مدونة

مميزات تركيب القلب الأساسية التي تضمن مقاومة الكابلات النحاسية المحورية للعوامل الجوية

درع معدني وأنظمة عازلة مضغوطة لاستبعاد الرطوبة

تُصمم الكابلات المحورية لتحمل الظروف الجوية القاسية، وتحتوي على عدة طبقات تحميها من الأضرار الناتجة عن العوامل البيئية. ويكون التدريع المعدني، الذي يُصنع عادةً من شريط ألومنيوم أو نحاس ملصق بالجزء الداخلي للكابل، بمثابة درع كهرومغناطيسي كما يعمل على منع دخول الرطوبة. وتُحقق هذه الدروع كفاءة عالية عندما تُستخدم مع أنظمة مضغوطة داخل الكابل. فبشكل أساسي، يتم ملء العزل الرغوي بغاز النيتروجين أو الهواء الجاف بحيث يُولد ضغطًا موجبًا يمنع دخول الماء. ووفقًا لبعض الاختبارات الميدانية المذكورة في تقرير البنية التحتية للبث الإذاعي للعام الماضي، فإن هذه الكابلات المضغوطة تقلل من مشكلات الإشارة الناتجة عن الرطوبة بنسبة تصل إلى حوالي 92% في المناطق القريبة من السواحل حيث تكون مشكلة هواء الملح كبيرة. وبالحديث عن المواد، فإن معظم الكابلات تستخدم رغوة البولي إيثيلين كمكون عازل. ويتم معالجة هذه المادة بشكل خاص من قبل المصنّعين بحيث تقوم فعليًا بدفع جزيئات الماء بعيدًا على المستوى المجهرى، مما يساعد على الحفاظ على أداء ثابت حتى في ظل مستويات رطوبة مرتفعة لفترات طويلة.

الناقل النحاسي المغطى بالفولاذ مقابل الموصلات المركزية النحاسية الصلبة تحت الدورات الحرارية

ما نوع المواد التي تدخل في صنع تلك الموصلات المركزية لهو أمر بالغ الأهمية عندما نتحدث عن أدائها تحت درجات الحرارة القصوى. إن النحاس المطلي بالفولاذ، أو ما يُعرف اختصارًا بـ CCS، يتمتع بمزيج فريد من الخصائص داخله. إذ يتكون في جوهره من فولاذ يمنحه قوة شد جيدة، بينما تقوم الطبقة الخارجية من النحاس بمعظم عمل التوصيل الكهربائي. ما يجعل مادة CCS خاصة هو مدى قلة تمددها عند تعرضها للتغيرات الحرارية المختلفة. تساعد هذه الخاصية في الحفاظ على استقرار الإشارات حتى عندما يتم تركيب هذه الموصلات في أماكن مرتفعة جدًا حيث يمكن أن تكون الظروف قاسية للغاية. أظهرت بعض الاختبارات أنه ضمن نطاق يتراوح بين ناقص 40 درجة مئوية و.plus 85، لا يتمدد CCS سوى بنسبة 0.8 بالمئة، مقارنة بالنحاس الصلب العادي الذي يتمدد بنحو 1.2 بالمئة. صحيح أن النحاس الخالص يتمتع بمؤشرات توصيل أفضل (حوالي 100% IACS مقابل حوالي 40% لـ CCS)، لكن هناك تنازلًا يجب أخذه بعين الاعتبار. تكمن المشكلة في النحاس الصلب في أنه يتمدد أكثر عند تسخينه، مما يؤدي إلى مشكلات في اتساق الإشارة، خاصةً في المناطق التي تتقلب فيها درجات الحرارة بشكل كبير بين الليل والنهار. ولهذا السبب يختار عدد متزايد من المهندسين استخدام CCS في أبراج الاتصالات الشاهقة التي تمتد عبر مسافات شاسعة. غالبًا ما تتعرض هذه المنشآت لاختلافات في درجات الحرارة تزيد عن 60 درجة مئوية يوميًا، وبالتالي فإن وجود مادة لا تتمدد أو تن coTRACT كثيرًا يعد أمرًا ضروريًا تمامًا لضمان التشغيل الموثوق.

