في تصميم وتثبيت الهندسة الكهربائية، اختيار مواد عزل الكابلات المناسبة هو قرار حاسم.المادة العازلة لا تحدد فقط أداء الكابل الكهربائي ولكن أيضا يؤثر مباشرة على حد مقاومة درجة الحرارةفي الوقت الحالي ، فإن المواد العازلة الأكثر شيوعًا في السوق هي بوليفينيل كلوريد (PVC) والبوليفيتيلين المتقاطع (XLPEويتم استخدام كليهما على نطاق واسع في التطبيقات السكنية والتجارية والصناعية، ولكن بنيتهما الجزيئية وخصائص أدائها تختلف اختلافا أساسيا.

الفرق الأساسي:قبل مقارنة خصائص الأداء المحددة، من الضروري فهم الاختلافات في الهياكل الجزيئية لهذه المواد العازلة.هذا هو أساس كل الاختلافات في أدائهم.

PVC (بولي فينيل كلوريد) هي مادة حرارية. سلاسلها الجزيئية مرتبطة بقوى بين الجزيئات ضعيفة نسبيا. عندما ترتفع درجة الحرارة،السلاسل الجزيئية يمكن أن تنزلق بالنسبة لبعضها البعض، مما يتسبب في ترقية المادة أو حتى ذوبانها. هذه السمة تجعل PVC مرنة للغاية أثناء المعالجة ولكنها تفرض أيضًا قيودًا حرارية كبيرة.بمجرد تجاوز حد مقاومة الحرارة، سوف يتشوه PVC بشكل دائم ويفقد خصائص العزل الخاصة به. PVC هو مادة قطبية ، وخسارتها الكهربائية أعلى من المواد غير القطبية.XLPE (البولي إيثيلين المتقاطع) مبني على البولي إيثيلين، ويتم تحويل بنيتها الجزيئية إلى بنية شبكة ثلاثية الأبعاد من خلال عملية التقاطع الكيميائي.يعني أن XLPE لن تذوب عند تسخينها، ولكنه سيحافظ على شكله وسلامته الميكانيكية حتى يتحول إلى كربون في درجات حرارة متطرفة. عملية الربط المتقاطع تحسن بشكل كبير من الاستقرار الحراري للمادة ،القوة الميكانيكية، المقاومة الكيميائية، والخصائص الكهربائية، مما يجعلها بطبيعتها أكثر صلابة ودائمة من PVC.

المقاومة الحرارية والقدرة على تحمل التيار
درجة الحرارة هي واحدة من أهم المؤشرات عند اختيار عزل الكابلات.درجات حرارة العمل العالية تعني أن الكابل يمكن أن يحمل تيارًا أكبر (قدرة تحمل التيار) ويمكن أن يعمل بثقة في بيئات أكثر سخونة.

تصنيف درجة حرارة PVC: درجة حرارة التشغيل المستمرة طويلة الأجل للقياسالبروتوكولالعزل عادة 70 درجة مئوية. في ظل ظروف الدائرة القصيرة (التي تستمر عادة 1 ثانية) ، يمكن أن يتحمل PVC درجات حرارة الموصلات تصل إلى 160 درجة مئوية.على الرغم من أن هناك PVC المقاومة للحرارة مصممة خصيصًا في السوق (التي تصل إلى 90 درجة مئوية أو حتى 105 درجة مئوية)، فهي أكثر تكلفة وتطبيقاتها محدودة.

تصنيف درجة حرارة XLPE: XLPE لديه خصائص حرارية متفوقة بشكل كبير.الـ XLPE القياسية لديها درجة حرارة تشغيل مستمرة طويلة الأمد تبلغ 90 درجة مئوية ودرجة حرارة مقاومة لقطع قصير تصل إلى 250 درجة مئوية (1 ثانية)بعض صيغ XLPE الخاصة يمكنها حتى تحقيق درجات حرارة تشغيل مستمرة فوق 105 درجة مئوية.هذه الميزة في درجة حرارة التشغيل المستمرة 20 درجة مئوية تترجم مباشرة إلى قدرة تحمل أعلى للتيارفي ظروف الإفراط في الحالة الطارئة ، يمكن أن يعمل XLPE عند 130 درجة مئوية ، في حين لا يمكن أن يتجاوز PVC عادة 120 درجة مئوية.

