در جست وجو ی پوشش مقاوم در برابر آتش برای کابلها

0
2751

مواد پلیمری‌ که‌ برای‌ حفاظت‌ در برابر شعله‌ در عایق‌ کابلها به‌ کار می‌رود در همه‌ جنبه‌هارضایت‌ بخش‌ نیستند، زیرا پاره‌ای‌ ترکیبات‌ آنها،در حین‌ آتش‌ سوزی‌ مقادیر زیادی‌ دود ومواد شیمیایی‌ خورنده‌ تولید می‌کنند. شرکتهای‌ برق‌ به‌ ترکیبات‌ جدید عایق‌ ضد آتش‌سوزی‌ پلیمری‌ برای‌ کابلها که‌ در ولتاژهای‌ کم‌ و متوسط استفاده‌ می‌شوند، نیاز دارند.فعالیت‌ اکتشافی‌ EPRI در این‌ زمینه‌، نمونه‌ای‌ از ارزش‌ یک‌ پژوهش‌ در ارتباط و مشاوره‌نزدیک‌ با تولید کنندگان‌ پلیمر، تامین‌ کنندگان‌ مواد شیمیایی‌، تولید کنندگان‌ کابل‌ وشرکتهای‌ برق‌ است‌. نتیجه‌ این‌ پژوهش‌، تولید دو ترکیب‌ پلیمری‌ است‌ که‌ امکان‌ تاخیر درآتش‌ سوزی‌ را فراهم‌ می‌آورد و اکنون‌ در حال‌ ارزیابی‌ از طرف‌ یک‌ تولید کننده‌ کابل‌ برای‌تولید تجاری‌ است‌. نوشتار حاضر درباره‌ چگونگی‌ روند اجرای‌ این‌ پژوهش‌ و کشف‌ فرمول‌جدید و چگونگی‌ همکاری‌ گروههای‌ مختلف‌ با EPRI در این‌ زمینه‌ بحث‌ می‌کند.
شاید پلیمرهای‌ مصنوعی‌ که‌ شامل‌زنجیره‌ای‌ از واحدهای‌ ملکولی‌اند که‌ تعدادو ساختار شیمیایی‌ آنها، خواص‌ ماده‌ راتعیین‌ می‌کند، قابل‌ تغییرترین‌ گروه‌ از موادموجود باشند. برای‌ تغییر و اصلاح‌ پلیمری‌مصنوعی‌ با گستره‌ وسیعی‌ از مشخصات‌مورد نظر، انواع‌ گوناگونی‌ از افزودنیها بکارمی‌رود. فرمولاسیونهای‌ اولیه‌ پلیمرها دراوایل‌ قرن‌ بیستم‌ تولید شدند و امروزپلیمرها برای‌ مصارف‌ بسیار متنوعی‌ از گیره‌سر تا اجزای‌ شاتل‌های‌ فضایی‌ بکارمی‌روند. چنین‌ به‌ نظر می‌رسد که‌ ترکیبات‌پلیمری‌ از نظر تعداد بی‌ پایان‌ است‌. شناخته‌شده‌ترین‌ پلیمرها، پلی‌ اولفین‌ها مانند پلی‌پروپیلین‌ و پلی‌ اتیلین‌ ماده‌ اولیه‌ هزاران‌محصول‌ مورد نیاز روزمره‌ انسانها مانندکیسه‌های‌ پلاستیکی‌، بطری‌ شامپو، گلدان‌،سطل‌ آشغال‌ و…است‌.

در صنعت‌ برق‌، عایقکاری‌ انواع‌تجهیزات‌ توزیع‌ یا انتقال‌ شامل‌ کابلها،ترانسفورماتورها، خازنها و ماشینهای‌ دوار به‌وسیله‌ پلیمرها انجام‌ می‌شود. دوار به‌ وسیله‌پلیمرها انجام‌ می‌شود. اجزای‌ اولیه‌ عایق‌سیمها و کابلها، پلی‌ اولفین‌ها و پلیمرهای‌اولفین‌ است‌. برای‌ پلیمرها مصارف‌ معمولی‌دیگری‌ در صنعت‌ برق‌ وجود دارد که‌ کمترشناخته‌ شده‌اند. این‌ مصارف‌ عبارتند از:غشاء جداکننده‌، الکترولیت‌ باتریهای‌پیشرفته‌، بدنه‌ خودروهای‌ برقی‌، پوششهای‌ضد خوردگی‌، لوله‌، قطعات‌ سیستمهای‌کنترل‌ محیط زیست‌ و دستکش‌ کارگران‌خطوط نیرو.
