جزئیات مقاله

· عایق کابل چیست؟

عایق یک ماده نارسانا است که سیم ها یا کابل ها را احاطه کرده و از آنها محافظت نموده و از نشت جریان برق جلوگیری می نماید ،عایق کابل برق مانند سایر لوازم الکتریکی جزئی جدایی ناپذیر در انواع سیستم‌های برق‌رسانی با مقیاس بزرگ و کوچک به حساب می‌آید. سیم برق نقشی بدون جایگزین در انتقال جریان الکتریسیته دارد اما بدون عایق مشکلات متعددی به وجود خواهد آمد. هر کابل شامل یک یا چند رشته سیم برق در هم تنیده است در صنعت برق و الکترونیک ابزار بسیار کارآمدی به شمار می‌روند و بسیاری از پیشرفت‌های حال حاضر به لطف آن‌ها حاصل شده است. استفاده از سیم بدون روکش پیامدهای مخاطره آمیزی را به همراه دارد، به همین سبب عایقی از جنس مواد نارسانا جهت عبور الکتریسیته تعبیه می‌شود. البته عایق در اتصال کوتاه چندین سیم درون یک کابل نیز عملکرد منحصربه فردی دارد. شاید در نگاه نخست مسئله پیش و پا افتاده‌ای به نظر برسد اما در بسیاری از کارهای روزمره با عایق کابل برق سروکار دارید. استفاده از مواد نارسانا با جنس خاص، از آسیب‌های ناخواسته مانند برق گرفتگی و هدایت مخرب جریان الکتریسیته جلوگیری می‌کند. این موضوع به جنبه ایمنی و حفاظت کابل عایق بر می‌گردد که در هر سیستم برق‌رسانی مورد توجه قرار دارد. در حقیقت نوعی گواهی استاندارد سازی در انتقال الکتریکی به شمار می‌رود که در این خصوص اهمیت بالایی پیدا می‌کند. در صورتی که قصد خرید کابل برق را دارید، در انتخابتان دقت زیادی به خرج دهید. هر کدام از انواع عایق کابل درشرایط کاری خاص، کارایی مناسبی دارد. به طور خلاصه هر نوع عایق کابل، ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که سبب تمایز آن با سایر کابل‌های موجود در بازار می‌شود. البته کیفیت ساخت عایق سیم برق نیز از پارامترهای مهم محسوب می‌شود. یکی از مهمترین خصیصه های عایق مقاومت الکتریکی آن است. مقاومت عایق را می توان با مگااهم متر/تستر بدون آسیب رساندن به عایق اندازه گیری کرد و داده های به دست آمده به عنوان راهنمای مفیدی در تعیین وضعیت کلی عایق عمل می کند.استحکام دی الکتریک توانایی عایق برای مقاومت در برابر اختلاف پتانسیل است و معمولاً بر حسب ولتاژی بیان می شود که در آن عایق به دلیل تنش الکترواستاتیکی از کار می افتد. حداکثر استحکام دی الکتریک را می توان با افزایش ولتاژ نمونه آزمایشی تا زمانی که عایق شکسته شود اندازه گیری کرد.

· انواع مواد عایق

الف : عایقهای ترموپلاستیک یا گرما نرم

مواد (ترموپلاست (گرمانرم موادی از پلیمر مصنوعی هستند که از به هم وصل شدن زنجیره های پلیمری، به دست آمده از نفت، ساخته می شوند. این ماده پلیمری هنگام حرارت دیدن، بدون اینکه در ساختار شیمیایی آنها تغییر به وجود آید، به راحتی ذوب میشود. رزین موجود در گرمانرم در تولید و ساخت انواع گوناگون محصولات پلاستیکی مورد استفاده است. از اینگونه کابل‌ها با هزینه کمتری بهره می‌برید. مواد گرمانرم با دمای بالا قالب گیری میشود و این کار را میتوان چندین بار انجام داد و هیچ تغییری در خواص شیمیایی این محصول به وجود نمی آید. عایق کابل ترموپلاستیک انواع مختلفی از قبیل پی وی سی، پلی الفین، پلی اتیلن و پلی اورتان دارد. در ادامه به بررسی و ذکر مزایای برخی از آنها می‌پردازیم.

پی وی سی (PVC)

PVC نوعی پلاستیک بسیار پرکاربرد است که در حال حاضر یکی از ارزشمندترین محصولات صنعت پتروشیمی می باشد.

