افزایش عمر هادیهای آلومینیومی خطوط انتقال و توزیع هوایی در نواحی ساحلی و صنعتی

استحكام بالا, هدایت الكتریكی مناسب, مقاومت به خوردگی بسیار مطلوب و تطابق مناسب با سیم های آلومینیومی باعث شده است كه سیمهای فولادی Al Clad شده به عنوان مواد بسیار مناسب جهت ساخت هادی های ACSR بكار روند

مقاومت بسیار مناسب آلومینیوم در برابر خوردگی بخاطر تشكیل یك لایه اكسیدی بسیار نازك و مقاوم روی سطح آن است. علاوه بر این برخی آلیاژهای آلومینیوم نظیر آلیاژهای سری ۵XXX (منیزیم‌دار) به منظور بهبود مقاومت در برابر خوردگی در محیطهای نمك‌دار (محیط‌های ساحلی نزدیك دریا) و برخی آلیاژهای سری ۶XXX به منظور كاربردهای دریایی، صنعتی و شیمیایی توسعه یافته‌اند، هر چند كه با توجه به تاثیر عناصر آلیاژی بر روی خواص الكتریكی و لزوم محدود كردن میزان این عناصر در هادیهای برق، معمولاً درصد عناصر آلیاژی جهت بهبود مقاومت دربرابر خوردگی را نمی‌توان در آلیاژهای با كاربرد به عنوان هادی الكتریكی از حدی بالاتر گرفت و لذا مقاومت به خوردگی آلیاژهای موجود جهت استفاده در ساخت هادیهای الكتریكی بهتر از آلومینیوم الكتریكی ۱۳۵۰ نیست.

با توجه به این امر برای بهبود رفتار خوردگی هادیهای هوایی آلومینیومی و افزایش عمر آنها باید از روشهای دیگری استفاده كرد كه در مقاله حاضر به آنها پرداخته می‌شود.

هادیهای هوایی آلومینیومی را بر اساس رفتار خوردگی آنها در برابر آتمسفرهای مختلف می‌توان به دودسته اصلی تقسیم‌بندی كرد. دسته اول هادیهایی هستند كه به طور كامل از آلومینیوم یا آلیاژهای آن ساخته شده‌اند (شامل هادیهای ACAR, AAAC, AAC و …). در این دسته از هادیها، با توجه به یكسان بودن پتانسیل الكتروشیمیایی تمامی اجزاء سازنده، هیچگونه خوردگی گالوانیكی به وجود نمی‌آید ودر نتیجه این نوع سیم‌ها تنها در معرض خوردگی‌های آتمسفری (آتمسفرهای صنعتی، ساحلی و …)‌قرار می‌گیرند. با توجه به آنكه مقاومت در برابر خوردگی هیچ یك از آلیاژهای آلومینیومی مورد استفاده در ساخت هادیهای خطوط انتقال نیرو بهتر از هادیهای آلومینیومی خالص نیست،‌لذا برای بهبود رفتار خوردگی هادیهای آلومینیومی نمی‌توان از هادیهای آلیاژی استفاده كرد، هر چند كه با در نظر گرفتن مقاومت در برابر خوردگی بسیار مناسب (تقریباً در حد هادیهای آلومینیومی) هادیهای آلیاژی سری ۵۰۰۵ و ۶۲۰۱ و در نظر داشتن استحكام مطلوب این نوع هادیهای آلیاژی، استفاده از آنها بجای هادیهای آلومینیومی۱۳۵۰ می‌تواند مزایای فنی – اقتصادی مناسبی به همراه داشته باشد. با توجه به این موارد مناسب‌ترین راه بهبود مقاومت در برابر خوردگی این هادیهای تمام آلومینیومی (یا تماماً آلیاژ آلومینیومی) استفاده از پوشش‌های مقاوم به خوردگی و یا استفاده از هادیهای كمپكت است كه البته استفاده از هادیهای كمپكت تنها مقاومت به خوردگی لایه‌های درونی كابل را بهبود می‌بخشد و سیمهای سطحی موجود در كل هادی كه در معرض آتمسفر قرار دارند، به این وسیله محافظت نمی‌شوند.

