کابل برای سیستم حفاظت کاتدی

در این بخش، پیرامون کابل هایی که مناسب استفاده در سامانه های حفاظت کاتدی (Cathodic protection) هستند، نکاتی را تقدیم خواهیم نمود.

حفاظت کاتدیک چیست؟

حفاظت کاتدی، شگردی برای جلوگیری یا کاهش سرعت خوردگی در سطح فلز از طریق تبدیل آن به کاتد یک سلول الکتروشیمیایی است. از کاربردهای این سیستم حفاظتی میتوان به: خطوط لولۀ فولادی آب و سوخت، مخازن فولادی، اسکله های فولادی، بدنۀ کشتی، تأسیسات دریایی نفت و گاز، سکوهای نفتی و پایه های توربینهای بادی فراساحلی اشاره کرد.

دو شیوۀ اصلی برای این کار وجود دارد. در روش نخست، فلز مورد حفاظت را به یک فلز دیگر که به آسانی دچار خوردگی میشود، متصل میکنند تا به عنوان آند عمل کند. این فلز را فلز قربانی مینامند. با این کار، به جای فلز اصلی (کاتد)، فلز قربانی دچار خوردگی میشود. این شیوه را با نام حفاظت کاتدی گالوانیکی غیر فعال میشناسیم.

برای کاربردهایی مانند خطوط لولۀ طولانی که حفاظت گالوانیکی غیر فعال کافی نخواهد بود، از یک منبع برق جریان مستقیم برای تأمین جریان کافی مورد نیاز حفاظت کاتدی فعال، استفاده میکنند. روش دوم را با عنوان Impressed Current Cathodic Protection یا به اختصار ICCP معرفی میکنند که ترجمه اش میشود: حفاظت کاتدی تحت تأثیر جریان برق.

سامانۀ ICCP متشکل از آندهای متصل به منبع تغذیۀ DC، ترانسفورمر ولتاژ، یکسو کنندۀ جریان و کابلهاست. در غیاب منبع برق AC، میتوان از منابع جایگزین مانند پنلهای خورشیدی، توربین بادی و یا ژنراتورهای ترموالکتریک استفاده نمود.

آند در این سیستمها شکلهای مختلفی دارد. آندهای معمولی به شکل میلۀ توپر و توخالی یا نوارهای پیوسته از مواد مختلف مانند MMO هستند. در خطوط لوله، آندها در بسترهای زمینی به صورت توزیع شده یا در یک حفرۀ عمودی ژرف طراحی میشوند.

مقادیر ولتاژ و جریان منبع به اندازۀ خط لوله و کیفیت پوشش بستگی دارد. جریان حفاظت کاتدی DC پس از انجام آزمایشهای مختلف، در سطح بهینه تنظیم میشود. از انواع یکسو کننده ها میتوان ولتاژ ثابت، جریان ثابت و منبع DC با کنترل خودکار را برشمرد.

ترمینال خروجی + DC از طریق کابل ها به آرایۀ آند متصل میشود؛ در حالیکه یک کابل دیگر، ترمینال منفی را معمولاً از طریق جعبه های اتصال برای فراهم شدن امکان اندازه گیری، به خط لوله یا سطح مورد حفاظت وصل میکند.

انواع کابل مناسب حفاظت کاتدی

استاندارد اصلی برای طراحی، تولید و تست کابل های حفاظت کاتدی، IEC 60502 است. این کابلها اغلب با ولتاژ اسمی 0.6/1 کیلوولت، رسانای مسی گرد کلاس 2 (rm) مطابق با EN/IEC 60228 و به صورت تک رشته (Single Core) تولید میشوند. سایز این کابلها متنوع است؛ مثلاً از 10×1 تا 95×1 (n×Sq.mm).

تفاوت اصلی میان انواع کابل سیستمهای حفاظت کاتدیک، مرتبط با جنس عایق و روکش آنهاست. اینجا نگاهی بر موارد رایج خواهیم داشت:

• کابل با عایق پلی اتیلن کراس لینک و روکش پی وی سی: XLPE/PVC
• کابل با عایق پلی اتیلن کراسلینک و پوشش خارجی پلی اتیلن با چگالی بالا: XLPE/HDPE
• کابل با نارسانای پلی واینیلیدین فلوراید و روکش پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا: PVDF/HMWPE

پوشش خارجی این کابلهای تک هسته، معمولاً به رنگ مشکی یا قرمز است و برای انتقال جریان الکتریکی مستقیم به/از آندها و کاتدها در سیستم ICCP انتخاب میشوند.

برای اتصال منابع AC به رکتیفایر ها نیز میتوان از کابل های تک یا سه رشتۀ 0.6/1 کیلو ولت مانند N2XY-O یا N2XH-O استفاده نمود.

کابل XLPE/PVC

به دلیل مزیتهای قابل توجه عایق XLPE، امروزه از آن به شکل گسترده در تولید کابلهای قدرت استفاده میگردد. پلی اتیلن یک آمیزۀ ترموپلاستیک است که از طریق کراسلینک شدن، به ترموست تبدیل میشود. در نتیجۀ این تغییر، استقامت دمایی عایق بالا میرود.

