بخشی از مقاله
مقاومت بسيار مناسب آلومينيوم در برابر خوردگي بخاطر تشكيل يك لايه اكسيدي بسيار نازك و مقاوم روي سطح آن است. علاوه بر اين برخي آلياژهاي آلومينيوم نظير آلياژهاي سري 5XXX (منيزيم‌دار) به منظور بهبود مقاومت در برابر خوردگي در محيطهاي نمك‌دار (محيطهاي ساحلي نزديك دريا) و برخي
آلياژهاي سري 6XXX به منظور كاربردهاي دريايي، صنعتي و شيميايي توسعه يافته‌اند، هر چند كه با توجه به تاثير عناصر آلياژي بر روي خواص الكتريكي و لزوم محدود كردن ميزان اين عناصر در هاديهاي برق، معمولاً درصد عناصر آلياژي جهت بهبود مقاومت دربرابر خوردگي را نمي‌توان در آلياژهاي با كاربرد به عنوان هادي الكتريكي از حدي بالاتر گرفت و لذا مقاومت به خوردگي آلياژهاي موجود جهت استفاده در ساخت هاديهاي الكتريكي بهتر از آلومينيوم الكتريكي 1350 نيست. با توجه به اين امر براي بهبود رفتار خوردگي هاديهاي هوايي آلومينيومي و افزايش عمر آنها بايد از روشهاي ديگري استفاده كرد كه در مقاله حاضر به آنها پرداخته مي‌شود.
هاديهاي هوايي آلومينيومي را بر اساس رفتار خوردگي آنها در برابر آتمسفرهاي مختلف مي‌توان به دودسته اصلي تقسيم‌بندي كرد. دسته اول هاديهايي هستند كه به طور كامل از آلومينيوم يا آلياژهاي آن ساخته شده‌اند (شامل هاديهاي ACAR, AAAC, AAC و …). در اين دسته از هاديها، با توجه به يكسان بودن پتانسيل الكتروشيميايي تمامي اجزاء سازنده، هيچگونه خوردگي گالوانيكي به وجود نمي‌آيد ودر نتيجه اين نوع سيمها تنها در معرض خوردگي‌هاي آتمسفري
(آتمسفرهاي صنعتي، ساحلي و …)قرار مي‌گيرند. با توجه به آنكه مقاومت در برابر خوردگي هيچ يك از آلياژهاي آلومينيومي مورد استفاده در ساخت هاديهاي خطوط انتقال نيرو بهتر از هاديهاي آلومينيومي خالص نيست،لذا براي بهبود رفتار خوردگي هاديهاي آلومينيومي نمي‌توان از هاديهاي آلياژي استفاده كرد، هر چند كه با در نظر گرفتن مقاومت در برابر خوردگي بسيار مناسب (تقريباً در حد هاديهاي آلومينيومي) هاديهاي آلياژي سري 5005 و 6201 و در نظر داشتن
استحكام مطلوب اين نوع هاديهاي آلياژي، استفاده از آنها بجاي هاديهاي آلومينيومي1350 ميتواند مزاياي فني – اقتصادي مناسبي به همراه داشته باشد. با توجه به اين موارد مناسب‌ترين راه بهبود مقاومت در برابر خوردگي اين هاديهاي تمام آلومينيومي (يا تماماً آلياژ آلومينيومي) استفاده از پوششهاي مقاوم به خوردگي و يا استفاده از هاديهاي كمپكت است كه البته استفاده از هاديهاي كمپكت تنها مقاومت به خوردگي لايه‌هاي دروني كابل را بهبود مي‌بخشد و
سيمهاي سطحي موجود در كل هادي كه در معرض آتمسفر قرار دارند، به اين وسيله محافظت نمي‌شوند. لازم به ذكر است كه ميزان خوردگي آلومينيوم درآتمسفرهاي معمولي با مقادير كم نمك‌ها يا آلاينده‌هاي سولفوري بسيار زياد است. حتي در آتمسفرهاي خورنده نيز عمر هاديهاي آلومينيومي بسيار بيشتر از اكثر مواد مهندسي (بخصوص هاديهاي مسي يا انواع فولادهاي كربني) است. به عنوان مثال با بررسي‌هايي كه بر روي كاهش وزن نمونه‌هاي مختلف در كنار
دريا صورت گرفته است، مشخص شده كه پس از 8 سال نگهداري كاهش وزن آلومينيوم در حدود 15 درصد كاهش وزن مس و 1 درصد كاهش وزن فولاد معمولي است، ضمن آنكه با افزايش فاصله از نواحي ساحلي دريا، مقاومت به خوردگي نمونه‌هاي آلومينيومي تا حد زيادي افزايش مي‌يابد. با توجه به اين مطالب به نظر مي‌رسد كه خوردگي هاديهاي تمام آلومينيومي عملاً راه‌‍حل خاصي در صنعت‌برق ندارد و در صورت لزوم مي‌توان با استفاده از روشهاي متداول حفاظت مواد (نظير گريس كاري يا استفاده از پوششهاي مقاوم در برابر خوردگي)، مقاومت به خوردگي اين هاديها را بهبود بخشيد.
