در شبکههای توزیع برق ۲۰ کیلوولت، هادی هوایی فقط یک قطعه فلزی برای عبور جریان نیست. مقاومت الکتریکی، استحکام کششی، ازدیاد طول، رفتار خزشی، یکنواختی قطر و ترکیب شیمیایی هادی مستقیماً بر تلفات انرژی، افت ولتاژ، میزان شکم سیم، دوام مکانیکی و پایداری شبکه اثر میگذارند. IEC 62641:2022 نیز برای مفتولهای آلومینیومی و آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در هادیهای هوایی، خواص مکانیکی و الکتریکی مشخصی تعریف میکند؛ در استانداردهای ASTM نیز برای Aluminum 1350-H19، سیم، راد مخصوص کشش و هادیهای تابیده استانداردهای جداگانه وجود دارد.
به همین علت، استفاده از آلومینیوم ضایعاتی یا مفتولی که صرفاً با فرآیند اکستروژن به شکل موردنظر رسیده اما خواص آن با استاندارد هادی تطبیق داده نشده، میتواند در شبکه ۲۰ کیلوولت پیامدهایی به مراتب بیشتر از صرفاً کاهش کیفیت ظاهری سیم داشته باشد.
تفاوت اصلی مفتول استاندارد هادی با مفتول حاصل از ضایعات چیست؟
در تولید استاندارد هادیهای آلومینیومی، یکی از مسیرهای رایج استفاده از Drawing Stock یا راد آلومینیوم مناسب کاربرد الکتریکی و سپس انجام فرآیند کشش مفتول است. ASTM بهطور مشخص استاندارد B233 را برای Aluminum 1350 Drawing Stock مخصوص کاربردهای الکتریکی و B230/B230M را برای سیم Aluminum 1350-H19 تعریف کرده است.
فرآیند کشش صرفاً قطر مفتول را کوچک نمیکند؛ تغییرشکل پلاستیک بر ساختار، مقاومت مکانیکی و حتی هدایت الکتریکی ماده اثر میگذارد. تحقیقات آزمایشگاهی روی آلومینیوم سری 1xxx نشان دادهاند که میزان تغییرشکل در فرآیند کشش میتواند استحکام را افزایش دهد، درحالیکه ترکیب شیمیایی و عناصر آلیاژی نیز روی مقاومت ویژه الکتریکی اثر قابل توجهی دارند.
در مقابل، اگر ضایعات آلومینیومی با ترکیبهای مختلف ذوب و مستقیماً وارد فرآیند تولید مفتول شوند، ممکن است عناصر ناخواستهای مانند آهن، سیلیسیم یا سایر فلزات در ماده باقی بمانند. این مسئله به خود ضایعات یا اکستروژن محدود نیست؛ مشکل اصلی عدم کنترل متالورژیکی ماده اولیه است. پژوهشهای جدید درباره آلومینیوم بازیافتی نیز نشان میدهند ناخالصیهایی مانند آهن میتوانند فازهای بینفلزی ترد ایجاد کنند و خواص مکانیکی ماده را تحت تأثیر قرار دهند.
نکته بسیار مهم: آلومینیوم بازیافتی الزاماً غیراستاندارد نیست
نباید نتیجه گرفت هر مفتولی که از آلومینیوم بازیافتی ساخته شده باشد برای صنعت برق نامناسب است. امکان پالایش، کنترل ترکیب شیمیایی و مهندسی آلیاژهای بازیافتی وجود دارد و حتی تحقیقات جدید به دنبال تولید آلومینیوم بازیافتی با هدایت الکتریکی و استحکام بالا برای کاربردهای هادی هستند.
بنابراین سؤال صحیح این نیست که:
«این سیم از شمش ساخته شده یا ضایعات؟»
بلکه باید پرسید:
«مفتول نهایی آیا خواص الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی و ابعادی استاندارد هادی خطوط هوایی را پاس کرده است یا خیر؟»
اگر محصول این آزمونها را پاس کند، منشأ بخشی از فلز بهتنهایی معیار رد محصول نیست. اما استفاده از ضایعات نامشخص و تولید مفتول بدون پالایش، کنترل ترکیب و آزمون نهایی، ریسک بسیار بالایی ایجاد میکند.