أداء درجة الحرارة المنخفضة: يصبح PVC هشًا ويفقد مرونته عند درجات الحرارة المنخفضة ، والصنف القياسي مناسب فقط لدرجات الحرارة فوق -15 درجة مئوية.صيغ خاصة مقاومة للبرد يمكن أن تمتد إلى -40 درجة مئويةالصف القياسي من XLPE يحتفظ بالمرونة حتى عند -40 درجة مئوية ، مما يجعله أكثر ملاءمة للتثبيت في المناطق الباردة.

مقارنة القدرة على تحمل التيار: المقاومة العالية لدرجة الحرارة من XLPE تؤدي مباشرة إلى قدرة أكبر على تحمل التيار.الكابلات المعزولة XLPE يمكن أن تحمل المزيد من التيار من الكابلات المعزولة PVCعلى سبيل المثال، كابل النحاس الأساسي 4 × 240mm2 مع عزل XLPE (90 درجة مئوية) يحمل حوالي 551A من التيار،في حين أن عزل PVC (70 درجة مئوية) يحمل فقط حوالي 436Aهذا يعني أنه في العديد من التطبيقات، يمكن أن تحل كابلات XLPE الأصغر والأكثر خفة محل كابلات PVC الأكبر لنقل نفس التيار، وبالتالي تقليل تكاليف المواد وصعوبة التثبيت.

الثالث.مقارنة الأداء الكهربائييتم قياس الأداء الكهربائي لعزل الكابلات من خلال العديد من المعايير الرئيسية ، والتي تؤثر على كفاءة الإرسال وفقدان الطاقة وقدرة مقاومة الجهد.

ثابت الكهربائي ومعامل الطاقة: XLPE هو مادة غير قطبية ذات ثابت كهربائي أقل (حوالي 2.3 ~ 2.5) ،في حين أن PVC هي مادة قطبية ذات ثابت كهربائي أعلى بكثير (حوالي 3هذا الاختلاف له تأثير كبير: يؤدي الثابت الكهربائي المنخفض لـ XLPE إلى انخفاض كبير في الخسائر الكهربائية ، خاصة في تطبيقات الجهد العالي.XLPE لديه عامل قوة حوالي 0.008 عند أعلى درجة حرارة الموصل، في حين أن PVC لديه عامل القوة حوالي 0.1هذا يعني أن كابلات XLPE تستهلك طاقة أقل أثناء التشغيل على المدى الطويل، وخاصة لخطوط نقل الجهد المتوسط والعالي، حيث تتحول وفورات الطاقة مباشرة إلى فوائد اقتصادية.

مقاومة العزل: يحتوي XLPE على مقاومة عزل أعلى بكثير من PVC. عادةً ما يصل XLPE إلى 1000 MΩ·km أو أعلى ، في حين أن PVC حوالي 20 MΩ·km فقط.المقاومة العازلة العالية تعني انخفاض التيار التسربي والنزاهة الكهربائية العالية على المدى الطويل.

قوة كهربائية: قوة كهربائية XLPE (حوالي 22 كيلو فولت / ملم) أعلى من PVC (حوالي 14 كيلو فولت / ملم).هذا يعني أن XLPE يمكن أن تتحمل نفس الجهد مع طبقة عزل رقيقةعند نفس الجهد القياسي، يتطلب XLPE سمك عزل أقل من PVC، مما يؤدي إلى قطر خارجي للكابل أصغر - ميزة كبيرة عندما تكون مساحة التثبيت محدودة.وفقًا لـ IEC 60502-1، سمك عزل XLPE أقل بكثير من PVC لنفس مقطع المرور.

تصنيف الجهد: يعد PVC مناسبًا بشكل عام لأنظمة الجهد المنخفض تحت 600 فولت إلى 1000 فولت ، على الرغم من أن الصيغ الخاصة يمكن أن تتحمل جهدات أعلى.يستخدم XLPE عادة في أنظمة نقل الطاقة متوسطة الجهد (حتى 35kV) و عالية الجهد (50kV وما فوق)خسارتها الكهربائية المنخفضة وقوتها الكهربائية العالية تجعلها الخيار المهيمن لشبكات نقل وتوزيع الطاقة لمسافات طويلة.تختار شركات الطاقة XLPE على نطاق واسع لأنها توفر خسائر نقل أقل وموثوقية أعلى على المدى الطويل.

