استفاده از مفتول آلومینیوم غیر استاندارد در صنعت سیم وکابل ایران مهمترین پارامترموثر در افزایش مقاومت الکتریکی سيم و كابل مصرفي یا افزایش تلفات فنی در شبكه هاي توزيع و انتقال برق کشور

( مهندس فلاح نژاد – عضو هیات مدیره سندیکای صنایع آلومینوم ایران )

در دنياي امروز انرژي از مسائل اساسي و زيربنايي است و ساختار اقتصادي و سياسي كشورها به چگونگي دسترسي به انرژي ، نحوه مصرف و قيمت آن بستگي دارد . برق يكي از انواع انرژي است كه به دليل مشخصه هاي خاص خود ، بيشتر از ساير انواع انرژي ها مورد توجه مي باشد. با داشتن اطلاعاتي در مورد ميزان برق مصرفي ، شدت انرژي ، تركيب مشتركين برق و منحني بار درجه توسعه يافتگي هر كشوري تعيين مي گردد. بعضي از شاخص هاي اصلي و مهم صنعت برق که در برنامه های توسعه‌ي اقتصادي، اجتماعي و فرهنگي كشور نيزمورد توجه مي باشند عبارتند از : کاهش تلفات ، افزايش راندمان نيروگاه ها و مديريت مصرف برق، همچنین  درمورد کاهش تلفات فنی برق رسانی مسئله حائز اهمیت جلوگیری از سیم و کابل های غیراستاندارد می‌باشد

با توجه به اینکه برای  افزایش راندمان و بهینه سازی صنعت برق ایران تا سال 2021 میلادی حدود 17 میلیارد دلار در بخش تولید برق و 8 میلیارد دلار در بخش توزیع ، انتقال و فوق توزیع  کشور سرمایه گذاری خواهد شد لذا مبحث تلفات انرژي از مهمترين مقوله هايي است كه صنعت برق با آن مواجه است و توجه به كاهش آن ضرورتي اجتناب ناپذير است.. در كشور ما با توجه به اينكه اين صنعت هنوز در زمينه كاهش تلفات تا حد مطلوب ، راه طولاني در پيش دارد ضرورت توجه به اين امر را متوجه مسئولان و محققان مي سازد.كاهش تلفات انرژي الكتريكي به طور كلي عبارت است از افزايش ظرفيت توليد و افزايش ظرفيت شبكه انتقال و توزيع ،‌ بدون آنكه در امر توليد سرمايه گذاري كرده باشيم. پارامترهاي گوناگوني در مبحث تلفات انرژي شبكه هاي توزيع و انتقال موثر است كه يكي از اين پارامترها با فضای کسب و کار صنعت سيم و كابل رابطه مستقیم دارد .  بنابراين كيفيت انواع سيم و كابل الومينيومي مورد مصرف از نظر میزان مقاومت الکتریکی استاندارد تعیین شده ،  در شبكه هاي توزيع و انتقال كشور بسيار حائز اهميت مي باشد. امروزه با افزايش قيمت الومينيوم توليدكنندگان سيم و كابل را مجاب به تامين مواد اوليه به اصطلاح ارزان تشويق مي نمايد و در نتيجه تاحد امكان مصرف مفتول های  آلومينيوم  غیر استاندارد دارای مقاومت الکتریکی بالا ، در صنعت سيم وكابل كشور بسيار رايج شده است . تخمین مصرف  مفتول آلومينيومي  در سال 1397حدود 60 هزارتن  بوده که بالابودن قيمت شمش آلومینیوم نسبت به قيمت جهاني توليد كنندگان را مجاب به تامين مواد اوليه ارزان يعني توليد مفتول از ضايعات الومينيوم مي نمايد .  نكته حائزاهميت در اين  مقوله نداشتن دانش تكنولوژي فرايند تصفيه مذاب که رابطه مستقیم با كاهش تلفات سيم وكابل توليدي از ضايعات مصرف شده دارد برای اکثر تولیدکنندگان مفتول آلومینیوم کشور است 


  1. نمودارهاي تاثير ناخالصيهاي موجود در مفتول بر تلفات سيم وكابل توليدي

الف ) تاثير ناخالصيهاي موجود در مفتول آلومينيوم در افزايش تلفات سيم و كابل آلومينيومي

 

طبق تئوري كلاسيك فيزيك و نظريه الكترونهاي آزاد ، هدايت هر فلز به چگونگي حركت الكترونهاي آزاد لايه آخر ( والانس ) آنها بستگي دارد . حركت اين اتمها توسط اصطكاك شبكه اتمي فلز محدود مي شود . اين اصطكاك در اثر برخورد متوالي اين الكترونها به يكديگر و به اتمهاي شبكه فلزي بوجود مي آيد .با افزايش ناخالصيهاي يك فلز خالص ، هدايت الكتريكي آن كاهش مي يابد كه طبيعتا در اثر ايجاد اختلال در حركت الكترونهاي آزاد توسط اتمهاي محلول در فاز زمينه است . هر گونه بي نظمي در تناوب اتمي شبكه آلومينيوم باعث مي شود كه الكترونها پخش شوند و رسانندگي الكتريكي كاهش يابد. عناصر محلول در شبكه مس يا آلومينيوم با اندازه اتمي متفاوت باعث ايجاد مناطقي با كرنش كشسان موضعي مي شوند و ازاين طريق رسانندگي را كاهش مي دهند مقدار عناصر محلول در آلومينيوم خالص حتي به مقدار PPM نيز در كاهش رسانندگي آنها اثر بخش است . ناخالصي هاي آهن و سيليسيم عمومي ترين ناخالصي هميشگي در آلومينيوم محسوب  مي شوند كه اولي در حين انجماد و سرد شدن مذاب بصورت فازهاي ثانويه بين فلزي و دومي بصورت ذرات ريز خود عنصر پديدارمي شوند . ناخالصي هايي نظير واناديم ، تيتانيوم ، كروم ،‌ منگنز ، ليتيم، و زيركونيوم هرچند به مقدار بسيار ناچيز ، تاثير زيادي بر كاهش هدايت الكتريكي سيم و كابل آلومينيومي مي گذارد . فرايند تكنولوژي تصفيه مذاب (‌حذف يا كاهش ناخالصيها تاحد مجاز) علاوه بر مبحث مهم تلفات اهمي بر پارامترهاي مهم فرايند توليد يعني مواد بري ،‌ پارگي سيم ، عمر داي و سرعت توليد نيز بسيار حائز اهميت مي باشد 

