كابل نحاسي معزول بمادة معدنية

الكابل النحاسي المعزول بالمعادن هو نوع من الكابلات الكهربائية مصنوع من موصلات نحاسية داخل غلاف نحاسي، معزول بمسحوق أكسيد المغنيسيوم غير العضوي . يُختصر اسمه غالبًا إلى MICC أو كابل MI، ويُعرف شعبيًا باسم "بايرو" (نسبةً إلى شركة Pyrotenax التي كانت الشركة المصنعة والموردة الأصلية لهذا المنتج في المملكة المتحدة ). أما المنتج المماثل المغلف بمعادن أخرى غير النحاس فيُسمى كابل MIMS (الكابل المعدني المعزول بالمعادن ).

يُصنع كابل MI بوضع قضبان نحاسية داخل أنبوب نحاسي دائري، ثم تُملأ الفراغات بمسحوق أكسيد المغنيسيوم الجاف . بعد ذلك، يُضغط الكابل بين بكرات لتقليل قطره (وزيادة طوله). يحتوي كابل MI عادةً على ما يصل إلى سبعة موصلات، بينما قد يصل عددها إلى 19 موصلاً لدى بعض الشركات المصنعة.

نظرًا لأن كابلات العزل المعدني لا تستخدم أي مواد عضوية للعزل (باستثناء الأطراف)، فهي أكثر مقاومة للحرائق من الكابلات المعزولة بالبلاستيك. تُستخدم كابلات العزل المعدني في تطبيقات الحماية من الحرائق الحساسة ، مثل دوائر الإنذار ومضخات الحريق وأنظمة التحكم في الدخان. في الصناعات التحويلية التي تتعامل مع السوائل القابلة للاشتعال، تُستخدم كابلات العزل المعدني في الأماكن التي قد تتسبب فيها الحرائق الصغيرة في تلف كابلات التحكم أو الطاقة. كما تتميز كابلات العزل المعدني بمقاومتها العالية للإشعاع المؤين ، ولذلك تُستخدم في أجهزة القياس الخاصة بالمفاعلات النووية وأجهزة الفيزياء النووية.

قد تُغطى كابلات MI بغلاف بلاستيكي ملون لأغراض التمييز. كما يوفر الغلاف البلاستيكي حماية إضافية من التآكل للغلاف النحاسي.

يحمي الأنبوب المعدني الموصلات من التداخل الكهرومغناطيسي . كما يحمي الغلاف المعدني الموصلات مادياً، والأهم من ذلك، من التلامس العرضي مع موصلات أخرى موصلة للتيار الكهربائي.

مُنح أول براءة اختراع لكابل MI للمخترع السويسري أرنولد فرانسوا بوريل عام 1896. في البداية، وُصف المعدن العازل في طلب براءة الاختراع بأنه زجاج مطحون، أو أحجار سيليسية، أو أسبستوس ، في صورة مسحوق. وشهدت الشركة الفرنسية "Société Alsacienne de Construction Mécanique" تطورًا كبيرًا في هذا المجال. ^{[ 1 ]} بدأ الإنتاج التجاري عام 1932، واستُخدمت كميات كبيرة من الكابلات المعزولة بالمعادن في سفن مثل " نورماندي" وناقلات النفط ، وفي تطبيقات بالغة الأهمية كمتحف اللوفر . في عام 1937، بدأت شركة "Pyrotenax" البريطانية ، بعد شرائها حقوق براءة الاختراع للمنتج من الشركة الفرنسية، بإنتاجه. وخلال الحرب العالمية الثانية، استُخدم جزء كبير من منتجات الشركة في المعدات العسكرية. وطُرحت أسهم الشركة في البورصة عام 1954. ^{[ 2 ]}

في حوالي عام 1947، بحثت جمعية مصنعي الكابلات البريطانية إمكانية تصنيع كابل معزول بمواد معدنية ينافس منتج بيروتيناكس. وفي نهاية المطاف، اندمج مصنعو منتجي "بيكالمين" و"غلومين" مع شركة بيروتيناكس.

طرحت شركة بايروتيناكس نسخة مغلفة بالألومنيوم من منتجها عام 1964. ويتم تصنيع كابل MI الآن في عدة دول. بايروتيناكس هي الآن علامة تجارية تابعة لشركة إن فينت إلكتريك (إن فينت) (المعروفة سابقًا باسم بنتاير لإدارة الحرارة).