مقارنة الأداء لأنواع الكابلات المحورية المقاومة للبيئات القاسية

هيلياكس® مقابل كابل محوري عازل رغوي مغمور في اختبار الرذاذ الملحي الساحلي

تُظهر الكابلات المحورية المصنوعة بموصلات خارجية من الألومنيوم الصلب مقاومة أفضل بكثير للتآكل أثناء اختبارات رذاذ الملح الساحلي التي نعرفها جميعًا. كما تحافظ هذه الكابلات على قوة إشارتها بشكل جيد جدًا، حيث تخسر أقل من 0,1 ديسيبل لكل 100 قدم حتى بعد التعرض المستمر لضباب الماء المالح لمدة 1000 ساعة متواصلة. ما يميزها هو طريقة تصنيعها الخالية من اللحامات، مما يجعل من المستحيل تقريبًا دخول الماء إلى تلك الموصلات حيث تبدأ المشاكل عادةً. ولهذا أهمية كبيرة في أبراج البث القريبة من المحيط، حيث تتعرض المعدات باستمرار لهواء البحر. وعلى الجانب الآخر، فإن النماذج المملوءة بالرغوة تميل إلى فقدان طاقة إشارة أكبر بنسبة 15٪ تقريبًا في ظروف مماثلة، لأن السائل يتسلل عبر الفجوات الصغيرة بفعل قوى الشعيرات الدقيقة. وقد شهدنا حالات تتراكم فيها الأملاح داخل الفراغات الصغيرة بين طبقات الغلاف البولي إيثيلين، ما يغير طريقة انتقال الإشارات عبر الكابل ويؤدي إلى حدوث عدم تطابق في المعاوقة – وهي الظاهرة المزعجة التي يمقتها الجميع. كما تؤكد الاختبارات الميدانية التي تُجرى وفقًا للمواصفات القياسية ASTM B117 هذه النتائج. وتستمر الكابلات المدرعة بالألومنيوم نحو خمس مرات أطول قبل الوصول إلى عتبة معامل انعكاس الطاقة VSWR البالغة 3٪، وهي العتبة التي تشير إلى بدء حدوث الأعطال، مقارنةً بالكابلات التقليدية ذات القلب الرغوي التي تُعرَّض لنفس الظروف القاسية من الاختبار.

الكابل المحوري المدرع المدعوم بالحبال الجوية مقابل الدفن المباشر في دورات التجمد والذوبان

يمكن لكابلات الكوаксية المعلقة المدعومة بأسلاك دعم أن تتحمل درجات حرارة قصوى تتراوح بين -40°م وصولاً إلى +85°م بفضل تصميمها المشدود المعلق. وتتفادى هذه الكابلات المشكلات الناتجة عن حركة التربة، لكنها تحتاج إلى أغلفة مقاومة للأشعة فوق البنفسجية (UV) لكي تبقى مرنة في الظروف الجوية الباردة. وقد أظهرت الاختبارات أن التركيبات التي تمتلك هذه الخصائص تحافظ على سعتها الكهربائية مستقرة ضمن حدود ±2 بي إف/متر، حتى بعد المرور بأكثر من 200 دورة تجميد وذوبان، خاصة عند تغليفها بغلاف بولي إيثيلين عالي الكثافة. أما بالنسبة للتطبيقات تحت الأرض، فإن الكابلات المدرعة توفر حماية جيدة ضد قوى السحق، لكنها تميل إلى مواجهة زيادة بنسبة نحو 8% في ارتفاعات فقد الإشارة خلال فترات الذوبان، لأن ماء الجليد المنصهر يتسلل إلى النقاط الضعيفة في غلاف الكابل. ويحدث استخدام رغوة العازل المقاومة للضغط بدلاً من الرغوة التقليدية المحقونة بالغاز فرقاً كبيراً أيضاً. إذ تُظهر الكابلات المدفونة التي تحتوي على هذه الرغوة المتقدمة انعدام استقرار طوري أقل بنسبة 22% تقريباً تحت ضغط الصقيع المتكرر وفقاً للمواصفات القياسية IEC 61196-1. وتتطلب الأساليب المختلفة حسب نوع التركيب اتخاذ إجراءات مختلفة لمنع تسرب الرطوبة. فخطوط الكابلات تحت الأرض تتطلب عادةً شرائط مملوءة بالهلام، بينما تستفيد التركيبات المعلقة من وصلات حاجزة للبخار عند نقاط الاتصال.

التقييمات البيئية الحرجة ومعايير الامتثال لكابل المحورية للبث

الامتثال لمعيار MIL-DTL-17H ومقاييس النشر الواقعية لأبراج البث

يُعد معيار MIL-DTL-17H من المعايير الصارمة نسبيًا فيما يتعلق بقدرة الكابلات على تحمل الظروف الجوية القاسية. ونحن نتحدث هنا عن أمور مثل منع تسرب الرطوبة، والحفاظ على الثبات تحت تغيرات درجات الحرارة، والمتانة الميكانيكية مع مرور الوقت. مما يجعله أحد المواصفات الأساسية لكابلات الكواكسيال المستخدمة في البث ضمن البيئات القاسية جدًا. وعند النظر إلى عمليات التركيب الفعلية على أبراج البث، لا سيما تلك القريبة من السواحل أو المرتفعات الجبلية حيث تكون الظروف شديدة القسوة، فإن الكابلات التي تستوفي هذه المعايير تميل إلى أن تكون أطول عمرًا بشكل ملحوظ. كما أظهرت بيانات صناعية من عام 2023 أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا: فقد سجّلت الكابلات المعتمدة وفقًا للمعيار MIL-DTL-17H ما يقارب 35 بالمئة من الأعطال مقارنة بالكابلات العادية عند تعرضها لدورات متكررة من التجميد والذوبان. والخلاصة هي أن هذه الاختبارات الواقعية تساعد في الحفاظ على قوة واستقرار الإشارات، وتقليل حالات التوقف غير المتوقعة اللازمة للبث الحيوي.

