دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی32
32
فصل ۳۲: رزین اپوکسی عایق برق در کابل‌ها، سرکابل‌ها و اتصالات کابلی
مقدمه
کابل‌های برق یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم انتقال و توزیع انرژی الکتریکی هستند. عملکرد صحیح کابل فقط به هادی مسی یا آلومینیومی آن وابسته نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از لایه‌های عایقی، نیمه‌هادی، محافظ، شیلد، روکش و اتصالات در عملکرد نهایی آن نقش دارند.
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، آسیب‌دیدگی یا ضعف عایقی ممکن است نه در طول اصلی کابل، بلکه در محل اتصال کابل، سرکابل، مفصل، ترمینال یا محل ورود کابل به تجهیزات ایجاد شود.
در چنین شرایطی، مواد رزینی از جمله رزین اپوکسی عایق برق می‌توانند در برخی سیستم‌های خاص برای ایجاد عایق، تثبیت مکانیکی، پرکردن فضای خالی، آب‌بندی یا بازسازی موضعی مورد استفاده قرار گیرند.
با این حال، کابل یک سیستم چندلایه و مهندسی‌شده است و استفاده از رزین اپوکسی در آن باید با توجه به ساختار کابل، سطح ولتاژ، نوع اتصال، دمای کار و میدان الکتریکی انجام شود.
—
۱. ساختار کلی کابل برق
یک کابل قدرت می‌تواند بسته به نوع کاربرد دارای اجزای مختلفی باشد:
– هادی مسی یا آلومینیومی؛
– عایق اصلی؛
– لایه نیمه‌هادی؛
– شیلد یا اسکرین؛
– زره فلزی؛
– روکش خارجی؛
– و در برخی کابل‌ها لایه‌های محافظ اضافی.
هرکدام از این لایه‌ها وظیفه مشخصی دارند.
بنابراین اگر قرار باشد رزین اپوکسی در بخشی از کابل استفاده شود، باید مشخص باشد که رزین در کدام قسمت قرار می‌گیرد و چه وظیفه‌ای بر عهده دارد.
—
۲. چرا محل اتصال کابل حساس است؟
در طول یک کابل سالم، سیستم عایقی معمولاً به صورت پیوسته ساخته شده است.
اما وقتی کابل بریده می‌شود و به کابل دیگر، شینه یا تجهیزات متصل می‌شود، ساختار عایقی آن تغییر میکند.
در محل اتصال ممکن است موارد زیر ایجاد شوند:
– تغییر هندسه میدان؛
– فاصله‌های جدید؛
– سطوح بازشده عایق؛
– فضای خالی؛
– تنش مکانیکی؛
– افزایش دما؛
– و احتمال ورود رطوبت.
به همین دلیل مفصل و سرکابل از قسمت‌های مهم سیستم کابل محسوب می‌شوند.
—
۳. کاربرد رزین اپوکسی در مفصل کابل
در برخی سیستم‌های اتصال کابلی، مواد رزینی برای پرکردن فضای اطراف اتصال و ایجاد یک ساختار عایقی جامد استفاده می‌شوند.
این رزین می‌تواند در شرایط مناسب وظایفی مانند:
– عایق‌کاری؛
– تثبیت مکانیکی؛
– کاهش نفوذ رطوبت؛
– پرکردن فضای خالی؛
– و محافظت از اتصال
را بر عهده داشته باشد.
اما فرمولاسیون رزین باید برای این کاربرد مناسب باشد.
—
۴. رزین اپوکسی در سرکابل
سرکابل محل اتصال کابل به تجهیزاتی مانند:
– تابلو برق؛
– ترانسفورماتور؛
– کلید؛
– موتور؛
– یا شینه
است.
در این قسمت، کنترل میدان الکتریکی اهمیت زیادی دارد.
به همین دلیل یک سرکابل ولتاژ متوسط را نمی‌توان صرفاً با ریختن یک رزین روی محل اتصال، عایق‌بندی استاندارد تلقی کرد.
