الكابلات الكهرومائية لأفران القوس الكهربائي

الكابلات الكهرومائية^۱ لأفران القوس الكهربائي

يستخدم الكابل الكهرومائي الخاص بأفران القوس الكهربائي لنقل الطاقة الكهربائية من مصدر الطاقة الكهربائي إلى أقطاب الفرن المستخدم. تنتقل هذه الطاقة عن طريق النواقل داخل الكابل (المحولات²) ويتم التخلص من الحرارة العالية التي تنتج بسبب مرور التيار الكهربائي عن طريق جريان الماء داخل قناة الكابل. على عكس أفران الحث الكهربائي التي تمتلك منتجين عديدين حول العالم، وبسبب محدودية مصادر تصميم وإنتاج أفران القوس الكهربائي؛ فإن الكابلات الكهرومائية لا تشمل على تنوع كبير في التصاميم. في الشكل التالي شرح لأقسام الكابلات الكهرومائية المستخدمة في أفران الحث:

رأس الكابل^۳

يتم تصنيع رؤوس الكابلات المستخدمة في الكابلات الكهرومائية لأفران القوس الكهربائي من خلال طريقتين:

• إما بشكل مشابه لكابلات أفران الحث يتم تصنيعها من خلال دمج المقاطع النحاسية الصلبة عن طريق المعالجة الآلية. يتم استخدام هذه الطريقة عادة في الكابلات ذات قطر لايفوق ۴ بوصة (إينج).
• او من خلال عملية صب أولية للنحاس المصهور في قوالب مناسبة و من ثم القيام بعمليات الصقل ومن ثم تجهيز هذه القطع باستخدام آلات خاصة.

لا يوصى ابداً استخدام طريقة اللحام وما يشابهها بأي شكل من الأشكال في صناعة رؤوس الكابلات لأفران القوس الكهربائي.

يجب التنويه إلى أن درجة النحاس المستخدم في صناعة رؤوس الكابلات هو من نوع ETP⁴ وفق المعيار ASTM-C11000.

خلال تصميم رؤوس الكابلات المستخدمة في تصنيع أفران القوس الكهربائي يتم اعطاء أهمية خاصة لكثافة عبور التيار الكهربائي^۵ في الكابل والذي يكون من المحبذ أن يصل إلى ۰.۷ امبير بالميليمتر مربع لسطح تماس رأس الكابل.

أيضاً فإن هذا النوع من الكابلات يصنع برأس ثابت وآخر متحرك وذلك في حال لم يتوازى السطحان المتصلان بالكابل وإذا لم يكن رأسي الكابل على استقامة واحدة ألا يتم تحميل ضغط كبير عند وصل رؤوس الكابل بالقضبان.

تتميز صناعة رؤوس الكابلات المتحركة لكابلات الكهرومائية المستخدمة في أفران القوس الكهربائي بأهمية كبيرة من حيث الإغلاق وجودة التوصيلات المنقولة.

الأسلام المفتولة لوصلات رؤوس الكابلات

يوصى بأن تكون براغي وصل رؤوس الكابل بمصدر الطاقة أو التغذية الكهربائي ووصلات أقطاب الفرن مصنوعة من الفولاذ المضاد للصدأ من الدرجة ۳۰۴ (A2) و أن تكون مغطسة بالشحم (يُفضل الشحم الناقل) عند تغليفها. من الملاحظات التي يجب الانتباه لها في هذا الخصوص هو أن البراغي والوصلات المتعلقة يجب أن يتم ضبطها لتكون بنفس عزم الفتل وذلك من خلال جهاز قياس عزم الفتل. بما أن القياسات الرئيسية المستخدمة هي ۱۶، ۲۰ و ۲۲ فإن الجدول التالي يحتوي على توصيات تتعلق بشد وإغلاق وعزم الفتل في الحالتين الجافة والمغطسة بالشحم:

نظام اتصال رؤوس الكابلات بالأسلاك المفتولة الداخلية

تستخدم شركة ارازترانس طريقة الضغط الثقيل لوصل رؤوس الكابلات المستخدمة بالأسلاك المفتولة في الكابلات الكهرومائية الخاصة بأفران القوس الكهربائي. في هذه الطريقة يتم ملء الفراغات الموجودة بين رأس الكابل والأسلاك الداخلية جعلها تظهر على شكل قطعة واحدة. لا توصي الشركة أبداً باستخدام طرق اللحام للقيام بوصل رؤوس الكابلات بالأسلاك وذلك بسبب عبور تيار كهربائي عالي التوتر عبر هذه الكابلات.

