هناك العديد من المشاكل المتعلقة بالكابلات نذكر منها هنا:
الفقد في القدرة المنقولة Power Losses
القدرة الكهربيةElectric Power المنقولة عبر أي كابل تتعرض لتناقص في قيمتها Power Lossesنتيجة عدة عوامل منها:
- الفقد بسبب مقاومة الموصل R, وتقدر قيمة هذا النقد من المعادلة:
PLoss = I2 R 2-2
بمعني أنه كلما زادت مقاومة الكابل ارتفعت قيمة النقد في القدرة.
- أيضا هناك مفقودات في القدرة خلال العازل المحيط بالموصلInsulation Loss وهذه تحسب من المعادلة التالية:
Pins = V2 Ωc tan Ȣ ………………….2 – 3
حيث (Ȣ) هي زاوية الفقدLoss angleلمادة العازل المحيط بالكابل، وهي الزاوية بين الجهد والتيار المتسرب، وهي تختلف عن زاوية الـ Power Factor التي تكون بين الجهد وتيار الـ Lode والزاوية(Ȣ) أحدى الثوابت التي تميز مادة عازلة من أخري، ومن الواضح أنها زادت قيمتها كلما زادت الـ Power loss خلال العازل.
- وهناك أيضا فقد في الغلاف المعدنية Metallic Sheath Loss، وهذا يحدث نتيجة التيارات الدوامية Eddy Current والتي تمر في الغلاف المعدني بتأثير الحث Induction, ومن ثم تتسبب في فقد في القدرة.
وجميع هذه المفقودات تسبب ارتفاعا في درجة حرارة الكابل، ومن ثم يجب التأكد دائما من وجود اتزان حراري للكابل، بمعني أن الحرارة المتولدة تساوي (أو أقل من) الحرارة المتسربة من الكابل.
لاحظ أن الحرارة المتسربة من الكابل تتوقف في حالة دفن الكابل تحت الأرض علي المقاومة الحرارية لنوعية التربة ومسامية حبيباتها.
وفي حالة كابلات الجهد العالي – حيث المفقودات تكون ضخمة – فإننا نحتاج إلي كابلات زيتية Oil Filled Cableتستخدم أنابيب مملوءة بالزيت بامتداد طول الكابل بغرض التبريد ويعيب هذا النوع من الكابلات أنه يتأثر بالارتفاعات والانخفاضات في مستوي التربة علي طول مسار دفن الكابل، فيتجمع الزيت في أماكن المنخفضات وينخفض مستواه في أماكن الارتفاعات مما قد يؤدي إلي ارتفاع درجة حرارة الكابل في (نقاط الارتفاعات) ومن ثم حدوث أعطال ولذا فدائما تستخدم خزانات تعويضية ومضخات في أماكن تغير مناسيب التربة لتجنب انخفاض مستوي الزيت في أي منطقة علي طول مسار الكابل ومن ثم فهذه الكابلات تحتاج لخزانات زيت تعويضية عند أطراف الكابل، وعند كل تغير (صعودا وهبوطا) في مستويات الأرض المدفون بها الكابل.
والصورة 2 – 10 تبين مقطع في أحد الكابلات الزيتية. لاحظ أن الزيت موجود في منتصف الـ Core، الذي يوجد فوقه طبقات العزل المختلفة.
التيارات المتسربة
وهناك نوع آخر من المشاكل، لكنة يتعلق هذه المرة بالتيار مباشرة حيث تعتبر ظاهرة تسرب التيار علي مدي طول الكابل خلال طبقات العازل التي تحيط بموصل الكابل من المشاكل السلبية التي تظهر بوضوح في الكابلات، ويسمي هذا التيار بتيار الشحنCharging Current تحسب قيمة هذا التيارمن المعادلة:
Ic = V ω C …………….. 2 – 4
حيث
V هو جهد التشغيل مقاسا بالـ Volt.