۱. افزایش مقاومت الکتریکی و تلفات شبکه
یکی از مهمترین خطرات هادی نامناسب، افزایش مقاومت الکتریکی است.
هرچه مقاومت هادی بیشتر شود، برای یک جریان مشخص:
تلفات I²R افزایش پیدا میکند.
نتیجه آن میتواند شامل افزایش تلفات فنی شبکه، گرمتر شدن هادی و افت بیشتر ولتاژ در طول فیدر باشد. اهمیت مقاومت AC و ظرفیت عبور جریان هادیهای هوایی بهقدری است که IEC TR 61597 روشهای محاسبه مقاومت جریان متناوب، ظرفیت عبور جریان، تنش، خزش و اثر حرارت بر استحکام سیم آلومینیومی را بهطور جداگانه پوشش میدهد.
برای شبکهای که دهها کیلومتر هادی دارد، حتی افزایش نسبتاً کوچک مقاومت ویژه میتواند در طول سال به اتلاف انرژی قابل توجهی تبدیل شود.
۲. افزایش افت ولتاژ در انتهای فیدر
افزایش مقاومت هادی فقط به معنی افزایش قبض تلفات نیست.
در خطوط توزیع طولانی، مقاومت بیشتر میتواند باعث افزایش افت ولتاژ شود. در نتیجه ممکن است مشترکان یا ترانسفورماتورهای انتهای فیدر ولتاژ نامطلوبتری دریافت کنند و شرکت توزیع مجبور شود از روشهایی مانند اصلاح مقطع، تغییر آرایش شبکه یا تنظیم ولتاژ استفاده کند.
به همین دلیل دو هادی با «سطح مقطع اسمی یکسان» الزاماً عملکرد الکتریکی یکسانی ندارند؛ کیفیت فلز و مقاومت ویژه نیز اهمیت دارد.
۳. کاهش استحکام کششی هادی
در خطوط هوایی، هادی دائماً تحت تنش مکانیکی قرار دارد.
وزن خود هادی، باد، یخ، تغییرات دما، فاصله بین پایهها و نیروهای ناشی از نصب، همگی به هادی فشار وارد میکنند. استانداردهای هادی هوایی به همین دلیل صرفاً مشخصات الکتریکی ندارند و خواص مکانیکی مفتول را نیز تعیین میکنند. IEC 62641 دقیقاً برای مفتولهای مورد استفاده در هادیهای تابیده هوایی، الزامات مکانیکی و الکتریکی را پوشش میدهد.
مفتول ضعیف یا ناهمگن میتواند باعث کاهش نیروی گسیختگی نهایی هادی شود و حاشیه اطمینان مکانیکی شبکه را کاهش دهد.
۴. افزایش احتمال پارگی سیم
اگر بخشی از مفتولها به دلیل ناخالصی، ترک سطحی یا ساختار متالورژیکی نامناسب استحکام کمتری داشته باشند، خطر شکست تدریجی رشتهها افزایش پیدا میکند.
این مسئله در شبکه میتواند به:
- پارگی هادی
- افتادن سیم
- خاموشی فیدر
- ایجاد اتصال فاز به زمین
- خسارت به تجهیزات
- افزایش خطرات ایمنی
منجر شود.
در چنین شرایطی صرف ارزانتر بودن چند درصدی هادی در زمان خرید ممکن است با یک حادثه شبکه کاملاً بیاثر شود.
۵. افزایش خزش و شکم سیم
یکی از پارامترهای بسیار مهم هادی خطوط هوایی Creep یا خزش است.
هادی تحت تنش در طول زمان تغییر طول میدهد و این رفتار بر Sag یا شکم سیم اثر میگذارد. IEC TR 61597 خزش، رفتار تنش–کرنش، افزایش طول و کاهش استحکام سیم آلومینیوم در اثر دما را جزو پارامترهای اصلی محاسبات هادیهای هوایی قرار میدهد.
اگر ماده اولیه یکنواخت نباشد یا فرآیند تولید کنترل نشود، رفتار خزشی هادی نیز میتواند نسبت به محصول استاندارد غیرقابلپیشبینیتر باشد.
افزایش Sag ممکن است فاصله ایمن هادی از زمین، درختان، ساختمانها یا فازهای دیگر را کاهش دهد.
