کابل‌های بسپاری (پلیمری خشک)



گرایش به آسان‌تر کردن روش ساخت کابل و بهره گیری از مواد عایق خشک همواره در نزد کابل سازان و کاربران مطرح بوده است و ازآنجاکه در کابل‌ها و سیم‌های روکش‌دار نخستین نیز ماده گوتا پرچا به کار می‌رفت که خود یک مادهٔ لاستیکی و بسپاری به شمار می‌آید، زمینه برگشت به سوی مواد همانند همواره وجود داشته است. به طوری که کابل سازان آمریکایی از گذشته به‌ویژه به این دسته از عایق‌ها گرایش بیشتری نشان می‌داده‌اند و بیشتر از اروپایی‌ها کابل‌های خشک می‌ساختند با به بازار آمدن ماده با کلیت و کاربرد آن به‌عنوان عایق در تجهیزات برق، راه برای دستیابی به ماده‌ای مناسب و تااندازه‌ای انعطاف‌پذیر برای کابل‌ها نیز هموارتر شد در همین رهگذر است که در سال ۱۹۳۰ (1309خورشیدی) در کشور آلمان سازندگان، کابل ماده‌ای با نام، پی وی سی پلی وینیل کلراید را کشف و آن را برای عایق‌کاری کابل‌ها مناسب یافتند این ماده جای مواد لاستیکی نامرغوب پیشین را در سیم‌های روکش دار و کابل‌های باریک فشار ضعیف گرفت و همچنین در ساخت سیم‌های مناسب برای سیم‌کشی خانگی جای عایق لاستیکی قدیمی‌تر و روکش پارچه‌ای کیسه بافت را پر کرد و به‌زودی به‌عنوان تنها گزینهٔ مناسب برای کابل‌های فشارضعیف مطرح شد. در همین رهگذر کابل‌های خشک پروتودور ساخت آلمان در ایران خیلی زود شناخته و کاربرد یافتند و هم‌زمان با روندی که شبکه‌های شهری به‌ویژه در مراکز پر چگال شهر تهران برچیده و زیر زمینی می‌شد یکی از پرکاربردترین کالاهای مصرفی برای شبکه‌های فشارضعیف شهری، گردیدند هر چند باید اذعان داشت که روحیه به‌کارگیری کابل‌های کاغذی آغشته به روغن در میان ایرانیان همچنان نیرومند بود. مواد گرما – نرم‌خمیری شکل پلاستیک‌ها از مناسب‌ترین مواد برای عایق‌کاری کابل‌ها به شمار می‌آیند و به کمک افزار مناسب به‌آسانی بر روی رساناها اندود می‌شوند در این میان با پیشرفت صنایع نفت و سپس پتروشیمی و کشف روزبه‌روز فراورده‌های مناسب و پر شمار دامنه دسترسی به این مواد پر شمار دیگر هموارتر می‌گردید در میان این مواد بسپار اتیلن جایگاه ویژه‌ای یافت. این ماده امروزه به‌عنوان، عایق یک ماده کلیدی به شمار میاید از همین دست می‌توان به ماده بسیاری دیگری از هیدروکربور پروپیلن با نام ای پی ار EPR اشاره کرد که به علت ویژگی‌های برقی مناسب توانسته تااندازه‌ای جا بیفتد.

هم‌زمان با به کارگیری بسپار اتیلن و بسپار پروپیلن مواد گرما – سخت نیز که از راه پردازش گرمایشی مواد گرما نرم تولید می‌شوند کاربرد گسترده‌ای پیدا کردند در این باره می‌توان به بسپار اتیلن پخته یا کراس‌لینک شده XLPE اشاره نمود که امروزه جایگاه مهمی در ساختمان کابل‌های فشار میانی و فشارقوی و فرا فشارقوی یافته است. دههٔ ۱۹۵۰ (۱۳۳۰ خورشیدی) را می‌توان سرآغاز به‌کارگیری مواد بسپاری در فراورده‌های بازرگانی صنعت کابل به شمار آورد. در ساختمان کابل‌های فشارضعیف با مقاطع کوچک به‌ویژه در امریکا مواد خشک به‌عنوان عایق از خیلی بیشترها نیز کاربرد پیدا کرده بود هر چند اروپایی‌ها به‌ویژه در آلمان، انگلیس، فرانسه و ایتالیا به کابل‌های یا عایق کاغذی روغنی گرایش داشتند آنها حتی کابل‌های فشارضعیف با مقاطع بزرگ را نیز با این عایق می‌ساختند و معمولاً آنها را با غلاف سربی و زره فولادی و بعدها آلومینیومی پشتیبانی می‌کردند.

