون ( ) قريبة جدًا من 90 وعلى ذلك تكون قيم جيب
تمام الزاوية صغير جدا ومساوي تقريبًا ( ) حيث ( ) تساوي (  ) )
بالتقدير الدائري.
ويكون الفقد في العزل يساوي:



و يوضح الشكلان (8 و 9) تغير معامل القدرة مع الاجهاد ومع درجة الحرارة.

5
سعوية الكابلات الشريطية ثلاثية القلب
Capacitance of three core cable
في حالة الكابلات ثلاثية القلب يتم اعتبار السعة لثلاث كابلات أحادية القلب
منفصلة . وفى الكابلات الشريطية يكون السعة بين الموصلات بعضها لبعض (Cc) و
بين الموصلات و الغلاف (CS) كما هو موضح في الشكل (10). ويمكن تبديل
السعويات Cc والتى تكون شكل مثلثي إلى الشكل النجمي المكافئ السعوية قدرها
C1 كما هو موضح في شكل (11) وحتى يتحقق ذلك يجب أن تكون السعوية بين إي
موصلين في هذه الأشكال واحدة . لذلك (Cc+1/2 Cc=1/2C1) أو ( C1= 3Cc) حيث
أن نقطة المركز للنجمة هي نقطة التعادل ، ولأن جهد الغلاف هو الجهد الأرضي
يمكن أعتبار هذه السعات تؤثر علي الغلاف . ولذلك تعتبر السعات لنقطة
التعادل neutral capacitance لأي موصل كالتالي:




6
الإجهاد في كابل ثلاثي القلب Stress
of three core cables
في حالة تجانس المادة العازلة لا يمكن حساب الإجهاد بدقة, ولأن المادة
العازلة لا يمكن أن تكون متجانسة بسبب الألياف فلا يكون هناك أهمية
لاستعمال الصيغ, و في الكابل ثلاثي القلب يوجد مجال كهربي دوار وقيمة
الإجهاد العظمي تحدث عند نقطة قريبة من المركز على الموصل عند قيمة الجهد
العظمى. ومع ذلك فعادة لا يكون الإجهاد هو العامل المحدد لعمر الكابل فقد
وجد أن الكابلات ثلاثية القلب (33 ك ف) يبدأ التدهور في الألياف وليس عند
نقطة الإجهاد العظمي على الموصلات, ولذلك يتم تصميم الكابلات بحيث تتلاشي
هذه الإجهادات المماسية.


7
مفاعلة الكابلات Inductance of
cables
يمكن استخدام طرق حساب المفاعلة للخطوط الهوائية في الكابلات الأرضية ،
ولكن سيكون هناك أخطاء في النتائج وذلك بسبب تأثير الظاهرة السطحية
والتقارب Skin and Proximity effects وتأثير وجود الغلاف. وفى الكابلات
قليلة الجهد تكون المسافة بين الموصلات صغيرة بالمقارنة بأقطار الموصلات
وعلى ذلك لا يمكن إهمال التأثيرات السابقة. وعلى ذلك فمن الأفضل قياس
المفاعلة عند الاحتياج إليها لأن الحسابات تكون صعبة وغير دقيقة.
أما في كابلات الجهد العالي فيتم إهمال تأثير الظاهرة السطحية والتقارب
بسبب ازدياد سمك العازل وفى مثل هذه الكابلات يتم تغليف القلوب المنفصلة أو
إحاطتها بورق معدني يتم توصيله بالغلاف, وللأغلفة المعدنية مفاعلة تبادلية
إلى الموصلات وتؤثر بطريقة ملحوظة على المقاومة والمفاعلة بين القلوب
ونقطة التعادل وفى هذه الحالة يتم الأخذ في الاعتبار التأثيرات الناتجة عن
الغلاف المعدني.


8
تأثيرات الغلاف Sheath effects
يتولد نوعان من التيارات الحثية في الأغلفة المعدنية وهما:
1-
تيارات الغلاف الدوامية ومساراتها على غلاف الكابل الواحد وتسري حتى عندما
يتم عزل الأغلفة المعدنية بعضها عن بعض.
2-
التيارات الدوامية لدائرة الغلاف ومساراتها تقع على الأغلفة المعدنية
للكابلات المنفصلة وتسري عندما يتم ترابط الأغلفة.
ويوضح شكل (12) تكوين تيارات الغلاف الدوامية في حالة اثنين من الكابلات
أحادية القلب ذات الأغلفة الرصاصية المعزولة والمنفصلة . وعلى سبيل المثال
تيار الموصل (I) يولد فيض إلى أسفل خلال مقطع الغلاف (ABCD). وعندما يزداد
التيار والفيض سيكون هناك تيار دوامي يدور من A إلى B إلى C إلى D إلى A .
وتيار الغلاف الدوامي عند A')) يكون للخارج الى (B') على الطول الخارجي
للغلاف للداخل و إلى الخلف مرة ثانية داخل الغلاف إلى A. وكمية الفقد بسبب
تيارات الغلاف الدوامية تكون بقيمة عظمي عندما تكون القلوب قريبة من بعضها
البعض ولكن في الناحية العملية لا تتعدي نسبة مئوية صغيرة من الفقد في
النحاس مما يمكننا من إهمالها, والتأثير الأكثر أهمية هو تأثير الجهد
المتولد بالحث في الأغلفة بسبب التيارات I.




