نظرة عامة على الساق الأساسية

الساق الأساسية هي المكون الحامل للأحمال الميكانيكية لعازل المركب، وهي في نفس الوقت الجزء الرئيسي من العزل الداخلي. يُشترط أن تكون ذات قوة ميكانيكية عالية، وأداء عزل ممتاز، واستقرار طويل الأمد، وعزل جيد. الألياف الزجاجية هي الهيكل العظمي للساق الأساسية والجسم الرئيسي. يتم إذابة الألياف الزجاجية عند درجة حرارة عالية لتتحول إلى ألياف أسطوانية بقطر أقل من أو يساوي حوالي 1 ميكرومتر وسطح خارجي ناعم، وتبلغ قوة الشد الفاشلة لهذه الألياف حوالي 1000-1500 ميجا باسكال. باستخدام راتنج الإيبوكسي كمادة أساسية، يتم تقويته وتشكيله بواسطة مادة معالجة سطحية سيليكونية لربط الألياف الزجاجية معًا لتشكيل قضيب زجاجي إيبوكسي قادر على تحمل ونقل الأحمال الميكانيكية.

قوة شد عالية

في الساق الأساسية، تتراوح نسبة الألياف الزجاجية عادةً بين 60% و80%، لذا فإن قوة الشد لقضيب السحب المصنوع من الألياف الزجاجية الإيبوكسي بعد السحب والتقوية تزيد عن 600 ميجا باسكال، لذلك تكون قوة الشد لهذا القضيب حوالي 2.5 ضعف قوة شد الفولاذ الكربوني العادي. على سبيل المثال، يمكن أن تصل قوة الشد للساق الأساسية بقطر 18 ملم إلى 130-170 كيلو نيوتن. يمكن للساق الأساسية بقطر 50 ملم إنتاج عوازل مركبة بحمل مُقدر يبلغ 1000 كيلو نيوتن. تكون قوة قضيب السحب المصنوع من الألياف الزجاجية كبيرة، ولكن كتلة الوحدة لكل طول صغيرة، حوالي 1/4 فقط من كتلة الفولاذ. في نفس الوقت، يتمتع قضيب الساق الأساسية المصنوع من الألياف الزجاجية الإيبوكسي بمقاومة جيدة للانحناء.

مقاومة الكسر بسبب التعب

في نفس الوقت، نظرًا لأن المادة الأساسية للساق تحتوي على ألياف زجاجية، والواجهة بينها وبين راتنج الإيبوكسي لديها قدرة على امتصاص الاهتزاز، فهي تتمتع بتخميد عالي للاهتزاز، وتتفوق في قدرتها على تخميد الاهتزاز على المعادن، مما يجعلها مناسبة لمقاومة الاهتزازات ذات التردد المنخفض الناجمة عن الرياح التي تنتقل عبر الأسلاك لفترات طويلة. وفقًا للتجارب، عندما تتعرض المادة المدعمة بالألياف للتلف، يمكنها تحمل عشرات الآلاف من دورات الإجهاد المتناوب. بمجرد أن يتشكل شق تعب في مادة معدنية، فإنها ستنكسر بسرعة بعد بضع دورات من الإجهاد المتناوب. لذلك، فإن مقاومة التعب لقضيب السحب المصنوع من الألياف الزجاجية الإيبوكسي في العازل المركب تتفوق على المعدن. لهذا السبب، فإنه يوفر ظروفًا ملائمة لتصنيع العوازل المركبة ذات الأبعاد الصغيرة وقوى الشد الكبيرة.

تصنيف الساق الأساسية

وفقًا لطبيعة الألياف الزجاجية، التي تُعتبر المادة الرئيسية للساق الأساسية، هناك حاليًا أربعة أنواع من قضبان السحب المصنوعة من الألياف الزجاجية الإيبوكسي ذات جودات وأداء وأسعار مختلفة في الداخل والخارج.

1. قضيب الساق الأساسية المصنوع من راتنج الإيبوكسي العادي وألياف الزجاج من النوع E
2. قضيب الساق الأساسية المصنوع من راتنج الإيبوكسي المعدل وألياف الزجاج من النوع E
3. قضيب الساق الأساسية المصنوع من راتنج الإيبوكسي المعدل وألياف الزجاج المقاوم للأحماض من النوع ECR (مقاوم للأحماض، وقوة شد أكبر من 1000 ميجا باسكال)
4. قضيب الساق الأساسية المصنوع من راتنج الإيبوكسي المحسن وألياف الزجاج المحسن المقاوم للأحماض ودرجات الحرارة العالية من النوع ECR (مقاوم للأحماض، مقاوم لدرجات الحرارة العالية، قوة شد أكبر من 1000 ميجا باسكال)

حول الساق الأساسية المقاومة للأحماض

تتمتع الساق الأساسية المقاومة للأحماض، المصنوعة من الألياف غير المحتوية على البورون والتي تم تطويرها حديثًا، بمقاومة أفضل للأحماض مقارنة بالسوق الأساسية العادية، مما يقلل بشكل كبير من احتمالية حدوث الكسر الهش. يعتبر حادث الكسر الهش لعوازل المركبات ضارًا جدًا بنظام الطاقة وأصبح مشكلة تثير اهتمامًا كبيرًا لدى المصنعين وأقسام الطاقة.