لازم به ذكر است كه میزان خوردگی آلومینیوم درآتمسفرهای معمولی با مقادیر كم‌ نمك‌ها یا آلاینده‌های سولفوری بسیار زیاد است. حتی در آتمسفرهای خورنده نیز عمر هادیهای آلومینیومی بسیار بیشتر از اكثر مواد مهندسی (بخصوص هادیهای مسی یا انواع فولادهای كربنی) است. به عنوان مثال با بررسی‌هایی كه بر روی كاهش وزن نمونه‌های مختلف در كنار دریا صورت گرفته است، مشخص شده كه پس از ۸ سال نگهداری كاهش وزن آلومینیوم در حدود ۱۵ درصد كاهش وزن مس و ۱ درصد كاهش وزن فولاد معمولی است، ضمن آنكه با افزایش فاصله از نواحی ساحلی دریا، مقاومت به خوردگی نمونه‌های آلومینیومی تا حد زیادی افزایش می‌یابد. با توجه به این مطالب به نظر می‌رسد كه خوردگی هادیهای تمام آلومینیومی عملاً راه‌‍حل خاصی در صنعت‌برق ندارد و در صورت لزوم می‌توان با استفاده از روشهای متداول حفاظت مواد (نظیر گریس كاری یا استفاده از پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی)، مقاومت به خوردگی این هادیها را بهبود بخشید.

دسته دوم هادیها كه مطالعه رفتار خوردگی آنها در آتمسفرهای مختلف حائز اهمیت فراوان است، هادیهایی هستند كه در آنها سیمهای آلومینیومی به عنوان هادی در جوار یك یا چند سیم فولادی (و یا مواد و آلیاژهای دیگر نظیر Invar) به عنوان تقویت‌كننده‌ قرار گرفته باشند (ACSR). محیط‌ها و آتمسفرهای اصلی خورنده برای هادیهای ACSR شامل محیط‌های صنعتی آلوده و نیز نواحی ساحلی دریا هستند. آلودگی‌های صنعتی خورنده عموماً از طریق بارش باران، برف یاهمراه رطوبت بر روی هسته فولادی تقویت‌كننده هادیهای ACSR رسوب می‌كنند. بدین صورت پوشش گالوانیزه اعمالی روی این سیم‌های فولادی كه نقش آند فدا‌شونده را ایفا می‌كند، بتدریج مصرف می‌شود. در این شرایط تقریباً هیچگونه تخریب خوردگی روی سیمهای آلومینیومی اتفاق نمی‌افتد. در این نوع نحوه تخریب هادیها ACSR، كاهش خواص مكانیكی سیمهای تقویت‌كننده فولادی فاكتور اصلی تعیین‌كننده عمر مفید كل هادی خواهد بود. در این حالت هیچ علامت مشخصه خارجی تا لحظه تخریب كامل هادی مشاهده نمی‌شود و این نحوه خوردگی را می‌توان خوردگی عمومی آتمسفری هادیهای ACSR به حساب آورد.

در نواحی ساحل دریا، مكانیزم خوردگی كاملاً متفاوت است. نمك‌های موجود در این محیط‌ها با رطوبت موجود روی كابلها تركیب شده و یك الكترولیت حاوی یونهای كلریدی بین هسته فولادی و سیمهای آلومینیومی هادی ایجاد می‌كند. در این شرایط با توجه به نوع الكترولیت موجود و پتانسیل شیمیایی نسبی آلومینیوم و روی نسبت به یكدیگر، ابتدا پوشش گالوانیزه روی سیم فولادی شروع به خوردگی می‌كند. معمولاً قبل از آنكه كل این پوشش گالوانیزه مصرف شود، حفره‌های كوچكی در آن ایجاد می‌شود كه به سرعت تا مغز فولادی این سیم تقویت‌كننده پیشروی می‌كنند.

در اثر این پدیده یك سل الكترولیتی بین فولاد و آلومینیوم ایجاد می‌شود و با توجه به پتانسیل الكتروشیمیایی این دو عنصر نسبت به یكدیگر، اینبار آلومینیوم نقش آند فداشونده را ایفا می‌كند. این امر باعث خوردگی شدید الومینیوم شده و در نتیجه آن مقاومت الكتریكی در این ناحیه از هادی به مرور افزایش می‌یابد. در صورت ایجاد این نوع خوردگی در خطوط ACSR، عمر مفید آنها بسیار كمتر از حالتی خواهد شد كه آنها را تنها در محیط‌های آلوده صنعتی قرار داد چرا كه در نواحی صنعتی خوردگی هسته فولادی بسیار آهسته‌تر پیشروی می‌كند. نكته مهم دیگر در مورد خوردگی گالوانیكی سیمهای ACSR در آتمسفرهای ساحلی، قابل تشخیص بودن چشمی این نوع خوردگی است به طوری كه به مرور زمان قسمتهای خورده شده از هادی به صورت پودرهای سفید‌رنگی كه اغلب با افزایش حجم همراهند، روی سطح دیده می‌شوند. عمر مفید كابلهای ACSR كه در معرض این نوع خوردگی قرار گیرند، به وسیله سرعت خوردگی الكترولیتی آلومینیوم مشخص می‌شود.

محمدرضا جهانگیری

---