با پیدایش پی وی سی رفته‌رفته این گرایش‌های سخت‌گیرانه تغییر راستا داد و این ماده به‌ویژه در کابل‌های فشارضعیف با مقاطع کوچک کاربرد عام‌تری یافت به‌ویژه که پدیدهٔ خشک افتادن بخش‌هایی از کابل‌های کاغذی روغنی پر جریان فشارضعیف در زمینه‌ای شیب‌دار آلایندگی‌های برآمده از روغن آنها که گاهی دشواری زا می‌شدند و بدین تغییر گرایش دامن می‌زد کابل‌های با عایق پی وی سی دشواری‌های اشاره شده را نداشته، نصب آسان‌تری داشته و نیاز به حفاظت بسیار دقیق پیدا نمی‌کردند این دلایل و برتری‌هایی که در درازمدت خود را نشان می‌دادند باعث شد تا کاربرد کابل‌های خشک فشارضعیف با مقاطع بزرگ نیز روزبه‌روز توجیه بیشتری پیدا کند یکی از دلایل مهم دیگری نیز که باعث شد تا کابل‌های خشک آینده را از آن خود کند سادگی فرایند ساخت و ارزانی آن بود؛ زیرا کار ساخت آنها با روش تزریق و اندود سازی انجام می‌گرفت لایه‌ی عایق آنها یکپارچه و تک ماده بود در برابر دو ماده بودن کاغذ آغشته به روغن این نکته رفته‌رفته اهمیت خود را نشان می‌داد زیرا نبود روغن و آلایندگی‌های ناشی از آن، از آسیب‌های وارده بر محیط‌زیست بسیار می‌کاست و کار نصب مفصل‌ها و سرکابل بندی‌ها را هر چه ساده‌تر می‌کرد. نخستین کابل‌های با عایق بسپاری در نیمه‌های دهه 1940 (1320خورشیدی) ساخته شد و همان طور که پیش از این گفته شد این ماده بسپاری پلی وینیل کلراید، (پی وی سی) بود کاربرد عملی این کابل در دههٔ ۱۹۵۰ (دههٔ ۱۳۳۰ خورشیدی) پا گرفت؛ اما به‌زودی روشن شد که به علت بالابودن تلفات دی‌الکتریک (08/0= tan) تنها برای کابل‌های فشارضعیف مناسب است و در همان محدوده از کاربرد نیز ماند کابل سازان سپس به ماده بسپاری اتیلن PE با ویژگی‌های برقی بسیار خوب (tan =0003/0 )و شاید تااندازه‌ای عالی روی آوردند، این ماده ی ناقطبی به عنوان عایق کابل در سال 1844 (۱۳۲۳ خورشیدی) در آمریکا در کابل‌های ۳ کیلو ولتی و در سال ۱۹۴۷ (1326 خورشیدی) در سوییس برای کابل‌های ۲۰ کیلو ولتی به کار رفت و سرانجام آن که در سال ۱۹۶۶ (۱۳۴۵ خورشیدی) در ساخت کابل‌های ۱۳۸ کیلو ولتی و سه سال بعد در ساخت کابل‌های ۲۲۰ کیلو ولتی و در سال ۱۹۸۶) (۱۳۶۵ خورشیدی) در کابل‌های ۴۰۰ کیلوواتی خشک در فرانسه به کار گرفته شد. ولی به علت محدودیت‌های دمایی هرگز به کاربردی گسترده دست نیافت زیرا بسپار اتیلن با همه برتری‌های در خور توجهش در دمای بالاتر از دمای ۷۰°C نرم و خمیری و در ۹۰°C به بالا تااندازه‌ای روان می‌شود؛ ولی ازآنجاکه به علت محدودیت مقاطع رساناها و توجیه‌های اقتصادی در زمینه مصرف مس و آلومینیوم، دمای رساناها در کابل‌ها نزدیک به ۹۰°C در نظر گرفته می‌شد این ماده با محدودیت کاربرد روبرو گردید؛ ولی ویژگی‌های برتر آن همواره این امکان را می‌داد که با انجام روش‌های بهینه‌سازی بر ویژگی‌های نامناسب آن فائق آیند. در این رهگذر بود پخت کراس‌لینک کردن آن مطرح گردید این روش با نام ولکانیزه گوگردی کردن، از پیش در تولید هرگونه لاستیک شناخته شده بود ماده‌ای که از این راه به دست آمد یک ماده گرما – سخت (ترموستینگ) کشسان بود – با نام XLPE یا بسپار اتیلن کراس لینک شده نامور گردید و به‌زودی و بی‌درنگ جای نخست را در فرایند عایق‌کاری کابل‌های با فشارهای بالاتر از آن خود کرد نخستین کاربرد عملی این ماده در کابل‌های فشارقوی به دههٔ ۱۹۶۰ دههٔ (۱۳۴۰ خورشیدی) بر می‌گردد؛ ولی این در سال ۱۹۵۳ (1332 خورشیدی) بود که کابل خشک با عایق XLPE در کارخانهٔ جنرال‌الکتریک آمریکا ساخته شد. این ماده با دارابودن ویژگی‌های برقی بسیار عالی به‌زودی راه خود را در کابل‌های فرا فشارقوی نیز پیدا کرد در این میان آنچه که هنوز هم کاربر مواد بسپاری گرما – نرم و گرما ـ سخت را تااندازه‌ای دچار تردید می‌ساخت وجود حفره‌ها و روزنه‌ای بسیار ریز در لایه‌های عایق و پیدایش پدیدهٔ تخلیه‌های جزیی و پدیدهٔ آب درختی در آنها بود که این گروه از کابل‌ها را دچار فرسایش و گسیختگی زودهنگام می‌کرد و راهی نیز برای پر کردن این حفره‌ها وجود نداشت.

