کابل زره‌دار ATA و مقاومت در برابر خوردگی

مهر ۴, ۱۴۰۵
وبلاگ

کابل زره‌دار ATA و مقاومت در برابر خوردگی

در طراحی و اجرای شبکه‌های توزیع و انتقال نیروی برق در مجتمع‌های پتروشیمی، پالایشگاه‌های نفت و گاز، صنایع متالورژی، بنادر و تأسیسات فرآیندی ساحلی، تضمین پایداری خطوط کابل‌کشی یکی از کلیدی‌ترین اولویت‌های مهندسی به شمار می‌رود. کابل‌های قدرت در این محیط‌ها نه تنها باید در برابر تنش‌های مکانیکی شدیدی نظیر فشارهای شعاعی ناشی از تردد ماشین‌آلات، ضربات ناگهانی و بارهای ناشی از نشست خاک مقاومت کنند، بلکه هم‌زمان در معرض هجوم عوامل به‌شدت خورنده اتمسفری، شیمیایی و زیرزمینی قرار دارند. حضور رطوبت اشباع همراه با املاح نمکی در نواحی ساحلی خلیج فارس، اسیدهای آلی و معدنی در خاک‌های صنعتی، نشت ترکیبات هیدروکربنی و ترکیبات حاوی سولفور، همگی سرعت اضمحلال فلزات محافظ کابل را چند ده برابر افزایش می‌دهند.

در میان انواع ساختارهای حفاظتی، کابل زره‌دار ATA (Aluminium Tape Armour) جایگاهی متمایز و استراتژیک را در پروژه‌های صنعتی به خود اختصاص داده است. این کابل‌ها که ساختار حفاظتی آن‌ها مبتنی بر پیچش هلیکال نوارهای آلومینیومی آلیاژی با همپوشانی مهندسی‌شده است، اساساً پاسخی به دو نیاز حیاتی بوده‌اند: نخست، حذف تلفات مغناطیسی و گرمایش القایی ناشی از جریان‌های گردابی در کابل‌های تک‌رشته (Single-Core)، و دوم، ارائه عملکردی قابل‌اطمینان در برابر پدیده‌های پیچیده خوردگی. برخلاف باورهای سطحی که آلومینیوم را فلزی مستعد پوسیدگی در حضور رطوبت می‌دانند، متالورژی مدرن و بهره‌گیری از رفتارهای ترمودینامیکی این فلز سبب شده است کابل‌های دارای زره ATA به عنوان یکی از مطمئن‌ترین انتخاب‌ها در پروژه‌های صنعتی تحت نظارت کارشناسان پارس تکین مطرح شوند. شناخت دقیق رفتار الکتروشیمیایی این لایه، مکانیزم تشکیل فیلم پسیو اکسیدی و درک آسیب‌پذیری‌های بالقوه نظیر خوردگی گالوانیک، سنگ‌بنای بهره‌برداری موفق از این تجهیزات حیاتی است.

مقایسه جامع رفتار خوردگی و مشخصات فنی انواع زره در بسترهای مهاجم صنعتی

جدول تحلیلی زیر ویژگی‌های رفتاری، مقاومت الکتروشیمیایی و محدودیت‌های انواع زره‌های متداول صنعتی را در بسترهای خشن و خورنده مقایسه می‌کند:

نوع ساختار زره	ترکیب متالورژیکی لایه	مکانیزم اصلی حفاظت در برابر خوردگی	مقاومت در محیط‌های اسیدی و کلریدی	خطر خوردگی گالوانیک با مس	کاربرد تیپیکال در پروژه‌ها
نوار آلومینیومی (ATA)	نوارهای آلیاژی آلومینیوم با خلوص بالا (سری 1xxx یا 3xxx)	تشکیل لایه اکسیدی پیوسته و خودترمیم‌شونده (Al2O3)	بسیار عالی در رنج pH بین ۴.۵ تا ۸.۵؛ حساس به اسید قوی	بسیار بالا (در صورت تماس مرطوب با مس شیلد)	کابل‌های تک‌رشته MV/HV روی سینی، سازه‌های صنعتی و زون‌های ساحلی
مفتول آلومینیومی (AWA)	سیم‌های هم‌مرکز آلومینیومی سخت یا نیمه‌سخت	لایه پسیو طبیعی اکسید آلومینیوم + ضخامت مقطع بالاتر	مقاومت عالی، با مقاومت بیشتر در برابر خوردگی حفره‌ای نسبت به نوار نازک	بسیار بالا (نیازمند جداسازی کامل دی‌الکتریک)	کابل‌های تک‌رشته نیازمند تحمل کشش طولی بالا و دفن مستقیم
نوار فولادی گالوانیزه (STA)	فولاد کم‌کربن با پوشش حرارتی فلز روی (Zinc Coating)	حفاظت فداشونده کاتدی فلز روی برای مغزی فولادی	ضعیف در حضور یون کلرید و اسیدهای خاک؛ زوال لایه روی	متوسط تا بالا؛ روی و آهن سریعاً آند می‌شوند	کابل‌های چندرشته فشار ضعیف و متوسط در داکت‌های بتنی خشک
مفتول فولادی گالوانیزه (SWA)	مفتول‌های فولادی پرکربن یا کم‌کربن با آبکاری گالوانیزه گرم	پوشش کاتدی روی بر بستر مغزی ضخیم فولادی	متوسط؛ دوام وابسته به ضخامت لایه گالوانیزه و اسیدیته خاک	متوسط؛ نیازمند بدینگ ضخیم پلیمری	دفن مستقیم کابل‌های چندرشته تحت تنش‌های شدید فیزیکی
غلاف سربی همراه زره (Lead + Armour)	لوله اکسترود شده آلیاژ سرب در زیر زره فولادی یا آلومینیومی	غیرقابل نفوذ بودن مطلق سرب در برابر مایعات، گازها و هیدروکربن‌ها	فوق‌العاده عالی در خاک‌های هیدروکربنی و اسیدی پالایشگاه‌ها	پایین به دلیل اختلاف پتانسیل کنترل‌شده و ایزولاسیون	محیط‌های فوق‌بحرانی پتروشیمی با آلودگی آروماتیک‌ها و آب‌های شور

مکانیزم متالورژیکی خودحفاظتی آلومینیوم: لایه پسیو اکسیدی و ترمودینامیک آن

برای درک رفتار استثنایی کابل زره‌دار ATA در برابر خوردگی، باید ماهیت متالورژیکی آلومینیوم و برهم‌کنش اتمی آن با محیط پیرامون را از دریچه ترمودینامیک شیمیایی مورد واکاوی قرار داد. برخلاف فولاد که زنگ‌زدگی در آن ماهیتی ورقه‌ورقه، متخلخل و پیش‌رونده دارد و آب و اکسیژن می‌توانند به طور پیوسته به لایه‌های زیرین آهن نفوذ کنند، آلومینیوم دارای خاصیت ذاتی موسوم به «رویین‌تنی» یا پسیواسیون (Passivation) است.

هنگامی که لایه زره آلومینیومی نواری در تماس با هوا، اکسیژن محلول در آب یا محیط‌های حاوی مولکول‌های اکسیژن قرار می‌گیرد، بلافاصله و در کسری از ثانیه واکنشی با انرژی آزاد گیبس بسیار منفی میان اتم‌های سطحی فلز و اکسیژن رخ می‌دهد:

$3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$

این واکنش منجر به تشکیل لایه‌ای میکروسکوپی از اکسید آلومینیوم ( $Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3$ ) بر روی سطح نوار ATA می‌شود. این پوسته اکسیدی دارای ویژگی‌های بنیادینی است که آن را از اکسید آهن متمایز می‌سازد:

یکپارچگی ساختاری و نسبت پیلینگ-بدورث (Pilling-Bedworth Ratio)

نسبت پیلینگ-بدورث برای اکسید آلومینیوم تقریباً برابر با ۱.۲۸ است. از نظر علم متالورژی، زمانی که این نسبت بین ۱ تا ۲ قرار دارد، نشان‌دهنده آن است که حجم اکسید تشکیل‌شده به اندازه کافی بزرگ است تا سطح فلز زیرین را کاملاً بپوشاند، اما آن‌قدر حجیم نیست که دچار تنش فشاری خردکننده شده و پوسته ترک بردارد. این هماهنگی کریستالوگرافی سبب می‌شود لایه اکسید آلومینیوم بدون کوچک‌ترین روزنه و با پیوستگی کامل روی سطح نوار بنشیند.