IV - الخصائص الميكانيكية وسهولة التثبيت

المرونة: يشتهر بـ PVC العادي بمرونته الممتازة، مما يجعله سهلاً للإنحناء، والخيوط من خلال القنوات، والتعامل،تقدم مزايا كبيرة في أسلاك المباني المعقدة وأسلاك خزانة التحكمهذه واحدة من نقاط بيع PVC الرئيسية.

قوة ميكانيكية: على الرغم من أنه عموماً ليس مرناً مثل PVC ، إلا أن XLPE لديه قوة ميكانيكية ودائمة أعلى.والإجهاد البيئيهذا يجعل كابلات XLPE أكثر موثوقية في البيئات الصناعية القاسية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن XLPE أصعب بشكل عام من PVC،مما يجعل التثبيت أكثر صعوبة قليلا في التطبيقات التي تتطلب نصف قطر الانحناء الصغيرة للغاية.

مقاومة الرطوبة: XLPE هيدروفوبيك، مع مقاومة الرطوبة أعلى ما يقرب من 100 مرة من PVC. وهذا يجعل XLPE الخيار المفضل للدفن المباشر، والتركيب تحت الأرض،والبيئات ذات الرطوبة العاليةفي حين أن PVC لديه مقاومة رطوبة كافية في بيئات داخلية جافة نموذجية ، فإنه لا يمكن مقارنتها مع XLPE.

المقاومة الكيميائية: كلا المواد تمتلك بعض المقاومة الكيميائية، ولكن XLPE متفوقة بشكل عام. XLPE مقاوم لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية، بما في ذلك الأحماض والقليات والزيوت والمذيبات.البلاستيك المقاوم للماء، الزيوت والأحماض الضعيفة ، ولكن أدائها يتدهور عند التعرض للأحماض القوية ، والقليات القوية ، وبعض المذيبات العضوية.XLPE هو خيار أكثر موثوقية.

الخامسة: خصائص السلامة من الحرائق والبيئة:السلامة من الحرائق هي عامل متزايد الأهمية في اختيار الكابلات، مدفوعة بقوانين البناء الأكثر صرامة وزيادة الوعي بمخاطر الحرائق.

محتوى الهالوجين والدخان السام: يحتوي PVC التقليدي على الكلور (هالوجين). عندما تحترق كابلات PVC ، فإنها تطلق كميات كبيرة من الدخان الأسود وغاز كلوريد الهيدروجين (HCl) السام للغاية.وفقًا لاختبار IEC 754-1، يطلق PVC حوالي 200-300 ملغ/غ من HCl عند الحرق. تشكل هذه الغازات السامة تهديداً صحياً خطيراً للأفراد وعمال الإنقاذاستنشاق الدخان السام هو السبب الرئيسي للوفاة في الحرائق الكهربائيةومع ذلك ، فإن XLPE خال من الكلور ويطلق غازات سامة أقل بكثير عند الحرق (حوالي 150-200 ملغ / غرام HCl ، اعتمادًا على الصياغة).

خيار "خالية من الهالوجين منخفض الدخان" (LSZH): بالنسبة للمواقع التي تتطلب متطلبات عالية للغاية للسلامة من الحرائق، يمكن استخدام مواد خالية من الهالوجين منخفض الدخان.الكابلات العازلة من LSZH مع XLPE كمادة أساسية تنتج القليل جدا من الدخان وتكون خالية تماما من الهالوجين عند الحرقتتخلص كابلات LSZH من 0 mg/g من HCl، ويحتوي حجم الدخان على حوالي 30٪ من حجم PVC القياسي، مما يحسن إلى حد كبير الرؤية ومعدلات البقاء على قيد الحياة أثناء الحرائق.عدد متزايد من البلدان والمناطق تفرض استخدام كابلات LSZH في المناطق المكتظة بالسكان مثل مترو الأنفاق، المستشفيات، ومراكز التسوق.

مقاومة للنار: يمتلك PVC مقاومة للنار المتأصلة بسبب محتوى الكلور ، مع مؤشر الأكسجين حوالي 33.XLPE هي مادة على أساس الهيدروكربونات وهي قابلة للاشتعال بطبيعتها (مؤشر الأكسجين حوالي 18)، ولكن يمكن تحقيق معطلة اللهب عن طريق إضافة معطلات اللهب.عادة ما تظهر مركبات LSZH مقاومة اللهب الممتازة (مؤشر الأكسجين حوالي 35) مع الحفاظ على خصائص منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين.