پلیمرهایی‌ مانند پلی‌ اولفین‌ها هم‌ برای‌روکش‌ و هم‌ به‌ عنوان‌ عایق‌ کابلهای‌ انتقال‌نیرو استفاده‌ می‌شوند. مشخصات‌ این‌ نوع‌پلیمرها مانند عدم‌ هدایت‌ الکتریکی‌ که‌ افت‌انرژی‌ را به‌ حداقل‌ می‌رساند، مصرف‌ آنها را به‌ عنوان‌ عایق‌ و روکش‌ کابلها مناسب‌ کرده‌است‌. این‌ پلیمرها که‌ تولید آنها ساده‌ است‌،در دماهای‌ بالا نرم‌ بوده‌ و امکان‌قالب‌گیری‌،پرس‌ کاری‌ و اکستروژن‌ آنها دراشکال‌ و ابعاد مختلف‌ وجود دارد. این‌پلیمرها بعد از سرد شدن‌ سخت‌ می‌شوند.پلیمرها با خواص‌ مکانیکی‌ متفاوت‌ (نرم‌ وتاشو تا بسیار سخت‌) برای‌ کاربردهای‌ خاص‌مناسب‌اند.
با وجود این‌ مزایای‌ فرمولاسیونهای‌ پلی‌اولفین‌ خالص‌ به‌ دلیل‌ این‌ که‌ از کربن‌ وهیدروژن‌ تشکیل‌ شده‌، مستعد شعله‌ وری‌است‌. گرچه‌ آتش‌ سوزی‌ کابلها به‌ ندرت‌اتفاق‌ می‌افتد ولی‌ از آنجا که‌ اغلب‌ کابلهای‌ولتاژ پایین‌ و متوسط تا پنج‌ کیلووات‌) درشبکه‌های‌ توزیع‌ و نیروگاهها به‌ صورت‌فشرده‌ در راک‌ها = سینی‌ها، کانال‌ها ومحفظه‌ها قرار می‌گیرند، امکان‌ آتش‌ سوزی‌وجود دارد. برای‌ کاهش‌ احتمال‌ آتش‌ سوزی‌کابلها. عایق‌ و روکش‌ کابلها در مناطقی‌ که‌احتمال‌ آتش‌ سوزی‌ وجود دارد ازپلیمرهایی‌ که‌ هالوژنها و یا هیدروکسیدفلزات‌ غیر هالوژنه‌ (مانندتری‌ هیدرات‌آلومینیوم‌) به‌ ترکیب‌ آنها اضافه‌ شده‌ است‌،ساخته‌ می‌شوند. اگر چه‌ افزودن‌ این‌ترکیبات‌ به‌ پلیمرها مقاومت‌ آنها را در مقابل‌آتش‌ سوزی‌ افزایش‌ می‌دهد ولی‌ این‌ترکیبات‌ معایبی‌ نیز دارند.