دسته دوم هاديها كه مطالعه رفتار خوردگي آنها در آتمسفرهاي مختلف حائز اهميت فراوان است، هاديهايي هستند كه در آنها سيمهاي آلومينيومي به عنوان هادي در جوار يك يا چند سيم فولادي (و يا مواد و آلياژهاي ديگر نظير Invar) به عنوان تقويت‌كننده قرار گرفته باشند (ACSR). محيط‌ها و آتمسفرهاي اصلي خورنده براي هاديهاي ACSR شامل محيطهاي صنعتي آلوده و نيز نواحي ساحلي دريا هستند. آلودگي‌هاي صنعتي خورنده عموماً از طريق بارش باران، برف
ياهمراه رطوبت بر روي هسته فولادي تقويت‌كننده هاديهاي ACSR رسوب مي‌كنند. بدين صورت پوشش گالوانيزه اعمالي روي اين سيمهاي فولادي كه نقش آند فداشونده را ايفا مي‌كند، بتدريج مصرف مي‌شود. در اين شرايط تقريباً هيچگونه تخريب خوردگي روي سيمهاي آلومينيومي اتفاق نمي‌افتد. در اين نوع نحوه تخريب هاديها ACSR، كاهش خواص مكانيكي سيمهاي تقويت‌كننده فولادي فاكتور اصلي تعيين‌كننده عمر مفيد كل هادي خواهد بود. در اين حالت هيچ علامت مشخصه خارجي تا لحظه تخريب كامل هادي مشاهده نمي‌شود و اين نحوه خوردگي را مي‌توان خوردگي عمومي آتمسفري هاديهاي ACSR به حساب آورد.
در نواحي ساحل دريا، مكانيزم خوردگي كاملاً متفاوت است. نمك‌هاي موجود در اين محيط‌ها با رطوبت موجود روي كابلها تركيب شده و يك الكتروليت حاوي يونهاي كلريدي بين هسته فولادي و سيمهاي آلومينيومي هادي ايجاد مي‌كند. در اين شرايط با توجه به نوع الكتروليت موجود و پتانسيل شيميايي نسبي آلومينيوم و روي نسبت به يكديگر، ابتدا پوشش گالوانيزه روي سيم فولادي شروع به خوردگي مي‌كند. معمولاً قبل از آنكه كل اين پوشش گالوانيزه مصرف شود، حفره‌هاي كوچكي در آن ايجاد مي‌شود كه به سرعت تا مغز فولادي اين سيم تقويت‌كننده پيشروي مي‌كنند. در اثر اين پديده يك سل الكتروليتي بين فولاد و
آلومينيوم ايجاد مي‌شود و با توجه به پتانسيل الكتروشيميايي اين دو عنصر نسبت به يكديگر، اينبار آلومينيوم نقش آند فداشونده را ايفا مي‌كند. اين امر باعث خوردگي شديد الومينيوم شده و در نتيجه آن مقاومت الكتريكي در اين ناحيه از هادي به مرور افزايش مي‌يابد. در صورت ايجاد اين نوع خوردگي در خطوط ACSR، عمر مفيد آنها بسيار كمتر از حالتي خواهد شد كه آنها را تنها در محيطهاي آلوده صنعتي قرار داد چرا كه در نواحي صنعتي خوردگي هسته فولادي بسيار آهسته‌تر پيشروي مي‌كند. نكته مهم ديگر در مورد خوردگي گالوانيكي سيمهاي ACSR در آتمسفرهاي ساحلي، قابل تشخيص بودن چشمي اين نوع خوردگي است به طوري كه به مرور زمان قسمتهاي خورده شده از هادي به صورت پودرهاي سفيد‌رنگي كه اغلب با افزايش حجم همراهند، روي سطح ديده مي‌شوند. عمر مفيد كابلهاي ACSR كه در معرض اين نوع خوردگي قرار گيرند، به وسيله سرعت خوردگي الكتروليتي آلومينيوم مشخص مي‌شود.
