تحليل معمق لعوامل تسرب الرطوبة في الكابلات المقاومة للحريق: منظور شامل من المواد الأساسية والهيكل إلى الهندسة

تُعدّ الكابلات المقاومة للحريق شريان حياة لضمان استمرارية الطاقة في المباني والمنشآت الصناعية في ظل الظروف القاسية. ورغم أهمية أدائها الاستثنائي في مقاومة الحريق، إلا أن تسرب الرطوبة يُشكّل خطرًا خفيًا ومتكررًا يُمكن أن يُؤثر سلبًا على الأداء الكهربائي، والمتانة على المدى الطويل، بل وقد يُؤدي إلى فشل وظيفة الحماية من الحريق. وبصفتها شركة رائدة في مجال مواد الكابلات، تُدرك "ون وورلد" أن منع تسرب الرطوبة إلى الكابلات يُمثّل مشكلة شاملة تمتد عبر سلسلة الإنتاج بأكملها، بدءًا من اختيار المواد الأساسية، مثل مركبات العزل والتغليف، وصولًا إلى التركيب والإنشاء والصيانة الدورية. ستُجري هذه المقالة تحليلًا مُعمّقًا لعوامل تسرب الرطوبة، انطلاقًا من خصائص المواد الأساسية مثل LSZH وXLPE وأكسيد المغنيسيوم.

1. علم وجود الكابلات: المواد الأساسية والبنية كأساس للوقاية من الرطوبة

تعتمد مقاومة الكابل المقاوم للحريق للرطوبة بشكل أساسي على خصائص وتصميم المواد الأساسية للكابل.

الموصل: تتميز موصلات النحاس أو الألومنيوم عالية النقاء بثباتها الكيميائي. مع ذلك، إذا تسربت الرطوبة، فقد تبدأ عملية تآكل كيميائي كهربائي مستمر، مما يؤدي إلى تقليل مساحة المقطع العرضي للموصل، وزيادة المقاومة، وبالتالي يصبح نقطة محتملة لارتفاع درجة الحرارة الموضعي.

طبقة العزل: الحاجز الأساسي ضد الرطوبة

مركبات العزل المعدنية غير العضوية (مثل أكسيد المغنيسيوم والميكا): تتميز مواد مثل أكسيد المغنيسيوم والميكا بأنها غير قابلة للاحتراق بطبيعتها ومقاومة لدرجات الحرارة العالية. مع ذلك، يحتوي التركيب المجهري لمسحوقها أو رقائق شريط الميكا على فجوات داخلية قد تُصبح مسارات لتسرب بخار الماء. لذا، يجب أن تعتمد الكابلات التي تستخدم هذه المركبات العازلة (مثل الكابلات المعزولة معدنيًا) على غلاف معدني متصل (مثل أنبوب نحاسي) لتحقيق إحكام الغلق. في حال تلف هذا الغلاف المعدني أثناء الإنتاج أو التركيب، سيؤدي تسرب الرطوبة إلى مادة العزل، مثل أكسيد المغنيسيوم، إلى انخفاض حاد في مقاومتها العازلة.

مركبات العزل البوليمرية (مثل البولي إيثيلين المتشابك XLPE): مقاومة الرطوبة لـالبولي إيثيلين المتشابك (XLPE)ينشأ ذلك من بنية الشبكة ثلاثية الأبعاد المتكونة أثناء عملية الربط المتشابك. تُعزز هذه البنية كثافة البوليمر بشكل ملحوظ، مما يمنع اختراق جزيئات الماء بفعالية. تتميز مركبات العزل المصنوعة من البولي إيثيلين المتشابك عالي الجودة بانخفاض امتصاص الماء (عادةً أقل من 0.1%). في المقابل، قد يُشكل البولي إيثيلين المتشابك الرديء أو القديم الذي يحتوي على عيوب قنوات امتصاص للرطوبة نتيجةً لتكسر السلاسل الجزيئية، مما يؤدي إلى تدهور دائم في أداء العزل.

الغمد: خط الدفاع الأول ضد البيئة

مركب تغليف منخفض الدخان وخالٍ من الهالوجين (LSZH)تعتمد مقاومة مواد LSZH للرطوبة والتحلل المائي بشكل مباشر على تصميم التركيبة والتوافق بين مصفوفة البوليمر (مثل البولي أوليفين) وحشوات الهيدروكسيد غير العضوية (مثل هيدروكسيد الألومنيوم، هيدروكسيد المغنيسيوم). يجب أن يوفر مركب التغليف LSZH عالي الجودة، إلى جانب خاصية مقاومة اللهب، امتصاصًا منخفضًا للماء ومقاومة ممتازة للتحلل المائي على المدى الطويل، وذلك من خلال عمليات تركيب دقيقة لضمان أداء وقائي مستقر في البيئات الرطبة أو التي تتراكم فيها المياه.

الغلاف المعدني (مثل الشريط المركب من الألومنيوم والبلاستيك): باعتباره حاجزًا تقليديًا للرطوبة الشعاعية، تعتمد فعالية الشريط المركب من الألومنيوم والبلاستيك بشكل كبير على تقنية التصنيع واللصق عند منطقة التداخل الطولي. إذا كان اللصق باستخدام المادة اللاصقة المنصهرة بالحرارة عند هذه المنطقة غير متصل أو معيبًا، فإن سلامة الحاجز بأكمله تتأثر بشكل كبير.

