كابل كهربائي

الكابل الكهربائي عبارة عن مجموعة من سلك واحد أو أكثر تمتد جنبًا إلى جنب أو مجمعة، وتستخدم كموصل كهربائي لنقل التيار الكهربائي .

تُستخدم الكابلات الكهربائية لتوصيل جهازين أو أكثر، مما يُمكّن من نقل الإشارات الكهربائية أو الطاقة أو كليهما من جهاز إلى آخر. يتكون الكابل الكهربائي من موصل واحد أو أكثر، لكل منها عازل خاص به، بالإضافة إلى أغطية اختيارية، وأغطية فردية، وحماية للمجموعة، وغطاء واقٍ.

قد تُشكّل مجموعة كابلات من كابل كهربائي واحد أو أكثر وموصلاتها ، ^{[ 1 ]} وهي ليست بالضرورة مناسبة لتوصيل جهازين، بل قد تكون منتجًا جزئيًا (مثلًا، يتم لحامها على لوحة دوائر مطبوعة مع تركيب موصل على الغلاف). كما يمكن أن تتخذ مجموعات الكابلات شكل شجرة كابلات أو حزمة كابلات ، تُستخدم لتوصيل العديد من الأطراف معًا.

تُستخدم الكابلات الكهربائية لتوصيل جهازين أو أكثر، مما يُتيح نقل الإشارات الكهربائية أو الطاقة من جهاز إلى آخر. وتتم الاتصالات بعيدة المدى عبر كابلات الاتصالات البحرية . أما كابلات الطاقة، فتُستخدم لنقل كميات كبيرة من التيار المتردد والتيار المستمر، وخاصةً باستخدام كابلات الجهد العالي . وتُستخدم الكابلات الكهربائية على نطاق واسع في تمديدات المباني لأنظمة الإضاءة والطاقة ودوائر التحكم المثبتة بشكل دائم في المباني. ونظرًا لإمكانية تركيب جميع موصلات الدائرة المطلوبة في كابل واحد دفعة واحدة، يتم توفير تكاليف التركيب مقارنةً ببعض طرق التمديد الأخرى.

يتكون الكابل الكهربائي، من الناحية الفيزيائية، من موصل واحد أو أكثر، لكل منها عازل خاص به، بالإضافة إلى أغطية فردية، وحماية للمجموعة، وأغطية واقية. ويمكن زيادة مرونة الكابلات الكهربائية عن طريق جدل الأسلاك. في هذه العملية، تُلف أو تُضفر أسلاك فردية أصغر حجمًا معًا لإنتاج أسلاك أكبر وأكثر مرونة من الأسلاك الصلبة ذات الحجم المماثل. ويُضفي تجميع الأسلاك الصغيرة قبل الجدل المتحد المركز أكبر قدر من المرونة. قد تكون أسلاك النحاس في الكابل مكشوفة، أو قد تكون مطلية بطبقة رقيقة من معدن آخر، غالبًا القصدير ، ولكن أحيانًا الذهب أو الفضة أو مادة أخرى. يُعد القصدير والذهب والفضة أقل عرضة للأكسدة من النحاس، مما قد يُطيل عمر السلك، ويُسهل عملية اللحام . كما يُستخدم طلاء القصدير لتوفير التزييت بين الجدائل. وقد استُخدم طلاء القصدير سابقًا للمساعدة في إزالة العازل المطاطي. ويجعل التجديل المُحكم الكابل قابلاً للتمدد (كما هو الحال في أسلاك سماعات الهاتف).

