كابل طاقة متوسط الجهد معزول منخفض الدخان وخالي من الهالوجين ومقاوم للهب وفقًا لمعيار IEC XLPE

أساس التصميم والامتثال
تم تصميم هذا المنتج وتصنيعه واختباره وفقًا صارمًا لنظام معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، مما يضمن أن جميع جوانب الأداء تلبي المستويات الدولية المتقدمة.

المعايير الأساسية
- IEC 60502-2:2014+AMD1:2024 CSV: "كابلات الطاقة ذات العزل المبثوق وملحقاتها للجهد المقدر من 1 كيلو فولت إلى 30 كيلو فولت – الجزء 2: كابلات للجهد المقدر من 6 كيلو فولت إلى 30 كيلو فولت". هذا هو المعيار الأساسي الذي يحدد بناء الكابلات وأبعادها ومتطلبات الاختبار، والذي ينطبق على كابلات الطاقة العازلة الصلبة المبثوقة المثبتة بشكل ثابت للجهد من 6 كيلو فولت إلى 30 كيلو فولت.
- IEC 60228: "موصلات الكابلات المعزولة". يحدد متطلبات مقاومة التيار المستمر للموصلات.
- IEC 60754-1/-2: "اختبار الغازات المنبعثة أثناء احتراق المواد من الكابلات – تحديد محتوى غاز حمض الهالوجين وحموضته". يحدد متطلبات الأداء الخالية من الهالوجين.
- IEC 61034-1/-2: "قياس كثافة الدخان الناتج عن احتراق الكابلات في ظل ظروف محددة". يحدد متطلبات الأداء منخفض الدخان.
- IEC 60332-1-2 / IEC 60332-3: "اختبارات على كابلات الألياف الكهربائية والبصرية في ظل ظروف الحريق". يحدد متطلبات أداء مثبطات اللهب (اختبار اللهب الرأسي على كابل واحد واختبار اللهب الرأسي على الكابلات المجمعة).

حلت الطبعة الثالثة IEC 60502-2:2014 محل الطبعة الثانية لعام 2005. تتضمن المراجعات الفنية الرئيسية تبسيط إجراءات حساب سمك غلاف الرصاص والغلاف العلوي، وإضافة طريقة لتحديد درجة حرارة الموصل، وتعديل إجراء اختبار الجهد الروتيني، وإضافة اختبار كهربائي على الغلاف العلوي، وتعديل متطلبات الأغلفة غير المعدنية (بما في ذلك الطبقات شبه الموصلة). ويكمل التعديل المنشور في عام 2024 (AMD1:2024) أحدث المتطلبات الفنية.

ملاحظة خاصة: ينطبق هذا المعيار على المنشآت الثابتة مثل شبكات التوزيع أو المنشآت الصناعية، ولكنه لا ينطبق على شروط التركيب والخدمة الخاصة مثل الخطوط الهوائية وصناعة التعدين ومحطات الطاقة النووية (منطقة الاحتواء والمناطق المجاورة لها) والتطبيقات البحرية أو على متن السفن.

بناء الكابلات والمواد
يعتمد كابل الطاقة متوسط الجهد المقاوم للهب منخفض الدخان وخالي من الهالوجين على عملية بثق مشترك ثلاثية الطبقات لشاشة الموصل + عزل XLPE + شاشة العزل، مما يزيل فجوات الهواء بشكل فعال ويضمن تفريغًا جزئيًا منخفضًا جدًا. البناء النموذجي للمنتج هو كما يلي:

