أضحت الكهرباء في الوقت الحاضر ضرورة لا غنى عنها بالنسبة لنا لمواصلة حياتنا اليومية، حيث نعتمد كليا على الأجهزة الكهربائية سواء كنا نعمل أو نؤدي مهام بسيطة في الداخل أو في الهواء الطلق.
تسافر الكهرباء عبر الموصلات المعدنية التي يتم تصنيعها في أشكال وأنواع مختلفة من الكابلات والأسلاك الكهربائية، مثل كابلات الألمنيوم والنحاس. كما تعرف الفلزات بتوصيلها الكهربي الممتاز؛ حيث تحتوي على إلكترونات حرة على سطحها الخارجي، مما يسمح للتيار الكهربي بالمرور خلالها بسلاسة وبأقل مقاومة ممكنة.
يتميز كل معدن بتوصيلية كهربية خاصة به بناء على تركيبه الذري، وكلما زادت التوصيلية، قلت المقاومة التي تواجه التيار الكهربائي أثناء المرور عبر هذا المعدن، وبالتالي زادت شدة التيار الذي يمكن أن يمر عبر هذا الكابل عند نفس الجهد الكهربي.
نبذة عن الكابلات الكهربائية
هي الموصلات التي تربط مصدر الطاقة بالأجهزة التي من المفترض أن تعمل باستخدام الجهد الناتج عن المصدر، لذلك تقوم هذه الكابلات بنقل الكهرباء في صورة التيار الكهربائي الذي له شدة كهربية محددة تتأثر بجهد المصدر ومقاومة الدائرة الكهربائية.
كلما زادت شدة التيار في الكابلات، زاد عدد الأجهزة التي يمكن أن يغذيها التيار لتعمل، وكلما زادت إمكانية جعل أجهزة ثقيلة مثل أجهزة التكيف والتدفئة تعمل من خلال هذا المصدر لأنها تتطلب شدة عالية من التيار لتعمل بطلاقة.
للحصول على شدة عالية من التيار، يجب أن يكون مصدر الطاقة عالي الجهد أو يجب أن تكون مقاومة الدائرة أقل ما يمكن. أما بالنسبة للمقاومة، فيمكن خفضها من خلال استخدام الكابلات ذات مساحة مقطعية كبيرة وأيضا باستخدام معادن عالية التوصيل مثل النحاس.
أما بالنسبة لعيوب وجود كابلات ذات مقاومة عالية، فهي أنها تعيق التيار الكهربائي وتخفض شدته، وبالتالي تتطلب مصادر جهد أعلى من أجل تشغيل الأجهزة ذات متطلبات التيار عالي الشدة. بالإضافة إلى ذلك، عند نقل التيار الكهربائي لمسافات طويلة، كلما زادت مقاومة الكابلات الناقلة، زادت كمية الطاقة المفقودة. حيث يتم تحويل طاقة الكهربية في الكابلات إلى حرارة أثناء رحلتها وكلما زادت مقاومة الكابلات زادت كمية الطاقة المفقودة في شكل حرارة.
أنواع وبناء الكابلات الكهربائية
عادة ما يتم تصنيع الكبل الكهربائي في شكل أسطواني بطبقات مختلفة؛ الطبقة الأعمق هي الألياف المعدنية المسؤولة عن حمل التيار الكهربائي، وعادة ما تكون مغطاة بمادة عازلة. هذا كابل بسيط، ولكن في حالات الكابلات الأكثر تعقيدا، يتم تغليفه إما بمادة مساعدة لتعمل كدرع لتعزيز طول عمره أو طبقة PVC خارجية إضافية لعزل إضافي. كما يمكن أن يكون الكبل مصنوعا من نواة واحدة وبالتالي يسمى أحادي الموصل، أو يمكن أن يكون مصنوعا من نوى متعددة ويسمى متعدد الموصلات.
يمكن تصنيف الكابلات إلى العديد من الفئات وفقا لأساس التصنيف، حيث يمكن فرزها وفقا لجهدها واستخدامها إلى كابلات منخفضة ومتوسطة وعالية الجهد. أو يمكن فرزها وفقا لترتيبها داخل غلاف الكابل، سواء تم ترتيبها في العديد من النوى بأنماط مختلفة أو في نواة واحدة مع أنواع أشكال أيضا.