(Polyvinyl Chloride (PVC	نام تجاری
)C2H3Cl)n	فرمول شیمیایی
100-260 °C	نقطه ذوب
92 °C	دمای خمش گرمایی (HDT)
Flexible PVC: 6.9 – 25 MPa Rigid PVC: 34 – 62 MPa	مقاومت کششی
1.35 – 1.45	چگالی ویژه

PVC به عنوان مواد عایقی برای کابل های فشار ضعیف مقاومت عایقی بسیار خوبی را ارائه می دهد و ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم های الکتریکی را تضمین می کند. این امر محافظت در برابر نشت الکتریکی و اتصال کوتاه کمک می کند که به اطمینان از انتقال ایمن و روان برق کمک می کند.

مزایا

· دوام: PVC در برابر سایش، مواد شیمیایی، روغن، رطوبت و شرایط آب و هوایی مقاوم است. این امر آن را برای استفاده در محیط های داخلی، خارجی و محیط های خشن تر ایده آل می کند.

· انعطاف پذیری: انعطاف پذیری PVC امکان نصب و جابجایی آسان در طول فرآیند نصب را فراهم می کند. این انعطاف‌پذیری باعث می‌شود کابل‌های PVC در فضاهای تنگ و مسیرهای پیچیده نصب شوند.

· تطبیق پذیری: پی وی سی به عنوان یکی از سازگارترین در میان ترموپلاستیک های رایج مورد استفاده در نظر گرفته می شود، به دلیل اصلاح آسان خواص آن متمایز است.

· طیف گسترده ای از کاربردها: کابل های پی وی سی در طیف وسیعی از کاربردها و صنایع مانند انتقال و توزیع برق، سیم کشی ساختمانی و مخابرات مناسب هستند و مورد استفاده قرار می گیرند.

· دارای مقاومت ذاتی در برابر شعله است، در درجه اول به دلیل محتوای کلر قابل توجهی که 57٪ وزنی را تشکیل می دهد. در محیط‌های معمولی، PVC به راحتی از احتراق پشتیبانی نمی‌کند مگر اینکه حاوی سطوح بالایی از اصلاح‌کننده‌های قابل اشتعال باشد.

· به طور کلی، کابل های PVC به عنوان یک گزینه همه کاره و به طور گسترده برای کاربردهای مختلف برق و سیم کشی متمایز هستند. با این حال، بسیار مهم است که نیازهای خاص برنامه مورد نظر خود را به دقت ارزیابی کنید و هنگام انتخاب کابل برای استفاده خاص، قوانین یا استانداردهای مربوطه را در نظر بگیرید.

· قابل استفاده در فضاهای باز، زیر خاک و درون آب

· مقرون به صرفه بودن: PVC در مقایسه با سایر مواد عایق نسبتاً کم هزینه است. این در کنار طول عمر طولانی آن را به یک انتخاب مقرون به صرفه تبدیل می کند.

معایب

· اگر آن را بسوزانید، دود سمی از آن تولید می شود که می تواند برای سلامت مضر باشد.

· این نوع عایق بندی سیم و کابل برای کابل هایی با ولتاژ بالا مناسب نیست.

· پی وی سی در برابر فشار و ضربه، مقاومت پایین تری نسبت به فلز دارد. بنابراین اگر تحت عوامل خارجی قرار بگیرد، زودتر ممکن است بشکند و خراب شود.

مواد عایقی و رو کشی PVC با توجه به استاندارد مربوطه به کابل در درجه های مختلفی دسته بندی می شوند که در گرید داری انعطاف و استحکام متمایزی است که برای کسب اطلاعات در این خصوص باید به استاندارد های مربوطه مراجعه نمود .

Polyethylene ( پلی اتیلن )

پلی اتیلن یک پلیمر کریستالی است با ساختاری پارافینی که با روشهای گوناگون پلیمریزاسیون تهیه می شود و با درجات متفاوتی از نظر وزن ملکولی و چگالی در دسترس است . این ماده گرما – نرم را برای مصرف در صنعت کابل سازی با روشهای ویژه ای آماده می کنند .