ساختار سرکابل باید بر اساس طراحی مناسب میدان الکتریکی و الزامات مربوط به آن انتخاب شود.
—
۵. تفاوت عایق‌کاری کابل با پوشش ساده
پوشاندن یک سطح با رزین با ساختن یک سیستم عایق کابلی یکسان نیست.
در کابل‌های ولتاژ متوسط و بالا، توزیع میدان الکتریکی اهمیت زیادی دارد.
در صورتی که میدان در محل اتصال به شکل نامناسبی متمرکز شود، حتی وجود یک ماده با استقامت دی‌الکتریک مناسب نیز لزوماً مشکل را حل نمی‌کند.
بنابراین در مفصل و سرکابل، طراحی میدان الکتریکی به اندازه انتخاب ماده عایق اهمیت دارد.
—
۶. رزین اپوکسی و ولتاژ شکست
یکی از ویژگی‌هایی که در ارزیابی رزین‌های عایق بررسی می‌شود، استقامت دی‌الکتریک یا ولتاژ شکست است.
اما عدد ولتاژ شکست یک نمونه رزین را نباید مستقیماً معادل ولتاژ کاری یک کابل دانست.
زیرا ولتاژ قابل تحمل سیستم واقعی به عوامل متعددی وابسته است:
– ضخامت عایق؛
– شکل هندسی؛
– نوع زیرکار؛
– حفره‌ها؛
– رطوبت؛
– دما؛
– میدان الکتریکی؛
– زمان اعمال ولتاژ؛
– و طراحی کل سیستم.
—
۷. اهمیت ضخامت رزین در مفصل کابل
افزایش ضخامت رزین ممکن است در برخی شرایط ظرفیت عایقی را افزایش دهد، اما رابطه میان ضخامت و عملکرد سیستم ساده و خطی نیست.
ضخامت زیاد می‌تواند باعث:
– افزایش گرمای محبوس؛
– افزایش زمان پخت؛
– ایجاد حباب؛
– افزایش تنش حرارتی؛
– و تغییر شرایط مکانیکی
شود.
بنابراین ضخامت باید بر اساس طراحی مشخص شود.
—
۸. حباب و فضای خالی در مفصل
یکی از مهم‌ترین مشکلات احتمالی در مواد رزینی عایق، ایجاد حفره یا فضای خالی است.
اگر فضای خالی داخل رزین ایجاد شود، خواص الکتریکی آن ناحیه با رزین جامد متفاوت خواهد بود.
در کاربردهای ولتاژ متوسط و بالا، چنین نواقصی می‌توانند در ایجاد یا تشدید تخلیه جزئی نقش داشته باشند.
بنابراین کنترل حباب در مفصل‌های رزینی اهمیت زیادی دارد.
—
۹. تخلیه جزئی در کابل
تخلیه جزئی می‌تواند در نقاطی که میدان الکتریکی موضعی افزایش یافته است ایجاد شود.
در مفصل کابل، عوامل زیر می‌توانند اهمیت داشته باشند:
– حفره؛
– جدایش رزین از زیرکار؛
– لبه تیز؛
– آسیب عایق؛
– آلودگی؛
– یا طراحی نامناسب میدان.
به همین دلیل در کاربردهای حساس، کیفیت اجرای مفصل اهمیت زیادی دارد.
—
۱۰. کنترل حباب هنگام اختلاط رزین
رزین‌های دوجزئی باید با روش مناسب مخلوط شوند.
اختلاط شدید و ورود هوا می‌تواند میزان حباب را افزایش دهد.
روش مناسب می‌تواند شامل:
1. اندازه‌گیری دقیق اجزا؛
2. اختلاط کنترل‌شده؛
3. جلوگیری از هم‌زدن بیش از حد؛
4. رعایت زمان کارپذیری؛
5. و در صورت نیاز استفاده از روش مناسب حباب‌زدایی
باشد.
