الطبقات شبه الموصلة في كابلات الجهد المتوسط ولماذا تهم

أين تجلس الطبقتان

يمكن لكابل جهد منخفض أن يمر مباشرة من الموصل إلى العزل إلى الغلاف. أما كابل الجهد المتوسط وفق IEC 60502-2 فلا يمكن، لأن الإجهاد الكهربائي في عزله أعلى بكثير. وتركيبة المرجع في صفحة كابلات الجهد المتوسط، كابل 8.7/15 kV Cu/XLPE/CTS/PVC 3x95 mm2 من كتالوج مصنع شريك، تُظهر الترتيب القياسي لكل قلب:

1. موصل نحاس مضغوط.
2. شاشة الموصل: طبقة شبه موصلة مبثوقة مباشرة فوق الموصل.
3. عزل XLPE، بسماكة 4.5 mm في الطراز المرجعي.
4. شاشة العزل: طبقة شبه موصلة مبثوقة فوق العزل.
5. شاشة شريط نحاسي، الطبقة المعدنية المؤرَّضة.

ثم تُجمَّع القلوب الثلاثة بحشو وشريط ربط تحت غلاف PVC، نحو 61 mm كلياً في الطراز المرجعي. والطبقتان شبه الموصلتان موضوع هذا المقال. فكلاهما من مركبات محمَّلة بالكربون الأسود، فتوصلمان، لكن أقل توصيلاً بكثير من المعدن؛ ومن هنا «شبه موصلتان». ولا تضيفان قليلاً إلى القطر أو الوزن، لكنهما حيث يقع معظم الهندسة الكهربائية لكابل الجهد المتوسط.

ما تفعله شاشة الموصل

الموصل المجدول ليس أسطوانة أملسة. فحتى الموصل المضغوط له نتوءات صغيرة حيث تلتقي الأسلاك. ولو بُثق XLPE فوقه مباشرة لتركّز المجالُ الكهربائي عند كل نتوء وكل فجوة دقيقة بين الخصلة والعزل. وعند الجهد المتوسط تكفي تلك التركيزات لتأين الهواء في فراغات مجهرية، وهذا هو التفريغ الجزئي، والتفريغ الجزئي يُتآكل به العزل ببطء.

وشاشة الموصل تملأ النتوءات وتقدم للعزل سطحاً موصلاً أملس مستديراً. ولأنها عند جهد الموصل وملتحمة بـ XLPE بلا فراغات، يبدأ المجال من سطح أملس وينتشر بانتظام عبر العزل. والموصلات المضغوطة، التي ناقشها مقال الموصلات المضغوطة، تساعد أكثر بتقليل الفراغات التي يجب على الشاشة ملأها.

ما تفعله شاشة العزل

على خارج العزل تظهر المشكلة نفسها معكوسة. فالشاشة المعدنية شريط أو أسلاك، لا يمكنها الجلسة تمااماً على سطح XLPE. وتمنح شاشةُ العزل خارجَ العزل سطحاً موصلاً أملس متصلاً محتفظاً بجهد الأرض بواسطة الشاشة المعدنية فوقه. فيُحبس المجال إذن بين سطحين موصلين أملسين متحدَّي المركز، وهذه هندسة الكابل المثالية.

وتهم شاشة العزل أيضاً عند الوصلات والنهايات. يقطعها الواضعون إلى نقطة دقيقة ويضيفون هناك ضبط إجهاد، لأن نهاية الشاشة هي حيث يغادر المجال هندسة الكابل المدارة. وتُصنع شواشات العزل إما ملتحمة بالعزل أو قابلة للتجريد، وهو ما يسهّل التجهيز في الموقع؛ وينبغي أن يطابق النوعُ المستلزمات التي يستخدمها المشروع وأن يُذكر في ورقة المواصفات.