پلی اتیلن یک ماده غیرقطبی با ویژگی های عالی برقی است . تلفات عایق آن بسیار اندک بوده و بخش عمده این تلفات نیز مربوط به ناخالصی های موجود مانند فرآوردهای اکسایش یا پسماندهای فرآیند بسپارش می باشد

Polyethylene	نام تجاری
(C2H4)n	فرمول شیمیایی
140-120 درجه سانتی گراد	نقطه ذوب
36 MPa	مقاومت کششی
0.940- 0.970 g/cm3	چگالی ویژه

پلی اتیلن بر اساس دانسیته و ساختار خطی آن دسته بندی می شود. مهمترین انواع پلی اتیلن عبارتند از:

· پلی اتیلن های شاخه دار: LDPE (پلی اتیلن سبک یا دانسیته پایین) و LLDPE (پلی اتیلن سبک خطی

· پلی اتیلن های خطی: HDPE (پلی اتیلن سنگین یا دانسیته بالا) و UHMWPE (پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا

· در بعضی مواقع پلی اتیلن به دسته های دیگری مانند MDPE (پلی اتیلن با دانسیته متوسط

· پلی اتیلن با دانسیته بسیار پایین VLDPE

مزایا :

· استفاده سریع و آسان

· مقاومت بسیار بالا در برابر رطوبت

· قابلیت بکارگیری در دمای زیر صفر درجه

· دوام و پایداری بالا در برابر ضربه، فشار، آلودگی‌های بیولوژیکی و اشعه فرابنفش

· ضریب انتقال حرارت بسیار پایین

معایب

· پلی اتیلن نسبت به عایق هایی مانند پشم شیشه و پشم سنگ هزینه بالاتری دارد.

· این نوع عایق سیم و کابل آکوستیک نیست و ضریب انتقال صوت آن از پشم شیشه و پشم سنگ بیشتر است.

· چنین عایق هایی برای محیط هایی با دمای بسیار بالا مناسب نیستند. اگر دما از محدوده مجاز بیشتر شد، پلی اتیلن تغییر شکل می دهد و فرو می ریزد.

Halogen free compound (HFFR) مواد هالوژن فری

مواد هالوژن فری ترکیبات پلیمری ترموپلاستیک بر پایه پلی­ الفین­ ها هستند که با دارا بودن ویژگی ­های ضدشعله­ گی، عدم انتشار گازهای سمی، تولید دود بسیار کم و رعایت ملزومات استانداردهای ایمنی و زیست­ محیطی، برای کاربردهای عایق یا روکش در صنعت سیم و کابل مورد استفاده قرار می­ گیرند. گریدهای APLS محدوده گسترده­ ای از کاربردها را از قبیل کابل­های قدرت ولتاژ پایین، کنترل و دیتا، کواکسیال، سیگنال و کابل­های نوری شامل می­ شوند

LSHF-LSHO -HFFR	نام تجاری
150 °C	نقطه ذوب
13 MPa	مقاومت کششی
1.46±0.02 g/cm3	چگالی ویژه

ب: مواد عایق ترموست یا گرماسخت

ترموست ماده ای میباشد که در هنگام گرم شدن و حرارت دهی تقویت می گردد اما نمی توان آن را مجددا قالب ریزی کرد یا پس از شکل گیری اولیه حرارت داد . ترموست ها گرما سخت هستند، قابل گداختن نیستند و در صورت تجاوز از دمای فروپاشی، متلاشی می شوند.

ترموست ها مواد پلیمری شیشه ای سفت و سخت می باشند که به صورت سه بعدی توسط پیوندهای شیمیایی به هم متصل می شوند. پیوندها زمانی ایجاد می‌شوند که محصولات اولیه با زنجیره‌های مولکولی واکنش شیمیایی می‌دهند، و

در دمای اتاق با کمک کاتالیزورها یا از نظر حرارتی در دماهای بالا فعال می‌شوند. این مواد استحکام حرارتی-مکانیکی بسیار بالا ، خواص الکتریکی عالی و مقاومت استثنایی در برابر مواد شیمیایی را ارائه می دهد.

نمونه های رایج ترموست عبارتند از: پلی استر، اکریلیک، سیلیکون، لاستیک طبیعی ،پلی پروپیلن، پلی اتیلن کراسلینک شده ، پلی استایرن، نایلون و تفلون که چند نمونه مورد بررسی قرار می گیرد.

پلی اتیلن کراسلینک شده (XLPE)

XLPE یا پلی اتیلن کراس لینک شده به علت ساختار مولکولی ضربدری دارای ویژگی های خاصی می باشد، این ماده در ساختار کابل می تواند به عنوان عایق هادی یا روکش کابل وجود داشته باشد. کابل XLPE مقاوم در برابر آسیب های مکانیکی، رطوبت، مواد خورنده، حرارت بالا و غیره بوده و دارای انعطاف پذیری بالایی می باشد.