الأسلاك المفتولة داخل الكابل

للحصول على معلومات بما يخص الاسلاك المفتولة (البراغي) المستخدمة في هيكل الكابلات الكهرومائية الرجاء مراجعة قسم الكابلات المشععة (المفتولة) النحاسية.

الخرطوم

للحصول على معلومات مفصلة بما يتعلق بالخراطيم المستخدمة في صناعة الكابلات الكهرومائية قوموا بمراجعة قسم الخراطيم الخالية من الكربون (خراطيم الماء والكهرباء).

حالات حماية الكابل

على عكس الكابلات المستخدمة في أفران الحث الكهربائي والتي تتطلب حمايتها وجود حزام مفتول مضاد للحريق حول الخرطوم (عند الحاجة)، فإن الكابلات الكهرومائية الخاصة بأفران القوس الكهربائي، تحتاج إلى حماية أكبر بهدف الارتقاء بمعامل موثوقية الاستخدام. تتضمن حالات وطرق حماية هذا النوع من الكابلات الكهرومائية كلاً مما يلي:

• حماية خرطوم الكابل من الحريق – للحفاظ على الخرطوم الخاص بالكابلات الكهرومائية لأفران القوس الكهربائي بمنأى عن الاحتراق عند تبعثر الذرات المذابة حين دخول وخروج الأقطاب لداخل الفرن، فإن استخدام الآلية التقليدي المتمثلة بالشريط المفتول المضاد للحريق بدون خرطوم كما في أفران الحث الكهربائية لا يمكن ان يكون كافياً، لذلك فإن شركة ارازترانس وللحفاظ على الكابل من هذه الظاهرة فإنها تستخدم طبقة طلاء خاصة من Pyroblanket التي تحافظ عليه من الحرائق. تقوم هذه الطبقة التي تغطي الخرطوم المصنوع من الألياف الزجاجية أي الفيبركلاس واللاصق السيليكوني بالحفاظ عليه من الحرارة الدائمة حتى ۲۶۰ درجة مئوية والحرارة المؤقتة حتى ۱۷۰۰ درجة مئوية. بالإضافة إلى الخواص الحرارية والفيزيائية فإنه من السهل تركيب هذه الكابلات وتبديلها بدون الحاجة إلى فصل الكابل عن الفرن والتي تعتبر من الميزات الأخرى لهذا النوع من الطلاء الواقي. يتم فك و تركيب هذه الطبقة من خلال لاصق وحلقة.

• حماية الكابل من الخدوش والصدمات – بما أن الكابلات الكهرومائية الخاصة بأفران القوس الكهربائي تخضع لأضرار دائمة بسبب حركة الأقطاب الدائمة وتصطدم ببعضها البعض وبالهيكل بشكلٍ دائم، تتم حمايتها من الصدمات والخدش من خلال ماص الصدمات^۷ خاص لهذا الغرض. ماص الصدمات الذي يصنع من المطاط كاوجوك ويتم استخدامه بشكل متحرك وثابت. يتم تثبيت ماص الصدمات الثابت الذي يتم وضعه في مكان معين من سطح الأنبوب الخاص بالكابل عن طريق حبسات فولاذية. لكن ماص الصدمات المتحرك والذي يطلق عليه اسم ماصات الصدمات الحرة فإنه يتم تثبيتها بشكل حر حول الخرطوم، ويمكن تحريكه وتغيير مكانه بشكل يدوي، جدير بالذكر إلى أنه عند استخدام ماص الصدمات المتحرك فمن الممكن أن يتحرك عند تعرض الخرطوم للحركة والاهتزاز.

حماية الكابل من الالتواء – من أهم المسائل التي يجب الانتباه لها عند استخدام الكابلات الكهرومائية لأفران القوس الكهربائي، هي كمية الشد والانحناء التي يتعرض لها الكابل نتيجة حركاته المتكررة. بشكلٍ أدق عندما يتم وصل رأس الكابل بمصدر الطاقة بشكلٍ ثابت ويتم وصل الرأس الآخر بأقطاب الفرن فإن الرأس الأخير عند تحركه يؤدي إلى تحرك الرأس الآخر مما يؤدي الى تطبيق ضغط وشد والتواء على طول الكابل وخاصةً في المنطقة القريبة من رأس الكابل. هذا الأمر يؤدي إلى تطبيق ضغط وشد الأسلاك الداخلية المفتولة وخاصةً عند نقاط الاتصال برؤوس الكابلات كما يؤدي ذلك في بعض الحالات إلى تمزق بعض هذه الأسلاك.