تُستخدم كابلات MI لدوائر الطاقة والتحكم في المعدات الحيوية، مثل الأمثلة التالية:

• المفاعلات النووية
• التعرض للغازات الخطرة
• أنظمة ضغط الهواء لسلالم المباني لتمكين الخروج منها أثناء الحريق
• غرف العمليات في المستشفى
• أنظمة إنذار الحريق
• أنظمة الطاقة الاحتياطية
• أنظمة الإضاءة الطارئة
• أجهزة قياس درجة الحرارة؛ أجهزة قياس درجة الحرارة المقاومة (RTDs) والمزدوجات الحرارية .
• صمامات العمليات الحرجة في صناعة البتروكيماويات
• المباني العامة مثل المسارح ودور السينما والفنادق
• مراكز النقل ( محطات السكك الحديدية والمطارات وما إلى ذلك)
• كابلات إمداد الطاقة الرئيسية داخل المباني السكنية
• الأنفاق والمناجم​
• المعدات الكهربائية في المناطق الخطرة التي قد تتواجد فيها غازات قابلة للاشتعال ، مثل مصافي النفط ومحطات الوقود.
• المناطق التي قد تتواجد فيها مواد كيميائية أكالة، مثل المصانع
• غرف محطة بناء
• المناطق الساخنة مثل محطات توليد الطاقة ، والمسابك ، وبالقرب من الأفران الصناعية أو حتى داخلها .

يُلبي كابل MI متطلبات الحماية السلبية من الحرائق المعروفة باسم سلامة الدائرة ، والتي تهدف إلى ضمان استمرارية عمل الدوائر الكهربائية الحيوية أثناء الحريق. ويخضع هذا الكابل لمعايير صارمة في الإدراج والموافقة والاستخدام والامتثال.

يُعد كابل التسخين المعزول بالمعادن منتجًا مشابهًا ظاهريًا ، حيث تُصنع موصلاته من سبيكة عالية المقاومة. يُستخدم كابل التسخين لحماية الأنابيب من التجمد أو للحفاظ على درجة حرارة أنابيب وأوعية العمليات. قد لا يكون من الممكن إصلاح كابل التسخين المعزول بالمعادن في حال تلفه. تُصنع معظم عناصر التسخين في المواقد والأفران الكهربائية بطريقة مماثلة.

يتميز كابل MI بتصميم متين ميكانيكيًا ومقاوم للصدمات. ^{[ 5 ]} غلافه النحاسي مقاوم للماء والأشعة فوق البنفسجية والعديد من العناصر المسببة للتآكل. كابل MI معتمد للاستخدام في المناطق ذات التركيزات الخطرة من المواد القابلة للاشتعال، حيث من غير المرجح أن يتسبب في انفجار حتى في حالة حدوث عطل في الدائرة الكهربائية. كابل MI عديم الدخان وغير سام، ولا يساعد على الاحتراق. يفي الكابل بمعايير BS 5839-1 ويتجاوزها، مما يجعله مقاومًا للحريق عند درجات حرارة تتجاوز 950 درجة مئوية لأكثر من ثلاث ساعات مع تعرضه في الوقت نفسه للإجهاد الميكانيكي ورذاذ الماء دون أي عطل.

يُستخدم كابل MI بشكل أساسي في البيئات ذات درجات الحرارة العالية أو أنظمة الإشارات والطاقة الحساسة للسلامة؛ ومع ذلك، يمكن استخدامه أيضًا داخل المناطق المؤجرة، لنقل الكهرباء المُزوَّدة والمُفوترة للمالك. على سبيل المثال، بالنسبة لنظام سحب الهواء المركزي أو مُقوِّي إشارة الهوائي، فإنه يوفر كابل إمداد يصعب استغلاله للحصول على طاقة مجانية.

يمكن ثني مجموعة الكابلات النهائية لتتماشى مع أشكال المباني أو ثنيها حول العوائق، مما يسمح بمظهر أنيق عند كشفها.

بما أن العزل غير العضوي لا يتلف مع التسخين (المعتدل)، يمكن السماح لمجموعة الكابلات النهائية بالوصول إلى درجات حرارة أعلى من الكابلات المعزولة بالبلاستيك؛ وقد تقتصر حدود ارتفاع درجة الحرارة على احتمالية ملامسة الغلاف الخارجي للأشخاص أو المنشآت، أو على درجة انصهار النحاس. وهذا قد يسمح أيضًا باستخدام كابل ذي مقطع عرضي أصغر في تطبيقات معينة.

تتمثل إحدى المزايا الإضافية لكابل Mi في إمكانية استخدام الغلاف النحاسي كسلك محايد أو أرضي في حالات معينة.

بسبب الأكسدة ، يصبح غلاف النحاس داكنًا مع مرور الوقت. ومع ذلك، عند تركيب كابلات MICC ذات الغلاف النحاسي المكشوف في أماكن رطبة، خاصةً عند استخدام ملاط ​​الجير، يتفاعل الماء والجير مع النحاس المكشوف مُحدثين تفاعلًا إلكتروليتيًا. وبالمثل، قد يحدث التفاعل الإلكتروليتي أيضًا عند تركيب كابلات MICC ذات الغلاف المكشوف على خشب البلوط الجديد. يؤدي هذا التفاعل إلى تآكل النحاس، مُحدثًا ثقبًا في غلاف الكابل، مما يسمح بدخول الماء، مُسببًا تلفًا في العزل وحدوث دوائر قصر. عادةً ما يكون غلاف النحاس مقاومًا لمعظم المواد الكيميائية، ولكنه قد يتضرر بشدة من المركبات المحتوية على الأمونيا والبول . يسمح ثقب صغير في غلاف النحاس بدخول الرطوبة إلى العازل، مما يؤدي في النهاية إلى تعطل الدائرة. قد يكون من الضروري استخدام غلاف خارجي من مادة PVC أو أغلفة من معادن أخرى في حال توقع حدوث مثل هذا التلف الكيميائي. عند دفن كابل MI في الخرسانة، كما هو الحال في كابلات التدفئة الأرضية، يكون عرضة للتلف المادي من قِبل عمال الخرسانة أثناء صب الخرسانة. في حالة تلف الطلاء، قد تتشكل ثقوب دقيقة في الغلاف النحاسي، مما يتسبب في فشل النظام قبل الأوان.

