10 ماه پیش
کابلهای الکتریکی با عایق الستیکی

زمـان بکـارگیـری عایـق الستیکی در کابلها به صمـغ درخت purcha- gutta بر میگردد که در خطوط تلگراف ساموئل مورس مورد استفاده قرار گرفت.

الستیک مصنوعی اتیلـنپـروپیلـن )EPR )در اواســط دهــه 1960 با اختــراع کاتالیستهای پلیمریزاسیون natta xiegler در دسترس صنعت قرار گرفت. آمیزه های عایقی بر مبنای این EPR های مصنوعی در دهه 1970 بکار گرفته شد. این نوع عایقهای الستیکی به طور قابل اطمینانی میتوانند طول عمری نزدیک به 40 سال داشته باشند. عایق الستیکی را برای طول عمر مورد تأیید، انعطاف پذیری و عملکرد آن در عملیات در دمای باال بر می گزینند. اغلب عایقهای الستیکی تولید شده در سالهای اخیر بر مبنای اتیلنپروپیلن )EP )یا اتیلنپروپیلنداین )EPDM ) هستند. عایقهای EPDM در کابلهای دارای ولتاژ اسمی تا KV 138 بکار گرفته میشوند.

 

مواد عایقی:

برخی برآن اند تا پلیمرهای EPDM را بر اساس درصد اتیلن موجود در رزین پایه EPDM طبقه بندی کنند. فرضیه های بر این نکته داللت دارد که هر چه میزان محتوای اتيلن بیشتر باشد، میزان بلوری (نیمه بلوری) شدن بیشتر است و بنابراین آسیب پذیری آن در برابر پدیده درختی شدن و تخریب زودرس محتمل تر است. اما تمام عایقهای EPDM ً ذاتا در برابر پدیده درختی شدن مقاوم اند. باور بر این است که مقاومت باالی EPDM ها در برابر افت کیفیت و آب گریزی باالی آنها مانع چگالـش آب و در نتیجـه اکسیداسیـون مربـوط به پدیده هـای آب درختی میشود. همچنین فرضیه های وجود دارد که انواع یونهای برآمده از پرکننده های معدنی به حدی به رسانایی آب می افزایند که پدیده های درختی شدن رخ میدهد.

استاندارد D3900 ASTM بیان میدارد که تفاوتهای موجود در توزیع زنجیره اتیلن سبب تفاوت در میزان بلوری شدن در محتوای اتیلن یکسان است. به بیان دیگر، اینکه رزین پایه چگونه تولید شده است، تعیین کننده میزان بلوری شدن است، نه اینکه محتوای اتیلن موجود چقدر است. در استاندارد ASTM از طرفی مطرح شده است که محتوای اتیلن را نباید به عنوان تنها اندازه گیری برای تعیین مناسب بودن یک الستیک خاص برای کاربرد مورد نظر بکار گرفت.

عایق با محتوای اتیلن بيشتر، به مدت بیش از 30 سال با نتایج عالی در صنایع خدماتی مورد استفاده قرار گرفتـه است. بلـوری بودن کم (غیر بلـوری بودن) مواد EP ، این توانایی را فراهم می کند که مقادیر زیادی از روغنها و پرکننده ها را در ترکیـب جای دهند، در حالی که ویژگـی های فیزیکی و الکتریکی کماکان در حد باالی خود حفظ شوند. این حد بالای بارپذیری کابل، نه تنها باعث کاهش هزینه تمام شده آمیزه ها میشود، بلکه از طرفی امکان کارکرد و فرآوری آسانتر آنها در کابل نیز فراهم میشود. مواد EP نیمه بلوری را میتوان به صورت گرانول درآورد، بنابراین برای آمیزه سازی، دستگاههای آمیزه سازی پیوسته پیشرفته و حمل آنها در سیستمهای حمل و ً نقل کامال پوشیده و دربسته، مهیا هستند.

مقادیر کم پلیاتیلن را اغلب به فرموالسیون آمیزه برای کمک به گرانولسازی میافزایند. (پلیاتیلن دارای مواد پرکننده معدنی نیز بازدارنده 1 مواد EPDM در سرعت پدیده درختی شدن است). محتوای داین 2 مؤثر است. بنابراین میزان داین و وضعیت عملیات عمل آوری بيشتر به معنای قرارگاه های عمل آوری بیشتر است. پرکننده های معدنی که پیشتر به آن پرداختیم، برای عملکرد الکتریکی و همچنین تأمین مقاومت باالی تغییر شکل در دماهای افزایش یافته نقشی اساسی دارند. این پرکننده های معدنی در تعامل 3 آن را به صورت آب گریز در می آورد و باعث ممزوج با سیالن وینیل شدن آن با پلیمر میشود. در اثر پیشرفتهای حاصله در فرآوری و کیفیت پرکننده ها معدنی عایق های جدید با تلفات دیالکتری پایین تری تولید شده اند.

