الجواب المختصر
في كابل متعدد القلوب يحمل حملاً ثلاثي الأطوار متوازناً، مجموع التيارات في القلوب صفر تقريباً في أي لحظة، فتُلغى مجالاتها المغناطيسية إلى حد كبير عند الدرع. وفي الكابل أحادي القلب لا شيء يُلغي المجال: فالمجال المغناطيسي المتردد كله للموصل يمر عبر الدرع المحيط به. وإذا كان ذلك الدرع فولاذاً، وهو ممغنط، فسيُحدث المجال تيارات دوامة ويسبب فقداً بالهسترة في الأسلاك. فيسخن الدرع، ويعمل الكابل أحرّ مما افترض المصمم، وفي دوائر التيارات الكبيرة قد يكون الفقد كبيراً.
والألومنيوم غير ممغنط، فيتجنب درعُ سلك الألومنيوم (AWA) فقدَ الهسترة ويقلص كثيراً التسخين المستحث. ولهذا القاعدة العامة، المتَّبعة في المواصفات القائمة على IEC وقائمة على BS سواء، بسيطة: الكابلات المدرَّعة متعددة القلوب تستخدم السلك الفولاذي (SWA) أو الشريط الفولاذي (STA)؛ والكابلات أحادية القلب في دوائر التيار المتردد تستخدم AWA.
أين تُستخدم الكابلات أحادية القلب
تظهر كابلات الطاقة أحادية القلب حيث يكبر الموصل عن التعامل معه ككابل واحد متعدد القلوب. والحالات النمطية تشمل:
- توصيلات المحول إلى لوحة التوزيع الرئيسية، حيث تُمدَّد عدة قلوب أحادية كبيرة لكل طور على التوازي.
- مغذيات المولدات والمحركات الكبيرة في المصانع الصناعية.
- مغذيات الجهد المتوسط، حيث تُعد الكابلات أحادية القلب في مدى 25 إلى 630 mm2 وفق IEC 60502-2 شائعة إلى جانب الأنواع ثلاثية القلوب؛ راجع صفحة كابلات الجهد المتوسط.
- توصيلات المرافق والمحطات الفرعية، كثيراً ما تكون ألومنيومية، كما في صفحة الكابلات الألومنيومية.
وفي كثير من تلك المواضع يحتاج الكابل أيضاً حماية ميكانيكية، إما لأنه مدفون أو ممَدَّد على مجاري مكشوفة في مصنع، أو مركَّب حيث قد يُصاب بضربة. وهناك يطرح سؤال الدرع.
وتُختار القلوب المنفردة للمناولة بقدر اختيارها للكهرباء. فكابل ثلاثي القلوب بموصلات كبيرة جداً يصبح ثقيلاً صلباً حتى لا يمكن سحبه أو ثنيه داخل لوحة توزيع، والبكرة التي يحتاجها قد تكون أكبر من نقله بسهولة. وتقسيم كل طور إلى قلب أحادي خاص به، أحياناً بقلبين أو أكثر لكل طور على التوازي، يبقي كل كابلاً قابلاً للإدارة. والثمن أن للمركِّب الآن ثلاثة كابلات منفصلة أو أكثر لكل دائرة، لكل منها درع وجلند ونقطة تأريض، ويجب اعتبار السلوك المغناطيسي لكل قلب منفرداً. والمشترون المعتادون على طلب SWA متعدد القلوب يحملون تلك العادة عادةً إلى بنود أحادية القلب في نفس الجدول، وهناك تماماً يظهر خطأ الدرع.
AWA و SWA وأحادي القلب غير المدرَّع مقارنة
| الخيار | دوائر التيار المتردد | دوائر التيار المستمر | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| درع سلك الألومنيوم (AWA) | الخيار القياسي حيث يلزم الدرع | قابل للاستخدام | غير ممغنط؛ ويرتبط ترتيب الربط بقرار المصمم |
| درع السلك الفولاذي (SWA) | يُتجنب: فقد مغناطيسي وتسخين | يُستخدم أحياناً؛ قرار المصمم | حالة DC لا مجال متردد فيها، لكن افحص مواصفة المشروع |
| درع الشريط الفولاذي (STA) | يُتجنب، للسبب نفسه | قرار المصمم | شائع في الكابل متعدد القلوب فقط |
| غير مدرَّع مع شاشة معدنية | شائع عند الجهد المتوسط | غير نمطي | شاشة شريط أو سلك نحاسي تحمل تيار العطل؛ والحماية الميكانيكية من القنوات أو البلاطات |
| غير مدرَّع بلا شاشة | شائع عند الجهد المنخفض في القنوات والمجاري | شائع (مثل كابل DC الشمسي) | الحماية الميكانيكية من طريقة التركيب |
وكابل DC لسلاسل الشمس مثل H1Z2Z2-K أحادي القلب وغير مدرَّع عادة؛ راجع صفحة كابلات الطاقة الشمسية. ومشكلة التسخين الموصوفة هنا من شأن التيار المتردد.