چسبندگی مولکولی و خصلت خودترمیم‌شوندگی (Self-Healing)

پیوند شیمیایی میان لایه اکسیدی و شبکه بلوری آلومینیوم زیرین فوق‌العاده مستحکم است. علاوه بر این، در صورتی که در حین نصب کابل، خم‌کاری یا در اثر سایش‌های مکانیکی، این لایه نازک دچار خراش یا سوراخ‌شدگی موضعی شود، به محض قرار گرفتن بستر فلزی در معرض حتی کمترین غلظت اکسیژن، واکنش اکسیداسیون مجدداً با سرعت فعال شده و لایه اکسید محافظ ظرف مدت چند میلی‌ثانیه خود را بازسازی می‌کند.

پایداری در محدوده pH گسترده

بر اساس نمودارهای ترمودینامیکی پوربه (Pourbaix Diagrams) برای سیستم آلومینیوم-آب، این لایه پسیو در بازه وسیعی از اسیدیته و بازی بودن (تقریباً بین pH ۴.۵ تا ۸.۵) به صورت کاملاً پایدار، نامحلول و محافظت‌کننده باقی می‌ماند. این محدوده وسیع خنثی تا کمی اسیدی و قلیایی دقیقاً منطبق بر شرایط اکثریت قریب به اتفاق خاک‌های ساختمانی، خاک‌های ماسه‌ای دشت‌ها و آب‌های سطحی در سایت‌های صنعتی کشور است.

چالش‌های سه‌گانه خوردگی در ساختار کابل‌های ATA: ریشه‌ها و رفتارها

علیرغم قابلیت خودپسیواسیون، کابل زره‌دار ATA در صورتی که در معرض بسترهای غیرمهندسی قرار گیرد یا با سهل‌انگاری در لایه‌های پلیمری هم‌جوار تولید شود، می‌تواند مورد حمله سه مکانیزم خوردگی فوق‌العاده مخرب قرار گیرد. شناخت این سه مکانیزم برای مهندسان بازرسی پارس تکین یک ضرورت حیاتی است:

الف) پدیده خطرناک خوردگی گالوانیک (Galvanic Corrosion)

بزرگ‌ترین تهدید پنهان در کابل‌های قدرت فشار متوسط دارای زره ATA، مجاورت زره آلومینیومی با شیلد یا هادی مسی است. در جدول پتانسیل الکتروشیمیایی استاندارد (Standard Electrochemical Series):

آلومینیوم دارای پتانسیل کاهشی استاندارد در حدود ۱.۶۶- ولت است.
مس دارای پتانسیل کاهشی استاندارد حدود ۰.۳۴+ ولت است.

این بدان معناست که بین این دو فلز، اختلاف پتانسیل بسیار بالایی در حدود ۲.۰۰ ولت وجود دارد. اگر به هر دلیلی، لایه بالشتک پلیمری میانی (Bedding / Inner Sheath) از جنس مناسبی انتخاب نشود، یا در حین ساخت سوراخ شده و رطوبت حاوی املاح به داخل کابل نفوذ کند، یک پیل گالوانیکی عظیم شکل می‌گیرد. در این پیل:

آلومینیوم به عنوان آند (Anode) فداشونده عمل کرده و اتم‌های آن به سرعت اکسید و حل می‌شوند:

$\rightarrow Al^{3+} + 3e^-$

مس به عنوان کاتد (Cathode) عمل کرده و کاتالیزور تخریب آلومینیوم می‌شود.

از آنجا که ضخامت نوار آلومینیومی در ساختار ATA معمولاً بین ۰.۲ تا ۰.۸ میلی‌متر است، جریان گالوانیکی می‌تواند در مدت زمانی بسیار کوتاه لایه زره را به صورت موضعی سوراخ کرده و پیوستگی مکانیکی و هدایت الکتریکی ارت را به طور کامل قطع نماید. به همین دلیل، استانداردسازی ضخامت لایه اکسترود شده پلی‌اتیلن یا PVC میانی میان شیلد مسی و زره آلومینیومی در استانداردهای ساخت غیرقابل مذاکره است.