 

اکسید سرب:

اکسید سرب که مشخصا به رنگ صورتی است، به همراه اکسید روی و سایر آنتی اکسیدان ها به عایق افزوده میشوند تا سبب پایداری گرمایی و الکتریکی آمیزه شوند. باور بر این است که سرب باعث خنثی سازی پلیمریزاسیون پسماند کاتالیست میشود. از طرفی، اکسید روی باعث بهبود استحکام شکست الکتریکی میگردد. برخی از سازندگان مواد، اکسید آن را به آمیزه اضافه میکنند که در این صورت رنگ عایق به قرمز میگراید. اغلب عایق های ولتاژ متوسط یا ولتاژ باال با پراکسید آلی عمل آوری شوند.

عایقهای EPDM ً نوعا دارای ضریب دی الکتریک 6/2 تا 8/2 و در حالت مطلوب ضریب تلفاتی در حد کمتر از 5/0 درصد در 90 درجه سانتیگراد هستند. عایق های EPDM که میانگین استحکام کششی آنها حدود PSI 2000 و ازدیاد طولشان حدود 250 %است و این ویژگیها آنقدر باالتر از حد نیازند که کابلهای تولید شده با این مواد کابلهای محکم، انعطاف پذیر و با شعاع خمش کم هستند. اغلب آمیزه های عایقی EPDM دارای مقادیر استحکام کششی و ازدیاد طول بیش از 80 %مقدار به دست آمده پس از 7 شبانه روز در 136 درجه سانتیگراد هستند که این امر باعث مناسب بودن آنها در عملیات تحت دمای 105 درجه سانتیگراد است.

 

هادیها:

5 و از جنس 4 یا متراکم هادی ً ها عموما از نوع تابیده، فشرده آلومینیوم یا مس هستند. تاب هادی ً ها نوعا به صورت تاب هم مرکز معکوس است. هادیهایی که رشته های آنها با قطر کمتری باشند، انعطاف پذیری بیشتری دارند. در ایاالت متحده i)AWG(gauge wire American مرجـع هـادیهای تا 0/4 و چند هزار میل دایرهای (Kcmil) برای هادیهای دارای سایز بيشتر هستند. رسانایی مس حدود 7/1 برابر بیشتر از رسانایی آلومینیوم است. بنابراین در صورت بکارگیری هادی مسی هر چند سنگینتر است، ولی قطر کمتری خواهد داشت. سایز هادیها به قدر کافی در نظر گرفته میشوند تا جریان مورد نیاز را در دمای اسمی عملیات (دمای تحت تأثیر ویژگیهای انتقال حرارت مواد و شرایطی که در آن نصب شدهاند، قرار میگیرد) عبور دهد. سازندگان کابل میتوانند در انتخاب سایز کابل به مصرف کننده کمک کنند.

 

حفاظ هادی:

حفاظ هادی روی هادیهای تابیده با ولتاژ بیش از 2 کیلو ولت الزامی است. این حفاظ روی هادی به منظور تأمین یک میدان الکتریکی یکنواخت و شعاعی درون عایق در نظر گرفته میشود. هدایت الکتریکی حفاظ هادی برای عملیات فرکانس توان باید بیش از حاصلضرب ضریب دیالکتریک در فرکانس باشد. ضریب دیالکتریک نیمه هادی در حدود 1000 است. بنابراین اگر زاویه فاز حفاظ در حدود 90 درجه باشد، میدان در حفاظ در مقایسه با میدان در عایق قابل صرف نظر کردن خواهد بود. بنابراین حفاظ هادی عملکرد خود را در سطوح هدایت کم با مطلوبیت کمتری انجام خواهد داد. مشخصات فنی صنعتی برای حفاظ هادی مستلزم مقاومتی در حد کمتر از 1000 اهم- متر است. حفاظ هادی، با کوپلیمری از اتیلن یا EPR تولید میشود که دارای پرکننده از جنس دوده برای نیمه هادی کردن مواد است. برخی از سازندگان مواد، از مواد نارسانا با ضریب دیالکتریک در حد 10 استفاده میکنند. همه مواد باید با عایق سازگاری داشته و کامال به آن بپیوندند. پلیمرهای اتیلن امروزی برای آمیزه سازی مواد فوق العاده یکنواخت در دستگاههای آمیزه سازی پیوسته و حمل آنها در سیستم ً های حمل و نقل در بسته به صورت گرانول کامال مناسب هستند.

 

حفاظ عایق:

حفاظ عایق، همانند حفاظ هادی، برای کابلهای فشار متوسط و فشار قوی با ولتاژ اسمی 2 کیلو ولت و بالاتر الزم است. حفاظ عایق برای فراهم کردن یک میدان الکتریکی یکنواخت و شعاعی درون عایق در نظر گرفته می شود. مشخصات فنی برای حفاظ عایق، مقاومت ویژهای در حد کمتر از 500 اهم- متر را الزامي میسازد تا بتواند جریان را به حد کافی به حفاظ فلزی انتقال دهد. بسیاری از مواد تجاری دارای مقاومتی كمتر از 100 اهم- متر هستند. یکی از جنبه های بسیار مهم حفاظ عایق، میزان قابلیت الیهبرداری آن است. حفاظ عایق باید به آسانی قابل جدا سازی باشد تا برای سرهم بندی و مفصل بندی مناسب باشد. در اغلب کابلها، حفاظ عایق به صورت همزمان با عایق اکسترود و به سطح آن متصل میشود. اغلب حفاظهای عایق بر پایه کوپلیمرهای اتیلن وینیلاستات )EVA )هستند که قطبیت به حد کافی باال دارند که ً هر چند کامال به عایق می چسبند، با آن مخلوط نمی  شوند و کامل به آن می پیوندند. 