در هنگام‌ آتش‌ سوزی‌، پلی‌ وینیل‌ کلرایدگاز هیدروژن‌ هالید آزاد می‌کند. این‌ گاز وقتی‌با اکسید آنتیمون‌ ترکیب‌ شود یک‌ سیستم‌ضد آتش‌سوزی‌ به‌ وجود می‌آورد. در این‌صورت‌ مقادیر قابل‌ توجهی‌ دود تولیدمی‌شود که‌ مسمومیت‌ زا و ناایمن‌ است‌.همچنین‌ گازهای‌ هیدروژن‌ هالید، خورنده ‌بوده‌ و لذا خطر خوردگی‌ تجهیزات‌ وجوددارد. پلیمرهای‌ حاوی‌ آلومینیم‌ تری‌ هیدرات‌در هنگام‌ آتش‌ سوزی‌ تولید آب‌ کرده‌ وشعله‌ را مهار می‌کنند ولی‌ مقادیر زیادی‌ آلومینیوم‌تری‌ هیدرات‌ باید به‌ پلیمر اضافه ‌شود تا خاصیت‌ ضد آتش‌ سوزی‌ به‌ وجودآید. افزودن‌ این‌ ماده‌ خواص‌ مکانیکی‌ پلیمررا تحت‌ تاثیر قرار می‌دهد به‌ قسمی‌ که‌ پلیمر حاصل‌، سفت‌ و مستعد ترک‌ خوردن‌ یا نازک‌شدن‌ بر اثر کشیدگی‌ و سایش‌ است‌. از سوی‌دیگر به‌ دلیل‌ خاصیت‌ هدایت‌ الکتریکی‌هیدرات‌ آلومینیوم‌، ترکیب‌ پلیمری‌ این‌ ماده‌تنها برای‌ روکش‌ کابلها مناسب‌ است‌ و به‌دلیل‌ پرت‌ انرژی‌ ناشی‌ از هدایت‌ الکتریکی‌برای‌ عایق‌ کابلها الکتریکی‌ برای‌ عایق‌ کابلهامناسب‌ نیست‌.
طرح‌ مساله‌
از اواخر سالهای‌ دهه‌ ۱۹۸۰، EPRIتحقیقاتی‌ را برای‌ مشخص‌ کردن‌ مصارف‌جدید پلیمرهای‌ پیشرفته‌ دنبال‌ می‌کرد. درسال‌ ۱۹۹۱، EPRI برای‌ آگاهی‌ از آخرین‌فعالیتهای‌ تحقیقاتی‌ پلیمر، پروفسور الی‌پیرس‌ (EliPearec) سرپرست‌انستیتوی‌ تحقیقات‌ پلیمر دانشگاه‌ پلی‌تکنیک‌ نیویورک‌ را دعوت‌ به‌ همکاری‌ کرد.پیرس‌ در مورد فن‌ آوریها و مصارف‌ جدیدپلیمرها، نظرات‌ مهمی‌ داشت‌. این‌ دیدگاهها،سیمور آلبرت‌ (یکی‌ از اعضای‌ EPRI) رامتقاعد کرد که‌ فن‌ آوری‌ پیشرفته‌، خواهدتوانست‌ فرمولاسیون‌ جدیدی‌ از پلیمرهای‌ضد حریق‌ مورد نیاز صنعت‌ برق‌ برای‌ عایق‌کاری‌ کابلها قدرت‌ تولید کند.
آلبرت‌ می‌گوید: >سایر محققان‌ سعی‌کرده‌ بودند که‌ مساله‌ را به‌ استفاده‌ فعلی‌ ازافزودنیهای‌ هالوژن‌ و هیدروکسید فلزات‌ محدود کنند. ما با این‌ پرسش‌ که‌ (آیا راه‌دیگری‌ وجود دارد؟) شروع‌ کردیم‌. ما بدنبال ‌افزودنیهای‌ ضد حریق‌ دیگری‌ بودیم‌ که‌ همه‌محصولات‌ جانبی‌ و ناخواسته‌ از آتش‌سوزی‌ را حذف‌ کند. نتیجه‌ کار ممکن‌ بود فقط محصولات‌ فعلی‌ را اندکی‌ اصلاح‌ کند.ولی‌ ما به‌ امکان‌ تولید عایق‌ ضد حریق‌پلیمری‌ با خواص‌ خوب‌ فیزیکی‌، امکان‌تولید آسان‌، قیمت‌ ارزان‌ و غیر آلاینده‌ محیطزیست‌ فکر می‌کردیم‌.