وفقاً لمعايير استخدام الكابلات الكهرومائية فإن شعاع الالتواء في القسم المعلق للكابل يبلغ ۵ أضعاف قطر رأس الكابل وطول القسم المثبت للكابل من جهة رأس الكابل يبلغ ۶ أضعاف قطر رأس الكابل.

المقاومة الكهربائية^۸ للكابل

تتعلق المقاومة الكهربائية للكابلات الكهرومائية بشكل مباشر بمقدار الهدر في الطاقة داخل الكابل. ولهذه المسألة أهمية خاصة في الكابلات الكهرومائية المستخدمة في أفران القوس الكهربائي بسبب أن التيارات التي تمر في هذه الأفران هي تيارات كهربائية قوية. من ناحية أخرى فعند استخدام الكابلات الكهرومائية لفترات طويلة فإن الأسلاك المفتولة داخل الكابل يتم استهلاكها تدريجياً ويمكن أن تتعرض للتمزق بسبب التآكل الكيميائي والصدمات الفيزيائية مما يؤدي إلى تمزقها. وباستمرار هذه العملية وتجاوزها حداً معيناً يصبح الكابل غير قابل للاستخدام.

إن أحد المعايير المناسبة لتحديد كمية تآكل الكابل، هي القياس المستمر للمقاومة الكهربائية الخاصة به وخلال فترات محددة، لأنه مع تآكل بعض الأسلاك المفتولة وتمزقها تزداد مقاومة الكابل الكهربائية بسبب تراجع مساحة قطاع الكابل أي تراجع قطره. إن المقدار المعياري المسموح للمقاومة الكهربائية للكابل الكهرومائي هي ۱.۵ ضعف المقاومة الكهربائية التي تم قياسها قبل الاستخدام. لذلك وبهدف قياسس المقاومة الكهربائية الخاصة بالكابل مع مرور الزمن مع مقدار آخر؛ فإنه يجب حتماً قياس مقدار المقاومة الكهربائية للكابل قبل أول استخدام لهذا الكابل.

جدير بالذكر بأن نسبة المقاومة الكهربائية للكابل الكهرومائي المستخدم في أفران القوس الكهربائي تكون بالميكرو أوم، لقياس هذه المقاومة يجب استخدام جهاز قياس الميكرو أوم^۹ .

توضح العلاقات التالية كيفية حساب المقاومة الكهربائية للكابل الجديد (قبل الاستخدام الأول) و مقدار الهدر فيه:

يدخل الماء المتدفق إلى الكبل الكبل من المحطات المثبتة في الكبل الجانبي الثابت ويستمر في التدفق عبر مسارين متوازيين حتى يصل إلى كابل الجزء المتحرك. إن أحد هذه المسارات هي القسم المركزي وهي على طول محور الكابل أما الأخرى فهي المساحة المحددة بالسطح الداخلي لخرطوم الكابل.

من أجل عبور  الماء خلال المسير المركزي للكابل يتم استخدام تقنية إنشاء مجرى مائي. في الواقع تمتد القناة المائية على طول محور الكابل وتمنع تعقّد الأسلاك المفتولة  الداخلية أو إيجاد خلل خلال عبور الماء. إن القنوات المائية المستخدمة في الكابلات الكهرومائية الخاصة بأفران القوس الكهربائي وعلى عكس تلك المستخدمة في أفران الحث الكهربائي لا تحتوي على نوابض عادية. ان القنوات المائية الخاصة بهذا النوع من الكابلات تقسم الى نوعين:

إما بشكل واجهة بلاستيكية بارزة منتجة من مواد الكاوجوك بشكل نجمة ويتم منع تداخلها وتعقدها من خلال وضع الأسلاك المفتولة بين زوايا النجمة.

أو على شكل خرطوم أو بلاستيك بارز من النوع المذكور وعلى شكل أنبوب تتصل برأس الكابل النحاسي من خلال مثبت مصنوع من خليط من النحاس والألمنيوم.

بالإضافة للقناة المركزية لرأس الكابل المستخدم في الكابلات الكهرومائية لأفران القوس الكهربائي، فإن رأس الكابل يحتوي أيضاً على ثقوب جانبية لعبور الماء وذلك لتبريد السطح الخارجي للأسلاك المفتولة.

حبسات الوصل

للحصول على معلومات أكثر بما يتعلق بحبسات الوصل المستخدمة في صناعة الكابلات الكهرومائية قوموا بمراجعة قسم حبسات الوصل.