مناسب‌ترين روشهاي بهبود مقاومت در برابر خوردگي هاديهاي آلومينيومي هوايي
با توجه به كليه اطلاعات ذكر شده تاكنون در مورد انواع هاديهاي آلومينيومي و مكانيزم خوردگي آنها در محيطهاي مختلف، مناسب‌ترين روشهاي مقابله با خوردگي اين هاديهاي هوايي را مي‌توان به صورت زير خلاصه كرد. بديهي است كه بر اساس نوع هادي مورد نظر
ACSR, AAC) يا …)، شرايط و آتمسفر احاطه‌كننده سيمها و پارامترهاي فني و اقتصادي مختلف، هر يك از روشهاي ارايه شده ميتواند انتخاب شود، اما استفاده از برخي روشها به تنهايي قادر نيست تا مقاومت به خوردگي اينگونه سيمها را تا حد بسيار زيادي افزايش دهد، بلكه تنها به عنوان يك روش اوليه براي بهبود نسبي مقاومت به خوردگي آنها مطرح است.
استفاده از گريس‌هاي مقاوم در برابر خوردگي
در آتمسفرهاي خورنده‌اي نظير نواحي ساحلي يا صنعتي، جهت بهبود مقاومت به خوردگي هاديهاي آلومينيومي مي‌توان از گريس اندود كردن سيمهاي تشكيل‌دهنده اين هاديها استفاده كرد. اين روش كه هم ميتواند براي هاديهاي تمام آلومينيومي و هم براي هاديهاي ACSR بكار رود، باعث مي‌شود تا تماس بين محيط خورنده و سيمهاي هادي كاهش يابد و بعلاوه با جلوگيري از تماس هاديهاي آلومينيومي با سيم فولادي در هاديهاي ACSR، از خوردگي گالوانيكي آنها نيز ممانعت بعمل مي‌آورد. عمليات گريس اندود كردن سيمهاي هادي ميتواند بر روي كليه سيمها اعمال شود و يا تنها بخشي از آنها را شامل شود. به عنوان مثال شكل (2) نمايانگر انواع روشهاي گريس‌اندود كاري هاديهاي ACSR را نشان مي‌دهد.
نكته بسيار مهم درمورد مواد مورد استفاده جهت گريس‌اندود كردن سيمهاي آلومينيومي آن است كه گريس مورد نظر بايد پايداري حرارتي مناسبي داشته باشد و بعلاوه حداقل اشكالات را حين پيچاندن و ساخت هادي مورد نظر داشته باشد. به نظر مي‌رسد كه با اضافه كردن برخي مواد شيميايي مناسب بتوان ويژگيهاي ضد‌خوردگي و پايداري حرارتي گريس‌ها را بهبود بخشيد.
