المواد العازلة للكابلات
for cables Conductor Insulation
مقدمة
المادة العازلة هى على عكس المادة الموصلة للتيار الكهربى فهى مادة تتمتع
بمقاومة عالية جداً لمرور التيار الكهربى بها، و تستخدم المواد العازلة لعزل
الموصلات الكهربية عن بعضها البعض داخل الكابلات و أيضا لعزل الموصل الكهربى عن
الأرض بمعنى أن العازل الكهربى يستخدم حتى يمنع مرور التيار الكهربى خارج الموصل و
لذلك لابد أن تكون كل الموصلات الكهربية معزولة و حتى إذا لم تكن معزولة فلابد أن
يكون بينها مسافات مناسبة حتى يعمل الهواء كعازل، و لابد من توافر بعض الخصائص فى
المادة العازلة حتى تقوم بهذا الدور كما ينبغى و من هذه الخصائص أن يكون لها
مقاومة عالية insulation resistance و تقاس مقاومة العوازل بالميجا أوم و أيضا لابد
أن يكون لها قوة تحمل للاجهادات الكهربية Dielectric strength حتى تتحمل
الجهد الكهربى الواقع عليها طول فترة التشغيل أيضا لابد أن تتمتع بمقاومة عالية
للرطوبة لأن الرطوبة تؤدي الى إنخفاض المقاومة الكهربية و من ثم إنهيار العزل Insulation
breakdown ، أيضا لابد للمادة العازلة أن
تتحمل درجات الحرارة العالية و لا تفقد متانتها بارتفاع درجات الحرارة، أخيرا لا
يوجد مادة عازلة لها كل المزايا ولكن تتفاوت فيما بينها و لذلك تختلف نوع كل مادة
عازلة حسب نوع الاستخدام و ظروف التشغيل.
مقاومة العازل Insulation
Resistance
يقصد بمقاومة العازل هي قدرتة على منع التيار من المرور من خلالة و يسمى
التيار المتسرب Leakage current أو من على سطح المادة
العازلة و يمكن قياس مقاومة العزل بأستخدام جهاز Megohm-meter .
 |
| digital mega-ohm meter |
قوة تحمل العزل للإجهاد Dielectric
strength
و هى قدرة المادة العازلة على تحمل الأجهاد الكهربى Electrical
stress طول مدة التشغيل فقد تتحمل مادة
معينة الجهد الكهربى لفترة زمنية معينة و من ثم تنهار و بالتالى لا تصلح مثل هذه
المادة للعمل تحت هذا الجهد كجهد تشغيل فمثلا الكابل المتصل بمصدر كهربى له جهد 6.5 Kv لابد أن يتحمل إجهاد كهربى بهذه القيمة طول مدة
التشغيل المستمر بدون إنهيار للعزل، و يعبر عنها بوحدة كيلوفولت لكل مليمتر Kv/mm .
أنواع المواد المستخدمة كعوازل كهربائية
هناك مواد طبيعية تصنف كعوازل كهربية مثل الخشب و الورق و الزجاج و المطاط
و غيرها و لكن مع ظهور مع ظهور المواد المركبة صناعياً سيطرت هذه المواد على صناعة
العوازل و تسمى هذه المواد البوليمرات Polymers و هى مواد ناتجة من
الصناعات البتروكيماوية، يستخدم أيضا الورق المشبع بالزيت كعازل كهربى قوى وواسع
الانتشار خاصة فى البلدان الأوروبية و ذلك لتمتعة بخواص كهربية مميزة و أيضا عمر
أفتراضى طويل علماً بأن أستخدامة آخذ فى الإنحسار لصالح المواد البوليمرية و سنوضح
أهم مزايا و عيوب كل نوع بشئ من التفصيل.
أولأ: الورق المشبع بالزيت Paper
Impregnated with oil
الورق الجاف يعتبر مادة عازلة بشكل جيد جداً و لكن الورق يمتص الرطوبة من
الوسط المحيط به و بالتالى تقل مقاومة الكهربية و ينهار العازل و لضمان بقاء الورق
جاف – خالى من الرطوبة – يتم تشبيعة بالزيت، هذا الزيت هو أحد الزيوت المعدنية ذات
اللزوجة المتوسطة و يتم اضافة الزيت للورق و هو ساخن لضمان خلو الزيت من الرطوبة
حيث يجب أن لا يزيد محتوى الرطوبة فى الورق عن 0.01 الى 0.5 % حسب جهد الكابل.
يتم لف الموصل فى الكابلات الزيتية بشريط من الورق و يختلف سمك العازل
الورقى تبعا لجهد الكابل و يتراوح سمك الورق من 65 الى 190 ميكرومتر تقريبا و يتم
لفه حول الكابل بأكثر من طبقة حيث يصل السمك الكلى للعازل الورقى من 0.6 الى 30 مم تبعا لجهد الكابل.
 |
| شريط الورق المستخدم للف حول موصل الكابل |
يتم تغليف هذا النوع من الكابلات بغلاف من الرصاص أو سبيكة من الرصاص و
القصدير و لذلك يطلق عليه إختصاراً PILC (Paper Insulated Lead Covered
cable) و ذلك لحماية الكابل من الصدمات
الميكانيكية و تسرب الرطوبة لطبقة الورق و يستخدم هذا النوع من الكابلات فى الجهود
المتوسطة و العالية.
مميزات هذا النوع أن له أطول عمر أفتراضى بين جميع المواد المستخدمة كعوازل
للكابلات و يعتبر الورق المشبع بالزيت صاحب أعلى شدة عزل كهربى Breakdown
strength .
