هل تساءلت لماذا يتم تأريض كابلات الجهد العالي، رغم أن التيار الكهربائي يمر داخل الموصل النحاسي وليس في الغلاف المعدني؟
السبب يرتبط بالمجال المغناطيسي والجهد المستحث الذي يتولد على غلاف الكابل أثناء التشغيل. وقد يرتفع هذا الجهد إلى مستويات خطرة، خصوصاً مع زيادة طول الكابل.
لذلك يساعد تأريض كابلات الجهد العالي على التحكم في جهد الغلاف المعدني، وتقليل مخاطر الصعق، وحماية نظام الكابل من بعض المشكلات الكهربائية.
كيف يتولد الجهد المستحث في كابل الجهد العالي؟
لفهم الفكرة بسهولة، يمكن تشبيه كابل الجهد العالي بالمحول الكهربائي.
يمثل الموصل النحاسي Core Conductor الجانب الذي يمر فيه تيار الحمل، بينما يمكن النظر إلى الغلاف المعدني Metallic Sheath كجزء يتأثر بالفيض المغناطيسي الناتج عن هذا التيار.
عندما يمر التيار في الموصل، يتولد حوله مجال مغناطيسي. ويقطع هذا المجال الغلاف المعدني المحيط بالكابل، فينشأ فيه جهد مستحث Induced Voltage.
ويزداد تأثير هذا الجهد مع طول الكابل، لأن الحث يتراكم على امتداد مسار الكابل.
لماذا يظهر الجهد المستحث بوضوح في كابلات Single Core؟
تستخدم كابلات الجهد العالي في كثير من التطبيقات بتصميم Single Core، حيث يكون لكل فاز موصل مستقل وغلاف معدني يحيط به.
عند مرور التيار في كل موصل، يتولد حوله مجال مغناطيسي يؤثر في الغلاف المعدني المحيط به. وينتج عن ذلك جهد مستحث يمكن أن يظهر على سطح الغلاف.
أما في الكابلات متعددة القلوب Multi Core، فتكون الموصلات داخل الكابل نفسه، وتساعد المجالات المغناطيسية الناتجة عن الفازات على تقليل التأثير الكلي مقارنة بحالة الكابل أحادي القلب.
لذلك تصبح دراسة الجهد المستحث وطريقة ربط الأغلفة أكثر أهمية عند استخدام كابلات Single Core في أنظمة الجهد العالي.
ما خطورة الجهد المستحث على غلاف الكابل؟
قد يبدو الغلاف المعدني آمناً لأنه ليس الموصل الرئيسي للتيار، لكن الجهد المستحث يمكن أن يجعله عند جهد كهربائي ملحوظ بالنسبة إلى الأرض.
وتزداد أهمية هذه المشكلة مع الكابلات الطويلة وبعض طرق التركيب والربط.
إذا ارتفع جهد الغلاف إلى مستوى غير آمن، فقد يشكل خطراً على الأشخاص الذين يمكن أن يلمسوا الأجزاء المعدنية المرتبطة به.
كما يجب مراعاة تأثيرات الجهد المستحث على العزل والمكونات المرتبطة بنظام الكابل.
وهنا يأتي دور تأريض كابلات الجهد العالي في التحكم في جهد الغلاف وتقليل المخاطر.
ما المقصود بـ Sheath Touch Voltage؟
يشير مصطلح Sheath Touch Voltage إلى فرق الجهد الذي قد يظهر بين غلاف الكابل والأرض، والذي قد يتعرض له الشخص عند لمس الغلاف.
لذلك يهدف تصميم نظام التأريض والربط إلى إبقاء جهد اللمس ضمن الحدود الآمنة التي يحددها التصميم والمعيار المعتمد للمشروع.
ولا ينبغي التعامل مع قيمة ثابتة مثل 50 فولت على أنها قاعدة عامة لجميع الحالات؛ إذ تختلف الحدود المطلوبة حسب المعيار، وظروف التركيب، ونظام التأريض، وطبيعة الموقع.
هل يكفي تأريض الكابل من جهة واحدة؟
في بعض التطبيقات، يمكن استخدام طريقة التأريض من جهة واحدة، وتعرف باسم Single-Point Bonding.
تسمح هذه الطريقة بتقليل مسارات تيار الغلاف الناتجة عن الحث، لكنها تؤدي إلى ظهور جهد مستحث أعلى باتجاه الطرف غير المؤرض.
ومع زيادة طول الكابل، قد يصبح هذا الجهد أكثر أهمية.
