I. عمل لایههای فلزی و ضرورت تعمیر
لایه فلزی کابلهای پرتوان ساختاری محافظ فلزی است که بیرون لایه عایق قرار دارد، شامل انواعی مانند لایههای سرب، آلومینیوم و زره سیم فولادی. عملکردهای اصلی آن شامل حفاظت مکانیکی (مقاومت در برابر ضربات و فشار خارجی)، حفاظت از فرسودگی الکتروشیمیایی (جدا کردن رطوبت و آلایندههای خاک)، جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (کاهش تداخل الکترومغناطیسی با محیط) و ارائه مسیر زمینرسانی (ضمن تخلیه ایمن جریانهای خطا) میباشد. پس از آسیب دیدن، لایه فلزی ممکن است منجر به نفوذ رطوبت به لایه عایق، تحریف محلی میدان الکتریکی یا حتی حوادث جدی مانند شکست کابل و کوتاه شدن شود. بنابراین، تعمیر دقیق با توجه به انواع مختلف آسیب برای تضمین عملکرد ایمن بلندمدت سیستم کابلی بسیار مهم است.
II. تشخیص و ارزیابی خطای قبل از تعمیر
(A) شناسایی انواع آسیب
آسیب مکانیکی: با ویژگیهایی مانند خمیدگی، شکاف یا سوراخ در لایه، معمولاً ناشی از غلتاندن مکانیکی یا سوراخ شدن توسط اجسام تیز در زمان نصب یا شکستن تحت تنش کششی به دلیل سقوط طولانی مدت پایه.
فرسایش الکتروشیمیایی: جریانهای پرت در خاک یا محیطهای اسیدی/قلیایی میتوانند باعث فرسایش الکتروشیمیایی لایه شوند، که با تورم محلی، زنگزدگی، سوراخ و محصولات فرسایش سفید/سبز (لایه آلومینیوم) یا سولفیدهای سیاه (لایه سرب) مشخص میشود.
آسیب سنگینسازی حرارتی: عملکرد طولانی مدت با بار بیش از حد میتواند باعث شکنندگی مواد لایه شود، که منجر به شکست و جدایی میشود، معمولاً در اتصالات یا مناطقی با تảnی ضعیف یافت میشود.
(B) کاربرد تکنولوژیهای تشخیصی
بازرسی بصری: استفاده از اندوسکوپ یا تصویربرداری حرارتی اینفرارخ برای مشاهده سطح لایه، با تمرکز بر شناسایی نقاط آسیبدیده واضح و نقاط داغ.
آزمون تحمل ولتاژ لایه: اعمال ولتاژ تحمل DC (10 kV برای 1 دقیقه) برای تست تمامیت عایق لایه. افزایش غیرعادی جریان تسرب (>10 μA) نشاندهنده آسیب است.
تشخیص تخلخل جزئی: استفاده از حسگرهای جریان با فرکانس بالا (HFCT) برای ثبت سیگنالهای تخلخل جزئی در نقاط آسیبدیده، با دقت مکانی ±0.5 متر.
ارزیابی فرسایش خاک: جمعآوری نمونههای خاک از محیط نصب کابل برای تست pH، غلظت یون کلر و چگالی جریان پرت، برای فراهم کردن مبنایی برای انتخاب مواد تعمیر.
III. انتخاب مواد و ابزارهای تعمیر
(A) مواد اصلی تعمیر
مواد جایگزین لایه فلزی:
میله فشرده آلیاژ آلومینیوم: مناسب برای تعمیر لایه آلومینیوم، با انعطافپذیری و مقاومت در برابر فرسایش خوب. باید با قطر خارجی کابل (خطای ≤ ±0.5 میلیمتر) همخوانی داشته باشد.
باند آلیاژ سرب-قصدير: برای تعمیر لایه سرب استفاده میشود، با نقطه ذوب پایین (~183°C)، آسان برای جوشکاری حرارتی، مطابق با مقررات GB/T 12706.2 (محتوای سرب ≥ 99.9%).
لوله موجدار فولاد ضدزنگ: برای آسیب زره فولادی، ساخته شده از فولاد ضدزنگ 304، ضخامت دیواره ≥ 0.8 میلیمتر، با مقاومت در برابر ضربه و فشار خاک.
مواد عایقبندی و مسدودسازی:
لوله انقباض حرارتی پلیاتیلن متقاطع (XLPE): در دمای 120–140°C انقباض مییابد، نسبت انقباض ≥ 2:1، مقاومت شکست ≥ 25 kV/mm، نیاز به چسب مایع برای مسدودسازی دارد.
لوله انقباض سرد کائوچو سیلیکون: برای مسدودسازی از بازیابی الاستیک تکیه میکند، بدون نیاز به گرم کردن، مناسب برای فضاهای محدود، سختی شور A 60 ± 5، tanδ ≤ 0.003 (20°C، 50 Hz).