—
۱۱. آماده‌سازی سطح کابل
اگر رزین قرار است روی بخش مشخصی از کابل یا اتصال اجرا شود، سطح باید آماده شود.
آلودگی‌هایی مانند:
– روغن؛
– گردوغبار؛
– رطوبت؛
– ذرات فلزی؛
– مواد باقی‌مانده از عایق؛
– و مواد سست
می‌توانند کیفیت اتصال را کاهش دهند.
سطح باید مطابق دستورالعمل سیستم اتصال آماده شود.
—
۱۲. عایق کابل‌های مسی
کابل‌های مسی به دلیل رسانایی بالا کاربرد گسترده‌ای دارند.
در هنگام آماده‌سازی اتصال مسی باید توجه شود که:
– اتصال فلزی صحیح باشد؛
– سطح تماس مناسب باشد؛
– آلودگی حذف شود؛
– و رزین مانع عملکرد اتصال نشود.
رزین باید نقش عایقی خود را بعد از تکمیل اتصال فلزی ایفا کند، نه اینکه جایگزین یک اتصال الکتریکی صحیح شود.
—
۱۳. عایق کابل‌های آلومینیومی
کابل‌های آلومینیومی نیز در بسیاری از کاربردهای قدرت استفاده می‌شوند.
سطح آلومینیوم می‌تواند دارای لایه اکسیدی باشد و آماده‌سازی آن با مس متفاوت است.
بنابراین روش آماده‌سازی و مواد مورد استفاده در اتصال کابل آلومینیومی باید با توجه به سیستم اتصال انتخاب شود.
—
۱۴. رزین و شیلد کابل
در کابل‌های قدرت، شیلد یا اسکرین ممکن است بخشی از سیستم کنترل میدان و حفاظت الکتریکی باشد.
در زمان اجرای مفصل یا سرکابل، شیلد باید طبق طراحی سیستم مدیریت شود.
پوشاندن یا قطع نادرست شیلد می‌تواند عملکرد سیستم را مختل کند.
بنابراین رزین نباید بدون توجه به ساختار شیلد و میدان الکتریکی استفاده شود.
—
۱۵. رزین اپوکسی و لایه نیمه‌هادی
برخی کابل‌های قدرت دارای لایه‌های نیمه‌هادی هستند که در کنترل توزیع میدان الکتریکی نقش دارند.
در اجرای مفصل یا سرکابل، بازسازی صحیح این ساختار اهمیت زیادی دارد.
صرفاً قرار دادن رزین روی محل اتصال نمی‌تواند جایگزین عملکرد یک سیستم کنترل میدان طراحی‌شده باشد.
—
۱۶. آب‌بندی اتصال کابل
در برخی کاربردها، یکی از اهداف رزین می‌تواند جلوگیری از نفوذ رطوبت به قسمت اتصال باشد.
رطوبت می‌تواند باعث:
– کاهش عملکرد عایق؛
– خوردگی فلز؛
– تغییر خواص سطحی؛
– و ایجاد مسیرهای ناخواسته رسانا
شود.
بنابراین آب‌بندی مناسب در محیط‌های مرطوب اهمیت زیادی دارد.
—
۱۷. مقاومت رطوبتی رزین
برای استفاده در محیط مرطوب، تنها خشک‌شدن اولیه رزین کافی نیست.
باید بررسی شود که رزین پس از تماس طولانی‌مدت با رطوبت چه رفتاری دارد.
پارامترهایی مانند:
– جذب آب؛
– تغییر ابعاد؛
– تغییر چسبندگی؛
– تغییر خواص دی‌الکتریک؛
– و مقاومت سطحی
می‌توانند اهمیت داشته باشند.
—
۱۸. مقاومت حرارتی مفصل رزینی
اتصال کابل در هنگام عبور جریان گرم می‌شود.
دمای اتصال می‌تواند تحت تأثیر:
– مقدار جریان؛
– مقاومت اتصال؛
– سطح تماس؛
– شرایط تهویه؛
– دمای محیط؛
– و ساختار کابل
قرار گیرد.