9
جهد وآليات الإنهيار Cable
faults
الجهد اللازم لانهيار نوع معين من العزل يعتمد على عدد من العوامل مثل فترة
تعرضه للجهد , شكل الأقطاب ، درجة الحرارة ، الضغط ، وجود الرطوبة أو وجود
فراغات غازية. واعتماد قيمة الجهد على الزمن يمثل عاملا هاما جدًا وعلى
ذلك يتم إجراء الاختبارات لتحديد المنحني الذي يمثل الجهد مع الزمن ومثل
هذا المنحني يسمي (V.T.B) ويعني منحني الجهد و الزمن والإنهيار Vol***e
–Time – Breakdown وللرطوبة نفس تأثير الفقاعات الغازية على منحني
(V.T.B).
والكابلات المغموسة الجيدة الصنع لن تحتوي على أي فقاعات في البداية وسيكون
لها منحني (V.T.B) مثل المنحني (A) فى شكل (13) ومع ذلك عندما يتعرض هذا
الكابل لأحمال متغيرة ستسبب سخونة و تمدد الزيت واستطالة الغلاف وعندما
يبرد الكابل لن يرجع الغلاف لوضعه الأصلي وعلى ذلك تتكون فقاعات صغيرة فى
التجاويف , ويصاحب تكون الفقاعات عملية تأين بالتصادم وارتفاع في معامل
القدرة للكابل. وبعد عدد من التغيرات في الأحمال يمكن أن تصبح العلاقة كما
فى الشكل (B) وأخيرًا يمكن أن يحدث إنهيار إذا كان الجهد الموضوع على
الكابل أكبر من القيمة المقاربة (النهائية) الجديدة.



وحتى يتم تحديد ما إذا كان منحني (V.T.B) مستقر أم لا فيتم تعرض الكابل
لجهد التشغيل أو جهد أعلي بينما يسخن الكابل ثم يسمح له بالتبريد بطريقة
متناوبة ومثل هذا الاختبار يسمي اختبار الاستقرار ويتم تطبيقه على كل أنواع
الكابلات عالية الجهد.
ويمكن تحسين أداء الكابل بإزالة الفقاعات فى الكابلات الضغطية والمعبأة
بالزيت Oil-filled or pressure cables بينا تمنع الكابلات الغازية Gas
cable عملية التأين بواسطة الضغط الهيدروستاتيكي وكل هذه الأنواع من
الكابلات لها منحنيات (V.T.B) جيدة.

وهناك طريقتان يمكن أن يحدث بهما انهيار للكابلات وهما أن يحدث تكون
للتجاويف المتتالية والتي تبدأ عادة من الموصل أو الغلاف وأخيرًا إلى
الأقطاب وفى الطريقة الأخرى التي تتم بعدم الاستقرار الحراري والذي يحدث
عندما يزيد معامل القدرة بطريقة سريعة مع الارتفاع في درجة الحرارة حيث
يعمل الارتفاع القليل في درجة الحرارة على زيادة الفقد في العازل بكمية
كبيرة ,والفرق الواضح بين الطرق التي يحدث بها الانهيار هو حدوث التجاويف
لأنه عندما يبدأ تكون التجاويف فستستمر حتى ينهار الكابل , مع العلم أن
الزمن يمثل عامل هام لإتمام العملية , وفى حالة عدم الاستقرار الحراري فلا
يحدث أي تدمير إلا عند حدوث الانهيار التام ولذلك فانه يمكن تجنب الانهيار
بفصل الحمل.


10
الخواص الحرارية للكابلات Thermal
Characteristic of Cables
(أ)
حمل التيار الأعظم Maximum current capacity:
هناك العديد من الأسباب والتي تمنع تشغيل الكابلات عند زيادة سخونة الكابل
ومنها التمدد والذي ربما ينتج عنه فقاعات ويحدث تأين , كذلك التمدد في
الزيت ربما يؤدي لانفجار الغلاف وربما يفقد الزيت لزوجته ويتسرب من
المستويات العليا, وقد يحدث عدم الاستقرار الحراري نتيجة الزيادة السريعة
في الفقد في العازل مع درجة الحرارة والظاهرة الأخيرة لا يحتمل حدوثها في
الكابل (حتى 33 ف ك) ولكن تحدث في الكابلات الأعلى جهد , ولمنع التأثيرات
الضارة يجب أن تضبط درجة الحرارة العظمي للموصل عند 65 درجة مئوية في
الكابلات المغموسة بزيوت لزجة.

(ب)
المقاومة الحرارية Thermal resistance:
ووحدتها هي الأوم الحراري وهي المقاومة الحرارية التى تتطلب فرق في درجة
الحرارة يساوي واحد درجة مئوية لتنتج سريان للحرارة مقداره واحد واط (أي 1
جول لكل ثانية).





المزيد من التوضيح والشرح في الملف (HV Cables) على هذا الرابط:

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

بصفتي عضوا جديدا ضمن أسرتكم في هدا المنتدى الرائع أتمنى أن يدوم المنتدى ويبقى منارة يتهافت اليه الجميع ومن كل الطبقات وان يهدينا الله الفكر والبصيرة في أغناء المنتدى وهدا الموقع بكل ما في جعبتنا لتعم الفائدة على الجميع ولله المعين.

شكرا جزيلا وسام عبد ألأحد ونتمي منك التواصل الدائم رفعا لشأن العلم في الأمة العربية لتتمكن من النهوض من كبوتها وتعود إلي الصدارة