باند مسدودسازی کائوچو بوتیل: به عنوان لایه مسدودسازی کمکی استفاده میشود، مقاومت کششی ≥ 3 MPa، طول کششی در شکست ≥ 400٪، مقاومت در برابر سنبلوطی ≥ 80٪ عملکرد را پس از 100°C × 168 ساعت سنبلوطی حرارتی حفظ میکند.
مواد محافظ در برابر فرسایش:
آنود تسلبی آلیاژ روی-آلومینیوم: برای محیطهای خاک با فرسایش بالا، صافی آنود ≥ 99.5٪، چگالی جریان ≥ 15 mA/m²، عمر طراحی ≥ 20 سال.
باند مقاوم در برابر فرسایش پلیوینیل کلروئید (PVC): ضخامت ≥ 0.4 میلیمتر، مقاومت کششی ≥ 18 MPa، مقاومت در برابر شکست تنش محیطی (ESCR) ≥ 1000 ساعت.
(B) ابزارهای تخصصی
ابزارهای آمادهسازی: گریندر زاویهدار (با چرخ گریندن آلمونیوم اکسید 80 گریت)، برس سیم، پاککننده اتانول بیآب، گردکن فولاد ضدزنگ (برای حذف محصولات فرسایش).
ابزارهای شکلدهی: ابزار فشردهسازی هیدرولیک (محدوده فشردهسازی 60–200 میلیمتر مربع)، گرمکن (محدوده دما 50–600°C)، شعلهای اختصاصی برای مسدودسازی سرب (دمای شعله ≤ 300°C).
ابزارهای آزمون: مگاهممتر (2500 V، محدوده 0–10000 MΩ)، پل دوبازوه (اندازهگیری مقاومت تماس، دقت ±0.1 μΩ)، گاژ ultrasonic (دقیق 0.01 میلیمتر).
IV. روشهای دقیق تعمیر بر اساس نوع آسیب
(A) تعمیر آسیب مکانیکی (مثال لایه آلومینیوم)
آمادهسازی منطقه آسیبدیده
استفاده از گریندر زاویهدار برای برش محوری لایه آسیبدیده، با طول برش 5 برابر قطر آسیب (حداقل ≥ 100 میلیمتر)، با ارائه عایق محافظ خالص.
حذف لبههای تیز لایه با گردکن فولاد ضدزنگ، ساییدن تا ظاهر فلزی، تمیز کردن روغن با اتانول و خشک کردن برای ≥ 15 دقیقه.
بازسازی لایه فلزی
انتخاب میله فشرده آلیاژ آلومینیوم با قطر داخلی 1 میلیمتر بزرگتر از قطر خارجی کابل، پوشاندن دیواره داخلی به صورت یکنواخت با چربی هدایتکننده (پرکننده نیکلباز، مقاومت حجمی ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).
لغزاندن میله بر روی منطقه آسیبدیده، استفاده از روش فشردهسازی متناوب، فشردهسازی از مرکز به انتهایین. پس از فشردهسازی، انحراف مخالف سمتهای ششضلعی ≤ ±0.1 میلیمتر، مقاومت تماس ≤ 20 μΩ.
مسدودسازی و درمان ضدفرسایش
پیچاندن باند مسدودسازی کائوچو بوتیل با 50٪ همپوشانی، تشکیل لایه مسدودسازی ≥ 3 میلیمتر ضخامت، ادامه ≥ 50 میلیمتر فراتر از لایه سالم در هر دو انتها.
نصب لوله انقباض حرارتی، گرم کردن تدریجی از مرکز به انتهایین (120°C → 140°C) برای جلوگیری از تشکیل حباب. پس از سرد شدن، بررسی انقباض یکنواخت (ضخامت دیواره بعد از انقباض ≥ 2 میلیمتر).
پیچاندن باند مقاوم در برابر فرسایش PVC به صورت حلزونی نیمههمپوشانی، ایمنسازی انتهایین با باندهای فولاد ضدزنگ (گشتاور 15–20 N·m).
(B) تعمیر فرسایش الکتروشیمیایی (زره فولاد + لایه سرب ترکیبی)
حذف محصولات فرسایش
استفاده از ساندبلاستینگ (رمال کوارتز 80–120 مش، فشار 0.4–0.6 MPa) برای حذف زنگ از زره فولاد، با ارائه پایه فلزی خاکستری-سفید، خشندگی سطح Sa2.5.
تراشیدن منطقه فرسایش لایه سرب با صفحه سرب، تشکیل انتقال صاف با شیب ≥ 1:5 برای جلوگیری از تمرکز تنش.