ب) خوردگی حفره‌ای ناشی از یون‌های کلرید (Pitting Corrosion in Marine Environments)

در تأسیسات ساحلی، جزایر خلیج فارس و خطوط لوله‌کشی مجاور دریا، کابل‌ها با غلظت‌های بسیار بالای یون کلرید ( $Cl−\text{Cl}^-$ ) در خاک و اتمسفر نمکی مواجهند. اگر روکش خارجی کابل آسیب ببیند و آب شور دریا به زره ATA برسد:

یون‌های تهاجمی کلرید به علت شعاع یونی کوچک و بار منفی خود، جذب نقاط ضعیف‌تر لایه اکسیدی آلومینیوم می‌شوند.
کلرید با شکستن پیوند اکسیدی، ترکیب محلول کلرید آلومینیوم تشکیل می‌دهد و دیواره محافظ را سوراخ می‌کند:

$Al2O3+6Cl−+6H+→2AlCl3+3H2OAl_2O_3 + 6Cl^- + 6H^+ \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$

در داخل حفره تشکیل‌شده، محیط به دلیل هیدرولیز به شدت اسیدی می‌شود و فرآیند انحلال آلومینیوم با سرعتی فزاینده به عمق نوار نفوذ می‌کند. اگرچه مساحت کلی نوار ممکن است سالم به نظر برسد، اما خوردگی حفره‌ای می‌تواند نوار را از مقطع عرضی دچار گسستگی مکانیکی کند.

ج) حمله قلیایی در مجاورت بتن و ملات‌های تازه ساختمانی (Alkaline Attack)

یکی از خطاهای بسیار رایج در پروژه‌های عمرانی، کابل‌کشی کابل‌های زره‌دار با روکش بیرونی سوراخ‌شده یا آسیب‌دیده در تماس مستقیم با بتن مرطوب، گروت یا ملات سیمان است. آب خروجی از بتن تازه به دلیل حضور کلسیم هیدروکسید، دارای اسیدیته بسیار بالایی بوده و pH آن معمولاً بالاتر از ۱۲ تا ۱۳ است. در این محدوده قلیایی شدید، لایه محافظ $Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3$ حل شده و به یون‌های آلومینات تبدیل می‌گردد:

$Al2O3+2OH−+3H2O→2[Al(OH)4]−Al_2O_3 + 2OH^- + 3H_2O \rightarrow 2[Al(OH)_4]^-$

به دنبال حل شدن پوسته اکسیدی، آلومینیوم مستقیماً توسط آب و باز مورد حمله قرار گرفته و با آزاد کردن حجم زیادی گاز هیدروژن، به سرعت خورده و پودر می‌شود. این مسئله نشان می‌دهد که حتی با داشتن زره ATA، سلامت روکش پلیمری خارجی برای ممانعت از تماس با ترکیبات آهکی کاملاً حیاتی است.

هم‌افزایی زره ATA با پلیمرهای مهندسی: سدهای شیمیایی چندلایه

لایه زره نواری آلومینیومی (ATA) به تنهایی در برابر عوامل مهاجم قرار نمی‌گیرد؛ بلکه در یک کابل استاندارد صنعتی، زره بخشی از یک سیستم حفاظتی چندمرحله‌ای (Multi-barrier System) است. دوام طولانی‌مدت کابل در برابر خوردگی شدید، وابسته به رفتار هم‌افزای زره با روکش‌ها و لایه‌های پلیمری دربرگیرنده آن است:

الف) لایه بالشتک میانی (Bedding / Inner Sheath): سد ایزولاسیون دی‌الکتریک

همان‌طور که در بخش قبل تبیین شد، در کابل‌های فشار متوسط، هادی و شیلد مسی در زیر لایه زره قرار دارند. لایه بدینگ پلیمری (معمولاً از جنس PVC با فرمولاسیون اختصاصی، پلی‌اتیلن چگالی بالا HDPE، یا ترکیبات کم‌دود و بدون هالوژن LSOH) باید به روش اکستروژن پیوسته و با ضخامت دقیق استاندارد (مطابق با جدول‌های ضخامت IEC 60502-2) بر روی شیلد اجرا شود.