ω ترتبط بتردد التيار (f) المار بالكابل من خلال العلاقة(= 2∏fω)
C هي السعة (Capacitance) مقاسه بالـ Farad.
ومن هنا، فكلما زاد جهد التشغيل، أو زادت Capacitance الخاصة بالكابل ارتفعت قيمة التيار المتسرب علي طول الكابل، حتى أنه يصل هي إلي 13A لكل كيلومتر طولي في الكابلات جهد 220KV.
وعندما يصل طول الكابل إلي قيمة معينة (تسمي الطول الحرجCritical Length) فإن قيمة تيار الشحن المتسرب من الكابل تصبح مساوية لقيمة التيار المقنن للكابلIR. وهذا يعني أن كل الـ Power المنقولة خلال الكابل قد تسربت، ولم يصل للحمل منهاشيء والطول الحرج في منظومة الـ 132 KVهو64Km، بينما يصل هذا الطول الحرج في منظومة الـ 400 KV إلي 24KM فقط.
تغير مقاومة الكابل
ومن مشاكل الكابلات أيضا ارتفاع قيمة مقاومة السلك في دوائر التيار المتردد بسبب ميل التيار للمرور في أطراف الكابل الخارجية ومن ثم تصبح المساحة الفعلية لمقطع الموصل التي يمر بها تيار كهربي أصغر، وتسمي هذه الظاهرة بظاهرة التأثير السطحي (Skin Effect) (انظر الشكل 8 – 2 يسار).
ونشير هنا إلي أن مقاومة الكابل الفعلية أيضا تزيد إذا وضع كابل آخر بجواره وكان يحمل تيارا، حيث يميل التيار في كلا الكابلين للتباعد عن بعضها البعض مما يترتب عليه نقص في المساحة الفعلية التي يمر فيها التيار ومن ثم ترتفع أيضا مقاومته الفعلية عن المقاومة المحسوبة نظريا وتسمي هذه الظاهرة بالتأثير التجاري (Proximity Effect)(انظر الشكل 8 – 2 يمين) وبالطبع تزيد مقاومة الكابل قلت المسافة بين الكابلين.
أخير نشير إلي أن التيار الدوامية eddy Currentالتي تمر في الأغلفة المعدنية للكابلاتMetallic Sheath نتيجة وجود فيض مغناطيسي متغير تتسبب هي الأخرى في زيادة مقاومة الكابلات التي تحمل تيارا مترددا.
تغير مقاومة الكابل بالحرارة
لاحظنا أن المقاومة المذكورة بجداول الكابلات (مثل جدول 6 –2) هي مقاومة الكابل عند 20 درجة مئوية (R20) في بعض الكتالوجات تكون محسوبة عند 40 درجة مئوية) وهي قيمة يجب تعديلها إذا كان الكابل مستخدما في بيئة درجة حرارتها أعلي من ذلك ويمكن حساب القيمة المعدلة للمقاومة حسب درجة الحرارة الجديدة من المعادلة:
حيث A هي المعامل الحراري لمادة الموصل )تساوي للنحاس بينما تساوي 0.004 للألمونيوم).
Tهي درجة الحرارة الفعلية.
2 – 11 – 5تأثر الكابلات بالرطوبة تسرب الرطوبة لداخل العازل سواء الـ PVC أو XLPEيمكن أن يؤدي إلي نشوء ظاهرة التشجير المائي () – لا سيما إذا كان سطح الموصل غير أملس والمجال غير منتظم – فعدم انتظام المجال يمكن أن يساعد في وجود نقاط تركيز للمجال ذات قيمة مرتفعة في المناطق ذات النتوءات بين سطح الموصل والعزل، فيتكون شق يشبه الخيط الرفيع داخل العازل أو علي أطرافه، وتزداد تفرعات هذا الشق في جميع الاتجاهات حتى يصنع ما يشبه الشجرة، ومن هنا جاء الاسم لهذه الظاهرة التي تنتهي في الأخير بانهيار العازل.