الربط والجهود المستحثة
حتى مع درع ألومنيوم، يجلس درعُ الكابل أحادي القلب وشاشته المعدنية في المجال المغناطيسي للموصل. إذا أُرّض الدرع عند الطرفين، يمكن لتيار دوران أن يسري فيه ويعود عبر الأرض أو دروع الكابلات المجاورة، وهذا يضيف فقداً. وإذا أُرّض عند طرف واحد فقط توقف تيارُ الدوران، لكن جهداً ثابتاً يظهر عند الطرف المفتوح. وأي ترتيب يُستخدم، وهل تنطبق طرق ربط خاصة على المسارات الطويلة، يقرره مهندس المشروع ويؤثر في حساب التصنيف التياري.
وللمشتري نقطتان عمليتان. الأولى أن أبعاد درع الكابل وشاشته في ورقة البيانات مدخلات لذلك الحساب، فينبغي أن تصل ورقة المواصفات النهائية إلى المهندس قبل تأكيد الطلب. وثانية أن تشكيلة التمديد تهم: قلوب الدائرة المنفردة تُمدَّد معاً عادة بتشكيلة ثلاثية أو مسطحة، أبداً بتقسيم الأطوار عبر قنوات مختلفة، والأجزاء الفولاذية كصفائح الجلند حول قلب منفرد تحتاج العناية نفسها كالدرع. وصفائح جلند الكابلات أحادية القلب بالتيار المتردد غير ممغنطة عادة للسبب نفسه.
توريد كابل AWA
كابل AWA منتج أضيق من STA أو SWA متعدد القلوب. ويغطي كتالوج المصنع الشريك خلف صفحة الكابلات المدرَّعة الدرعَ من الشريط الفولاذي فقط، فتُطابَق تركيبات AWA أحادية القلب بمصانع تشغّل خطوط تدريع بأسلاك الألومنيوم ولديها سجلات اختبار نمطي للتركيبة. ويتحقق المكتب من ثلاثة أمور قبل إدراج مصنع في القائمة المختصرة:
- التركيبة والمعيار: مقاس الموصل وفئته، والعزل، والغلاف الداخلي، وقطر سلك الألومنيوم، والغلاف الخارجي وفق IEC 60502-1 أو IEC 60502-2 أو BS 5467 أو BS 6724 أو المعيار الوطني المسمّى.
- تغطية الاختبار النمطي: تقرير اختبار نمطي يغطي الجهد نفسه ومدى مقاس الموصل نفسه ونوع الدرع نفسه.
- السجلات الروتينية: مقاومة الموصل لكل بكرة، وعند اللزوم مقاومة الدرع؛ ولقلوب الجهد المتوسط، التفريغ الجزئي وفق IEC 60885-3 واختبار الجهد الروتيني.
القلوب المنفردة الكبيرة ثقيلة صلبة، فيجب تخطيط طول البكرة ومقاسها مع المركِّب: كم متراً لكل بكرة، وكم بكرة لكل طور، وهل يجب مطابقة الأطوال للمسارات المتوازية. وخيارات البكرات في صفحة التغليف والبكرات.
قائمة تحقق الاستفسار
البند المكتمل لكابل أحادي القلب مدرَّع في طلب عرض سعر يذكر: مادة الموصل ومقاسه، والجهد المقنن، والعزل، و«AWA» صراحة، ومادة الغلاف (PVC أو LSZH)، والمعيار، ونوع الدائرة (AC أو DC)، وإجمالي الأمتار لكل مقطع وأطوال البكرات. ويغطي مقال SWA مقابل STA جانبَ متعدد القلوب من القرار نفسه. ويؤكَّد الحد الأدنى للطلب ومدة التسليم لمصانع AWA المطابقة كتابياً لكل طلب؛ والنطاقات النمطية في صفحة الحد الأدنى للطلب ومدة التسليم، ويمكن لقائمة الكابلات أن تدخل مباشرة في نموذج عرض السعر.