بنابراین رزین مورد استفاده باید با شرایط حرارتی محل اتصال سازگار باشد.
—
۱۹. ضریب انبساط حرارتی
کابل، هادی، عایق و رزین ممکن است ضریب انبساط حرارتی متفاوتی داشته باشند.
با تغییر دما، هر ماده به میزان متفاوتی منبسط یا منقبض می‌شود.
این اختلاف می‌تواند تنش‌هایی در مرز مواد ایجاد کند.
اگر این تنش‌ها تکرار شوند، احتمال ایجاد ترک یا جداشدگی افزایش می‌یابد.
—
۲۰. لرزش و تنش مکانیکی
کابل‌ها در محیط صنعتی ممکن است تحت:
– لرزش؛
– کشش؛
– خم‌شدن؛
– ضربه؛
– و حرکت ناشی از تجهیزات
قرار گیرند.
بنابراین مفصل رزینی باید علاوه بر خواص الکتریکی، از نظر مکانیکی نیز متناسب با کاربرد انتخاب شود.
—
۲۱. رزین در تعمیر کابل آسیب‌دیده
در برخی شرایط ممکن است سطح خارجی یا بخشی از سیستم عایقی کابل دچار آسیب موضعی شده باشد.
قبل از هرگونه تعمیر باید مشخص شود:
آیا آسیب فقط سطحی است یا به عایق اصلی کابل رسیده است؟
اگر هادی، عایق اصلی یا ساختار کنترل میدان آسیب جدی دیده باشد، یک پوشش رزینی ساده ممکن است راهکار کافی نباشد.
—
۲۲. تفاوت تعمیر کابل با ساخت مفصل جدید
تعمیر موضعی و ساخت مفصل دو موضوع متفاوت هستند.
در مفصل جدید، تمام اجزای سیستم از ابتدا بر اساس طراحی مشخص کنار هم قرار می‌گیرند.
در تعمیر، بخشی از ساختار قبلی باقی می‌ماند و باید سازگاری ماده جدید با مواد قدیمی بررسی شود.
این تفاوت در کابل‌های ولتاژ متوسط اهمیت زیادی دارد.
—
۲۳. رزین اپوکسی و سرکابل‌های صنعتی
در محیط‌های صنعتی، سرکابل ممکن است با:
– گردوغبار؛
– روغن؛
– مواد شیمیایی؛
– گرما؛
– رطوبت؛
– و لرزش
مواجه باشد.
بنابراین انتخاب رزین باید با شرایط محیطی انجام شود.
مقاومت شیمیایی رزین نیز در صورت وجود مواد خورنده باید بررسی شود.
—
۲۴. اجرای رزین در محیط کارخانه
اجرای رزین در محیط صنعتی باید با کنترل شرایط انجام شود.
موارد مهم عبارت‌اند از:
– دمای محیط؛
– رطوبت؛
– تمیزی سطح؛
– تهویه؛
– زمان کارپذیری؛
– شرایط اختلاط؛
– و زمان پخت.
اجرای رزین در شرایط نامناسب می‌تواند کیفیت نهایی را کاهش دهد.
—
۲۵. کنترل نسبت اختلاط
در سیستم‌های دوجزئی، مقدار رزین پایه و سخت‌کننده باید مطابق دستورالعمل همان محصول باشد.
کمبود یا افزایش یکی از اجزا می‌تواند باعث تغییر رفتار پخت شود.
بنابراین نسبت اختلاط نباید صرفاً بر اساس تجربه یا حدس تعیین شود.
—
۲۶. کنترل زمان پخت
قبل از بهره‌برداری از اتصال رزینی باید از رسیدن سیستم به شرایط مناسب پخت اطمینان حاصل شود.
پخت به عواملی مانند:
– دما؛
– فرمولاسیون؛
– ضخامت؛
– حجم رزین؛
– و شرایط محیط
وابسته است.