طبقات البناء النموذجية
1. الموصل: نحاس مجدول مُلدَّن (أحادي النواة أو متعدد النواة)، يتوافق مع متطلبات الموصل المجدول من الفئة 2 وفقًا لمعيار IEC 60228. الوظيفة: نقل الطاقة الكهربائية.
2. شاشة الموصل: مركب شبه موصل مبثوق. الوظيفة: توحيد توزيع المجال الكهربائي ومنع فجوات الهواء بين الموصل والعزل.
3. طبقة العزل: البولي إيثيلين المتشابك (XLPE). الوظيفة: طبقة العزل الكهربائي الأساسية.
4. شاشة العزل: مركب شبه موصل مبثوق. الوظيفة: توحيد توزيع المجال الكهربائي خارج العزل.
5. الشاشة المعدنية: شريط نحاسي أو غلاف من الأسلاك النحاسية. الوظيفة: يحمل تيار الخطأ ويحمي من التداخل الكهرومغناطيسي.
6. الحشو والربط: حشوات البولي بروبيلين وشريط القماش غير المنسوج. الوظيفة: تحافظ على استدارة الكابل وتوفر حماية من التبطين.
7. الغطاء الداخلي (الفراش): بولي أوليفين (PVC أو PE اختياري). الوظيفة: عزل طبقة الدرع عن الاحتكاك الميكانيكي بشاشة العزل.
8. طبقة الدروع: دروع شريطية فولاذية (غلاف شريطي فولاذي مزدوج) أو دروع سلكية فولاذية. الوظيفة: يعزز الحماية الميكانيكية، ويتحمل الضغط الشعاعي والتوتر المحوري.
9. الغلاف الخارجي: بولي أوليفين منخفض الدخان ومقاوم للهب وخالي من الهالوجين (LSZH). الوظيفة: السلامة من الحرائق، حماية البيئة، الحماية الميكانيكية.

تتمتع مادة العزل الأساسية XLPE بقوة عازلة عالية جدًا وخصائص حرارية ميكانيكية. الغلاف الخارجي عبارة عن مادة بولي أوليفين مثبطة للهب منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين، وخالية من الهالوجين، مع كثافة دخان منخفضة أثناء الاحتراق وعدم إطلاق غازات تآكلية سامة مثل حمض الهيدروكلوريك.

المعايير الفنية الرئيسية
4.1 درجات الجهد المقدرة
تغطي درجات الجهد المقدرة القياسية للمنتج النطاقات التالية:
- 3.6/6 (7.2) كيلو فولت
- 6/6 (7.2) كيلو فولت
- 6/10 (12) كيلو فولت
- 8.7/10 (12) كيلو فولت
- 8.7/15 (17.5) كيلو فولت
- 12/20 (24) كيلو فولت
- 18/20 (24) كيلو فولت
- 18/30 (36) كيلو فولت
- 21/35 (40.5) كيلو فولت
- 26/35 (40.5) كيلو فولت
هذه هي الأنواع الأكثر شيوعًا وتغطية المقطع العرضي للموصل. يمكن للمستخدمين الاختيار بناءً على الجهد المقدر لنظام إمداد الطاقة وفقًا للمعايير الوطنية مثل سلسلة GB/T 12706. يمكن أن يصل الحد الأقصى لجهد التشغيل إلى 1.2 إلى 1.5 مرة الجهد المقدر.

4.2 درجة حرارة التشغيل
- الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المستمرة المسموح بها: 90 °درجة مئوية
- أقصى درجة حرارة للموصل أثناء حدوث ماس كهربائي (بحد أقصى 5 ثوانٍ): 250 °درجة مئوية
- الحد الأدنى لدرجة حرارة التشغيل المحيطة: -20 °درجة مئوية؛ يجب ألا تقل درجة حرارة التركيب عن 0 °درجة مئوية

يرفع عزل XLPE درجة حرارة التشغيل العادية من 70 °C لعزل PVC القياسي إلى 90 °C، مع زيادة درجة حرارة تحمل الدائرة القصيرة من 160 °C إلى 250 °C، مما يعزز بشكل كبير قدرة الكابل على حمل التيار وموثوقية النظام.

4.3 نصف قطر الانحناء (وفقًا لـ IEC 60502-2/GB/T 12706)
- كابل مدرع أحادي النواة: ≥ 15 × القطر الإجمالي للكابل (D)
- كابل مدرع متعدد النواة: ≥ 12 × القطر الإجمالي للكابل (D)

4.4 الأداء الكهربائي الرئيسي
- مقاومة موصل التيار المستمر عند 20 °C: تلبي متطلبات IEC 60228.
- اختبار جهد تردد الطاقة: 2.5 كيلو فولت / 5 دقائق، بدون انقطاع.
- اختبار التفريغ الجزئي: عند 1.73 وحدة₀، لا يمكن اكتشاف أي تفريغ يتجاوز الحساسية المعلنة.
- تحمل جهد تردد الطاقة لمدة 4 ساعات: 3.5 وحدة ₀ / 5 دقائق، العزل بدون انهيار.

