يستخدم البولي إيثيلين (PE) على نطاق واسع فيعزل وتغليف كابلات الطاقة وكابلات الاتصالاتبفضل قوته الميكانيكية الممتازة، ومتانته، ومقاومته للحرارة، وعزله، وثباته الكيميائي. ومع ذلك، نظرًا للخصائص الهيكلية للبولي إيثيلين نفسه، فإن مقاومته للتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي ضعيفة نسبيًا. وتبرز هذه المشكلة بشكل خاص عند استخدام البولي إيثيلين كغلاف خارجي للكابلات المدرعة كبيرة المقطع.
1. آلية تشقق غلاف البولي إيثيلين
يحدث تشقق غلاف البولي إيثيلين بشكل أساسي في حالتين:
أ. التشقق الناتج عن الإجهاد البيئي: يشير هذا إلى ظاهرة تشقق الغلاف الخارجي الهش من السطح نتيجةً للإجهاد المشترك أو التعرض للوسائط البيئية بعد تركيب الكابل وتشغيله. ويحدث هذا التشقق بشكل رئيسي نتيجةً للإجهاد الداخلي داخل الغلاف الخارجي والتعرض لفترات طويلة للسوائل القطبية. وقد ساهم البحث المكثف في مجال تعديل المواد في حل هذا النوع من التشققات بشكل كبير.
ب. التشققات الإجهادية الميكانيكية: تحدث هذه التشققات نتيجة عيوب هيكلية في الكابل أو عمليات بثق غلافه غير المناسبة، مما يؤدي إلى تركيز إجهاد كبير وتشققات ناتجة عن التشوه أثناء تركيب الكابل. يكون هذا النوع من التشققات أكثر وضوحًا في الأغلفة الخارجية للكابلات المدرعة بأشرطة فولاذية كبيرة المقطع.
2. أسباب تشقق غلاف البولي إيثيلين وإجراءات التحسين
2.1 تأثير الكابلشريط فولاذيبناء
في الكابلات ذات الأقطار الخارجية الأكبر، تتكون الطبقة المدرعة عادةً من لفائف شريط فولاذي مزدوج الطبقات. ويختلف سمك الشريط الفولاذي (0.2 مم، 0.5 مم، و0.8 مم) باختلاف القطر الخارجي للكابل. تتميز الأشرطة الفولاذية المدرعة السميكة بصلابة أعلى ومرونة أقل، مما يؤدي إلى تباعد أكبر بين الطبقات العلوية والسفلية. أثناء عملية البثق، يُسبب هذا اختلافات كبيرة في سمك الغلاف بين الطبقتين العلوية والسفلية لسطح الطبقة المدرعة. تتعرض مناطق الغلاف الرقيقة عند حواف الشريط الفولاذي الخارجي لأكبر تركيز للإجهاد، وهي المناطق الرئيسية التي قد يحدث فيها التشقق مستقبلًا.
لتخفيف تأثير شريط الفولاذ المدرع على الغلاف الخارجي، تُلف أو تُضغط طبقة عازلة بسماكة معينة بين الشريط الفولاذي وغلاف البولي إيثيلين. يجب أن تكون هذه الطبقة العازلة كثيفة بشكل متساوٍ، دون أي تجاعيد أو نتوءات. تُحسّن إضافة طبقة عازلة نعومة طبقتي الشريط الفولاذي، وتضمن سماكة موحدة لغلاف البولي إيثيلين، كما تُقلل، إلى جانب انكماشه، من الإجهاد الداخلي.
توفر ONEWORLD للمستخدمين سماكات مختلفة منمواد مدرعة بشريط فولاذي مجلفنلتلبية الاحتياجات المتنوعة.
2.2 تأثير عملية إنتاج الكابلات
تتمثل المشاكل الرئيسية في عملية بثق أغلفة الكابلات المدرعة ذات القطر الخارجي الكبير في عدم كفاية التبريد، وسوء تحضير القالب، ونسبة التمدد المفرطة، مما يؤدي إلى إجهاد داخلي مفرط داخل الغلاف. غالبًا ما تواجه الكابلات كبيرة الحجم، نظرًا لسماكة أغلفتها واتساعها، قيودًا في طول وحجم أحواض المياه على خطوط إنتاج البثق. ويشكل التبريد من أكثر من 200 درجة مئوية أثناء البثق إلى درجة حرارة الغرفة تحديات. يؤدي التبريد غير الكافي إلى ليونة الغلاف بالقرب من طبقة الدرع، مما يتسبب في خدش سطح الغلاف عند لف الكابل، مما قد يؤدي في النهاية إلى تشققات وكسور محتملة أثناء مد الكابل بسبب القوى الخارجية. علاوة على ذلك، يساهم التبريد غير الكافي في زيادة قوى الانكماش الداخلي بعد اللف، مما يزيد من خطر تشقق الغلاف تحت تأثير القوى الخارجية الكبيرة. لضمان تبريد كافٍ، يُنصح بزيادة طول أو حجم أحواض المياه. ومن الضروري خفض سرعة البثق مع الحفاظ على ليونة الغلاف بشكل صحيح، وإتاحة وقت كافٍ للتبريد أثناء اللف. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن البولي إيثيلين عبارة عن بوليمر بلوري، فإن طريقة التبريد المجزأة عن طريق خفض درجة الحرارة، من 70-75 درجة مئوية إلى 50-55 درجة مئوية، وأخيرًا إلى درجة حرارة الغرفة، تساعد في تخفيف الضغوط الداخلية أثناء عملية التبريد.
2.3 تأثير نصف قطر اللف على لف الكابل
أثناء لف الكابلات، يلتزم المصنعون بمعايير الصناعة لاختيار بكرات التوصيل المناسبة. ومع ذلك، فإن توفير أطوال توصيل طويلة للكابلات ذات القطر الخارجي الكبير يُشكل تحديات في اختيار البكرات المناسبة. وللوفاء بأطوال التوصيل المحددة، يُقلل بعض المصنعين أقطار أسطوانة البكرة، مما يؤدي إلى عدم كفاية أنصاف أقطار الانحناء للكابل. ويؤدي الانحناء المفرط إلى إزاحة في طبقات الدروع، مما يُسبب قوى قص كبيرة على الغلاف. وفي الحالات الشديدة، يمكن أن تخترق نتوءات الشريط الفولاذي المدرع طبقة التوسيد، وتلتصق مباشرة بالغلاف، مُسببةً تشققات أو شقوقًا على طول حافة الشريط الفولاذي. وأثناء مد الكابلات، تُسبب قوى الانحناء والسحب الجانبية تشقق الغلاف على طول هذه الشقوق، خاصةً للكابلات الأقرب إلى الطبقات الداخلية للبكرة، مما يجعلها أكثر عرضة للكسر.
2.4 تأثير بيئة البناء والتركيب في الموقع
لتوحيد بناء الكابلات، يُنصح بتقليل سرعة مد الكابل، وتجنب الضغط الجانبي المفرط، والانحناء، وقوى السحب، والاصطدامات السطحية، مما يضمن بيئة بناء آمنة. يُفضل، قبل تركيب الكابل، تركه يرتاح عند درجة حرارة 50-60 درجة مئوية لتخفيف الضغط الداخلي عن الغلاف. تجنب تعرض الكابلات لأشعة الشمس المباشرة لفترات طويلة، لأن اختلاف درجات الحرارة على جوانب الكابل المختلفة قد يؤدي إلى تركيز الضغط، مما يزيد من خطر تشقق الغلاف أثناء مد الكابل.
وقت النشر: ١٨ ديسمبر ٢٠٢٣