تضمن تقييمات جهد الكابل المناسبة نقل الطاقة بشكل آمن

تخيل نظام طاقة كهربائية كشبكة نقل واسعة، حيث تعمل الكابلات بمثابة الطرق السريعة. ماذا يحدث عندما يتجاوز الازدحام (الكهرباء) سعة الطريق (الكابل)؟ الإجابة واضحة: حوادث. في الأنظمة الكهربائية، يمكن أن تؤدي مثل هذه "الحوادث" إلى تلف المعدات، أو مخاطر السلامة، أو حتى عواقب وخيمة. لهذا السبب يعد فهم تصنيفات جهد الكابلات أمرًا بالغ الأهمية - فهي تعمل كقواعد مرور، مما يضمن نقلًا آمنًا ومستقرًا للطاقة.

تعمل تصنيفات جهد الكابلات كمعيار لتصميم الكابلات والاختبارات الكهربائية، وتشكل الاعتبار الأساسي عند اختيار الكابلات المناسبة. تحدد هذه التصنيفات نطاق الجهد الآمن والموثوق الذي يمكن للكابل التعامل معه، وتعمل كحجر الزاوية لتشغيل نظام الطاقة المستقر. قد يؤدي اختيار كابلات غير متوافقة مع جهد النظام إلى إضعاف أداء المعدات في أفضل الأحوال أو إثارة حوادث السلامة في أسوأ الأحوال. وبالتالي، فإن الفهم الشامل لتصنيفات الجهد - تعريفاتها وتصنيفاتها وتطبيقاتها - أمر ضروري.

يُعبر عن جهد الكابل المقنن عادةً بمزيج من قيمتين: Uo/U، مقاسة بالفولت (V).

• Uo: جهد الجذر التربيعي المتوسط (r.m.s) بين أي موصل معزول و"الأرض" (الغلاف المعدني للكابل أو الوسط المحيط). ببساطة، يمثل قدرة العزل على تحمل الجهد بين الموصل والأرض.
• U: جهد الجذر التربيعي المتوسط (r.m.s) بين أي موصلين طورين في أنظمة الكابلات متعددة النوى أو أحادية النواة، مما يعكس قدرة الكابل على التعامل مع الجهد بين الأطوار.

تتضمن بعض معايير الكابلات مصطلحًا ثالثًا: Um ، والذي يُعرف بأنه "الجهد الأقصى للنظام" الذي تم تصميم الكابل وملحقاته من أجله. يمثل هذا أعلى جهد قد تواجهه المنظومة، والذي يجب أن يتحمله الكابل بأمان.

• أنظمة التيار المتردد (AC): يجب أن يساوي الجهد المقنن للكابل على الأقل الجهد الاسمي للنظام، مما يعني أن كلا من قيمتي Uo و U يجب أن تلبي متطلبات النظام.
• أنظمة التيار المستمر (DC): لا ينبغي أن يتجاوز الجهد الاسمي للنظام 1.5 مرة الجهد المقنن للكابل، حيث يمارس جهد التيار المستمر ضغطًا مختلفًا على العزل مقارنة بالتيار المتردد.

• 300/500 فولت (يُشار إليها أحيانًا بـ 0.3/0.5 كيلو فولت)
• 450/750 فولت (أو 0.45/0.75 كيلو فولت)

ملاحظة: قد يتجاوز جهد تشغيل النظام الجهد الاسمي بنسبة 10% بشكل دائم. يمكن للكابلات ذات التصنيف عند الجهد الاسمي للنظام أو أعلى منه أن تعمل بجهد أعلى بنسبة 10% من تصنيفها.

حالة فريدة هي تصنيف 600/1000 (1200) فولت (أو 0.6/1.0 (1.2) كيلو فولت)، حيث تسمح المعايير بأن يتجاوز Um الجهد الاسمي بنسبة 20%.