—
۲۷. رزین اپوکسی در کابل‌های ولتاژ متوسط
در کابل‌های ولتاژ متوسط، کیفیت مفصل و سرکابل اهمیت ویژه‌ای دارد.
در این سطح، موارد زیر باید به‌طور جدی بررسی شوند:
– کنترل میدان؛
– تخلیه جزئی؛
– حباب؛
– فاصله عایقی؛
– رطوبت؛
– چسبندگی؛
– و سازگاری مواد.
بنابراین استفاده از یک رزین عمومی بدون بررسی سیستم کامل توصیه نمی‌شود.
—
۲۸. رزین اپوکسی در کابل‌های ولتاژ بالا
در کابل‌های ولتاژ بالا، طراحی سیستم عایقی و کنترل میدان پیچیده‌تر است.
در چنین کاربردهایی، استفاده از یک پوشش اپوکسی به تنهایی را نباید معادل ساخت یک سیستم عایقی استاندارد کابل دانست.
سیستم‌های ولتاژ بالا نیازمند طراحی، مواد و آزمون‌های متناسب با سطح ولتاژ و ساختار واقعی تجهیز هستند.
—
۲۹. آزمون‌های پس از اجرای مفصل
نوع آزمون به سطح ولتاژ و نوع سیستم بستگی دارد.
ممکن است بسته به کاربرد، مواردی مانند:
– مقاومت عایقی؛
– آزمون ولتاژ تحمل؛
– آزمون تخلیه جزئی؛
– بررسی پیوستگی؛
– بررسی شیلد؛
– و آزمون‌های اختصاصی سیستم
مطرح شوند.
آزمون نهایی باید توسط روش مناسب برای همان کابل و اتصال انتخاب شود.
—
۳۰. رزین اپوکسی پادنار ۸۱۱۹ و کاربردهای کابلی
طبق اطلاعات مرجع ارائه‌شده برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد ۸۱۱۹، نمونه‌ای با ضخامت یک میلی‌متر روی سطح مقره چرخی آزمایش شده است.
نتایج اعلام‌شده عبارت‌اند از:
شرایط آزمون| ولتاژ شکست اعلام‌شده| ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای اعلام‌شده
خشک| ۲۱٬۰۰۰ ولت| ۳٬۵۰۰ ولت
مرطوب| ۱۴٬۰۰۰ ولت| ۲٬۵۰۰ ولت
مرجع اعلام‌شده برای این اطلاعات وزارت نیرو – دانشکده شهید عباسپور و شماره تأیید اعلام‌شده 84-4-11 است.
این نتایج مربوط به نمونه و شرایط آزمون مشخص هستند و نباید به‌صورت مستقیم به‌عنوان ولتاژ کاری مجاز یک کابل، سرکابل یا مفصل تفسیر شوند.
برای استفاده از ۸۱۱۹ در یک کاربرد کابلی مشخص، باید شرایط واقعی از جمله ضخامت، هندسه اتصال، نوع عایق موجود، سطح ولتاژ، دمای کاری، رطوبت و روش اجرای رزین بررسی شود.
—
۳۱. آیا می‌توان با ۸۱۱۹ هر مفصل کابلی را ساخت؟
خیر، صرف داشتن خاصیت عایقی برای ساخت هر نوع مفصل کافی نیست.
یک مفصل کابل باید مجموعه‌ای از الزامات را تأمین کند، از جمله:
– عایق الکتریکی؛
– کنترل میدان؛
– استحکام مکانیکی؛
– مقاومت حرارتی؛
– مقاومت رطوبتی؛
– سازگاری مواد؛
– و قابلیت اطمینان در طول عمر.
بنابراین مناسب‌بودن ۸۱۱۹ باید برای کاربرد موردنظر و ساختار واقعی مفصل ارزیابی شود.