این لایه نقش یک دی‌الکتریک فیزیکی ۱۰۰ درصدی را ایفا می‌کند تا هیچ‌گونه تماس نقطه‌ای یا نفوذ رطوبتی میان مس و نوار آلومینیومی رخ ندهد و مسیر ایجاد پیل گالوانیکی به طور کامل مسدود گردد.
در کابل‌های با کیفیت بالا، نوارهای ضدآب متورم‌شونده (Water-Swellable Tapes) به صورت طولی و عرضی در زیر و روی زره قرار می‌گیرند تا در صورت بروز هرگونه پارگی در غلاف خارجی، رطوبت به محض ورود با پلیمرهای جاذب واکنش داده، ژل حجیمی تشکیل دهد و مانع پیشروی آب در امتداد طول کابل به سمت نوار ATA شود.

ب) روکش نهایی بیرونی (Outer Sheath / Oversheath): اولین خط دفاعی

روکش نهایی کابل در تماس مستقیم با اتمسفر نمکی، املاح خاک و ترکیبات هیدروکربنی است. انتخاب پلیمر غلاف نهایی بسته به شرایط محیط نصب به شرح زیر تعیین می‌شود:

پلی‌اتیلن سنگین (HDPE / MDPE): برای کابل‌های زره‌دار ATA که در خاک‌های مرطوب، کانال‌های آبراهی و مناطق ساحلی دفن مستقیم می‌شوند، پلی‌اتیلن به علت نفوذپذیری بسیار ناچیز در برابر بخار آب و مقاومت سایشی فوق‌العاده نسبت به سنگ‌ریزه‌ها، بهترین انتخاب است.
پلی‌وینیل کلراید مقاوم در برابر نفت و شعله (PVC Type ST2 / Oil Resistant): در پتروشیمی‌ها و مجاورت تانک‌های سوخت، فرمولاسیون‌های مقاوم به ترکیبات نفتی از نرم شدن و تورم روکش در برابر روغن‌های هیدروکربنی محافظت کرده و بدین ترتیب زره آلومینیومی را از آلودگی‌های شیمیایی حفظ می‌کنند.
پلیمرهای مقاوم در برابر اشعه فرابنفش (UV Resistant) و آنتی‌ترمایت (Anti-Termite): در تأسیسات روکار، استفاده از کربن بلک (Carbon Black) پایدار در روکش مانع ترک‌خوردگی نوری ناشی از تابش شدید خورشید فلات ایران شده و ترکیبات دافع موریانه، از نفوذ حشرات به لایه زیرین جلوگیری می‌نمایند.

رفتار زره ATA در مقایسه با AWA، STA و SWA در چرخه‌های فرسایش محیطی

تحلیل رفتار مقایسه‌ای زره نواری آلومینیومی (ATA) با سایر زره‌ها بیانگر نقاط قوت متمایز و مزایای اقتصادی و عملکردی آن در پروژه‌های صنعتی است:

حذف کامل زنگ‌زدگی قرمز (Red Rust): در زره‌های فولادی (SWA و STA)، پس از گذشت چند سال از نصب در رطوبت بالا، پوشش گالوانیزه روی به دلیل خاصیت فداشوندگی مصرف شده و فولاد مستقیماً شروع به زنگ زدن می‌کند. حاصل این فرآیند، تشکیل اکسید آهن متخلخل، انبساط حجمی و خرد شدن روکش کابل از داخل است. در زره آلومینیومی ATA به دلیل عدم وجود آهن، پدیده‌ای به نام زنگ قرمز رخ نمی‌دهد و تنها اکسیداسیون سفید و سخت رخ می‌دهد که خود محافظ سطح است.
انعطاف‌پذیری مکانیکی بالاتر و جلوگیری از شکست لایه در خمش‌ها: نوارهای آلومینیومی دوبل هلیکال به دلیل ضخامت کمتر و ضریب شکل‌پذیری عالی آلومینیوم، در حین مانورهای کابل‌کشی و خم کردن کابل در ورودی ترانشه‌ها و سینی‌ها، دچار بازشدگی لایه‌ها یا ایجاد لبه‌های برنده نمی‌شوند؛ در حالی که نوارهای ضخیم فولادی STA در خمش‌های تند ممکن است شکسته یا لبه‌های تیز آن‌ها غلاف زیرین را سوراخ کند.
کاهش وزن سازه و بار تحمیلی بر بسترهای کابل‌کشی: چگالی آلومینیوم ( $\, \text{g/cm}^3$ ) تقریباً یک‌سوم فولاد ( $\, \text{g/cm}^3$ ) است. این کاهش وزن چشمگیر در کابل‌های فشار متوسط تک‌رشته، وزن نهایی خط را تا بیش از ۳۰ درصد کاهش می‌دهد که مانع از شکم دادن سینی‌ها و نردبان‌های کابل (Cable Trays) در پالایشگاه‌ها و در نتیجه جلوگیری از تجمع آب و نمک در فرورفتگی‌ها می‌شود.