• 1800/3000 فولت (أو 1.8/3.0 كيلو فولت)
• 3000/6000 فولت (أو 3/6 كيلو فولت)
• 6000/10000 فولت (أو 6/10 كيلو فولت)
• 8700/15000 فولت (أو 8.7/15 كيلو فولت)
• 12000/20000 فولت (أو 12/20 كيلو فولت)
• 18000/30000 فولت (أو 18/30 كيلو فولت)

بالنسبة لهذه، يعود Um إلى زيادة بنسبة 10% فوق الجهد الاسمي.

بينما تُستخدم مصطلحات مثل الجهد المنخفض (LV)، والجهد المتوسط (MV)، والجهد العالي (HV)، والجهد العالي جدًا (EHV)، والجهد فائق العلو (UHV) بشكل شائع، لا توجد تعريفات دولية موحدة، مما قد يسبب ارتباكًا في الأسواق العالمية.

• كابلات الجهد المنخفض (LV): عادةً 300/500 فولت، 450/750 فولت، و 600/1000 فولت
• كابلات الجهد المتوسط (MV): تتراوح من 1.8/3 كيلو فولت إلى 18/30 كيلو فولت، بما في ذلك التصنيفات الخاصة بالمملكة المتحدة
• كابلات الجهد العالي (HV): قيم U تتراوح من 30 كيلو فولت إلى 150 كيلو فولت (على سبيل المثال، 36/66 كيلو فولت ككابل 72 كيلو فولت)
• كابلات الجهد العالي جدًا (EHV): تشمل 127/220 كيلو فولت (245 كيلو فولت) حتى 220/400 كيلو فولت (420 كيلو فولت)
• كابلات الجهد فائق العلو (UHV): تصنيفات أعلى من 400 كيلو فولت

يستخدم مشغلو شبكات التوزيع (DNOs) في المملكة المتحدة تسميات جهد مميزة، على الرغم من أن مواصفات العزل تتماشى مع المعايير الأوروبية:

• 600/1000 (1200) فولت
• 1900/3300 (3500) فولت
• 3800/6600 (7200) فولت
• 6350/11000 (12000) فولت
• 8700/15000 (17500) فولت
• 12700/22000 (24000) فولت
• 19000/33000 (36000) فولت

تتدهور جميع المواد البلاستيكية الحرارية والحرارية المتصلبة في الكابلات تدريجيًا بمرور الوقت، مع تسارع التدهور عند درجات الحرارة الأعلى (وفقًا لقانون أرينيوس). يشير درجة حرارة تشغيل الموصل المستمرة إلى أقصى درجة حرارة يمكن للمواد عندها الحفاظ على الأداء والعمر الافتراضي المقبولين.

تشمل تصنيفات درجة الحرارة الشائعة لمواد العزل ما يلي:

• PVC قياسي: 70 درجة مئوية
• PVC عالي الحرارة: 85/90 درجة مئوية
• XLPE: 90 درجة مئوية
• EPR/HEPR: 90 درجة مئوية
• بلاستيك حراري خالٍ من الهالوجين: 70 درجة مئوية
• متصلب حراري خالٍ من الهالوجين: 90 درجة مئوية

تمتلك جميع الموصلات مقاومة قابلة للقياس. عند تشغيلها، يولد تدفق التيار حرارة تتناسب مع المقاومة - وهي حرارة يجب تبديدها. تعمل عوازل الكابلات وأغلفته كحواجز حرارية، بينما تؤثر طرق التركيب (مثل الأنابيب أو العليات المعزولة) بشكل أكبر على تبديد الحرارة وبالتالي على قدرة حمل التيار.

توجد علاقة مباشرة بين:

• حجم الموصل
• مواد العزل والغلاف
• تصنيف التيار للكابل

بينما يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية لكابلات الطاقة التي تحمل تيارًا كبيرًا (10-100+ أمبير)، يتم عادةً تحديد حجم كابلات البيانات/التحكم بناءً على انخفاض الجهد أو العوامل الميكانيكية بدلاً من سعة التيار - على الرغم من أن Power over Ethernet (PoE) يدفع إلى إعادة تقييم حدود التيار لكابلات البيانات.