في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، كان عزل الكابلات الكهربائية يتم غالبًا باستخدام القماش أو المطاط أو الورق. أما اليوم، فتُستخدم المواد البلاستيكية بشكل عام، باستثناء كابلات الطاقة عالية الموثوقية. أول مادة بلاستيكية حرارية استُخدمت كانت غوتا بيركا (وهي مادة لاتكس طبيعية )، والتي وُجد أنها مفيدة للكابلات تحت الماء في القرن التاسع عشر. أول بلاستيك صناعي، ولا يزال شائع الاستخدام، لعزل الكابلات هو البولي إيثيلين . تم اختراعه عام 1930، ولكنه لم يكن متاحًا للاستخدام خارج المجال العسكري إلا بعد الحرب العالمية الثانية، حيث تم خلال الحرب مد كابل تلغراف باستخدام البولي إيثيلين عبر القناة الإنجليزية لدعم القوات بعد إنزال النورماندي . ^{[ 2 ]}

يمكن تثبيت الكابلات وتنظيمها بشكل آمن، باستخدام قنوات الكابلات ، أو صواني الكابلات ، أو روابط الكابلات ، أو ربط الكابلات . أما الكابلات المرنة أو ذات الوصلات المتصلة المستخدمة في التطبيقات المتحركة داخل حوامل الكابلات، فيمكن تثبيتها باستخدام أجهزة تخفيف الإجهاد أو روابط الكابلات.

أي موصل يحمل تيارًا كهربائيًا ، بما في ذلك الكابل، يُشع مجالًا كهرومغناطيسيًا . وبالمثل، يمتص أي موصل أو كابل طاقة من أي مجال كهرومغناطيسي موجود حوله. غالبًا ما تكون هذه التأثيرات غير مرغوب فيها، ففي الحالة الأولى، تُسبب انتقالًا غير مرغوب فيه للطاقة قد يؤثر سلبًا على المعدات القريبة أو أجزاء أخرى من نفس الجهاز؛ وفي الحالة الثانية، تُسبب التقاطًا غير مرغوب فيه للضوضاء التي قد تحجب الإشارة المطلوبة التي يحملها الكابل، أو، إذا كان الكابل يحمل جهد تغذية أو جهد تحكم، تُلوثه لدرجة تُسبب عطلًا في الجهاز.

يتمثل الحل الأول لهذه المشاكل في تقليل أطوال الكابلات داخل المباني، حيث أن التقاط الإشارات ونقلها يتناسبان طرديًا مع طول الكابل. أما الحل الثاني، فيتمثل في توجيه الكابلات بعيدًا عن مصادر التشويش. إضافةً إلى ذلك، توجد تصاميم كابلات محددة تقلل من التقاط الإشارات الكهرومغناطيسية ونقلها. ومن أبرز تقنيات التصميم: التدريع ، والكابلات المحورية ، والكابلات المجدولة .

تعتمد الحماية الكهربائية على مبدأ قفص فاراداي . يُغلّف الكابل بالكامل برقائق معدنية أو شبكة سلكية. تُعزل جميع الأسلاك داخل طبقة الحماية هذه إلى حد كبير عن المجالات الكهربائية الخارجية ، خاصةً إذا كانت الحماية متصلة بنقطة جهد ثابت، مثل الأرض . مع ذلك، فإن هذا النوع من الحماية البسيطة ليس فعالاً للغاية ضد المجالات المغناطيسية منخفضة التردد ، مثل التشويش المغناطيسي الناتج عن محول طاقة قريب . تعمل الحماية المؤرضة على الكابلات التي تعمل بجهد 2.5 كيلوفولت أو أكثر على تجميع تيار التسرب والتيار السعوي، مما يحمي الأشخاص من الصدمات الكهربائية ويوازن الضغط على عازل الكابل.

يُسهم التصميم المحوري في تقليل انتقال واستقبال الإشارات المغناطيسية منخفضة التردد. في هذا التصميم، يكون للدرع المصنوع من الرقاقة أو الشبكة مقطع عرضي دائري، ويقع الموصل الداخلي في مركزه تمامًا. يؤدي هذا إلى أن تتكون الفولتية الناتجة عن المجال المغناطيسي بين الدرع والموصل الأساسي من قيمتين متساويتين تقريبًا، مما يؤدي إلى إلغاء إحداهما الأخرى.

يتكون الزوج المجدول من سلكين ملتفين حول بعضهما. ويمكن توضيح ذلك بوضع أحد طرفي السلكين في مثقاب يدوي وتدويره مع الحفاظ على شد معتدل للسلك. عندما يكون طول موجة الإشارة المتداخلة أطول من طول موجة الزوج المجدول، تتولد جهود كهربائية متعاكسة على أطوال الأسلاك المتناوبة، مما يؤدي إلى إلغاء تأثير التداخل.