2. التركيب والإنشاء: الاختبار الميداني لنظام حماية المواد

تحدث أكثر من 80% من حالات تسرب الرطوبة إلى الكابلات خلال مرحلة التركيب والإنشاء. وتحدد جودة الإنشاء بشكل مباشر إمكانية الاستفادة الكاملة من مقاومة الكابل للرطوبة.

عدم كفاية التحكم البيئي: يؤدي مدّ الكابلات وقطعها وتوصيلها في بيئات تتجاوز فيها الرطوبة النسبية 85% إلى تكثف بخار الماء من الهواء بسرعة على أماكن قطع الكابلات والأسطح المكشوفة لمواد العزل ومواد الحشو. بالنسبة للكابلات المعزولة بأكسيد المغنيسيوم المعدني، يجب تقييد مدة التعرض بدقة؛ وإلا سيمتص مسحوق أكسيد المغنيسيوم الرطوبة من الهواء بسرعة.

عيوب في تقنية منع التسرب والمواد المساعدة:

الوصلات والنهايات: تُعدّ الأنابيب الحرارية القابلة للانكماش، والنهايات الباردة القابلة للانكماش، أو مواد منع التسرب المصبوبة المستخدمة هنا، أهمّ عناصر نظام الحماية من الرطوبة. فإذا كانت هذه المواد المانعة للتسرب ذات قوة انكماش غير كافية، أو قوة التصاق غير مناسبة بغلاف الكابل (مثل LSZH)، أو مقاومة ضعيفة للتقادم، فإنها تُصبح فورًا منافذ لتسرب بخار الماء.

المواسير وصواني الكابلات: بعد تركيب الكابلات، إذا لم يتم إحكام إغلاق نهايات المواسير باستخدام معجون أو مادة مانعة للتسرب مقاومة للحريق، فإن المواسير تصبح "قناة" تتراكم فيها الرطوبة أو حتى المياه الراكدة، مما يؤدي إلى تآكل الغلاف الخارجي للكابل بشكل مزمن.

التلف الميكانيكي: يمكن أن يتسبب الانحناء بما يتجاوز نصف قطر الانحناء الأدنى أثناء التركيب، أو السحب باستخدام أدوات حادة، أو الحواف الحادة على طول مسار التمديد في حدوث خدوش أو انبعاجات أو تشققات دقيقة غير مرئية على غلاف LSZH أو شريط الألومنيوم والبلاستيك المركب، مما يؤدي إلى الإضرار بسلامة منع التسرب بشكل دائم.

3. التشغيل والصيانة والبيئة: متانة المواد في ظل الخدمة طويلة الأمد

بعد تشغيل الكابل، تعتمد مقاومته للرطوبة على متانة مواد الكابل في ظل الإجهاد البيئي طويل الأمد.

الإشراف على الصيانة:

يؤدي عدم إحكام إغلاق أغطية خنادق/آبار الكابلات أو تلفها إلى دخول مياه الأمطار ومياه التكثيف مباشرةً. كما أن الغمر لفترات طويلة يختبر بشدة حدود مقاومة التحلل المائي لمركب غلاف LSZH.

إن عدم وضع نظام فحص دوري يمنع الكشف في الوقت المناسب عن المواد المانعة للتسرب القديمة والمتشققة، وأنابيب الانكماش الحراري، وغيرها من مواد منع التسرب، واستبدالها.

تأثيرات الإجهاد البيئي على المواد مع مرور الوقت:

التغيرات الحرارية الدورية: تتسبب الاختلافات اليومية والموسمية في درجات الحرارة في حدوث "تأثير تنفسي" داخل الكابل. هذا الإجهاد الدوري، الذي يؤثر على المدى الطويل على المواد البوليمرية مثل XLPE وLSZH، يمكن أن يُحدث عيوبًا دقيقة ناتجة عن الإجهاد، مما يُهيئ الظروف لتسرب الرطوبة.

التآكل الكيميائي: في التربة الحمضية/القلوية أو البيئات الصناعية التي تحتوي على مواد أكالة، يمكن أن تتعرض كل من سلاسل البوليمر لغلاف LSZH والأغلفة المعدنية للهجوم الكيميائي، مما يؤدي إلى تفتت المادة، وثقبها، وفقدان وظيفتها الوقائية.

الخلاصة والتوصيات

يُعدّ منع الرطوبة في الكابلات المقاومة للحريق مشروعًا منهجيًا يتطلب تنسيقًا متعدد الأبعاد يبدأ من الداخل إلى الخارج. ويبدأ بمواد الكابل الأساسية، مثل مركبات عزل XLPE ذات البنية المتشابكة الكثيفة، ومركبات تغليف LSZH المقاومة للتحلل المائي والمصممة علميًا، وأنظمة عزل أكسيد المغنيسيوم التي تعتمد على أغلفة معدنية لإحكام الإغلاق التام. ويتحقق ذلك من خلال تصميم معياري وتطبيق دقيق لمواد مساعدة مثل مواد منع التسرب وأنابيب الانكماش الحراري. ويعتمد في نهاية المطاف على إدارة الصيانة التنبؤية.

لذا، يُعدّ اختيار المنتجات المصنّعة من مواد كابلات عالية الأداء (مثل LSZH الممتاز، وXLPE، وأكسيد المغنيسيوم) والتي تتميّز بتصميم هيكلي متين، حجر الزاوية لبناء مقاومة للرطوبة طوال دورة حياة الكابل. ويُشكّل الفهم العميق للخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل مادة من مواد الكابلات، واحترامها، نقطة الانطلاق لتحديد مخاطر تسرب الرطوبة وتقييمها ومنعها بفعالية.