محافظت با آنود تسلبی
نصب متقارن 2 آنود آلیاژ روی-آلومینیوم (100 میلیمتر × 50 میلیمتر × 10 میلیمتر) در دو طرف بخش تعمیر، اتصال به زره فولاد با سیم پلیسیم (سطح مقطع ≥ 16 میلیمتر مربع)، جوشکاری (طول لپ ≥ 30 میلیمتر، جریان جوشکاری 120–150 A).
پر کردن فاصله بین آنود و لایه کابل با واکس پترولیوم، بستهبندی خارجی با پوشش پلیاتیلن با چگالی بالا (HDPE) برای تضمین تماس کامل با خاک.
ساختار دوگانه مسدودسازی
لایه داخلی: لوله انقباض سرد کائوچو سیلیکون، دیواره داخلی پوشانده شده با ژل مسدودسازی آبدوست هدایتکننده (مقاومت حجمی 10–100 Ω·cm). حفظ در دمای اتاق برای 24 ساعت پس از بازیابی برای گرم شدن.
لایه خارجی: ریختن رزین اپوکسی (نوع E-51، ماده تثبیتکننده T-31، نسبت 100:25)، قالببندی مسدود شده تحت فشار 0.2 MPa، گرم شدن ≥ 48 ساعت در 25°C. سختی شور D پس از گرم شدن ≥ 85.
(C) تعمیر شکستگی سنگینسازی حرارتی (کابل عایقبندی XLPE)
تقویت منطقه شکسته
برش یک شکاف V-شکل در جهت شکست (عمق 1/3 ضخامت لایه، زاویه 60°)، پر کردن با کائوچو سیلیکون مقاوم در برابر حرارت (نقطه ذوب ≥ 180°C، مقاومت پارگی ≥ 15 kN/m)، هموار کردن با گردکن، گرم شدن در دمای اتاق برای 2 ساعت.
پیچاندن پارچه فیبر شیشهای (0.2 میلیمتر ضخامت، 16×16 ریسه/سانتیمتر)، ترکیب با رزین اپوکسی (محتوای جامد ≥ 70%) برای تشکیل لایه تقویت. مقاومت کششی ≥ 200 MPa پس از گرم شدن.
بهینهسازی تخلیه حرارتی
نصب سینکهای گرمایی آلومینیوم (1.5 میلیمتر ضخامت، فاصله فین 5 میلیمتر) خارجی در بخش تعمیر، پیوند به لایه با چربی گرمایی (انتقال حرارت ≥ 1.5 W/(m·K)) برای کاهش افزایش دما محلی (≤ 5°C).
نظارت بر دمای عملیاتی با تصویربرداری حرارتی اینفرارخ، تضمین تفاوت دما با بخش سالم ≤ 2°C.
V. کنترل کیفیت و معیارهای پذیرش
(A) آزمون پارامترهای کلیدی
عملکرد الکتریکی: مقاومت عایق لایه ≥ 1000 MΩ (مگاهممتر 2500 V)، تخلخل جزئی ≤ 5 pC (در ولتاژ 1.73U₀).
عملکرد مکانیکی: مقاومت در برابر ضربه بخش تعمیر ≥ 10 J (در -30°C)، شعاع خمیدگی ≥ 20 برابر قطر خارجی کابل (بدون تغییر شکل واضح).
عملکرد مسدودسازی: پس از آزمون غرق (در دمای اتاق، 24 ساعت)، نرخ تغییر جریان تسرب لایه ≤ 10٪، بدون حباب یا ورود آب.
(B) تأیید قابلیت اطمینان بلندمدت
آزمون سنبلوطی سریع: قرار دادن نمونه تعمیر در کامره سنبلوطی حرارتی (135°C × 1000 ساعت)، پس از خارج کردن نگهداری مقاومت عایق ≥ 80٪، کاهش مقاومت کششی ≤ 20٪.
آزمون دفن در خاک: شبیهسازی محیط نصب واقعی، عمق دفن 1 متر، مدت 1 سال، بررسی عدم وجود سوراخ فرسایش یا شکست مسدودسازی.
VI. مقررات عملیات ایمنی
الزامات کار بدون برق: پیروی از روال "قطع برق - آزمون ولتاژ - نصب سیم زمین" قبل از تعمیر. نصب سیگنالهای هشدار "بستن ممنوع" در انتهای کابل، تنظیم حواستان (فاصله ≥ 8 متر) در شعاع کار.
مدیریت کارهای گرم: هنگام استفاده از شعلهها یا جوشکاری، تجهیز به اطفاییهای پودر خشک (نوع ABC، ظرفیت ≥ 4 کیلوگرم)، پاک کردن مواد قابل اشتعال در محدوده 3 متر، تعیین ناظر اختصاصی.
تجهیزات محافظ شخصی (PPE): استفاده از دستکشهای عایق (رتبه 35 kV)، عینک محافظ، پوشاک کاری مقاوم