كيف تظهر مشكلات الجودة

خطوط الجهد المتوسط الحديثة تبثق عادة شاشة الموصل والعزل وشاشة العزل معاً في مرور واحد، فتتكوّن السطوح البينية دون تلوث أو هواء. والمصنع الذي يطبق الطبقات في مرورات منفصلة، أو يتعامل مع المركبات بسوء، أكثر احتمالاً أن يترك عيوباً بينية. وينظر المكتب إلى خط البثق والمعالجة وتخزين المركبات وممارسة الغرفة النظيفة أثناء تدقيق المصنع.

بعض العيوب تهم بعد سنوات فقط. فنتوء صغير أو ملوث يجتاز اختبارات المصنع قد يصبح نقطة بدء تدهور بطيء في الخدمة، خصوصاً حيث تبلغ الرطوبة العزل. وفي الأرض الرطبة يمكن لـ XLPE تحت الإجهاد الكهربائي أن يطوّر ما يسمى الأشجار المائية، مسارات تفريع دقيقة تنمو من العيوب وتضعف العزل مع الوقت. والسطوح البينية شبه الموصلة النظيفة تقلل عدد نقاط البدء، وحيث يتوقع المشروع تركيباً رطباً تضيف المواصفاتُ غالباً حاجزَ ماء طولياً أو شعاعياً تحت الغلاف. وهو خيار بناء للمصمم، كما في مقال منع الماء؛ فالطبقتان شبه الموصلتان بذاتهما لا تستطيعان منع الماء.

الاختبارات الروتينية التي تثبت الطبقتين

في ظل IEC 60502-2 تخضع كل بكرة جهد متوسط نهائية لاختبارات روتينية. واثنان منها مرتبطان مباشرة بالطبقتين شبه الموصلتين:

• اختبار التفريغ الجزئي: يُقاس وفق IEC 60885-3، بحساسية شائعة التحديد 10 pC أو أفضل عند 1.73 U0. والسجل النظيف يُظهر أن الشواشات والعزل خاليان من فراغات وبروزات تُذكر.
• اختبار الجهد: 3.5 U0 لمدة 5 دقائق وفق الاختبار الروتيني في IEC 60502-2. ويؤكد أن العزل يتحمل الإجهاد الزائد دون انهياق.

ثم تفحص اختبارات العينات سماكةَ العزل واللامركزية، ولـ XLPE اختبار hot set للتشابك، بينما يغطي تقرير الاختبار النمطي اختبارات كهربائية وتقادم أطول للتركيبة. ويشرح مقال اختبار التفريغ الجزئي كيف يُجرى قياس التفريغ الجزئي ويُقرأ، وتسرد صفحة الاختبار والفحص ما يجمعه المكتب لكل بكرة.

توريد كابل جهد متوسط بهذا في الاعتبار

فئات الجهد في IEC 60502-2 من 3.6/6 kV إلى 18/30 kV. ويغطي كتالوج المصنع الشريك خلف صفحة الجهد المتوسط فئاتٍ حتى 8.7/15 kV؛ وتُطابَق الفئات الأعلى بمصانع تملك خطوط البثق وحجرات الاختبار المحجوبة وتقارير الاختبار النمطي لها. وأي طلب جهد متوسط يؤكد المكتب فيه:

1. فئة الجهد والتركيبة: الموصل، وشاشة الموصل، وسماكة XLPE، ونوع شاشة العزل (ملتحمة أو قابلة للتجريد)، والشاشة المعدنية، والغلاف.
2. تغطية الاختبار النمطي: تقرير يغطي فئة الجهد نفسها ومدى مقاسات قابل للمقارنة.
3. السجلات الروتينية لكل بكرة: التفريغ الجزئي واختبار الجهد ومقاومة الموصل.
4. المستلزمات: أن الوصلات والنهايات المحددة للمشروع تناسب نوع الشاشة وأبعاد الكابل.

مدة تسليم الجهد المتوسط تتوقف على حجز النحاس ومواعيد البثق والاختبار الروتيني، وتؤكَّد كتابياً لكل طلب؛ راجع صفحة الحد الأدنى للطلب ومدة التسليم. أرسل جدول الجهد المتوسط عبر نموذج عرض السعر مع المخططات أو مواصفة كابل العميل مرفقةً.