شريط التحكم في الإجهاد الكهربائي اللاصق الذاتي: الحارس الخفي لوصلات الجهد العالي

في عالم كابلات الطاقة متوسطة وعالية الجهد، تُعدّ نقاط النهاية التي ينتهي عندها الكابل ويتصل بالمعدات مناطق إجهاد كهربائي شديد. وبدون إدارة سليمة، قد يؤدي هذا الإجهاد المُركّز إلى تلف العازل، وتلف مبكر، وتفريغ جزئي خطير. وهنا يأتي دور شريط التحكم في الإجهاد الكهربائي اللاصق الذاتي، والذي غالبًا ما يكون غير مرئي، في غاية الأهمية. فهو مادة هندسية متخصصة مصممة للتحكم في المجال الكهربائي والتحكم فيه، مما يضمن موثوقية ملحقات الكابلات على المدى الطويل.

المشكلة: لماذا يُعد التحكم في التوتر أمرًا غير قابل للتفاوض

عند قطع الدرع المعدني أو الطبقة شبه الموصلة للكابل عند نقطة النهاية، يتشوه المجال الكهربائي الشعاعي السلس داخل الكابل بشكل جذري. تتركز خطوط المجال الكهربائي بكثافة عند الحافة الحادة للدرع المقطوع، مما يُنشئ منطقة ذات إجهاد كهربائي شديد للغاية.

يشبه هذا تدفق الماء عبر أنبوب أملس، ثم يصطدم فجأةً بضيق حاد، فيرتفع الضغط عند تلك النقطة بشكل كبير. وبالمثل، يمكن للضغط الكهربائي غير المنضبط أن:

• سبب التفريغ الجزئي (بي دي): شرارات كهربائية مجهرية متكررة تؤدي إلى تآكل العزل بمرور الوقت.

• يؤدي إلى انهيار العزل: ويؤدي ذلك في النهاية إلى فشل الإنهاء الكامل.
  تم تصميم مواد التحكم في الإجهاد لمنع ذلك عن طريق إعادة توزيع المجال الكهربائي.

علم المواد: مزيج من الإبداع

هذا الشريط أكثر من مجرد عازل بسيط، فهو مادة مركبة، تتكون عادةً من:

• البوليمر الأساسي (على سبيل المثال، EPDM، أو السيليكون، أو مطاط البوتيل): يوفر المرونة والعزل البيئي والأساس.

• حشوات ذات ثابت عازل عالي: جوهر وظيفتها. هذه جزيئات متفرقة (غالبًا أكاسيد معدنية مثل ثاني أكسيد التيتانيوم) تزيد بشكل ملحوظ من نفاذية المادة (εᵣ) أو ثابت العزل الكهربائي مقارنةً بالعزل القياسي.

• الحشوات الموصلة أو شبه الموصلة (في بعض التصميمات): يتم استخدامه في أشرطة التحكم في الضغط غير الخطية أو عالية الأداء المحددة.

• طبقة ذاتية اللصق: يضمن رابطًا متوافقًا وخاليًا من الفراغات لمكونات الكابل، وهو أمر بالغ الأهمية للأداء.

الآلية: كيف يتم ترويض المجال الكهربائي

يعمل الشريط اللاصق بوضعه فوق منطقة الضغط الحرجة، مُشكلاً مخروطًا أو شكلًا للتحكم في الضغط. آلياته الرئيسية هي:

• إعادة التوزيع الهندسي: من خلال بناء ملف تعريف مدبب، فإنه يمتد فعليًا المسافة التي ينخفض ​​بها الجهد، ويوجه خطوط المجال الكهربائي بلطف وينشرها بعيدًا عن حافة الدرع الحادة.

• التصنيف السعوي (الوظيفة الرئيسية): تعمل المادة ذات الثابت العازل العالي كسلسلة من المكثفات الصغيرة بين الموصل والأرض. تُجبر هذه المكثفات الموزعة الجهد على الانخفاض بشكل سلس ومستقيم ومُتحكم به على طول الشريط، مما يُزيل تركيزات الإجهاد الحادة. كما أنها تُحسّن الجهد بفعالية.

• السلوك غير الخطي (النوع المتقدم): بعض الأشرطة، المعروفة باسم أشرطة التحكم غير الخطية في الإجهاد، تتميز بمقاومية كهربائية تتناقص بشكل كبير مع ازدياد المجال الكهربائي. تعمل هذه الأشرطة كعازل كهربائي عند تشغيلها بجهد تشغيل عادي. أما عند حدوث ارتفاع مفاجئ في الجهد الكهربائي (مثل البرق)، فتصبح موصلة مؤقتًا، مما يؤدي إلى تحويل الطاقة الزائدة بفعالية وتوفير حماية فائقة.

المزايا الأساسية لتنسيق الشريط

لماذا نستخدم شريطًا لاصقًا بدلًا من المخروط المصبوب مسبقًا؟ يوفر الشريط اللاصق الذاتي مزايا فريدة:

• تطبيق عالمي: يمكن تصميم شريط واحد (حسب سمك اللف والشكل) ليناسب مجموعة واسعة من أقطار الكابلات وفئات الجهد، مما يقلل المخزون.

• التوافق: يتناسب بشكل مثالي مع الأسطح غير المنتظمة، ومفاصل الكابلات، والمناطق التي تم إصلاحها، مما يزيل فجوات الهواء.

• إمكانية الإصلاح والمرونة: وهو مثالي للإصلاحات الميدانية والتشطيبات المخصصة والأشكال الهندسية المعقدة حيث لا تكون الأجزاء المصبوبة مسبقًا مناسبة.

• تكامل العملية: يمكن دمجه بسلاسة كطبقة ضمن نظام شريط أوسع يتضمن العزل والختم البيئي.

يُعدّ شريط التحكم بالإجهاد الكهربائي ذاتي اللصق عنصرًا أساسيًا في هندسة ملحقات الكابلات الحديثة. فمن خلال الجمع بين علم المواد الذكي وفوائد التطبيق العملي، يُحلّ هذا الشريط مشكلة تشوه المجال الكهربائي الحرجة. قدرته على تدرج إجهاد الجهد بشكل موثوق ومنع تلف العزل تجعله واقيًا غير مرئي ولكنه لا غنى عنه، مما يضمن سلامة وطول عمر شبكات الطاقة في محطات الطاقة الفرعية والمنشآت الصناعية ومزارع الرياح حول العالم. ويبقى اختياره المناسب وتطبيقه الماهر حجر الزاوية في أعمال توصيل وتوصيل كابلات الجهد العالي.