امروزه در فرايند تكنولوژي تصفيه مذاب داشتن تجهيزات توام با دانش فني تصفيه بسيار تاثير گذار مي باشد. بررسيهاي فني از توليد كنندگان دركشور نشان مي دهد تعداد محدودي از شركتهاي توليد كننده مفتول آلومينيوم از اين دانش در استفاده از ضايعات بهره‌مند هستند و صرفاً داشتن ماشين ريخته گري توليد مفتول آلومينيوم از ضايعات به معني داشتن دانش فني تصفيه مذاب نمي باشد . نتايج آزمون هاي هدايت الكتريكي و مقاومت اهمي انجام شده برروي مفتول هاي توليدي از ضايعات بسياري از توليد كنندگان كشور گواه اين مسئله مي باشد .البته در مواردي  مي توان با افزايش مواد بري آلومينيوم كاهش تلفات اهمي  سيم وكابل توليدي مربوطه را جبران كرد ولي از نظر اقتصادي مرقون به صرفه نمي باشد و قيمت تمام شده قابليت رقابت در بازار را ندارد .

استفاده از ضايعات آلومينيوم در صنعت سيم و كابل  با هدف كاهش قيمت تمام شده مفتول آلومینیوم جهت کاهش قیمت موادبری محصولات مورد نياز شبكه هاي توزيع و انتقال ، بدون داشتن تكنولوژي فرايند تصفيه مذاب ( دانش فني حذف يا كاهش ناخالصيها تا حد مجاز) در افزايش تلفات شبكه هاي توزيع و انتقال كشور بسيار اثر بخش مي باشد . ياد آوري مي گردد حد مجاز ناخالصيهاي آلومينيوم و میزان مقاومت الکتریکی موردنیاز  در صنعت سيم و كابل بترتيب مطابق استانداردهاي ASTM B233  تعريف  مي گردد.

نکته حائز اهمیت تولید کنندگان  مفتول داخل این است که داشتن تکنولوژی روز رابطه مستقیم با کاهش تلفات اهمی محصولات مفتول الومینیوم دارد .بزرگترین مشکل کیفی تولید کنندگان مفتول آلومینیوم داخل کشور ، استفاده از ماشین الات چینی فاقد تکنولوژی روز می باشد 


جدول مقایسه مشخصات استاندارد  آلومینیم خالص (1350) و آلومینیم آلیاژی

 

تاثیر   هر کدام از
عناصر   در ساختار
آلومینیم
کد   آلومینیم
هدایت الکتریکی
1350-H19
61%IACS
5005 –H19
53.5%IACS
6201-T81     52.5%IACS
 
استاندارد
نسبت وزنی با هدایت   ثابت
ASTM B230,609
100
ASTMB 396,397
114
ASTM B398,399
116
 
ازدیاد طول   >>
Min   %1.3-2.2
Min   %1.3-2.2
Min   %3
 
عنصر آلیاژِ
محدوده قطر
% عناصر
استقامت

کششی

% عناصر
استقامت کششی
% عناصر
استقامت کششی
 
-  قابلیت عملیات حرارتی انحلال و پیر سازی
-  کاهش مقاومت به خوردگی
مس
6.60-5.30
0.05
155
0.2
228
0.1
--
 
-  تشکیل فاز های ثانوی بین فلزی
-  تشدید خوردگی و حفره دار شدن
آهن
5.30-4.00
0.4
159
0.7
234
0.5
315*
 
  • حضمر همزمان سیلیسیم با منیزیم قابلیت عملیات حرارتی
سیلسیم
4.00-   3.80
0.1
159
0.4
248
0.9- 
0.5
315
 
  • بهبودخواص استحکامی
  • تاثیرنامطلوب روی هدایت
منگنز
3.80-3.55
0.01
162
0.2
252
0.03
315
 
-  افزایش استحکام آلیاژ (با ایجاد فاز های ریز Mg2Si )
-  بهبود مقلومت به خوردگی
منیزیم
3.55-3.25
--
162
1.1-
0.5
255
0.9-
0.6
315
 
-  باعث ایجاد ترک گرم در آلیاژ

روی
3.25-3.00
0.05
162
0.25
255
0.1
330
 
-  کاهش هدایت الکتریکی
-  جلوگیری از رشد دانه ها در عملیات حرارتی
کروم
3.00-2.79
0.01
162
0.1
259
0.03
330
 
- سبب ریز کردن   اندازه دانه ها
-  بهبود هدایت الکتریکی
بور
2.79-2.50
0.05
162
---
262
0.06
330
 
کاهش شدید هدایت   الکتریکی
تیتانیم   / وانادیم
2.50-2.28
0.01
169
---
265
---
330
جمع بقیه عناصر (هر عنصر ماکزیمم 0.03% )
2.28-2.00
0.1
176
0.15
269
0.1
330
 
در صد آلومینیوم
2.00-1.78
باقیمانده
183
باقیمانده
272
باقیمانده
330
 



















* حداکثر قطر در استاندارد 75/4 میلیمتر منظور شده است .