لذلك يمكن استخدام جهاز Sheath Voltage Limiter (SVL) للحد من ارتفاع الجهد على الغلاف وحمايته عند حدوث ظروف تتجاوز القيم المصممة.
ماذا يحدث عند تأريض غلاف الكابل من الجهتين؟
يمكن ربط غلاف الكابل بالأرض من الجهتين، وتعرف هذه الطريقة باسم Both-Ends Bonding.
لكن التأريض من الجهتين لا يعني بالضرورة أنه الخيار الأفضل في كل حالة.
عند إنشاء مسار مغلق للغلاف، يمكن أن تتولد تيارات مستحثة تعرف باسم Sheath Currents.
وقد تؤدي هذه التيارات إلى خسائر إضافية وتسخين للغلاف، لذلك يجب دراسة طريقة الربط والتأريض قبل اعتمادها.
ويعتمد الاختيار على عدة عوامل، منها طول الكابل، وترتيب الكابلات، وقيمة التيار، والمسافات بينها، وطريقة التركيب، ومتطلبات الحماية.
ما دور Sheath Current في مراقبة الكابل؟
لا يمثل Sheath Current مشكلة فقط، بل يمكن أن يوفر أيضاً معلومات مفيدة عن حالة الكابل.
فعند مراقبة تيار الغلاف وتحليل مكوناته، مثل Fundamental Component، يمكن اكتشاف بعض التغيرات غير الطبيعية التي قد تساعد في مراقبة حالة الكابل.
وتستخدم هذه المعلومات ضمن أنظمة Condition Monitoring وتحليل حالة الكابلات.
وبهذه الطريقة يمكن الاستفادة من تيار الغلاف كإشارة إضافية تساعد في اكتشاف بعض المشكلات في مراحل مبكرة.
لماذا تشبه فكرة Sheath Current عمل CT؟
يمكن تبسيط الفكرة من خلال تشبيهها بمبدأ محول التيار CT.
فالتيار المار في الموصل الرئيسي يولد مجالاً مغناطيسياً، وهذا المجال يؤثر في الأجزاء المعدنية المحيطة بالكابل.
وبالتالي يحمل تيار الغلاف معلومات مرتبطة بالتيار الموجود في الموصل الرئيسي وظروف تشغيل الكابل.
لكن هذه الاستفادة تعتمد بشكل كبير على طريقة التأريض والربط.
فإذا كان نظام Bonding غير مناسب، فقد تتغير قيمة تيار الغلاف وشكله، مما يقلل من دقة التحليل والمراقبة.
ما أهمية اختيار طريقة تأريض كابل الجهد العالي؟
لا توجد طريقة واحدة مناسبة لجميع كابلات الجهد العالي.
فقد يكون Single-Point Bonding مناسباً في بعض التطبيقات، بينما قد يكون الربط من الجهتين أو استخدام أنظمة أخرى أكثر ملاءمة في تطبيقات مختلفة.
لذلك يجب أن يعتمد اختيار طريقة تأريض كابلات الجهد العالي على دراسة هندسية تشمل:
- طول الكابل.
- جهد النظام.
- تيار الحمل.
- ترتيب الكابلات والفازات.
- طريقة تركيب الكابل.
- قيمة الجهد المستحث.
- تيارات الغلاف المتوقعة.
- متطلبات الحماية.
- حدود جهد اللمس المسموح بها.
- متطلبات المعيار المستخدم في المشروع.
الخلاصة: لماذا يتم تأريض كابلات الجهد العالي؟
السبب الرئيسي هو التحكم في الجهد الذي قد يتولد على الغلاف المعدني نتيجة الحث الكهرومغناطيسي.
فالموصل الرئيسي يولد مجالاً مغناطيسياً، وهذا المجال يمكن أن يستحث جهداً على غلاف الكابل، خصوصاً في كابلات Single Core والطويلة.
لذلك يساعد نظام التأريض والربط الصحيح على التحكم في Sheath Voltage، وتقليل مخاطر جهد اللمس، وحماية مكونات الكابل، وتحسين إمكانية مراقبة حالته.
ومن هنا، فإن تأريض كابلات الجهد العالي ليس مجرد توصيل الغلاف بالأرض، بل هو جزء أساسي من تصميم نظام الكابل ويحتاج إلى حسابات ودراسة هندسية دقيقة.
هل كنت تعرف أن طريقة تأريض غلاف الكابل يمكن أن تؤثر أيضاً في قيمة Sheath Current؟
المصادر: m.zmscable.، quankang-cn