4.5 الخواص الميكانيكية
العزل:
- قوة الشد قبل الشيخوخة: ≥ 12.5 نيوتن/مم². بعد الشيخوخة (110 ± 2 °C / 240 ساعة): التباين ≤ ±30%.
- الاستطالة عند الكسر قبل الشيخوخة: ≥ 200%.
الغمد:
- قوة الشد قبل الشيخوخة: ≥ 12.5 نيوتن/مم². بعد الشيخوخة: ≥ 10.0 نيوتن/مم².
- الاستطالة عند الكسر قبل الشيخوخة: ≥ 300%. بعد الشيخوخة: التباين ≤ ±30%.
اختبار الانكماش الحراري (80 ± 2 °C / 5 دورات تسخين): معدل انكماش الغلاف < 3%.

خصائص مقاومة اللهب منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين (الميزات الأساسية)
تميز هذه الخصائص هذا المنتج عن كابلات XLPE القياسية وتمثل قيمته الأساسية في توفير ضمان السلامة من الحرائق للمواقع المكتظة بالسكان.

5.1 أداء مقاوم للهب (سلسلة IEC 60332)
اختبار لهب الكابل المجمع (IEC 60332-3): لا يتجاوز مدى التفحم في العينة 2.5 متر فوق الحافة السفلية للموقد.
يتم تصنيف أداء مثبطات اللهب إلى فئات مختلفة مثل الفئة أ، والفئة ب، والفئة ج. ويمكن للمستخدمين اختيار الفئة المناسبة من منتجات مثبطات اللهب بناءً على كثافة التركيب والمتطلبات البيئية. يمكن أيضًا استكمال الكابلات المقاومة للهب منخفضة الدخان والخالية من الهالوجين بخصائص إضافية مثل مقاومة الزيت ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية ومضادة للنمل الأبيض ومضادة للقوارض.

5.2 أداء منخفض الدخان (IEC 61034)
قياس كثافة الدخان أثناء احتراق الكابل (نفاذية الضوء): الحد الأدنى لنفاذية الضوء ≥ 60٪. يمكن لبعض المنتجات الراقية (على سبيل المثال، مثبطات اللهب من الفئة A الفائقة) تحقيق ≥ 70%.
تعد نفاذية الضوء الكافية أثناء الحريق أمرًا ضروريًا للإجلاء الآمن للأفراد. تنتج كابلات PVC التقليدية كمية كبيرة من الدخان الأسود عند احتراقها، مما قد يقلل الرؤية إلى أقل من متر واحد في غضون دقائق، مما يعيق الهروب بشكل خطير.

5.3 أداء خالٍ من الهالوجين / منخفض التآكل (IEC 60754)
- قيمة الرقم الهيدروجيني (المرجحة): ≥ 4.3
- الموصلية (المرجحة): ≤ 10 ميكروثانية/مم
- محتوى الهالوجين الفردي (F، Cl، Br، I): ≤ 2 ملغم/غم
- المحتوى الإجمالي لأربعة هالوجينات: ≤ 5 ملغم/غم
ومن بين المؤشرات المذكورة أعلاه، تشير قيمة الرقم الهيدروجيني ≥ 4.3 إلى أن غاز الاحتراق ليس حمضيًا بقوة، وتشير الموصلية ≤ 10 ميكروسيمنز/مم إلى تآكل غاز منخفض جدًا، ويضمن الهالوجين الكلي ≤ 5 مجم/جم أن مادة الغلاف لا تحتوي على هالوجينات مثل الكلور أو البروم. تحتوي كابلات PVC التقليدية على نسبة كلور تزيد عن 30%، ويؤدي غاز حمض الهيدروكلوريك المنطلق أثناء الاحتراق إلى تآكل المعدات وإلحاق أضرار جسيمة بالجهاز التنفسي البشري.