استفاده از پوششهاي مقاوم در برابر خوردگي
در برخي موارد هنگامي كه كابلهاي توزيع هوايي در محيطهاي خورنده قرار بگيرند، مي‌توان آنها را با يك پوشش محافظ براي جلوگيري از خوردگي حفاظت كرد. استفاده از اين هاديهاي هوايي پوشش‌دار معمولاً براي خطوط توزيع ودر ولتاژهايي تا حد 33 كيلوولت پيشنهاد و عرضه شده است. پوشش اين هاديها حاوي كربن سياه با كيفيت بسيار بالا است تا پايداري مناسبي در برابر اشعه UV داشته باشد، ضمن آنكه پايداري اين پوشش‌ها در برابر ولتاژهاي بالا نيز ضروري است. اين پوشش‌ها معمولاً به عنوان عايق الكتريكي محسوب نمي‌شوند و مي‌توان از آنها براي
بهبود مقاومت به خوردگي هاديهاي
AAAC, AAC يا ACSR استفاده كرد. شكل زير نمونه‌اي از چنين هاديهاي پوشش‌داري را نشان مي‌دهد.
استفاده از هاديهاي كمپكت
در اين نوع هاديها با توجه به تراكم فراوان هادي و عدم نفوذ عوامل خورنده به داخل كابل، مقاومت در برابر خوردگي بهبود مي‌يابد.
استفاده از پوششهاي گالوانيزه ضخيم يا آلومينايزينگ
اين روش را مي‌توان براي بهبود مقاومت به خوردگي هاديهاي ACSR بكار برد. پوشش‌دهي فولاد با لايه‌هاي فلزي فدا شونده (گالوانيزه كردن، آلومينايز كردن و …) جهت حفاظت آنها از خوردگي امروزه به عنوان يك فرآيند كاملاً شناخته شده و پركاربرد مطرح است، بگونه‌اي كه بيش از نيمي از روي استخراج شده در دنيا براي گالوانيزه كردن فولادها بكار مي‌رود. از زمان اختراع روش گالوانيزه كردن در حمام‌هاي مذاب در حدود 260 سال پيش تا حدود 30 سال گذشته، تقريباً
هيچگونه تغيير قابل ملاحظه‌اي در اين فرآيند روي نداده و تنها در چند دهه اخير است كه برخي شركت‌هاي بزرگ سعي كرده‌اند تا بجاي استفاده از روي خالص جهت پوشش دهي فولادها، آلياژهاي اين عنصر با ديگر عناصر را بكار برند. بيشتر اين فعاليت‌هاي جديد بر روي آلياژهاي روي – آلومينيوم صورت گرفته تا همزمان خواص مطلوب آلومينيوم و روي در پوشش حاصل شود. باتوجه به فعاليت‌هاي انجام شده امروزه پوششهاي آلياژي روي – آلومينيوم (حاوي 95-94 درصد روي و
5-4 درصد آلومينيوم با تركيب نزديك به نقطه يوتكنيك) به همراه برخي عناصر نادر خاكي، توانسته است ويژگيهاي به مراتب بهتري نسبت به پوششهاي
گالوانيزه معمولي ارايه دهد (مقاومت به خوردگي
4-2 برابر)، هر چند كه توليد صنعتي اينگونه پوشش‌ها دچار پيچيدگي‌هاي بيشتر است. اين پوشش‌ها كه تحت نامهاي تجاري bezinal, Galfan يا Aluzinc معرفي شده‌اند، در آزمايشهاي خوردگي Salt Spray در محيطهاي مختلف صنعتي، ساحلي و روستايي مقاومت به خوردگي بسيار مناسبي از خود نشان داده‌اند. اين پوشش‌ها علاوه بر مقاومت به حوردگي بالاتر، داراي قابليت شكل‌پذيري، جوشكاري و حفاظتي بهتري نسبت به پوششهاي گالوانيزه معمولي هستند.
علاوه بر پوشش الياژي روي – آلومينيوم، استفاده از پوششهاي گالوانيزه با كيفيت و ضخامت‌هاي بيشتر نيز ميتواند مقاومت به خوردگي هاديهاي ACSR را در محيطهاي با خورندگي متوسط بهبود بخشد. به عبارت ديگر، در صورتي كه خورندگي آتمسفر مورد نظر جهت نصب و بهره‌برداري خطوط ACSR بيشتر از آتمسفرهاي معمولي باشد، با استفاده از پوششهاي گالوانيزه ضخيم‌تر (گريدهاي B و C مطابق با استاندارد ASTM) و همزمان استفاده از روش گريس‌اندود كاري اين هاديها، مي‌توان تا حد زيادي از مشكلات خوردگي اين خطوط كاست.