مزایا

· مقاومت بیشتر در برابر حرارت تا 90 درجه‌ی سانتی‌گراد

· انعطاف‌پذیری و قابلیت تغییر فرم کابل به‌علت ساختار پلی‌اتیلن کراسلینک

· مقاومت در برابر حلال‌ها و حفظ خواص الکتریکی اولیه در مقابل مواد شیمیایی

· تحمل افزایش دما تا 250 درجۀ سانتی‌گراد در یک بازۀ زمانی کوتاه‌مدت

مقایسه کابل XLPE نسبت به PVC

· ظرفیت حمل جریان بالاتری نسبت به کابل‌های PVC

· حداکثر دمای اتصال کوتاه بالاتر از کابل‌های PVC را دارند.

· طول عمر کابل‌های XLPE نسبت به PVC بیشتر است.

· قیمت کابل‌های PVC کمتر از کابل‌های XLPE است.

· فاقد کلر است که باعث تولید گازهای سمی‌در هنگام آتش سوزی نمی‌شود. بنابراین کابل عایق XLPE در مقایسه با کابل PVC سازگار با محیط زیست است

قیمت کابل‌هایXLPE بیشتر از کابل‌های PVC است

XLPE (Silane Cross-linkable Polyethylene Compound)	نام تجاری
150 درجه سانتی گراد	نقطه ذوب
18 MPa	مقاومت کششی
0.920±0.005 g/cm3	چگالی ویژه

عایق الاستومری (Elastomers)

عایق الاستومری جزو بهترین عایق‌های ترموست به حساب می‌آید و از ترکیب پروپیلن، اتیلن و داین شاخته می‌شود. همچنین طیف کاربرد گسترده‌ای دارد و در شرایط مختلف عملکرد مطلوبی ارائه می‌دهد. و از جمله گروه‌های مهم پلیمری، گروه‌های الاستیک یا شبه‌پلاستیک معروف به الاستومر هستند. در حقیقت، الاستومر یک پلیمر با خاصیت الاستیسیته به شمار می‌آید. به عبارت دیگر، این ماده، تحت» تنش (Stress) «، تغییر شکل می‌دهد و زمانی که این تنش حذف شود، به حالت اصلی خود باز می‌گردد. واژه الاستومر از ترکیب دو واژه «پلیمر الاستیک« (Elastic Polymer) بوجود آمده است. الاستومرها انواع متنوعی دارند که بیشتر آن‌ها از نوع «رابر « (Rubber) « هستند. به همین دلیل، به طور معمول از عبارات الاستومر و رابر به جای یکدیگر استفاده می‌کنند

· عدم نفوذپذیری در برابر رطوبت و بخار

· ضد آب و ضد آتش

· ضریب حرارتی بسیار پایین

· مقاوم در برابر اشعه یو وی و فرابنفش

· حفظ کارایی در شرایط دمایی متفاوت از 200- تا 125 درجه سانتیگراد

· دوام و پایداریی بالایی دارد.

سیلیکون (Silicon)

عایق سیلیکونی، نوعی عایق پیشرفته است که آن را از کربن، هیدروژن و اکسیژن می‌سازند. محبوبیت بالای این نوع عایق به سبب کیفیت و دوام بالای آن در برابر شرایط کاری مختلف است و در صنایع کاربرد گسترده‌ای دارد. کابل سیلیکونی نوعی کابل اعلام حریق است که در صنایع حساس از آن استفاده می شود. زیرا این کابل ها امنیت بالایی دارند و در بربر خطراتی همچون افزایش و کاهش دما، افزایش شدت جریان، حرارت مستقیم و غیرمستقیم از خود مقاومت نشان می دهند.کابل نسوز یا کابل سیلیکونی نسوز خاصیت های منحصربفردی دارد به همین دلیل امروزه در اغلب صنایع از آن استفاده می شود. این کابل در حالت عادی می تواند دمای منفی ۶۰ تا مثبت ۲۵۰ درجه سانتی گراد را تحمل کند.

در ادامه به برخی از ویژگی‌های مهم عایق سیلیکونی اشاره می‌کنیم:

· مقاومت بالا در برابر آلودگی و رطوبت

· مقاومت بالا در برابر حرارت شدید و جریان بار الکتریکی

· عمر و دوام بالایی دارد.

· ضد آب

· کارایی مناسب در شرایط دمایی پایین

غیر واکنش پذیر