با این‌ طرز تفکر بر نشتاین‌ (متخصص‌پلیمر در EPRI) و جان‌ استرینجر (دانشمندعلم‌ مواد و فن‌ آوریهای‌ اجرایی‌ در بخش‌تحقیقات‌ استراتژیک‌) با پیرس‌ در موردامکان‌ توسعه‌ پلیمری‌ ضد حریق‌ جدید وارد مذاکره‌ شدند. وی‌، ادویل‌ (Ed Wil) استاددانشگاه‌ پلی‌ تکنیک‌ نیویورک‌ که‌ دارای ‌سابقه‌ کار در صنایع‌ شیمیایی‌ بود را برای‌ این‌کار معرفی‌ کرد. ویل‌ پیشنهاد پروژه‌ تحقیقاتی‌در این‌ زمینه‌ را آماده‌ کرد. پیشنهاد پروژه‌ دارای‌ این‌ ویژگی‌ بود که‌ چنانچه‌ بخشهایی‌ ازآن‌ از حمایت‌ مالی‌ برخوردار نمی‌شد قابل‌حذف‌ بود. بخش‌ تحقیقات‌ اکتشافی‌ EPRI تامین‌ بودجه‌ این‌ طرح‌ سه‌ ساله‌ را به‌ عهده‌گرفت‌. اگر چه‌ ویل‌ هدف‌ پروژه‌ را می‌دانست ‌اما نقشه‌ روشنی‌ برای‌ رسیدن‌ به‌ آن‌ نداشت‌.برای‌ پی‌ بردن‌ به‌ نیازهای‌ واقعی‌ صنعت‌برق‌، برنشتاین‌، ویل‌ را به‌ نمایندگان‌ شرکت‌ برق‌ ادیسون‌ نیویورک‌ معرفی‌ کرد. ویل‌ باکمک‌ نمایندگان‌ صنعت‌ برق‌ و با جست‌وجودر انتشارات‌ علمی‌ تلاش‌ کرد که‌ اطلاعاتی‌در مورد پلیمرها جمع‌ آوری‌ کند. وی‌ بانمایندگانی‌ از شرکتهای‌ Akoz Nobe l،ATqT، کابلسازی‌ BICC،BP، DuPont،Mosanto، South Wire، UnionCarbide گفتگو کرد و آنها راهنمایی‌های‌ارزشمندی‌ در مورد استانداردهای‌ پلیمرهای‌ضد حریق‌ و روشهای‌ آزمایش‌ آن‌ ارایه‌کردند. ویل‌ با مشورت‌ شرکتهای‌ تولیدکننده‌کابل‌ و انستیتو ملی‌ استاندارد و فن‌آوری‌ و باکمک‌ EBRI برای‌ انتخاب‌ مواد ضد آتش‌سوزی‌ آزمایشهایی‌ انجام‌ داد.
ویل‌ می‌گوید: ما در خلاء تحقیق‌نمی‌کردیم‌. روش‌ کار مشخص‌ بود و افرادی‌وجود داشتند که‌ از آنها سوال‌ می‌کردیم‌. باجمع‌آوری‌ نظرات‌ صنعتگران‌ برق‌،تولیدکنندگان‌ و اطلاعات‌ بازار ما پی‌ بردیم ‌که‌ فرمولاسیونهای‌ پلیمری‌ ضد آتش‌سوزی‌باید چگونه‌ باشند و چه‌ ترکیباتی‌ در دسترس‌است‌. کدام‌ فرمولاسیونها از نظر صنعت‌ برق‌ترجیح‌ دارد و برای‌ آینده‌ چه‌ چیز مورد نیازاست‌.<
آلبرت‌ می‌گوید >در تحقیقات‌، همه‌ چیزآن‌ گونه‌ که‌ فکر می‌کنید موفقیت‌آمیز نیست‌ولی‌ معمولا اطلاعات‌ خوبی‌ در موردموضوع‌ به‌ دست‌ می‌آید.
