مدیریت انبساط حرارتی (Thermal Expansion) و خزش (Creep) در شینهها (Busbars) یکی از چالشهای حیاتی در طراحی و نگهداری تابلوهای برق و سوییچگیرها است. عدم توجه به این دو پدیده میتواند منجر به شل شدن اتصالات، ایجاد قوس الکتریکی (Arc Flash) و در نهایت تخریب کامل تابلو شود.
در اینجا به تفکیک به بررسی این دو پدیده و راههای کنترل آنها میپردازیم:
1. انبساط حرارتی (Thermal Expansion)
وقتی جریان الکتریکی از شینه عبور میکند، دمای آن به دلیل مقاومت اهمی (تلفات I^2*R) بالا میرود. تمام فلزات (مس و آلومینیوم) با افزایش دما منبسط میشوند (طولشان زیاد میشود).
- مشکل کجاست؟ اگر شینهها در دو سر کاملاً فیکس و محکم شده باشند و جایی برای بازی نداشته باشند، افزایش طول باعث ایجاد تنش مکانیکی شدید میشود. این تنش میتواند مقرههای نگهدارنده (Insulators) را بشکند یا باعث تاب برداشتن خود شینه شود.
- تفاوت مواد: ضریب انبساط طولی آلومینیوم بیشتر از مس است، بنابراین شینههای آلومینیومی به فضای بیشتری برای انبساط نیاز دارند.
راهکارهای کنترل انبساط:
- استفاده از اتصالات انعطافپذیر (Expansion Joints):در طولهای زیاد (معمولاً هر چند متر یا در محل اتصال ترانس به تابلو)، از شینههای انعطافپذیر بافته شده (Braided Links) یا ورقهای نازک روی هم قرار گرفته (Laminated Shunts) استفاده میشود. این قطعات مانند فنر عمل کرده و تغییر طول را جذب میکنند.
- سوراخهای لوبیایی (Slotted Holes):در محل اتصال شینه به مقره یا شینهی دیگر، سوراخها را کمی بزرگتر یا بیضیشکل (لوبیایی) در نظر میگیرند تا پیچ امکان حرکت جزئی داشته باشد و تنش به مقره منتقل نشود.
- رعایت فواصل استاندارد:طراحی باید به گونهای باشد که شینه با افزایش دما به بدنه تابلو یا فازهای دیگر برخورد نکند.
2. پدیده خزش (Creep) یا جریان سرد
خزش به تغییر شکل تدریجی و دائمی مواد تحت فشار ثابت در طول زمان گفته میشود. این پدیده با افزایش دما تسریع میشود.
- مشکل کجاست؟ وقتی دو شینه را با پیچ و مهره به هم متصل میکنید، فشار اولیه باعث تماس خوب میشود. اما به مرور زمان، فلز زیر پیچ (مخصوصاً اگر آلومینیوم باشد) دچار “خزش” شده و از زیر فشار فرار میکند. این باعث کاهش فشار اتصال میشود.
- فشار کم = افزایش مقاومت محل اتصال
- مقاومت بالا = گرمای بیشتر
- گرمای بیشتر = خزش بیشتر (یک چرخه معیوب که به آتشسوزی ختم میشود).
راهکارهای کنترل خزش:
- استفاده از واشرهای بشقابی (Belleville Washers):این مهمترین راهکار است. واشرهای تخت معمولی نمیتوانند خزش را جبران کنند. واشرهای بشقابی (Conical Spring Washers) حالت فنری دارند. وقتی فلز دچار خزش میشود و ضخامتش کم میشود، این واشر باز شده و همچنان فشار لازم را روی اتصال حفظ میکند.
- ترکمتر (Torque Wrench):سفت کردن بیش از حد پیچها (Over-torquing) باعث میشود فلز از حد تسلیم (Yield point) عبور کرده و خزش سریعتر اتفاق بیفتد. پیچها باید دقیقاً طبق استاندارد سازنده و با ترکمتر سفت شوند.
- استفاده از گرید مناسب آلیاژ:شینههای آلومینیومی خالص بسیار نرم هستند و خزش بالایی دارند. در سوییچگیرها باید از آلیاژهای خاص آلومینیوم (مثل سری 6000) که استحکام مکانیکی بالاتری دارند استفاده شود.
- اتصال مس به آلومینیوم (بیمتال):اگر شینه مسی را مستقیماً به آلومینیومی وصل کنید، علاوه بر خوردگی گالوانیک، تفاوت ضریب انبساط باعث شل شدن اتصال میشود. حتماً باید از واشرهای بیمتال (Cu-Al) یا کابلشوهای بیمتال استفاده شود.
جدول خلاصه راهکارهای عملیاتی
| پدیده | نشانه خرابی | قطعه مورد نیاز برای اصلاح | نکته کلیدی |
| انبساط حرارتی | شکستن مقرهها، خم شدن شینه | اتصالات فلکسیبل (Flexible Links) | در طولهای بالای 10 متر حیاتی است. |
| خزش (Creep) | داغ شدن محل اتصال، سیاهی دور پیچ | واشر بشقابی (Belleville Washer) | پیچها را بیش از حد سفت نکنید. |
توصیه برای نگهداری (Maintenance)
برای اطمینان از اینکه خزش یا انبساط باعث مشکل نشده است، بهترین روش پایش وضعیت، ترموگرافی (Thermography) دورهای است.
- نقاطی که به دلیل خزش شل شدهاند، در دوربین حرارتی به صورت “Hot Spot” (نقطه داغ) با دمای بسیار بالاتر از سایر نقاط دیده میشوند.
- آچارکشی مجدد: در سرویسهای دورهای (مثلاً سالانه)، اتصالات باید چک شوند. اما دقت کنید که آچارکشی مداوم بدون ترکمتر میتواند باعث له شدن بیشتر شینه و تشدید خزش ش
بدون دیدگاه