الكابلات النحاسية

يعتبر النحاس أحد أفضل المعادن الناقلة للكهرباء، ويعود تاريخه إلى الإمبراطورية الرومانية التي كانت تطلق عليه اسم Cyprium وأصبح يدعى Cuprum ومن هنا جاء اسمه الحديث Cooper أو "النحاس"، ساهم توفر هذا المعدن وسهولة الحصول عليه في تربعه على عرش الوصلات الكهربائية والاتصالات، و سنتعرف في هذا المقال على أنواع ومزايا الكابلات النحاسية والفارق بينها وبين الأسلاك النحاسية العارية وسلك CCA.

تعد الكابلات النحاسية موصلات كهربائية بالغة الأهمية وتعتبر المادة التي ربطت العالم معاً في مجال الاتصالات، بدأ تصنيعها للاستفادة منها في الاستخدامات السلكية واللاسلكية منذ القرن التاسع عشر بسبب كفاءتها في نقل الكهرباء بنسبة تصل إلى 100%،  وكانت عبارة عن وصلات معزولة ومزدوجة، لاحقاً في الثمانينات تم انتاج كابلات ذات خصائص أفضل باستخدام البولي إيتيلين الصلب كمادة عازلة، أما اليوم فأصبحت الكابلات النحاسية تستخدم لتطبيقات الاتصالات ونقل الصور والبيانات إضافة إلى الصوت مع أداء عالي للنقل. 

بشكل عام فإن الكابلات النحاسية تتكون من غلاف خارجي وموصلين معزولين ملتويين معاً بطول وقطر ثابت، ويمكن استخدام عدة موصلات ملتوية معًا لتحسين خصائص الكابلات، كما تلعب عملية الإنتاج دوراً مهماً في الحصول على المواصفات المطلوبة ومن بينها مرحلة البثق أو (تطبيق طبقة العزل) ومرحلة التجديل، ومن المهم جدًا تأمين إحكام هذه الكابلات بشكل صحيح لمنع دخول الماء التي تؤدي إلى أعطال وتدهور جودة الإرسال، ويمكن استخدام مادة هلامية داخل الكابل لعزلة بشكل أكبر وخاصة في تلك التصميمات التي تستخدم تحت المياه.

بشكل عام يتكون الكبل النحاسي من حزمة من الأسلاك النحاسية المجتمعة في غلاف واحد معزول مهمتها الأساسية توصيل الكهرباء بأقل مقاومة وتعتبر الأسلاك النحاسية أفضل موصل للكهرباء وتستخدم في المنازل منذ عام 1820م، أما اليوم فلدينا أنواع مختلفة من الأسلاك النحاسية سنتعرف عليها في السطور التالية:

يتميز هذا النوع من الأسلاك بالقوة العالية والديمومة والمتانة التي تسمح له بنقل الكهرباء دون حدوث شرارة أو توليد حقول مغناطيسية بالإضافة إلى مرونته العالية ومقاومة التآكل.

عبارة عن أسلاك نحاسية غير نقية يتم مزجها مع معادن أخرى بهدف الحصول على خصائص معينة، حيث تقوم الشركات بطلب أسلاك ذات مواصفات معينة تتلائم مع احتياجاتها سواء في قوة الشد أو الحجم أو درجة الحرارة، ويمكن أن يمزج النحاس مع الزركون أو البرونز أو التيتانيوم لإضافة ميزات تتعلق بالمتانة وقابلية اللحام والعزل.

يتكون لب هذا السلك من الألمنيوم مع غطاء نحاسي خارجي يكسبه خفة الوزن والموصلية الكهربائية، وتتوفر بمختلف أنواع العزل والأقطار والسماكة وتتميز بناقلية كهربائية كبيرة مقارنة مع أسلاك الألمنيوم النقي، بالإضافة للتكلفة القليلة مقارنة مع الأسلاك النحاسية النقية ولها خصائص أخرى مثل المرونة العالية والمطاوعة.

يعتبر هذا السلك مزيج بين الناقلية الكهربائية للنحاس وقوة الشد العالية للفولاذ وهو ما يفيد في تطبيقات المحركات والمنتجات الطبية والأجهزة المغناطيسية وأدوات قياس الضغط.

يعتبر هذا النوع من الأسلاك مخصص للاستخدامات الفضائية والطبية والنووية والصناعات البتروكيميائية، لذلك فهي تتواجد بكميات قليلة وأحجام محددة.

نوع مميز من الأسلاك يتميز بجودة عالية، ويتم تحضيره ضمن ظروف خاصة من أجل تقليل كمية الاوكسجين فيه إلى 0.001% وهو سلك خالي من الشوائب ويمتلك مقاومة عالية للتآكل مع قابلية اللحام ويستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى دقة عالية ومتانة.

يستخدم بشكل عام لأعمال اللحام والربط والتوصيل بسبب الناقلية الكهربائية وقدرة التشكيل العالية ومقاومة التآكل، يستخدم في أماكن معالجة المياه مثل المعالجة الكيميائية وتحلية المياه وتوليد الطاقة وجميع التطبيقات التي تجمع بين قدرة تحمل التيار العالي ومقاومة التآكل.

السلك النحاسي العاري عبارة عن خيط واحد من النحاس النقي بنسبة 99.99% دون أي إضافات أو طلاء لونه أحمر برتقالي مميز ويتواجد على شكل بكرات ضخمة مختلفة الأحجام والأقطار، ويستخدم بشكل عام في الوصلات الأرضية وكابلات التوصيل كما يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل ودرجات الحرارة العالية.

بينما الأسلاك من النوع CCA  تتكون من خيط من الألمنيوم المغلف بطبقة من النحاس وقد يعتبره البعض غير فعال إلا أن هذا المزيج يجعلنا نحصل على مزيج من الخصائص المميزة لكلا المعدنين بسعر مقبول مع الحفاظ على المخزون العالمي المحدود للنحاس، وبالرغم من أن هذا السلك يحتوي على كمية قليلة من النحاس مقارنة مع الكابلات النحاسية النقية إلا أنها تمتلك خاصية نقل تيارات كهربائية عالية بسبب ظاهرة تعرف باسم "تأثير الجلد" وهو ميل التيار المتردد ليتم توزيعه بالقرب من السطح الخارجي (الجلد) عند الترددات العالية وتنخفض كلما اتجهنا نحو الداخل، لذلك يُنصح باستخدام هذا النوع في التطبيقات التي تحتاج لترددات عالية بينما يُفضل استخدام كابلات النحاس النقي في الترددات المنخفضة مثل كابلات التمديدات المنزلية.

تفيد خاصية "تأثير الجلد" في توفير كمية كبيرة من معدن النحاس وذلك باستخدام معادن ناقلة ذات تكلفة أقل وتغليفها بالنحاس لتحقيق نفس الناقلية الكهربائية لذلك فإن معظم كايلات النوع CCA تستخدم من 10 إلى 15 % من النحاس، من المهم اختيار الكابلات النحاسية بطريقة ذكية تقلل من التكلفة والجهد بنفس الأداء والجودة المطلوبة.