۶. افزایش دمای هادی
اگر مقاومت الکتریکی افزایش یابد، هادی در جریان مشابه گرمای بیشتری تولید میکند.
دمای بالاتر نیز خود میتواند روی رفتار مکانیکی آلومینیوم اثر بگذارد. IEC در محاسبات هادیهای هوایی موضوع کاهش استحکام سیم آلومینیومی در اثر دمای بالا را بهصورت مشخص لحاظ کرده است.
بنابراین یک چرخه نامطلوب ممکن است ایجاد شود:
مقاومت بیشتر ← تلفات بیشتر ← دمای بیشتر ← تغییر رفتار مکانیکی و خزش بیشتر
۷. کاهش ظرفیت واقعی عبور جریان
اگر سطح مقطع ظاهری دو هادی مشابه باشد اما مقاومت ویژه آنها متفاوت باشد، نمیتوان انتظار داشت ظرفیت حرارتی واقعی یکسانی داشته باشند.
در هادی استاندارد، محاسبات آمپاسیتی بر اساس خواص مشخص ماده انجام میشود. اگر ماده واقعی با مشخصات طراحی متفاوت باشد، استفاده از آمپراژ درجشده در جداول استاندارد ممکن است تصویر دقیقی از عملکرد واقعی هادی ارائه نکند. روشهای محاسبه ظرفیت جریان هادیهای هوایی نیز در IEC TR 61597 بر خواص تعریفشده هادی استوار است.
۸. مشکلات اتصالات و یراقآلات
کیفیت هادی در محل اتصال اهمیت بیشتری پیدا میکند.
کلمپها، کانکتورها، جامپرها و اتصالات خطوط هوایی برای محدوده مشخصی از:
قطر، سختی، جنس و سطح مقطع هادی
طراحی شدهاند.
اگر قطر مفتول یا ساختار رشتهبندی نامنظم باشد، فشار کلمپ ممکن است بهصورت یکنواخت توزیع نشود. در نتیجه احتمال افزایش مقاومت تماسی و ایجاد Hot Spot در محل اتصال بیشتر میشود.
این مسئله بهخصوص در شبکههای توزیع که تعداد اتصالات بالا است اهمیت زیادی دارد.
۹. یکنواخت نبودن قطر مفتول
یکی دیگر از مشکلات تولید غیراستاندارد، تلرانس نامناسب قطر است.
اگر قطر رشتهها در طول کلاف ثابت نباشد:
- سطح مقطع مؤثر تغییر میکند.
- مقاومت در طول هادی یکنواخت نیست.
- تابیدن هادی دشوارتر میشود.
- تنش مکانیکی بین رشتهها بهصورت یکنواخت تقسیم نمیشود.
استانداردهای هادی به همین علت مشخصات ماده را در سطح مفتول قبل از استرند شدن نیز کنترل میکنند.
۱۰. تأثیر بر قابلیت اطمینان شبکه ۲۰ کیلوولت
نتیجه نهایی تمام موارد بالا کاهش Reliability شبکه است.
هادی ضعیف میتواند به افزایش دفعات خاموشی، افزایش هزینه تعمیر و نگهداری، کاهش عمر مفید خط، افزایش تلفات فنی و افزایش ریسک حوادث مکانیکی منجر شود.
به همین دلیل قیمت خرید هادی نباید تنها معیار انتخاب در مناقصات و پروژههای شبکه توزیع باشد.
مقایسه خلاصه دو روش
| مشخصه | هادی استاندارد با مفتول الکتریکی کنترلشده و کشش مناسب | مفتول اکستروژن از ضایعات کنترلنشده |
|---|---|---|
| ترکیب شیمیایی | کنترلشده | ممکن است متغیر باشد |
| مقاومت ویژه | قابل کنترل و آزمون | احتمال افزایش یا پراکندگی |
| هدایت الکتریکی | قابل پیشبینی | ممکن است کاهش یابد |
| استحکام کششی | مطابق استاندارد در صورت تأیید | ممکن است متغیر باشد |
| قطر مفتول | دارای تلرانس مشخص | احتمال نوسان بیشتر |
| رفتار خزش | قابل محاسبه | ممکن است غیرقابل پیشبینی باشد |
| تلفات شبکه | مطابق طراحی | احتمال افزایش |
| افت ولتاژ | مطابق محاسبات | احتمال افزایش |
| عمر شبکه | قابل پیشبینیتر | ریسک کاهش |
| احتمال پارگی | مطابق حدود طراحی | در محصول نامرغوب بیشتر |
این جدول درباره محصول ضایعاتیِ کنترلنشده است؛ مفتول بازیافتی که همه آزمونهای استاندارد را پاس کند، نباید صرفاً به دلیل بازیافتی بودن در ستون دوم قرار گیرد.
