مقاومة الظروف البيئية المختلفة في تطبيقات الكابلات

تُعدّ مقاومة الظروف البيئية عاملاً بالغ الأهمية في تطبيقات الكابلات لضمان الأداء والسلامة والموثوقية على المدى الطويل. تتعرض الكابلات عادةً لظروف قاسية كالرطوبة، والمواد الكيميائية، والأشعة فوق البنفسجية، ودرجات الحرارة القصوى، والإجهاد الميكانيكي. لذا، يُعدّ اختيار المادة المناسبة ذات المقاومة البيئية الملائمة أمراً ضرورياً للحفاظ على وظائف الكابل وإطالة عمره الافتراضي.

يستكشف هذا القسم الأنواع المختلفة من المقاومة البيئية المطلوبة في تطبيقات الكابلات المختلفة.

يُشكل الغلاف الخارجي خط الدفاع الأول ضد العوامل البيئية، حيث يتعرض عادةً للمواد الكيميائية والماء وتغيرات درجات الحرارة والأشعة فوق البنفسجية. وتشمل المواد الرئيسية المستخدمة في صناعة الغلاف الخارجي ما يلي:PVC (كلوريد البولي فينيل)، البولي إيثيلين (PE)، وLSZH (منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين)حيث يقدم كل منها مستويات مختلفة من المقاومة حسب متطلبات التطبيق.

1. مقاومة للمواد الكيميائية والزيوت والهيدروكربونات

أثناء تركيب الكابلات وتشغيلها، قد تتعرض لمواد كيميائية أو زيوت أو هيدروكربونات، إما عن طريق انسكاب عرضي أو تلامس مستمر في البيئات الصناعية. ويمكن أن يؤدي هذا التعرض إلى تدهور الغلاف الخارجي، مما يتسبب في تشققات أو انتفاخ أو فقدان الخواص الميكانيكية.

يُعد اختيار المواد ذات المقاومة الكيميائية القوية أمراً ضرورياً لضمان الحفاظ على سلامة الكابل وأدائه وموثوقيته طوال فترة استخدامه.

أنواع التعرض للمواد الكيميائية:

المواد الكيميائية الغازية: تتميز المواد الكيميائية الغازية عمومًا بانخفاض تفاعلها مع البوليمرات نظرًا لعدم قدرتها على اختراق المادة بعمق. مع ذلك، يمكن للغازات المتفاعلة مثل الكلور أو الأوزون أن تُسبب تدهورًا سطحيًا وتؤثر بشكل كبير على خصائص البوليمر.

المواد الكيميائية السائلة: تشكل المواد الكيميائية السائلة عادةً خطراً أكبر نظراً لقدرتها على الانتشار داخل المادة. وقد يؤدي ذلك إلى التورم، أو التلدين، أو حدوث تفاعلات كيميائية داخلية ضمن مصفوفة البوليمر، مما يؤثر سلباً على الخواص الميكانيكية والكهربائية.

أداء المواد:

البولي إيثيلين (PE): يتميز بمقاومة جيدة للعديد من المواد الكيميائية والهيدروكربونات. ويؤدي أداءً جيدًا في البيئات الكيميائية العامة، ولكنه قد يكون حساسًا لعوامل الأكسدة القوية.

مادة PVC (كلوريد البولي فينيل): تُظهر مقاومة جيدة جدًا للزيوت والمواد الكيميائية والهيدروكربونات، خاصة عند تركيبها مع إضافات مقاومة للزيوت مناسبة.

LSZH (منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين): يوفر مقاومة متوسطة للمواد الكيميائية والزيوت. صُممت مركبات LSZH في الأساس لأغراض السلامة من الحرائق (إنتاج دخان منخفض وسمية منخفضة أثناء الاحتراق). ومع ذلك، يمكن لتركيبات LSZH المتخصصة أن تحقق مقاومة محسّنة للزيوت والمواد الكيميائية عند الحاجة.

2. مقاومة الماء والرطوبة

تتعرض الكابلات غالباً للماء أو الرطوبة العالية أثناء التركيب وطوال فترة استخدامها. وقد يؤدي التعرض المطول للرطوبة إلى تدهور العزل، وتآكل المكونات المعدنية، وانخفاض الأداء العام للكابل.

لذلك، تعتبر مقاومة الماء خاصية بالغة الأهمية للعديد من تطبيقات الكابلات، وخاصة في البيئات الخارجية أو تحت الأرض أو البحرية.

من بين مواد التغليف الشائعة، يوفر البولي إيثيلين (PE) مقاومة ممتازة للماء، مما يجعله خيارًا مفضلًا للتطبيقات التي تتطلب حماية طويلة الأمد ضد تسرب الرطوبة.

لا يُنصح عمومًا بتركيب الكابلات المدرعة ذات الجهد المنخفض والمتوسط، والمغلفة بأغلفة من مادة LSZH أو PVC، في البيئات المشبعة بالمياه بشكل دائم، مثل التربة الطينية أو المناطق الواقعة تحت مستوى المياه الجوفية. في المقابل، تتميز أغلفة البولي إيثيلين بمقاومة أكبر لتسرب المياه عبر عازل الكابل. ونتيجة لذلك، تُعد الكابلات المغلفة بالبولي إيثيلين أكثر ملاءمة للظروف الرطبة، ومن المرجح أن تصل إلى عمرها الافتراضي الكامل.

تصميم كابل مقاوم للماء:

لتحقيق مقاومة حقيقية للماء في الكابلات، يتم الأخذ بعين الاعتبار نوعين رئيسيين من الحماية:

الحماية الشعاعية من الماء:
تم تحقيق ذلك باستخدام مواد مثل أغلفة معدنية من الرصاص أو أشرطة معدنية مصفحة مع بوليمرات متخصصة.
الحماية المائية الطولية:
يتم تحقيق ذلك باستخدام أشرطة أو مساحيق مانعة لتسرب الماء تمنع حركة الماء على طول الكابل.
تصنيف الحماية من دخول الماء والغبار (IP) وفئة AD7/AD8:
سيتم نشر معلومات مفصلة حول فئات وتصنيفات حماية الملكية الفكرية (مثل AD7 أو AD8) في مقال منفصل.

3. مقاومة الأشعة فوق البنفسجية

يُعدّ فهم واختيار المقاومة البيئية المناسبة لتطبيقات الكابلات أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء والسلامة والموثوقية على المدى الطويل. ويمكن لعوامل مثل التعرض للمواد الكيميائية، وتسرب المياه، والأشعة فوق البنفسجية، وتغيرات درجات الحرارة أن تؤثر بشدة على سلامة الكابل إذا لم تُؤخذ في الاعتبار بشكل صحيح أثناء اختيار المواد.

يُمكن لاختيار مادة الغلاف الخارجي المناسبة - سواء كانت PVC أو PE أو LSZH - بناءً على الظروف البيئية المحددة، أن يُحسّن بشكل كبير من متانة الكابل وعمره الافتراضي. بالإضافة إلى ذلك، فإن تطبيق تقنيات منع تسرب الماء المناسبة ومراعاة تصنيفات IP يُعزز حماية الكابل في البيئات القاسية.

من خلال التقييم الدقيق لهذه المقاومات البيئية، يمكن تحسين أنظمة الكابلات بشكل أفضل لتطبيقاتها المقصودة، مما يقلل من احتياجات الصيانة، ويقلل من مخاطر الفشل، ويضمن التشغيل الموثوق به طوال دورة حياتها المتوقعة.