الزامات استاندارد و آزمون‌های آزمایشگاهی سنجش مقاومت در برابر خوردگی

برای احراز اصالت و کیفیت کابل‌های زره‌دار ATA، مجموعه‌ای از تست‌های دقیق متالورژیکی و الکتروشیمیایی طبق استانداردهای بین‌المللی انجام می‌پذیرد که مهندسان پارس تکین در فرآیند بازرسی بر آن‌ها تکیه می‌کنند:

۱. آزمون پاشش مه نمکی (Salt Spray Test مطابق با ASTM B117 و IEC 60068-2-11)

در این آزمایش، نمونه‌هایی از نوار آلومینیومی زره به همراه روکش بریده‌شده کابل در داخل محفظه تست در معرض مه‌پاشی مداوم محلول ۵ درصد سدیم کلرید با دمای ۳۵ درجه سانتی‌گراد به مدت بازه‌های زمانی استاندارد (مانند ۵۰۰، ۱۰۰۰ یا ۲۰۰۰ ساعت) قرار می‌گیرند. پس از خروج، لایه زره نباید هیچ‌گونه شواهدی از گسیختگی نوار، سوراخ‌شدگی ناشی از خوردگی حفره‌ای شدید یا کاهش بیش از حد مجاز در مقاومت الکتریکی و استحکام کششی نشان دهد.

۲. آزمون غوطه‌وری در اسید و باز (Chemical Resistance Test طبق IEC 60811-404)

قطعات روکش و زره در محلول‌های شیمیایی استاندارد (شامل اسید سولفوریک رقیق، اسید نیتریک و هیدروکسید سدیم) در دماهای تعیین‌شده غوطه‌ور می‌شوند تا پایداری الاستومری روکش و عدم مهاجرت ترکیبات اسیدی به لایه زره تایید گردد.

۳. آزمون پیوستگی و ضخامت نوار آلومینیومی (Tensile & Elongation Test طبق IEC 60502-2)

در این آزمون، نوار آلومینیومی قبل و بعد از گذراندن چرخه‌های پیرسازی حرارتی تحت کشش قرار می‌گیرد. استحکام کششی آلومینیوم آنیل‌شده نباید از حدود ۱۰۰ تا ۱۳۰ مگاپاسکال کمتر بوده و ازدیاد طول نسبی تا نقطه پارگی باید مطابق رفرنس استاندارد (حداقل ۱۵ تا ۲۵ درصد) باشد تا تضمین کند نوار در برابر ارتعاشات تنش‌زای محیط خورنده شکننده نمی‌شود.

۴. آزمون ولتاژ DC روکش خارجی بعد از نصب (Site Sheath Testing)

پس از اجرای کابل‌کشی در سایت، آزمون اعمال پتانسیل مستقیم (معمولاً ۵ تا ۱۰ کیلوولت به مدت یک دقیقه) بین لایه زره آلومینیومی ATA و زمین مرجع انجام می‌گیرد. عدم وجود جریان نشتی تایید می‌کند که روکش پلیمری بیرونی کابل کاملاً سالم است و زره ATA بدون هیچ‌گونه منفذی در برابر آب‌های زیرزمینی و الکترولیت‌های خاک محافظت شده است.