پوششهاي آلومينايزينگ (AZ) نيز از جمله پوششهاي بسيار نامطلوب جهت محافظت سيمهاي فولادي موجود در هاديهاي ACSR در برابر خوردگي است. اگر چه ضخامت اين پوشش‌ها بسيار كم است (حتي كمتر از ضخامت پوشش گالوانيزه گريدهاي B و C در استاندارد ASTM)، اما با توجه به يكسان بودن پتانسيل الكتروشيميايي اين پوشش با هاديهاي آلومينيومي. سرعت خوردگي آن به مراتب كمتر از پوششهاي روي (گالوانيزه) است. در صورتي كه كنترل مناسب بر كيفيت و ضخامت اين پوششهاي آلومينايزينگ صورت نگيرد، اين پوشش‌ها ميتواند حين شكل‌دهي سيمها و يا اعمال تنش‌هاي كاري دچار شكنندگي شوند و لذا قابليت پوشش‌دهي آنها كاهش خواهد يافت.
استفاده از روكش‌هاي آلومينيومي روي سيمهاي فولادي
استحكام بالا، هدايت الكتريكي مناسب، مقاومت به خوردگي بسيار مطلوب و تطابق مناسب با سيمهاي آلومينيومي باعث شده است كه سيمهاي فولادي
Al-Clad شده به عنوان مواد بسيار مناسب جهت ساخت هاديهاي ACSR بكار روند. استفاده از اين سيمها بجاي سيمهاي فولادي متداول باعث افزايش عمر كاري، بهبود خواص الكتريكي و نيز بهبود مقاومت به خوردگي انواع هاديها شده است. با استفاده از اين نوع سيمها حين ساخت هاديهاي ACSR، ضمن افزايش مقاومت به خوردگي، وزن هاديها نيز كمتر شده و تلفات انرژي و توان آنها نسبت به كابلهاي ساخته شده با هسته‌هاي فولادي گالوانيزه شده يا آلومينايز شده كاهش مي‌يابد. اين شرايط سبب شده كه بسياري از شبكه‌هاي انتقال و توزيع در نقاط مختلف دنيا از اين نوع كابلهاي ACSR/AW استفاده كنند.
آزمايشهاي مختلف انجام شده روي سيمهاي فولادي Al-Clad شده نشان داده است كه مقاومت به خوردگي اين سيمها تقريباً معادل سيمهاي آلومينيومي 1350 است و اين امر تقريباً در كليه آتمسفرهاي خورنده صادق است. (شكل 44 نمايانگر رفتار خوردگي سيمهاي مختلف در نواحي ساحل دريا پس از 6 سال سرويس اين سيمها است. همانگونه كه از اين شكل مشاهده مي‌شود خوردگي آتمسفري (ساحلي) سيمهاي AW و EC بسيار عالي و مشابه است، در حالي كه سيمهاي فولادي گالوانيزه شده پس از گذشت تنها 6 سال بصورت نسبتاً شديدي خورده شده‌اند.
علاوه بر خوردگي عمومي آتمسفري كه در بالا تشريح شد، استفاده از هاديهاي ACSR/AW نسبت به هاديهاي ACSR معمولي، خوردگي گالوانيكي را نيز كاهش مي‌دهد، زيرا در حالتي كه سيمهاي فولادي با آلومينيوم روكش شوند، از هر گونه تماس فلزات غيرهم‌جنس ممانعت بعمل آمده و در نتيجه هيچگونه پيل الكتروشيميايي خوردگي ايجاد نمي‌شود.
مزيت اصلي پوششهاي AW نسبت به پوششهاي آلومينايزينگ (AZ)، دسترسي به خلوص بيشتر در پوشش ايجاد شده روي سطح فولاد و نيز ضخامت بسيار بيشتر اين نوع پوشش‌ها و در نتيجه بهبود مقاومت به خوردگي آنها است.