—
۳۲. مزیت احتمالی رزین در تعمیرات کابلی
در کاربردهایی که رزین از نظر فنی مناسب تشخیص داده شود، می‌تواند مزایایی مانند:
– ایجاد پوشش جامد؛
– چسبندگی مناسب؛
– پرکردن برخی فضاهای خالی؛
– تثبیت مکانیکی؛
– حفاظت سطحی؛
– و ایجاد مانع در برابر رطوبت
داشته باشد.
اما این مزایا باید در شرایط واقعی کاربرد تأیید شوند.
—
۳۳. خطاهای رایج در عایق‌کاری کابلی با رزین
خطای اول: استفاده از رزین بدون بررسی سطح ولتاژ
سیستم ولتاژ متوسط و فشار ضعیف نیازهای یکسانی ندارند.
خطای دوم: اجرای رزین روی اتصال فلزی معیوب
رزین نمی‌تواند یک اتصال الکتریکی نامناسب را اصلاح کند.
خطای سوم: بی‌توجهی به شیلد
ساختار شیلد باید مطابق طراحی سیستم حفظ شود.
خطای چهارم: بی‌توجهی به حباب
حفره می‌تواند در کاربردهای حساس اهمیت زیادی داشته باشد.
خطای پنجم: اجرای رزین روی سطح مرطوب
رطوبت می‌تواند چسبندگی و عملکرد عایقی را تحت تأثیر قرار دهد.
خطای ششم: استفاده از ضخامت دلخواه
ضخامت باید بر اساس کاربرد تعیین شود.
خطای هفتم: بهره‌برداری قبل از پخت مناسب
رزین باید زمان و شرایط لازم برای رسیدن به وضعیت مناسب را طی کند.
—
۳۴. چک‌لیست اجرای رزین در اتصال کابل
قبل از اجرا:
– [ ] نوع کابل مشخص شده است.
– [ ] سطح ولتاژ مشخص است.
– [ ] نوع اتصال مشخص است.
– [ ] جنس هادی مشخص است.
– [ ] وضعیت عایق اصلی بررسی شده است.
– [ ] وضعیت شیلد بررسی شده است.
– [ ] علت خرابی مشخص شده است.
– [ ] سطح تمیز و خشک است.
– [ ] سازگاری رزین بررسی شده است.
– [ ] نسبت اختلاط مشخص است.
– [ ] روش حباب‌زدایی مشخص است.
– [ ] ضخامت موردنظر مشخص است.
– [ ] زمان پخت مشخص است.
– [ ] آزمون پس از تعمیر تعیین شده است.
—
۳۵. جمع‌بندی
رزین اپوکسی عایق برق می‌تواند در برخی کاربردهای مربوط به کابل، مفصل، سرکابل و اتصالات الکتریکی به‌عنوان ماده عایق، تثبیت‌کننده، پرکننده یا محافظ مورد استفاده قرار گیرد.
با این حال، در کابل‌های ولتاژ متوسط و بالا، سیستم عایقی فقط از رزین تشکیل نشده است. ساختار کابل، لایه نیمه‌هادی، شیلد، کنترل میدان، فاصله‌ها، روش اتصال و کیفیت اجرای مفصل همگی اهمیت دارند.
بنابراین در کاربردهای حساس، انتخاب رزین باید بر اساس کل سیستم عایقی انجام شود.
طبق اطلاعات مرجع ارائه‌شده، رزین اپوکسی عایق برق پادنار ۸۱۱۹ در آزمون اعلام‌شده روی نمونه یک‌میلی‌متری روی مقره چرخی، در شرایط خشک ولتاژ شکست اعلام‌شده ۲۱ کیلوولت و در شرایط مرطوب ۱۴ کیلوولت داشته است. این داده‌ها باید در چارچوب همان آزمون تفسیر شوند و به‌تنهایی بیانگر ولتاژ مجاز یک کابل یا مفصل مشخص نیستند.
برای بررسی کاربرد رزین اپوکسی عایق برق پادنار ۸۱۱۹ در اتصالات و تعمیرات کابلی، شماره مشاوره فنی اعلام‌شده ۰۹۲۲۱۶۰۹۵۰۹ است.
۰ دیدگاه