يعيب كابلات الورق المشبع بالزيت حركة الزيت داخل الكابل عندما يكون فى وضع
رأسى أو فى الطرق شديدة الإنحدار و يؤدى ذلك إلى إنخفاض شدة العزل فى الأجزاء
المرتفعة مما يؤدى الى انهيار العزل و تجميع الزيت فى الاجزاء المنخفضة مما يؤدى
الى اجهاد ميكانيكى قد يؤدى الى انفجار الكابل.
يتم اضافة بعض المواد الشمعية لزيت الكابلات للحد من مشكلة حركة الزيت داخل
الكابل و لكن مع ارتفاع درجة حرارة الكابلات نتيجة زيادة التحميل أو فى الاعطال
يؤدى الى انخفاض لزوجة هذه المواد و تظهر مشكلة حركة الزيت مرة اخرى.
ثانياً : البوليمرات Polymers
البوليمرات هى مواد منتجة من الصناعات البتروكيماوية لها خواص كهربية
ممتازة و تصنع منها معظم المواد العازلة المستخدمة فى صناعة الكابلات فى وقتنا
الحالى، و تنقسم البوليمرات الى نوعين هما :
1. اللدائن الحرارية Thermoplastic
و هى مركبات تلين بالحرارة و تتصلد بالبرودة
و من أشهر هذه المواد و التى تستخدم بكثرة فى العزل الكهربى البولى إثيلين PE و البولى فينيل كلوريد PVC و النيلون Nylon و البولى بروبلين PP و
تتميز اللدائن الحرارية بالمرونة و العزل الجيد و مقاومتها للرطوبة.
-
البولى فينيل كلوريد PVC
يعتبر من اشهر انواع اللدائن الحرارية و
اكثرها استخداما و يستخدم فى كابلات الجهد المنخفض أو الجهود تحت 3.3 Kv و يتمتع بالمزايا
الآتية:
العزل الجيد و مقاومة الرطوبة و المرونة و أيضا
خاصية الإطفاء الذاتى للحريق فهو يشتعل عند ملامسة اللهب مباشرة ثم ينطفئ من تلقاء
نفسة عند إبعاد مصدر اللهب إلا إنه ينتج غازات سامة عند إشتعاله.
عيوبه :
مقاومته تتأثر بالحرارة بشكل كبير حيث تقل مقاومته
عند درجة 70 م الى ألف مرة من قيمتها عند 20 م أيضا تؤثر درجة
الحرارة على مرونته فعند إرتفاع درجة حرارته يصبح جاف و عرضة للتشقق.
لا يستخدم PVC فى عزل جهود أعلى من 3.3Kv لأن فى الجهد الأعلى
ترتفع درجة حرارتة ليس بفعل مرور التيار و لكن بفعل الإجهاد الكهربى على العزل Dielectric
stress.
 |
| كابل PVC مسلح |
-
النيلون Nylon
النيلون مادة صلبة و مقاومة للخدش و الاحتكاك
و التآكل و غاية فى المتانة لذلك فهو مناسب ليكون غلاف خارجى للكابلات Jacket
or Over-sheath.
- نيوبرين Neoprene
هو أول مطاط صناعى تم إنتاجه بشكل تجارى و
كان يستخدم قديما فى صناعة الكابلات و خاصة كابلات السفن لما له من مقاومة عالية
للزيوت و المواد الكيماوية لذلك يستخدم أيضا فى الصناعات البتروكيماوية و أيضا
يستخدم كغلاف خارجى للكابلات.
- الورنيش Varnish
يستخدم الورنيش غالبا لعزل الملفات النحاس
المستخدمة فى المواتير و المحولات الكهربائية و يتمتع بالقدرة على تحمل درجات
حرارة عالية تصل الي 200 درجة مئوية.
2.
الجوامد الحرارية Theromosets
Polymers
وهى من اللدائن التى لا تلين بالحرارة حتى
درجة تحللها و أهم أنواعها هو البولى إثيلين التشابكى XLPE و المطاط السيلكونى SR و مطاط الإثيلين البروبلين الناشف HEPR
(Hard Ethylene Propylene Rubber)
- البولى إثيلين التشابكى Cross-linked Polyethylene (XLPE)
يتميز البولى إثيلين بخواص كهربية ممتازة
كعازل و لكن بحدود 70 درجة مئوية كدرجة حرارة تشغيل و لكن مع إشراك بعض العمليات
الكيميائية أو بتعريض البولى إثيلين لنوع من الإشعاع ترتفع درجة حرارة التشغيل إلى
90 درجة مئوية و يطلق عليه البولى إثيلين التشابكى XLPE .
يتم تركيب مادة البولى إثيلين على الموصل عن
طريق البثق Extrusion و هى
فى الحالة اللدنة عند درجة حرارة مرتفعة ثم تتعرض المادة الى تفاعلات كيماوية تؤدى
الى تغيير التركيب الجزيئى لها مما ينتج عنه مادة مرنة قاسية لا تلين بعد ذلك
بارتفاع درجة الحرارة.
يعتبر XLPE من الجوامد الحرارية Theromoset
Polymers و لذلك فهو يتميز بخواص ميكانيكية و حرارية ممتازة حيث أنه مادة لا
تلين بالحرارة حتى درجة إحتراقها، XLPE الى حد ما مادة صلبة
غير قابلة للاشتعال و له مقاومة عالية للرطوبة و لكن ليس له مقاومة عالية للزيوت و
بعض الغازات المعينة، و يستخدم على نطاق واسع فى صناعة كابلات الجهد العالى و
المتوسط.
يتحمل XLPE درجة حرارة حتى 250 درجة مئوية و ذلك خلال فترة
زمنية قصيرة جداً فى حالة حدوث قصر للدائرة حتى تقوم أجهزة الوقاية بفصل العطل.
 |
| كابل جهد متوسط من نوع XLPE |
تعليقات
إرسال تعليق