حاليًا، تحدث جميع حالات الكسر الهش على السيقان الأساسية العادية المصنوعة من ألياف النوع E. يعتقد الباحثون في الداخل والخارج عمومًا أن الكسر الهش يحدث بسبب تعرض ساق العازل المُحمّل للتآكل في بيئة تآكل حمضية، ويُعرف هذا بالتآكل تحت الإجهاد. منذ حدوث الفشل الهش لعازل المركب في خط النقل، قامت شركة هيرست سيراميك الألمانية بتغيير الألياف الزجاجية من النوع E المستخدمة في الساق الأساسية الأصلية لتحسين مقاومة التآكل تحت الإجهاد للساق الأساسية، واعتمدت نوعًا يسمى ECR (بدرجة كهربائية). تُنتج الألياف الخالية من البورون ساقًا أساسية تتمتع بمقاومة محسّنة بشكل كبير للتآكل تحت الإجهاد.

في السنوات الأخيرة، استخدم معظم مصنعي السيقان الأساسية في الداخل والخارج ألياف ECR لإنتاج السيقان الأساسية، وقدموا طرق اختبار موصى بها لأداء التآكل تحت الإجهاد لعوازل المركبات. تم التعرف تدريجيًا على هذا النوع من السيقان الأساسية من قبل المستخدمين، ويُعرف عمومًا بالساق الأساسية المقاومة للأحماض مع مقاومة محسنة للتآكل تحت الإجهاد. ولكن ليس جميع السيقان الأساسية المصنوعة من ألياف ECR تتمتع بمقاومة جيدة للأحماض، لذا يجب اختيار السيقان الأساسية المقاومة للأحماض ذات مقاومة أفضل للتآكل تحت الإجهاد.

أما بالنسبة لتعريف الساق الأساسية المقاومة للأحماض، فلا توجد لوائح موحدة وواضحة في الداخل أو الخارج. حاليًا، يعتبر عمومًا أن الساق الأساسية التي يمكنها الوفاء بمعيار التآكل تحت الإجهاد هي ساق أساسية مقاومة للأحماض. تنص المعايير الفنية للعوازل المركبة المعلقة بساقي DC بقدرة ±500kv وفقًا للمعيار الصناعي للطاقة الكهربائية في بلدي DL/T810-2002 على أن معيار التآكل تحت الإجهاد هو: الساق الأساسية عند 67٪ من الحمل المقدر (SML)، وتركيز 1mol/L من حمض النيتريك في الحل. الساق الأساسية المقاومة للأحماض مصنوعة من مادة ألياف ECR كمادة أساسية. منذ استخدامها، لم يتم الإبلاغ عن أي حالة كسر هش.

تظهر الأبحاث أيضًا أن مقاومة التآكل تحت الإجهاد للساق الأساسية المقاومة للأحماض المصنوعة من ألياف ECR قد تحسنت بشكل كبير. خطوط النقل ذات الجهد العالي للغاية لديها متطلبات أعلى لسلامة واستقرار الخط، وأصبح الكسر الهش لعوازل المركبات أيضًا قضية رئيسية يجب أخذها في الاعتبار. أما بالنسبة للأداء طويل الأمد للسيقان الأساسية المقاومة للأحماض، فلا يوجد حاليًا فهم نهائي. بعد استخدام السيقان الأساسية المقاومة للأحماض، لا يزال من الصعب الإجابة على ما إذا كان العازل المركب سيبقى غير هش.

تشير استنتاجات البحث ذات الصلة من جامعة تسينغهوا إلى:

1. حتى الساق الأساسية المقاومة للأحماض التي وصلت إلى معايير اختبار التآكل تحت الإجهاد الحالية، لا تزال هناك اختلافات كبيرة في مقاومة التآكل تحت الإجهاد. الساق الأساسية المقاومة للأحماض ذات مقاومة أفضل للتآكل تحت الإجهاد تكون شديدة المقاومة في ظل ظروف قاسية للغاية. من الصعب أن يحدث الكسر الهش.
2. في ظل تركيز معين للبيئة الحمضية وظروف الخدش السطحي، يوجد قيمة إجهاد حرجة تؤدي إلى كسر الساق الأساسية المقاومة للأحماض. تقل قيمة إجهاد الكسر الحرجة مع زيادة تركيز الحمض وعمق الشقوق الدقيقة السطحية، مما يعكس الفرق في مقاومة التآكل تحت الإجهاد للسيقان الأساسية.
3. عند استخدام سيقان العوازل المركبة في المشاريع ذات الأهمية الخاصة، يمكن زيادة متطلبات معايير اختبار التآكل تحت الإجهاد الحالية بشكل مناسب لاختيار السيقان الأساسية المقاومة للأحماض ذات الأداء الأفضل.