الزامات اجرایی: گلندینگ، کلمپ‌ها و آب‌بندی در محیط‌های خورنده

حتی بهترین کابل زره‌دار ATA در صورت اجرای غیرحرفه‌ای اتصالات نهایی در معرض خطر جدی خوردگی قرار می‌گیرد. در پروژه‌های صنعتی، رعایت نکات زیر از منظر متالورژی خوردگی الزامی است:

استفاده از گلندهای سازگار با آلومینیوم (CW / E1W Glands): گلندهای کابل باید از جنس آلیاژهای برنج نیکل‌اندود (Nickel-Plated Brass) با کیفیت بسیار بالا، آلومینیوم آلیاژی پوشش‌دار، یا فولاد ضدزنگ درجه صنعتی (Stainless Steel 316L) باشند. استفاده از گلندهای فولادی بدون پوشش یا برنج خام بدون آبکاری در محیط‌های شرجی به دلیل اختلاف پتانسیل با آلومینیوم زره، خوردگی شدیدی در نقطه کلمپینگ نوار ATA ایجاد می‌کند.
استفاده از گریس‌ها و ترکیبات ضدخوردگی (Contact Grease): در محل اتصال زره ATA به ارت باکس یا کلمپ‌های انتهایی، باید از گریس‌های خنثی هادی ضد اکسیداسیون (مانند ترکیبات پایه روی و سیلیکون) استفاده شود تا از ورود هوا و رطوبت به فصل مشترک نوار و بست جلوگیری گردد.
مهاربندی با کلمپ‌های غیرفلزی یا ایزوله: در چینش‌های تک‌فاز سه برگی (Trefoil)، بست‌ها و کلمپ‌های مهار کابل باید از جنس کامپوزیت‌های پلیمری فاقد هالوژن یا آلومینیومی با پدهای عایقی الاستومری باشند تا ضمن دفع شوک‌های اتصال کوتاه، از ساییدگی روکش کابل و ایجاد تنش موضعی روی نوار زره جلوگیری شود.

سوال متداول کابل زره‌دار ATA و مقاومت در برابر خوردگی

۱. کابل زره‌دار ATA چیست و چرا در برابر خوردگی مقاومت بالایی دارد؟

کابل ATA (Aluminium Tape Armour) کابلی است که لایه محافظ مکانیکی آن از نوارهای آلومینیومی هلیکال تشکیل شده است. مقاومت بالای آن در برابر خوردگی به دلیل پدیده «رویین‌تنی» (پسیواسیون) آلومینیوم است؛ به این معنا که در مجاورت هوا سریعاً لایه‌ای بسیار متراکم، پیوسته و چسبنده از اکسید آلومینیوم ( $Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3$ ) بر روی سطح نوار تشکیل می‌شود که مانع از نفوذ بیشتر اکسیژن و رطوبت به لایه‌های زیرین می‌گردد.

۲. چه تفاوتی از نظر مقاومت در برابر خوردگی بین زره فولادی (STA/SWA) و زره آلومینیومی (ATA) وجود دارد؟

زره‌های فولادی متکی بر پوشش گالوانیزه فداشونده روی هستند که پس از چند سال مصرف شده و مغزی فولاد دچار زنگ‌زدگی شدید و پوسته شدن قرمز می‌شود. در مقابل، زره آلومینیومی ATA فاقد آهن بوده، زنگ قرمز نمی‌زند و لایه اکسید سطحی آن در صورت خراش، قابلیت خودترمیم‌شوندگی دارد و در محیط‌های با رطوبت بالا و شرایط ساحلی عمر بسیار طولانی‌تری ارائه می‌دهد.

۳. بزرگ‌ترین تهدید خوردگی برای کابل زره‌دار ATA چیست و چگونه مهار می‌شود؟

بزرگ‌ترین خطر، خوردگی گالوانیک ناشی از تماس مستقیم نوار آلومینیومی با شیلد یا هادی مسی در حضور رطوبت است. برای جلوگیری از این پدیده، یک لایه بدینگ پلیمری اکسترود شده (مانند PVC یا PE) با ضخامت دقیق استاندارد میان شیلد مسی و زره آلومینیومی تعبیه می‌شود که به عنوان یک عایق فیزیکی و دی‌الکتریک مطلق مانع تشکیل مدار پیل الکتروشیمیایی می‌گردد.

۴. آیا کابل زره‌دار ATA برای دفن مستقیم در خاک‌های شور و ساحلی مناسب است؟

بله؛ مشروط بر این‌که روکش خارجی کابل از جنس پلی‌اتیلن سنگین (HDPE/MDPE) با مقاومت سایشی و نفوذناپذیری بالا انتخاب شده باشد و در ترانشه با بستر ماسه بادی بدون سنگلاخ خوابانده شود. در این صورت، ترکیب روکش غیرقابل نفوذ پلی‌اتیلن و زره آلومینیومی ATA پایدارترین عملکرد را در برابر آب‌های کلریدی خلیج فارس و دریای عمان فراهم می‌کند.