پس‌ از مرحله‌ جمع‌ آوری‌ اطلاعات‌،مرحله‌ آزمایشهای‌ پروژه‌ شروع‌ شد. در این‌مرحله‌، از محققی‌ به‌ نام‌ وی‌ مینگ‌ زو(Wiminq Zhu) از دانشگاه‌ ایالتی‌ اوکلاهما به‌ عنوان‌ دانشجوی‌ دوره‌ فوق‌ دکتراثبت‌ نام‌ بعمل‌ آمد. وظیفه‌ وی‌ تولیدمخلوطهای‌ مختلف‌ پلیمری‌ و انجام‌محاسبات‌ آزمایشگاهی‌ بود. پس‌ از چنددوره‌ سعی‌ و خطا ویل‌ و زو فرمولاسیون ‌ضد حریق‌ خوبی‌ به‌ دست‌ آوردند. از نظرتولید، این‌ فرمولاسیون‌ نوید بخش‌ بود. افزودنیهای‌ مورد نظر قابل‌ تهیه‌ و ارزان‌بودند. فرمولاسیون‌ مزبور شامل‌ ملامین‌،پلی‌ فنیلین‌ اکسید (PPO) و سیلانتید کالوین‌بود. ویل‌ می‌گوید: >از این‌ که‌ فرمولاسیون‌ضد آتش‌سوزی‌ نوید بخشی‌ به‌ دست‌ آمد،بسیار خشنود شدیم‌. ما دریافتیم‌ که‌فرمولاسیون‌ به‌ دست‌ آمده‌ با چند نمونه‌ ازپلی‌اولفین‌ها که‌ دارای‌ مزایای‌ آشکار است‌، همخوانی‌ دارد. سه‌ جزء افزودنی‌ ضروری‌برای‌ تشکیل‌ این‌ فرمولاسیون‌ ارزان‌ قیمت‌ ومناسب‌ عایق‌بندی‌ کابلهای‌ ولتاژ پایین‌ است‌.
سپس‌ توجه‌ ویل‌ و زو معطوف‌ به‌ یافتن‌فرمولاسیون‌ مناسب‌ روکش‌ شد به‌ نحوی‌ که‌اجازه‌ سرایت‌ گرما و شعله‌ را از عایق‌ ندهد.بعد از فعالیتهای‌ زیاد آزمایشگاهی‌ با استفاده‌از ترکیبات‌ ملامین‌ نتایج‌ مطلوب‌ به‌ دست‌ آمد.
آزمایشهای‌ ویل‌ و زو بر روی‌ صفحات‌پلیمری‌ انجام‌ شده‌ بود. برای‌ این‌ که‌ از این‌پلیمرها به‌ عنوان‌ عایق‌ و روکش‌ کابل‌استفاده‌ شود. باید امکان‌ اکسترود پلیمرهاوجود داشته‌ باشد. محققان‌ بنا به‌ تقاضای‌EPRI در آزمایشگاه‌ نمونه‌های‌ کوچک‌اکسترود فرمولا سیونهای‌ جدید را نشان‌ دهند. ولی‌ هنوز راه‌ زیادی‌ تا تجاری‌ شدن‌نتایج‌ تحقیقات‌ در پیش‌ است‌. بر اساس‌توافق‌ نامه‌ای‌، لیسانس‌ استفاده‌ از این‌ فن‌آوری‌ به‌ شرکت‌ BICC واگذار شده‌ است‌.شرکت‌ BICC تلاش‌ می‌کند که‌ نتایج‌ به‌دست‌ آمده‌ را تجاری‌ کند.
استرینجر می‌گوید: >تحقیقات‌ اکتشافی‌نه‌ تنها جنبه‌ علمی‌ دارد بلکه‌ جنبه‌ تجاری‌آنها باید مد نظر باشد. تولیدات‌ و روندهایی‌که‌ از پژوهشهای‌ اکتشافی‌ حاصل‌ می‌شودباعث‌ سود آوری‌ شرکتها است‌ و آنها را به ‌سوی‌ مرزهای‌ نو سوق‌ می‌دهد. امروزه‌ روندتقاضای‌ فن‌ آوری‌ پیشرفته‌ توسط مشتریان‌سریعتر از گذشته‌ است‌. یکی‌ از راههای‌ اجابت‌ این‌ تقاضا ادامه‌ کار در زمینه‌هایی‌است‌ که‌ در آن‌ امید اکتشاف‌ و نوآوری‌ است‌. البته‌ احتمال‌ شکست‌ و ناکامی‌ نیز وجوددارد. ولی‌ باید گفت‌ تنها شکست‌ حتمی‌ دردرازمدت‌ ناشی‌ از دست‌ روی‌ دست‌ گذاشتن‌و تلاش‌ نکردن‌ خواهد بود.


برگردان‌:دارا فتوحی‌
منابع‌: Schovber,J,In search of Fire-Resistant Cables, The EPRI Journal,Nov, Dec 1997, Vol 22, No,6, pp22-29, http:/WWW, epri, com /EPRIJournal


ماهنامه  صنعت برق

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.