با پیشرفت در روش ساخت کابل‌های فشارقوی و با دستیابی به فناوری‌های فن آگاهی‌های کلیدی و گزینش مواد سره‌تر توانسته‌اند ویژگی‌های عایقی این مواد را بسیار بالا برند در این میان بهره‌گیری از روش رانش تک‌لایه‌ای مواد و هم‌زمان‌سازی نشاندن لایه‌های نیمه‌رسانا در دو سوی لایهٔ عایق با کلگی‌های سه‌تایی، جلوگیری از نفوذ نم و آب که به پیدایش پدیده‌های آب درختی منجر می‌شود بالابردن کیفیت روش‌های پخت و کاستن از دامنهٔ آب و بخار آب در روند اندودکاری (اکسترود) کاری و پخت کمک بسیاری به مطلوب‌تر شدن روند ساخت این گروه از کابل‌ها کرده است به‌طوری‌که کابل خشک XLPE ۴۰۰ کیلو ولتی در سال 1997 (۱۳۷۶ خورشیدی) برای نخستین‌بار در، آلمان با پیشینهٔ محافظه‌کاری در زمینه کاربرد این گونه، کابل‌ها به کار برده شد هر چند در سال ۱۹۸۸ (۱۳۶۷) ۵۰۰ کیلو ولتی XLPE هم انجام‌یافته بود امروزه با افزایش اعتماد کاربران خورشیدی ساخت آزمایشی کابل‌های گرایش بیشتری به رهگیری از کابل‌های خشک در فرا ولتاژهای فشارقوی پیدا شده است به نظر می‌رسد که تا آینده را یکجا به خود اختصاص دهند در جدول زیرین چکیدهٔ روند پیشرفت گام‌به‌گام کابل سازی و زمینه‌های کاربردی آن با روش گاه‌نگاری در دسترس گذاشته شده است.

شرکت چلیپا کابل پویا نماینده رسمی سیم و کابل افشارنژاد خراسان(صنعتی الکتریک خراسان) و سیم و کابل شاهین