على الرغم من متانة كابلات MI، إلا أن كل وصلة منها تنتهي عند نقطة معينة، إما بوصلة أو داخل معدات كهربائية. هذه النهايات عرضة للحريق والرطوبة والصدمات الميكانيكية. لذا، لا يُنصح باستخدام كابلات MICC في الأماكن التي تتعرض للاهتزاز أو الانحناء، كما هو الحال في توصيلات الآلات الثقيلة أو المتحركة. فالاهتزاز قد يُسبب تشققات في الغلاف واللب، مما يؤدي إلى تلف الكابل.

أثناء التركيب، يجب تجنب ثني كابل MI بشكل متكرر، لأن ذلك سيؤدي إلى تصلب الغلاف الخارجي وظهور تشققات في الموصلات الداخلية. يجب مراعاة نصف قطر انحناء أدنى ، ودعم الكابل على فترات منتظمة. عازل أكسيد المغنيسيوم ماص للرطوبة ، لذا يجب حماية كابل MICC من الرطوبة حتى يتم توصيله. يتطلب التوصيل إزالة الغلاف النحاسي وتركيب وصلة ضغط. يتم عزل الموصلات الفردية بأكمام بلاستيكية. ثم يُصب شريط مانع للتسرب أو معجون عازل أو راتنج إيبوكسي في وصلة الضغط لتوفير إحكام مانع لتسرب الماء. في حال وجود خلل في التوصيل نتيجة عيب في التصنيع أو تلف، سيمتص أكسيد المغنيسيوم الرطوبة ويفقد خصائصه العازلة. يستغرق تركيب كابل MI وقتًا أطول من تركيب كابل مدرع مغلف بغلاف PVC بنفس حجم الموصل. ^{[ 6 ]} لذلك، يُعد تركيب كابل MICC مكلفًا.

يتم تصنيع كابل MI فقط بتصنيفات تصل إلى 1000 فولت.

تتميز طبقة العزل المصنوعة من أكسيد المغنيسيوم بميلها الشديد لامتصاص الرطوبة. قد تتسبب الرطوبة المتسربة إلى الكابل في حدوث تسرب كهربائي من الموصلات الداخلية إلى الغلاف المعدني. يمكن تبديد الرطوبة الممتصة عند طرف الكابل المقطوع بتسخينه. في حال تلف غلاف كابل MI، سيمتص أكسيد المغنيسيوم الرطوبة إلى داخل الكابل، مما يؤدي إلى فقدانه لخواصه العازلة، وبالتالي حدوث تماس كهربائي مع الغلاف النحاسي ومن ثم مع الأرض. غالبًا ما يكون من الضروري إزالة ما بين 0.5 إلى 2 متر (1.6 إلى 6.6 قدم) من كابل MI وتوصيل جزء جديد لإتمام عملية الإصلاح. اعتمادًا على حجم وعدد الموصلات، قد يمثل إصلاح طرف واحد عملية معقدة. ^{[ 6 ]} 

تتطلب سلامة الدوائر الكهربائية للكابلات التقليدية المعزولة بالبلاستيك اتخاذ تدابير إضافية للحصول على تصنيف مقاومة للحريق أو لخفض قابلية الاشتعال وانبعاثات الدخان إلى الحد الأدنى المقبول لأنواع معينة من الإنشاءات. تُغطى العازلات البلاستيكية بطبقات رش أو أغلفة مرنة لحمايتها من اللهب وتقليل قدرتها على انتشاره. مع ذلك، ولأن هذه الطبقات تُقلل من تبديد الحرارة في الكابلات، فغالبًا ما يجب تخفيض تصنيفها لتيار كهربائي بعد تطبيق طبقات مقاومة للحريق. يُعرف هذا بتخفيض سعة التيار. ويمكن اختباره باستخدام الإجراء القياسي IEEE 848 لتحديد تخفيض سعة التيار للكابلات المحمية من الحريق. ^{[ 7 ]}

• الإدراج والموافقة على الاستخدام والامتثال
• الحماية السلبية من الحرائق
• سلامة الدائرة
• مقاومة الحريق
• صينية الكابلات
• أسلاك وكابلات نحاسية