علم مواد الغلاف: مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، والأوزون، والمواد الكيميائية في الكابلات المحورية

تم تقييم أغلفة LSZH وPE وPVDF لمواقع النقل الجبلية عالية التعرض للأشعة فوق البنفسجية

تتطلب مواقع البث الجبلية كابلات محورية مصممة لتحمل التعرض الشديد للإشعاع الشمسي. وتسيطر ثلاث مواد على التطبيقات عالية التعرض للأشعة فوق البنفسجية:

• إس زد إتش (دخان قليل وبدون هالوجين) يوفر أمانًا حرجًا من الحرائق مع انبعاثات سامة ضئيلة، إلى جانب مقاومة تدهور الأشعة فوق البنفسجية على ارتفاعات تزيد عن 2000 متر.
• PE (بولي إيثيلين) يوفر عزلًا فعالًا ضد الرطوبة ومقاومة معتدلة للأشعة فوق البنفسجية، رغم أن التعرض الطويل قد يؤدي إلى هشاشة في الأنواع ذات الجدران الرقيقة.
• PVDF (فلوريد ثنائي كلوريد البوليفينيل) يتفوق في البيئات القاسية، حيث يحجب 99% من الإشعاع فوق البنفسجي ويحافظ على المرونة خلال تقلبات حرارية تتراوح بين –40°C و+150°C.

تُظهر الاختبارات التي أُجريت في الميدان أن أغلفة PVDF تحتفظ بنحو 95٪ من قوتها الشدّية حتى بعد تركها أكثر من عقد في مواقع الناقلات الجبلية. وهذا أمر مثير للإعجاب مقارنة بالبولي إيثيلين الذي لا يحتفظ سوى بحوالي 60٪ من قوته في اختبارات التعرية المعجلة المشابهة. وعندما يتعلق الأمر بمقاومة الأوزون، تصبح الأمور مهمة جدًا بالقرب من تلك الآلات عالية الجهد. فكلا مادتي PVDF و LSZH تمنعان تكوّن الشقوق الصغيرة التي قد تسمح بتسرب الرطوبة عبر الطبقات الواقية. كما تختلف قصة مقاومة المواد الكيميائية بين هاتين المادتين أيضًا. إذ تتميّز PVDF بمقاومتها الجيدة لمواد مثل وقود الطائرات والمواد الكيميائية لإزالة الجليد، لكن البولي إيثيلين العادي يبدأ بالتدهور سريعًا بمجرد تعرضه للمذيبات الهيدروكربونية. بالنسبة لشركات البث التي تعتمد على كابلات تماثلية طويلة الأمد، فإن اختيار مادة الغلاف المناسبة يُحدث فرقًا كبيرًا في الحفاظ على سلامة الإشارة عامًا بعد عام.

الأسئلة الشائعة

ما العوامل التي تساهم في مقاومة الكابلات المحورية للعوامل الجوية؟

تتحقق الكابلات المحورية من المقاومة للعوامل الجوية من خلال التدريع المعدني وأنظمة العازل المضغوط، التي تستبعد الرطوبة وتحافظ على إشارات مستقرة.

لماذا يُفضّل الفولاذ المغطى بالنحاس على النحاس الصلب في درجات الحرارة القصوى؟

يجمع الفولاذ المغطى بالنحاس بين قوة الشد والتوصيل مع معدلات تمدد أقل، مما يضمن إشارات مستقرة تحت تقلبات درجات الحرارة.

كيف تؤدي أنواع الكابلات المحورية المختلفة أدائها في البيئات الساحلية؟

تُقاوم الموصلات الخارجية المصنوعة من الألومنيوم الصلب التآكل وفقدان الإشارة في الظروف الساحلية، وتتفوق على كابلات العازل الرغوي التي تعاني من قوى الشعرية.

ما فوائد الكابلات المحورية المدعومة بسلك حامل هوائي؟

إنها تتحمل درجات الحرارة القصوى، وتحافظ على الثبات، وتحتاج إلى أغلفة مثبتة ضد الأشعة فوق البنفسجية للحفاظ على مرونتها في الطقس البارد.

ما معايير الامتثال الأساسية لكابلات البث المحورية؟

تحدد المواصفة MIL-DTL-17H متطلبات صارمة لمقاومة الرطوبة والاستقرار، مما يضمن المتانة في البيئات القاسية.

ما مدى أهمية مادة الغلاف الخارجي في الكابلات المحورية؟

تؤثر مادة الغلاف الخارجي على مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والأوزون والمواد الكيميائية، مما يؤثر على متانة الكابل وسلامة الإشارة في البيئات الصعبة.