5.4 مقارنة أداء مثبطات اللهب
كابل عادي مغلف بـ PVC مقابل هذا المنتج (XLPE + LSZH):
- فئة مثبطات اللهب: لا يوجد أو منخفض مقابل الفئة أ/ب/ج
- نفاذية ضوء الاحتراق: ≤ 20%، دخان أسود كثيف مقابل ≥ 60%، نفاذية جيدة
- قابلية تآكل غازات الاحتراق: حمض قوي (HCl)، يؤدي إلى تآكل المعدات مقابل حمض ضعيف/محايد، المعدات آمنة
- إطلاق الغازات السامة: الديوكسينات شديدة السمية، والكلور مقابل الغازات غير السامة النزرة
- سلامة الأفراد: التهديد الشديد مقابل الإخلاء الآمن المضمون

تسمية نموذج المنتج
6.1 أمثلة نموذجية محلية شائعة
تتبع تسمية الطراز المحلي لهذا المنتج عمومًا القواعد التالية:
- بادئة النوع:
  - WDZ/WDZA / WDZB / WDZC — مثبط لهب منخفض الدخان خالٍ من الهالوجين (الفئة A/B/C)
  - WDZN — مقاوم للهب منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين ومقاوم للحريق
  - NH — مقاوم للحريق
- رمز العزل: YJ — عزل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)
- رمز الغلاف:
  - Y — غلاف من البولي إيثيلين
  - E — غلاف بولي أوليفين (منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين)
- رمز الدرع:
  - 22 — درع شريطي فولاذي + غلاف خارجي من مادة PVC
  - 23 — درع شريطي فولاذي + غلاف خارجي من البولي إيثيلين
  - 32/33 — درع من الأسلاك الفولاذية (سلك فولاذي ناعم/خشن)

مثال: WDZA-YJY23-8.7/15kV 3×240 مم²
التفسير:
- WDZA: مثبط لهب منخفض الدخان خالٍ من الهالوجين من الفئة أ
- YJ: عزل XLPE
- Y23: غلاف من البولي إيثيلين + درع من شريط فولاذي
- 8.7/15 كيلو فولت: الجهد المقدر
- 3 ×240 مم²: مقطع عرضي للموصل مكون من 3 أنوية × 240 مم²

6.2 المراجع المتقاطعة للنماذج الدولية المشتركة
النموذج المقابل الشائع في السوق الدولية هو N2XSEFGbY (نوع IEC)، مع البناء: موصل نحاسي (Cu) / عزل XLPE / شاشة شريط نحاسي (CTS) / غطاء داخلي PVC / درع سلكي مسطح من الفولاذ المجلفن (SFWA) / غلاف خارجي PVC، وفقًا لـ IEC 60502-2. يتم قبول التخصيص بناءً على العينات، مع توفر الغلاف الخارجي منخفض الدخان الخالي من الهالوجين (LSHF/LSZH) كخيار متميز.

مجالات التطبيق
بفضل أدائه الكهربائي السليم وخصائص السلامة من الحرائق من الدرجة الأولى، تم اعتماد هذا المنتج على نطاق واسع في العديد من المشاريع ذات متطلبات السلامة العالية:

7.1 مراكز النقل والمرافق العامة
- مترو الأنفاق والنقل بالسكك الحديدية: يجب أن تستخدم منشآت خطوط مترو الأنفاق كابلات منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين ومثبطة للهب لتقليل الغازات الضارة الناتجة أثناء احتراق الكابلات مما يعرض الصحة الشخصية والإخلاء للخطر أثناء الحريق. ويفضل أيضًا أن تستخدم الخطوط الموجودة فوق سطح الأرض كابلات منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين ومثبطة للهب.
- مباني المطارات: كثافة عالية من الموظفين، ومستوى عالٍ من السلامة من الحرائق.
- أنفاق السكك الحديدية، أنفاق الطرق.

7.2 مؤسسات الرعاية الصحية والتعليم
- المستشفيات: تتطلب قوانين بناء المستشفيات العامة أن تكون كابلات الطاقة والتحكم لأنظمة الطوارئ من النوع المقاوم للهب منخفض الدخان والخالي من الهالوجين؛ وينبغي أن تستخدم أقسام الجراحة النظيفة النوع منخفض الدخان الخالي من الهالوجين.
- المدارس ورياض الأطفال.