الكابلات النحاسية
يعتبر النحاس المعدن القياسي لقياس التوصيلية الكهربية لأنه يتمتع بأعلى توصيلية للكهرباء بعد الفضة، والتي تعتبر أغلى ثمنا وأصعب في الاستخدام في الكابلات من النحاس. يتميز النحاس بقوة شد عالية، مما يعني أنه أقل عرضة للكسر عند تعرضه للتمدد والقوة والبلى والتمزق، سواء بتأثير الوقت أو أثناء التثبيت والتركيب، مما يجعله مفضلا نظرا لسهولة تركيبه. كما أن أسلاكه ذات قطر صغير، لذا فهي لا تتطلب مسارات كبيرة الحجم، بالإضافة إلى وجود عامل تمدد حراري منخفض، لذلك لا تتضخم وتطول كثيرا بفعل تأثير الحرارة.
بسبب مواصفاته العالية الكفاءة، أصبح النحاس المعدن الأكثر استخداما في الكابلات، على الرغم من حقيقة أنه لا يوجد شيء مثالي. للنحاس عيوب قليلة، مثل كونه باهظ الثمن مقارنة ببدائله وكذلك وزنه الثقيل عند مقارنته بالبدائل، مما يشكل صعوبات في التركيب إلى حد ما، خاصة لمسافات طويلة، حيث يستلزم وجود دعم للكابلات ذات الوزن الثقيل.
كابلات الألمنيوم
الألومنيوم معدن وفير متوفر بشكل شائع في الطبيعة لأنه أحد أكثر العناصر الموجودة في قشرة الأرض. كمعدن، يعتبر الألمنيوم موصلا جيدا يمكن استخدامه في الكابلات، وبفضل توفره، يتميز بسعره الرخيص عند مقارنته بالنحاس، حيث أنه في بعض الظروف قد يكلف حوالي نصف التكلفة. علاوة على ذلك، نظرا لأن الألومنيوم خفيف الوزن، يمكن استخدامه لمسافات طويلة دون الحاجة إلى دعامات، وهو مرن، مما يسمح بتشكيله بسهولة في أشكال وأنماط مختلفة.
في حين أن الجوانب السلبية الرئيسية لكابلات الألمنيوم هي أنها تتطلب حوالي ضعف مساحة المقطع العرضي للنحاس لمرور نفس شدة التيار الكهربي فيها حيث لها حوالي 60٪ من قيمة التوصيلية الكهربية عند مقارنتها بالنحاس، لذا فإن مسارات الأسلاك الأكبر مطلوبة لتركيبها. بالإضافة إلى ذلك، فهي ذات قوة شد أقل، لذلك من المرجح أن تنكسر، وعندما تتأكسد، تصبح غير موصلة، لذا يمكن أن تسخن وترتفع حرارتها لكميات كبيرية. كما أن لديها عامل تمدد حراري مرتفع، مما يعني أن اتصالاتها يمكن أن ترتخي مع دورات تغير الحرارة، مما قد يتسبب في مخاطر الحريق. وهي أكثر عرضة للتآكل، لذلك يجب استخدام مركب خاص لحمايتها من ذلك، وبسبب مقاومته العالية، فإنها تسبب انخفاض كبير في الجهد على المدى الطويل، مما قد يكلف الكثير لنقل الطاقة لمسافات طويلة.
أيهما أفضل، كابلات الألمنيوم أم النحاس؟
كما ذكرنا سابقا، لكل منهما مزاياه وعيوبه، لذلك إذا كنت تقارن بينهما وتحاول تحديد الخيار الأفضل لك، فمن المستحسن أن تدرس عن ميزانيتك أولا، لأن الاختلاف الرئيسي الذي يلعب دورا مركزيا هنا هو التكلفة. على سبيل المثال، في حالات الميزانيات المحدودة، يمكن أن يكون الألمنيوم ذا فائدة كبيرة، بينما إذا كانت ميزانيتك تسمح بذلك، فإن النحاس هو الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة نظرا لمواصفاته المتكاملة.