۵. چرا در کابل‌های تک‌رشته، زره ATA از نظر تلفات حرارتی و خوردگی برتر از فولاد است؟

در کابل‌های تک‌رشته، عبور جریان متناوب از هادی باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود. زره فولادی به دلیل خاصیت فرومغناطیسی دچار جریان‌های گردابی و تلفات حرارتی شدید هیسترزیس شده و به شدت داغ می‌شود که این حرارت بالا تخریب روکش و تسریع خوردگی را در پی دارد. زره آلومینیومی ATA کاملاً غیرمغناطیسی است، تلفات القایی و حرارت اضافه تولید نمی‌کند و در نتیجه ساختار شیمیایی کابل تحت استرس حرارتی قرار نمی‌گیرد.

۶. در چه شرایط شیمیایی نباید کابل زره‌دار ATA بدون روکش محافظ مقاوم استفاده شود؟

در محیط‌های اسیدی قوی با pH زیر ۴.۵ (مانند ترانشه‌های مجاور پسماندهای اسیدی شدید) و محیط‌های قلیایی شدید با pH بالای ۸.۵ (مانند تماس مستقیم با بتن خیس و سیمان تازه)، لایه اکسید آلومینیوم حل می‌شود. در این فضاها باید کابل دارای روکش‌های مقاوم صنعتی بدون کوچک‌ترین آسیب‌دیدگی باشد تا مانع نفوذ این مواد به سطح زره گردد.

۷. چه نوع گلند و اتصالات کابل‌کشی برای کابل زره‌دار ATA جهت جلوگیری از خوردگی باید استفاده شود؟

باید از گلندهای تخصصی با رینگ کلمپینگ استاندارد ساخته‌شده از برنج با آبکاری ضخیم نیکل (Nickel-Plated Brass) یا آلیاژهای آلومینیوم گرید صنعتی استفاده شود و در محل اتصال از گریس‌های آب‌بندی ضدخوردگی استفاده گردد تا از تشکیل پیل دوفره آلومینیومی ATA پایدارترین عملکرد را در برابر آب‌های کلریدی خلیج فارس و دریای عمان فراهم می‌کند.

۵. چرا در کابل‌های تک‌رشته، زره ATA از نظر تلفات حرارتی و خوردگی برتر از فولاد است؟

۶. در چه شرایط شیمیایی نباید کابل زره‌دار ATA بدون روکش محافظ مقاوم استفاده شود؟

۷. چه نوع گلند و اتصالات کابل‌کشی برای کابل زره‌دار ATA جهت جلوگیری از خوردگی باید استفاده شود؟

باید از گلندهای تخصصی با رینگ کلمپینگ استاندارد ساخته‌شده از برنج با آبکاری ضخیم نیکل (Nickel-Plated Brass) یا آلیاژهای آلومینیوم گرید صنعتی استفاده شود و در محل اتصال از گریس‌های آب‌بندی ضدخوردگی استفاده گردد تا از تشکیل پیل دوفلزی میان گلند و نوار زره جلوگیری به عمل آید.

نتیجه‌گیری کابل زره‌دار ATA و مقاومت در برابر خوردگی

انتخاب نوع حفاظت مکانیکی و زره کابل در شبکه‌های توزیع و انتقال نیروی برق، صرفاً یک تصمیم مربوط به تحمل ضربه و فشار مکانیکی نیست؛ بلکه یک راهبرد دقیق متالورژیکی و الکتروشیمیایی برای تضمین طول عمر تجهیزات در شرایط واقعی بهره‌برداری به شمار می‌رود. کابل زره‌دار ATA (Aluminium Tape Armour) با بهره‌گیری از خاصیت ذاتی پسیواسیون و تشکیل فیلم متراکم اکسید آلومینیوم، گزینه‌ای بی‌رقیب برای محیط‌های صنعتی شرجی، اقلیم‌های ساحلی با غلظت بالای کلرید، و پروژه‌های نیازمند حذف تلفات حرارتی ناشی از القای مغناطیسی در کابل‌های تک‌رشته است.