عادةً ما تُصنع أغلفة الكابلات الكهربائية من بلاستيك مرن قابل للاشتعال. وقد يكون خطر نشوب حريق بين الكابلات المجمعة كبيرًا. ^{[ 3 ]} يمكن تصميم مواد أغلفة الكابلات لمنع انتشار الحريق . ^{[ 4 ]} بدلاً من ذلك، يمكن منع انتشار الحريق بين الكابلات القابلة للاشتعال عن طريق تطبيق طلاءات مثبطة للهب مباشرةً على السطح الخارجي للكابل، ^{[ 5 ]} أو يمكن عزل خطر الحريق عن طريق تركيب صناديق مصنوعة من مواد غير قابلة للاشتعال حول مجموعة الكابلات.

• الكابل المحوري - يستخدم لإشارات الترددات الراديوية، على سبيل المثال في أنظمة توزيع تلفزيون الكابل .
• كابل مدفون مباشرة
• كابلات مرنة
• كابل مملوء
• كابل هيلياكس
• كابل مغلف غير معدني (أو سلك بناء غير معدني، NM، NM-B) ^{[ 6 ]}
• كابل مدرع (أو BX) ^{[ 6 ]}
• كابل متعدد النوى (يتكون من أكثر من سلك واحد ومغطى بغلاف الكابل)
• الكابل المزدوج – يتكون من موصلين معزولين بشكل فردي، ويُستخدم عادةً في تطبيقات التيار المستمر أو التيار المتردد منخفض التردد
• سلك محمول – كابل مرن لتزويد الطاقة الكهربائية المترددة في التطبيقات المحمولة
• كابل الطاقة – كابل يستخدم لنقل الطاقة
• الكابل المسطح – مفيد عند الحاجة إلى العديد من الأسلاك. يتميز هذا النوع من الكابلات بمرونته وسهولة انثناءه، وهو مصمم لتحمل الفولتية المنخفضة.
• الكابل المحمي - يستخدم للدوائر الإلكترونية الحساسة أو لتوفير الحماية في تطبيقات الجهد العالي.
• كابل مفرد (يُستخدم هذا الاسم أحيانًا للإشارة إلى الأسلاك )
• الكابلات الهيكلية
• كابل غاطس
• التوأم والأرض
• كابل تويناكس
• الكابل ثنائي الأسلاك - هذا النوع من الكابلات عبارة عن خط مسطح ثنائي الأسلاك. يُعرف عادةً باسم خط 300 أوم لأن مقاومته تبلغ 300 أوم. يُستخدم غالبًا كخط نقل بين هوائي وجهاز استقبال (مثل التلفزيون والراديو). تُصنع هذه الكابلات من أسلاك مجدولة لتقليل تأثيرات التداخل السطحي.
• السلك المزدوج المجدول – يتكون من سلكين معزولين ملتفين معاً. وهو يشبه الكابل المزدوج، إلا أن السلكين المزدوجين فيه ملتويان.

يُعدّ معيار CENELEC HD 361 معيارًا معتمدًا صادرًا عن اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي الكهروتقني (CENELEC)، ويتعلق بنوع علامات الأسلاك والكابلات، ويهدف إلى توحيد معايير الكابلات. وقد أصدر المعهد الألماني للتوحيد القياسي (DIN, VDE) معيارًا مشابهًا (DIN VDE 0292).

• آر إم بلاك، تاريخ الأسلاك والكابلات الكهربائية ، بيتر بيرغرينوس، لندن 1983، رقم ISBN 0-86341-001-4
• شركة BICC للكابلات المحدودة، "دليل الكابلات الكهربائية"، وايلي بلاكويل؛ لندن، الطبعة الثالثة 1997، رقم ISBN 0-632-04075-0

• "الكابلات الكهربائية"  . مرجع الطالب الجديد  . 1914.