برای تشخیص هادی استاندارد چه آزمایشهایی باید انجام شود؟
به ظاهر سیم نمیتوان اعتماد کرد. برای ارزیابی واقعی، آزمایشگاه باید دستکم خواص مرتبط با مقاومت الکتریکی و خواص مکانیکی مفتول را کنترل کند؛ استانداردهای ASTM نیز B193 را برای اندازهگیری مقاومت ویژه مواد هادی و B230/B233 را برای سیم و Drawing Stock آلومینیوم 1350 در کاربردهای الکتریکی معرفی میکنند.
در یک برنامه کنترل کیفیت حرفهای، بررسی این موارد اهمیت بالایی دارد:
- مقاومت الکتریکی
- هدایت الکتریکی
- استحکام کششی
- ازدیاد طول
- قطر و تلرانس مفتول
- سطح مقطع واقعی هادی
- وزن واحد طول
- ترکیب شیمیایی آلومینیوم
- کیفیت سطح مفتول
- آرایش و کیفیت تاب رشتهها
در پروژه حساس بهتر است آزمونها روی نمونه تصادفی از کلاف تحویلی واقعی انجام شوند، نه صرفاً نمونهای که تولیدکننده جداگانه برای تأیید ارائه میکند.
آیا میتوان فقط با اندازهگیری وزن سیم تقلب را تشخیص داد؟
خیر.
وزن واحد طول میتواند یک نشانه مفید باشد اما برای اثبات استاندارد بودن کافی نیست. ممکن است دو هادی وزن مشابه داشته باشند ولی ترکیب شیمیایی، مقاومت ویژه یا استحکام مکانیکی متفاوتی داشته باشند.
بنابراین ارزیابی هادی باید مجموعهای از آزمونهای ابعادی + الکتریکی + مکانیکی + متالورژیکی باشد.
نتیجهگیری
تفاوت میان یک هادی هوایی آلومینیومی استاندارد و محصولی که از ضایعات نامشخص و بدون کنترل مناسب تولید شده، فقط در ظاهر یا قیمت هر کیلوگرم سیم خلاصه نمیشود. این اختلاف میتواند مستقیماً بر مقاومت الکتریکی، تلفات انرژی، افت ولتاژ، دمای هادی، ظرفیت عبور جریان، خزش، شکم سیم، استحکام کششی و احتمال پارگی خط اثر بگذارد. الزامات IEC و ASTM نیز دقیقاً به همین دلیل هم خواص مکانیکی و هم خواص الکتریکی مواد هادی را کنترل میکنند.
از طرف دیگر، اکستروژن یا استفاده از آلومینیوم بازیافتی به خودی خود نشانه غیراستاندارد بودن محصول نیست. اگر ماده بازیافتی پالایش شود و مفتول نهایی تمامی الزامات شیمیایی، الکتریکی، مکانیکی و ابعادی استاندارد را احراز کند، میتواند از نظر مهندسی قابل استفاده باشد. مسئله اصلی، استفاده از ضایعات کنترلنشده برای کاهش قیمت و عرضه محصولی است که خواص واقعی آن با هادی طراحیشده برای شبکه یکسان نیست. پژوهشهای جدید نیز نشان میدهند تولید هادیهای با هدایت بالا از آلومینیوم بازیافتی امکانپذیر است، اما کنترل ناخالصیها یکی از چالشهای کلیدی این مسیر است.
برای شبکه ۲۰ کیلوولت، خرید ارزانتر هادی بدون آزمون مقاومت ویژه، استحکام کششی و ترکیب شیمیایی میتواند صرفهجویی اولیه را به تلفات انرژی و هزینه چندینساله تعمیر و نگهداری تبدیل کند. بنابراین در خرید هادی هوایی، برگه آنالیز مواد و تست واقعی محصول تحویلی باید در کنار قیمت بررسی شود.
27 بازدید
فروشگاه ها
