الكابلات المطاطية البلاستيكية: المكونات الأساسية والمعايير العالمية

1. التركيب والابتكار المادي لـ كابلات مطاطية بلاستيكية

يتكون الهيكل الأساسي للكابلات المطاطية والبلاستيكية من أربعة أجزاء: الموصل، وطبقة العزل، وطبقة التدريع، والغلاف (الشكل 1). من بينها، اختيار المواد العازلة يحدد مباشرةً الحد الأعلى لأداء الكابل. على سبيل المثال، يُستخدم البولي إيثيلين المتصالب (XLPE) على نطاق واسع في كابلات الجهد المتوسط والعالي بسبب هيكله الشبكي الجزيئي ومقاومته لدرجات الحرارة التي تتراوح بين 90 و130 درجة مئوية؛ وأصبح مطاط الإيثيلين - بروبيلين (EPR) الخيار الأول للسيناريوهات المتنقلة (مثل كابلات التعدين) بسبب مرونته ومقاومته للأوزون.

في السنوات الأخيرة، أدى تعميم تقنية الربط المتقاطع بالإشعاع زادت من تحسين مقاومة المواد للتقادم. فعلى سبيل المثال، يتجاوز مستوى مقاومة درجات الحرارة في الكابلات المطاطية واللدائن البلاستيكية المترابطة بالإشعاع 125 درجة مئوية، كما أنها تتمتع بخصائص مقاومة للهب ومقاومة للزيت. وقد تم استخدامها بنجاح في المجالات عالية الطلب مثل محطات الطاقة النووية والفضاء الجوي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الصيغة المحسّنة ل الملدنات الصديقة للبيئة (مثل DOP) لا يقلل فقط من الفقد العازل للكابلات المصنوعة من البولي فينيل كلوريد (PVC)، بل يلبي أيضًا متطلبات السلامة في سيناريوهات خاصة مثل تغليف المواد الغذائية.

2. العمليات الرئيسية ومراقبة جودة تكنولوجيا الإنتاج

يتطلب إنتاج الكابلات المطاطية والبلاستيكية عمليات صارمة:

1. التواء الموصل: يتم لف أسلاك متعددة من النحاس أو الألومنيوم لتحسين التوصيل والقوة الميكانيكية;
2. بثق العزل: يتم طلاء المطاط أو البلاستيك بالتساوي على الموصل تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع. ويؤثر التحكم في درجة الحرارة والضغط تأثيراً مباشراً على كثافة طبقة العزل;
3. قولبة الغلاف: يجب أن يكون الغلاف الخارجي مقاومًا للماء ومقاومًا للبرودة. وفي بعض السيناريوهات، يجب إضافة طبقة مضفرة لتعزيز مقاومة التآكل;
4. المعالجة اللاحقة والاختبار: القطع والنقش واختبار الأداء الكهربائي (مثل اختبار التفريغ الجزئي) لضمان جودة المنتج النهائي.

إذا أخذنا كابلات البولي إيثيلين المتشابك كمثال، فإن العملية الأساسية تكمن في تفاعل الربط المتشابك - تحويل الجزيئات الخطية إلى بنية شبكية ثلاثية الأبعاد من خلال الطرق الكيميائية أو التشعيع، وبالتالي تحسين مقاومة الحرارة والقوة الميكانيكية بشكل كبير.

3. الموقف الأساسي لمعايير الاختبار وطرق الاختبار

تُعد معايير اختبار الكابلات المطاطية البلاستيكية حجر الزاوية لضمان موثوقيتها. مع الأخذ في الاعتبار سلسلة GB/T 3048 القياسية كمثال على ذلك، فهي تغطي 12 طريقة اختبار مثل مقاومة العزل، ومقاومة العزل، وتحمل الجهد، وفقدان العزل الكهربائي، وما إلى ذلك، على سبيل المثال:

• اختبار مقاومة العزل (GB/T 3048.5): يجب أن يكون وقت الشحن من 1 إلى 5 دقائق، ويجب أن تكون القيمة المقاسة مستقرة، وألا تقل مقاومة العزل للغلاف الخارجي عن 0.5MΩ/كم;
• اختبار جهد الصمود للتيار المتردد: يمكن للكابلات ذات الفولتية المقدرة أقل من 18/30 كيلو فولت استخدام جهد 3U0 0.1 هرتز بدلاً من اختبار تردد الطاقة لتقليل متطلبات سعة المعدات;
• اختبار التفريغ الجزئي (gb/T 3048.12): الكشف عن عيوب العزل، ويجب أن تصل الحساسية إلى مستوى pC.