توجه:

EVA میتواند در صورت گرمایش بیش از حد حین عمل آوری اسید استیک تولید کند، که با بوی سرکه تند قابل تشخیص است. جارو کننده های اسید به مواد افزوده می شوند تا در صورت تولید اسید به مقدار کم، آن را خنثی سازد. برنامه های رايانه اي برای پیش بینی و کنترل دمای سطحی کابل حین تولید مورد استفاده قرار می گیرند.

 

حفاظ های فلزی:

حفاظهای فلزی روی حفاظ عایق و به چند منظور بکار می روند. این حفاظ مسیری را برای شارش جریان عبوری و مسیری را برای شارش جریان عیب فراهم می کند. اگر این حفاظ فلزی دارای سایز و هدایت الکتریکی کافی باشد میتواند مسیری را برای جریان برگشتی فراهم کند و در نتیجه همانند یک نول سیستم عمل کند. چندین طراحی برای حفاظهای فلزی شامل سیم گرد، تسمه تخت، نوار مسی پیچیده به صورت مارپیچ با روی هم رفتگی یا نوار مسی کرکرهای بکار رفته به صورت طولی وجود دارد.

حفاظ فلزی به صورت سیم کرکرهای جا سازی شده دارای ظرفیت اتصال کوتاه باال درمقایسه با نوار مسی با روی هم رفتگی است و برای جداسازی آسان روکش از عایق بکار میرود.

 

روکش:

روکشها به صورت انواع مختلف آمیزه ها برای الزامات خاص در دسترس هستند. انواع روکشها عبارتند از پلیوینیل کلراید (PVC) پلیاتیلن (HDPE, MDPE, LLDPE) پلیپروپیلن (PP) نئوپرن، هایپالون پلیاتیلن و کلرینیتد گرما نرم (CPE) در برخی کاربردهای خاص، یک روکش سربی و به هم پیوسته یا زرههای کرکرهای برای کابلهای چند رشته در دسترس است. روکشها ممکن است دارای ویژگیهایی نظیر مقاوم در برابر نور خورشید، شعله، مواد شیمیایی با شرایط نامناسب محیطی باشند. انتخاب نوع روکش به اینکه کابل کجا و چگونه استفاده میشود و همچنین به شرایط قرارگیری در برابر عوامل تأثیرگذار، چه در حین نصب و چه در هنگام بکارگیری پس از نصب بستگی دارد.

 

نوآوریهای اخیر:

طی دهه گذشته، نوآوری هایی در فن آوری راکتور و کاتالیست، باعث شده تولیدکنندگان پلیمر بتوانند بلوکه های دارای ساختار آلکن را کنترل و پلیمرهای کوپلیمر اتیلن- آلکن (EAM) را تولید کنند. این پلیمرهای جدید در مقایسه با مواد معمولی دارای ویژگیهای الکتریکی بالاتری هستند. کاتالیست های پلیمریزاسیون Ziegler natta مقادیر قابل توجهی پسماندهای آهن، وانادیم و کلر آزاد میکنند. باور بر این است که غلظت بالای این عناصر سبب درختی 6 میشود. کاتالیست های جدید کارآیی بسیار شدن از نوع گره کمانی زيادي دارند و پسماندهای تقریبا ناچیزی از خود آزاد می سازند. نتایج تلفات دیالکتریک پایین تر، ناشی از این پسماندهای کمتر است. الستیک‌های اتیلنپروپیلن را امروزه با چنین کاتالیست هایی تولید می کنند. کارآیی فرآیندهای EAM گرانول شده، به صورت مؤثر 7 در می آیند و با استفاده از عملکرد "اتاق تمیز" امکان شبکه های کاهش آلودگی و ناخالصی در کابل را فراهم میکند. کمیته های استاندارد قدمهای اولیه برای شمول مواد EAM در استانداردهای کابل الکتریکی را از پیش برداشته اند. آمیزه عایق کابل بدون سرب بر اساس پلیمرهای EAM در حال گسترش اند. مواد EAM همچنین باید امکان توسعه آمیزه های دارای پایداری بیشتر حرارتی و عملکرد در درمای بالاتر را فراهم كنند.

 

 پينوشتها:

Diene. 1

Cure. 2

silane Vinyl. 3

Compressed. 4

Compacted. 5

trees Bowtie. 6

linked-Cross. 7

 

ترجمه: الهام علایی (كارشناس مديريت صنعتي)

صنایع سیم و کایل کمان
LOADING