7.3 المرافق التجارية والصناعية
- المباني الشاهقة للغاية ومراكز التسوق الكبيرة والفنادق: تتطلب معايير تصميم كابلات الطاقة استخدام كابلات معزولة خالية من الهالوجين مثل XLPE في الأماكن ذات الكثافة السكانية العالية، ولا ينبغي اختيار الكابلات المعزولة بمادة PVC.
- محطات فرعية تحت الأرض، محطات توليد الطاقة.
- مراكز البيانات: يفضل أن تستخدم خطوط توزيع الطاقة المثبتة في أماكن التهوية المخفية كابلات مقاومة للهب منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين.
- المنصات البحرية والمصانع الكيميائية: يتميز عزل XLPE بمقاومة فائقة للتآكل الكيميائي.
- محطات الطاقة النووية والمناجم (ملاحظة: لا ينطبق المعيار الدولي الكهروتقني 60502-2 بشكل مباشر على مناطق احتواء محطات الطاقة النووية).

7.4 الاعتبارات الرئيسية في تصميم الحماية من الحرائق
في الأماكن ذات الكثافة السكانية العالية، تكون نافذة الإخلاء أثناء الحريق قصيرة جدًا. تطلق الكابلات التقليدية المغلفة بمادة PVC كميات كبيرة من الدخان الأسود الكثيف (الذي يحتوي على جزيئات الكربون الأسود، مع نفاذية للضوء أقل عمومًا من 20%) وغاز حمض الهيدروكلوريك (كلوريد الهيدروجين) شديد السمية أثناء الاحتراق، مما يتسبب في فقدان الرؤية وتلف الجهاز التنفسي والاختناق في غضون ثوانٍ. يمكن للكابلات منخفضة الدخان الخالية من الهالوجين رفع نفاذية الضوء إلى 60% وما فوق، في حين أن غازات الاحتراق حمضية/محايدة بشكل ضعيف، مما يكتسب وقت هروب ثمينًا لإجلاء الأفراد بشكل آمن. كما أنها تحمي بشكل فعال معدات الطوارئ المتعلقة بالحرائق مثل أجهزة الإنذار وأنظمة عادم الدخان وأنظمة الخطابة العامة من الأعطال بسبب التآكل.

ملاحظات تكميلية
1. تصنيف فئة مثبطات اللهب: وفقًا لـ GB/T 19666-2019، تنقسم الكابلات المثبطة للهب إلى الفئة A والفئة B والفئة C والفئة D. تتمتع الفئة A بأعلى أداء مثبط للهب وهي مناسبة لتركيبات الخطوط الرئيسية في المناطق المكتظة بالسكان؛ تنطبق الفئة D فقط على المنتجات ذات القطر الخارجي ≤ 12 مم أو المقطع العرضي للموصل ≤ 35 مم². يحقق هذا المنتج عادةً مقاومة اللهب من الفئة A أو الفئة B.
2. التعاون الدولي واعتماد المعايير: لا يتوافق هذا المنتج مع معايير IEC فحسب، بل يمكن تصنيعه أيضًا وفقًا لمعايير وطنية أو صناعية مختلفة مثل GB 12706 وBS وDIN VDE وASTM، مما يلبي متطلبات السوق العالمية بمرونة.
3. التخصيص لتلبية الاحتياجات الخاصة: يمكن توفير حلول مخصصة شاملة مثل النوع المقاوم للحريق (أداء الحريق)، والنوع المقاوم للزيت، والنوع المقاوم للأشعة فوق البنفسجية، والنوع المضاد للنمل الأبيض، والنوع المضاد للقوارض، والنوع الطولي لحجب المياه، ومثبط اللهب من فئة A/B/C، والنوع منخفض الدخان الخالي من الهالوجين وفقًا لمتطلبات المشروع المحددة.
4. الشهادات المعتمدة: حصلت المنتجات من الشركات المصنعة المعروفة على شهادات دولية معتمدة مثل TÜV وCE وRoHS وتقارير اختبار مثبطات اللهب التابعة لجهات خارجية، مما يضمن صحة وموثوقية وامتثال أداء المنتج.
5. المعايير المرجعية: معايير الاعتماد الوطنية المكافئة هي GB/T 12706.2-2020 "كابلات الطاقة العازلة المبثوقة وملحقاتها للجهد المقدر من 1 كيلو فولت (Um=1.2 كيلو فولت) إلى 35 كيلو فولت (Um=40.5 كيلو فولت) – الجزء 2: كابلات للجهد المقدر من 6 كيلو فولت (Um=7.2 كيلو فولت) إلى 30 كيلو فولت (Um=36 كيلو فولت)"، وGB/T 19666-2019 "القواعد العامة للأسلاك والكابلات المقاومة للهب والحريق أو كابلات الألياف الضوئية".