المعايير الدولية مثل IEC 60502 وضع متطلبات موحدة لمستوى جهد التحمل والتصميم الهيكلي للكابلات بجهد 1 إلى 30 كيلو فولت، مما يعزز توحيد معايير سلسلة التوريد العالمية.

4. التآزر والاختلافات بين المعايير الدولية والمحلية

على الصعيد العالمي، تقدم معايير الكابلات المطاطية والبلاستيكية ميزة "المسار المزدوج المتوازي":

1. المعايير الدولية (IEC):: ممثلة في IEC 60227 (المتطلبات العامة) و IEC 60502 (كابلات الجهد المتوسط والعالي)، مع التركيز على الأداء الكهربائي وعتبات السلامة;
2. المعايير المحلية (GB/T):: مثل GB/T 12706-2002 (المكافئ للمواصفة IEC 60502) و GB 50150-2016 (مواصفات اختبار التسليم)، والتي تعمل على تحسين شروط الاختبار مع خصائص شبكة الطاقة الصينية. على سبيل المثال، تنص GB 50150 على أنه يمكن اختبار الكابلات المحمية المنفصلة الطور في مراحل متعددة بالتوازي لتحسين الكفاءة.

تجدر الإشارة إلى أن اختبار جهد تحمل التيار المستمر تم استبداله تدريجيًا باختبارات تحمل التيار المتردد واختبارات الرنين لأن توزيع المجال الكهربائي لا يتطابق مع ظروف العمل الفعلية، خاصة في الكابلات التي تزيد عن 35 كيلو فولت.

5- معدات الاختبار والابتكار التكنولوجي

يعتمد اختبار الكابلات المطاطية والبلاستيكية على معدات عالية الدقة:

• جهاز رنين متسلسل: من خلال ضبط التردد، يمكن تحقيق اختبار جهد الصمود للكابلات ذات السعة الكبيرة، مما يحل مشكلة عدم كفاية سعة محولات تردد الطاقة التقليدية;
• جهاز قياس المقاومة العالية وكاشف التفريغ الجزئي:: تستخدم لتحديد دقيق لمقاومة العزل (10⁵ ~ 10¹⁶⁶) والعيوب الصغيرة على التوالي;
• غرفة المحاكاة البيئية:: يحاكي الظروف القاسية مثل درجات الحرارة العالية والمنخفضة والرطوبة والحرارة للتحقق من ثبات الكابلات على المدى الطويل.

إذا أخذنا خط إنتاج الربط المتقاطع بالإشعاع كمثال، فإنه يدمج مسرع الإلكترون وعملية البثق لتحقيق التحكم في الوقت الحقيقي في درجة الربط المتقاطع للطبقة العازلة، ويحسن كفاءة الإنتاج بأكثر من 30%.

6. التوسع والتحديات التي تواجه مجالات التطبيق

لقد تغلغلت الكابلات المطاطية البلاستيكية في العديد من المجالات مثل الطاقة والنقل والصناعة العسكرية، ولكن السيناريوهات المختلفة لها متطلبات مختلفة للمعايير:

• نقل الطاقة: تحتاج كابلات الجهد فوق العالي (1000 كيلو فولت وما فوق) إلى حل مشاكل فقدان الهالة وتقادم العزل;
• النقل بالسكك الحديدية: يجب أن تجتاز الكابلات المقاومة للحريق اختبار انتشار اللهب GB/T 19666 لضمان سلامة الدائرة أثناء الحريق;
• طاقة الرياح البحرية: أصبحت مواد الأغلفة المقاومة للتآكل برذاذ الملح (مثل مطاط الكلورويثر) محور البحث والتطوير.

تحتاج الكابلات المستوردة (مثل درجات 1 ~ 35 كيلو فولت) أيضًا إلى استيفاء شروط تشغيل إضافية، بما في ذلك طرق تأريض النظام ومدة تيار الدائرة القصيرة وغيرها من المعلمات.

الملخص

لطالما تمحور التقدم التكنولوجي للكابلات المطاطية والبلاستيكية حول محوري "السلامة" و"الكفاءة". من ابتكار المواد إلى اختبار الترقيات القياسية، تستجيب الصناعة لتحديات التطبيقات المتنوعة من خلال التوحيد القياسي والابتكار التكنولوجي. في المستقبل، مع تعميم الشبكات الذكية والطاقة الجديدة, مواد تغليف قابلة للتحلل و تقنية المراقبة عبر الإنترنت قد تصبح نقطة الاختراق التالية. ولا يمكن للمصنعين والمستخدمين ضمان موثوقية واقتصاد أنظمة الكابلات في البيئات المعقدة إلا من خلال مواكبة الديناميكيات القياسية.