السادس: الحياة الخدمية والشيخوخة

عمر الخدمة: يتفوق XLPE باستمرار على PVC من حيث مقاومة الشيخوخة وعمر الخدمة.والإجهاد البيئيتوفر كابلات XLPE النموذجية أكثر من 25 عامًا من الخدمة الموثوقة ، والتي تتجاوز بكثير عمر كابلات PVC.وتدهور مع مرور الوقتخاصة تحت درجات حرارة عالية أو التعرض للأشعة فوق البنفسجية.

مقاومة الأشعة فوق البنفسجية: تتحلل البلاستيك العادي، ويصبح هشًا، ويشق تحت أشعة الشمس المباشرة. في حين أن هناك البلاستيك المعدل بمثبتات الأشعة فوق البنفسجية،XLPE لديه مقاومة UV متأصلة أفضل وهو أكثر ملاءمة للتركيبات في الهواء الطلق.

قابلية إعادة التدوير: توجد تحديات في إعادة التدوير لكلتا المواد، ولكن لأسباب مختلفة.لكن إعادة التدوير صعبة بسبب محتوياتها من الهالوجين وحضور الملمسات والمثبتاتلا يمكن إذابة XLPE ومعالجتها مرة أخرى مثل البلاستيك الحراري ، ولكنها يمكن إعادة تدويرها ميكانيكياً في منتجات أخرى.ومدته الطويلة تعني استبدال أقل و نفايات أقل.

VII. مقارنة التكاليف
بالنسبة للتطبيقات القياسية منخفضة الجهد ، يعد PVC عادةً الخيار الأكثر اقتصاداً. تكلفة مادة PVC الخام حوالي 0.50 دولار إلى 1 دولار.98 لكل رطل (اعتماداً على الصياغة والشهادات البيئية)تكلفة XLPE حوالي 1.10 $ إلى 1.59 $ للجنيه.

ومع ذلك ، فإن تكلفة المواد الأولية ليست كل شيء. في العديد من التطبيقات ، تتيح القدرة العالية على تحمل التيار للـ XLPE استخدام أقسام عرضية أقصر للموصلات ،تعويض أو حتى تجاوز قسط الموادوعلاوة على ذلك، فإن طول العمر الأطول وتقليل متطلبات الصيانة للكابلات XLPE تؤدي عادة إلى انخفاض التكلفة الإجمالية للملكية.انخفاض خسارة الديليكتريك في XLPE يترجم مباشرة إلى وفورات في الطاقة، وتسترد بسرعة التكلفة الأولية.

الثامن: الاستنتاج
لا يمكن الإجابة النهائية على السؤال "ما هو أفضل، كابل PVC أو XLPE؟" الخيار الصحيح يعتمد بالكامل على متطلبات التطبيق الخاص بك.

بالنسبة للأسلاك القياسية للمباني السكنية والتجارية، والتطبيقات التي تحتوي على درجات حرارة داخلية ثابتة، وحيث يكون الميزانية والمرونة هي الاعتبارات الأساسية،لا يزال PVC خيار مناسب واقتصاديمرونته الممتازة، وسهولة التثبيت، والأداء الكهربائي الكافي في تطبيقات الجهد المنخفض جعلت منه المعيار الصناعي لعقود.

ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات المتطلبة التي تنطوي على درجات حرارة عالية، وتيارات عالية، والمنشآت في الهواء الطلق أو تحت الأرض، والتعرض للمواد الكيميائية، أو نقل متوسط إلى عالية الجهد،XLPE بلا شك هو الخيار الأفضل. يسمح تصنيف درجة الحرارة العالية لزيادة القدرة على تحمل التيار والقطع العرضي للموصلات الأصغر ؛ الأداء الكهربائي المتفوق يقلل من خسائر الإرسال ؛والتحمل الميكانيكي والبيئي الممتاز يضمن حياة خدمة أطول وانخفاض التكلفة الإجمالية للملكية.

مع تحديث البنية التحتية الكهربائية العالمية واستمرار الطلب على الطاقة في النمو ، أصبح XLPE بشكل متزايد المواصفات الافتراضية للمنشآت الجديدة ،خاصة في القطاعات الصناعية والخدمات العامةالاتجاه نحو مواد منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين وصديقة للبيئة يفضل المزيد من حلول XLPE بسبب اللوائح البيئية والسلامة الصارمة بشكل متزايد.