عایق XLPE از خواص دی الکتریک و مکانیکی بسیار خوبی برخوردار است و در برابر سایش، مقاومت بالایی نشان میدهد. XLPE در دمای بالا، استحکام بیشتری نسبت به HDPE دارد و خزش و حساسیت به ترک خوردگی را کاهش میدهد. همچنین، مقاومت XLPE در برابر آب، مواد شیمیایی و حلاها، مطلوب است. این آمیزه، بدون هالوژن میباشد؛ اما مقاومت آن در برابر گسترش شعله و روغنهای معدنی، نسبتاً ضعیف است.

روکش پی وی سی در این کابل، یکی از آمیزه های گرمانرم پر کاربرد در صنعت کابلسازیست. PVC هایی که برای غلاف یا پوشش خارجی کابلهای قدرت انتخاب میشوند، از پایداری خوبی در برابر سایش، شرایط آب و هوایی و بسیاری از مواد شیمیایی برخوردارند. با استفاده از کربن سیاه (دوده) در ترکیب این آمیزه، میتوان مقاومت بالایی برای آن در مقابل UV آفتاب ایجاد کرد.

پوشش PVC در کابل های قدرت، مقاومت خوبی در برابر آب دارد؛ اما برای غوطه وری طولانی یا دائمی، باید از روکش دیگری مانند PE استفاده کرد. پی وی سی ها در دستۀ مواد بازدارندۀ گسترش شعله هستند؛ یعنی هنگامی که منبع شعلۀ آتش از بین برود، خود خاموش کن خواهند بود.

PVC، حاوی هالوژن است و مدلهای معمولی آن در هنگام سوختن، دود سیاه و غلیظی تولید میکنند. نرم کنندۀ موجود در آمیزۀ این ترموپلاستیک، در اثر تماس با روغنها و و برخی حلالها، از ترکیب خارج میشود و سبب شکننده شدن و ترک خوردن روکش خواهد شد.

کابلهای برق LV زمینی با عایق XLPE و روکش PVC، به وسیلۀ کد N2XY شناسایی میگردند. میتوان در ساختار این کابل، از آرمر نیز استفاده کرد؛ آنگاه کدش به N2XRY تغییر خواهد یافت.

کابل XLPE/HDPE

از دیگر کابل هایی که در سیستم حفاظت کاتدی به کار میروند، میتوان به N2X2Y اشاره کرد. عایق این کابل همانند کابل N2XY از جنس XLPE است؛ اما روکش نهایی آن پلی اتیلن با چگالی بالا میباشد.

هر قدر که چگالی PE بالاتر رود، آمیزۀ حاصل سخت تر خواهد شد. روکش HDPE از چقرمگی و مقاومت عالی در برابر آب برخوردار است. این ماده، پایداری خوبی در برابر مواد شیمیایی و برخی حلّالها از خود نشان میدهد و استقامت متوسطی در مقابل روغنها دارد.

عملکرد این روکش در دمای پایین، بسیار خوب است و بر خلاف کابلهای با روکش PVC، کابلهای برق با روکش پلی اتیلن را میتوان در دمای زیر صفر نیز کابلکشی نمود. HDPE یک کمپوند عاری از هالوژن به شمار میرود؛ اما Flame retardant نیست.

کابل PVDF/HMWPE

عایق PVDF در این کابل، یک آمیزۀ ترموپلاستیک فلوروپلیمر است. این کمپوند، مقاومت عالی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی، اسیدها، بازهای ضعیف، هالوژنها، حلّالهای هالوژنه، الکلها، نمکها، اکسیدانها و هیدروکربن ها دارد.

استقامت عایقی بالا و خواص مکانیکی عالی پی وی دی اف باعث میشود که در محدودۀ دمایی گسترده، به یک عایق با ضخامت نسبی پایین تبدیل گردد. PVDF دارای نفوذ پذیری پایینیست که منجر به انتخاب آن برای عایق کابل با کاربردهای ویژه مانند حفاظت کاتدی در حضور گازهای کلر و هیدروژن میشود.

روکش نهایی کابل، یک لایۀ نسبتاً ستبر از پلی اتیلن با وزن مولکولی بالاست که عضوی از گروه ترموپلاستیکهای PE محسوب میگردد. HMWPE به عنوان پلی اتیلن با مدول بالا نیز شناخته میشود. HMWPE، یک مادۀ بسیار سخت است که بالاترین پایداری در برابر ضربه را در بین همۀ ترموپلاستیکها دارد و به همراه سطح صاف و مقاوم در برابر سایش، یک غلاف ایده آل برای کابلها در شرایط سخت خواهد بود.

آمیزۀ HMWPE از ویژگیهای دیگری مثل: استحکام دی الکتریک بالا، جذب رطوبت بسیار کم و مقاومت خوب در برابر بسیاری از حلّالهای آلی، مواد شیمیایی خورنده، اسیدها و مواد قلیایی بهره مند است.

کابل PVDF/HMWPE، عملکرد و قابلیت اطمینان بالا و عمر طولانی در کاربرد سیستمهای حفاظت کاتدیک ارائه میکند. این محصول را میتوان با کد N10Y2Y کدگذاری کرد.

خرید کابل برای حفاظت کاتدی

با توجه به کم و کیف سفارش مشتریان ارجمند، امکان تأمین کابل های مناسب سامانه های حفاظت کاتدیک، به آگاهیشان خواهد رسید. تمامی این کابلها بر پایۀ استانداردهای رسمی تولید شده و میشوند، در AVL شرکتهای ذیربط حضور دارند و عملکرد مطلوبی در پروژه های قبلی داشته اند.