عملية إنتاج الساق الأساسية

من وجهة نظر عملية إنتاج الساق الأساسية، هناك أيضًا مرحلتان واضحتان. جميع عمليات الإنتاج المبكرة للبثق المستمر لملامح الألياف الزجاجية (FRI) استخدمت الغمس المفتوح. تحت الضغط العادي، يتم غمس الألياف الزجاجية في خزان لاصق، ثم يتم تقويتها وتشكيلها بواسطة قالب تشكيل، ثم يتم سحبها بواسطة جرار؛ يتم تصنيع ملامح مختلفة. عندما تمر الألياف الزجاجية عبر خزان الغمس، يتم ذلك تحت الضغط العادي، لذلك من السهل حدوث تسرب وعدم تغلغل الألياف الزجاجية. يتأثر أداء المنتج بشكل كبير بالبيئة، مما يؤثر بشكل كبير على أداء تشغيل العازل المركب.

حاليًا، أنتج بعض المصنعين ووحدات البحث العلمي عملية إنتاج جديدة للساق الأساسية وهي التشكيل المستمر لنقل الراتنج (CRTM) عملية جديدة (تسمى تقليديًا عملية البثق بالحقن للساق الأساسية). الساق الأساسية المصنوعة من الألياف الزجاجية التي تنتجها هذه العملية الجديدة تتمتع بالمزايا الواضحة التالية:

1. ألياف زجاجية مشبعة تمامًا وشحوم؛
2. محتوى الفقاعات في المنتج منخفض (FRI)؛
3. يحتوي الساق الأساسية على نسبة عالية من الألياف الزجاجية؛
4. أداء كهربائي ميكانيكي ممتاز؛
5. ظل الراتنج المحقون دائمًا يحافظ على نفس خصائص التقوية؛
6. الساق الأساسية شفافة، مما يجعل عيوب المنتج (مثل الشوائب، الرمال، الفقاعات، إلخ) سهلة الاكتشاف والإزالة.

حاليًا، تم إدخال السيقان الأساسية التي تستخدم هذه العملية في الإنتاج الضخم ويتم تبنيها من قبل المزيد والمزيد من مصنعي العوازل المركبة.

تلعب العوازل المركبة دورًا هامًا في أنظمة نقل الطاقة. أثناء التشغيل، نظرًا لتأثير البيئة الخارجية وظروف التشغيل، فإن الألياف الزجاجية في قضيب السحب الزجاجي الإيبوكسي تكون عرضة للتآكل بالماء، مما سيؤدي إلى انخفاض الخصائص الميكانيكية للساق الأساسية، وفي نفس الوقت، سيتحلل الراتنج إذا غمر في الماء لفترة طويلة. سيؤدي الضرر في النهاية إلى تدهور الأداء الكهربائي. في الحالة الجافة العادية للساق الأساسية، تكون قوة الانهيار عند تردد القدرة عالية جدًا، تتجاوز 12kV/cm، وتصل قوة الانهيار عند الصدمة إلى 100kV/cm. ومع ذلك، بمجرد تعرضه للرطوبة، تنخفض قوة العزل بسرعة، وقد يفقد حتى قدرته على العزل. لذلك، عند استخدام قضيب الألياف الزجاجية الإيبوكسي كساق أساسية للعازل، يجب التأكد من عدم تعرض الساق الأساسية للتآكل بالماء لضمان قوة الساق الأساسية الميكانيكية ومستوى العزل. عند اختيار العوازل المركبة، يجب تفضيل الساق الأساسية المحسنة المقاوم للأحماض والتي يتم إنتاجها بواسطة عملية البثق. قضيب الساق الأساسية المصنوع من الألياف الزجاجية المقاومة للحرارة العالية. بهذه الطريقة، يمكن حماية الألياف الزجاجية في الساق الأساسية إلى أقصى حد من البيئة الخارجية.

المعلمات الرئيسية للساق الأساسية

رقم	المعلمة	الوحدة	المواصفات
1	الكثافة (20±2℃)	جم/سم3	≥2.0
2	امتصاص الماء (20±2℃، 24 ساعة)	%	≤0.05
3	صلابة باركول (الجانب)	HBa	65～75
4	قوة الشد	ميجا باسكال	≥1100
5	قوة الانحناء	ميجا باسكال	≥900
6	اختراق الصبغة	دقائق	≥15
7	NaCl 100 ساعة، 12KV، 1 دقيقة	µA	<100
8	انتشار الماء (1NaCl غليان 100 ساعة، 12KV، 1 دقيقة)	µA	≤50 (UHV)
9	قوة القص بين الطبقات	ميجا باسكال	≥50
10	مقاومة الحجم (140℃، 96 ساعة)	Ω•م	≥1010
11	تحمل الجهد الانهياري للتيار المستمر (10 ملم)	كيلو فولت	≥50
12	تحمل الجهد الانهياري للصاعقة (＋100KV، 10 ملم)	مرات	≥5
13	قوة الانحناء الحراري	ميجا باسكال/150℃	280-350
14	التآكل تحت الإجهاد (1mol/1HN3، 67%)	ساعة	≥100
15	قوة الالتواء	ميجا باسكال	≥800
16	(150±5℃، 4 ساعات) التحريض الحراري	/	لا يوجد انسكاب على الوجه النهائي، لا توجد شقوق، لا يوجد تغيير في درجة الحرارة