أعمدة الكهرباء الفولاذية منخفضة الجهد: كشف أسرار التصميم والتصنيع والحماية من التآكل

أعمدة المرافق الفولاذية تُصبح هذه المواد سريعًا حجر الأساس في شبكات توزيع الطاقة منخفضة الجهد الحديثة والمرنة. ولا تنبع هيمنتها من مزاياها مقارنةً بالخرسانة فحسب، بل أيضًا من الهندسة المتطورة في بنيتها وتصنيعها، والأهم من ذلك، حمايتها من التآكل. دعونا نتعمق في الجوهر التقني لهذه المكونات الأساسية للشبكة.

1. التصميم الهيكلي: الشكل يتبع الوظيفة والقوة

صُممت أعمدة المرافق منخفضة الجهد لتحمل الأحمال المعقدة: الوزن الرأسي (الموصلات والمعدات)، وضغط الرياح الأفقي، واحتمال تراكم الجليد. تشمل الأساليب الهيكلية الرئيسية ما يلي:

1. أحاديات الأقطاب المخروطية (المخروطية): التصميم الأكثر شيوعًا. يتناقص قطر العمود وسمك الجدار تدريجيًا من القاعدة المتينة (عزم الانحناء العالي) إلى الجزء العلوي الأخف. هذا التصميم:

   1. -تحسين المواد: يستخدم الفولاذ فقط حيث تكون هناك حاجة للقوة.

   2. -يحسن الجماليات: إنشاء ملف تعريف أنيق.

   3. -يعزز الأداء: الشكل المخروطي يوجه الأحمال إلى الأساس بكفاءة.

2. أعمدة متعددة الأقسام (مُدمجة): يُستخدم للأعمدة الطويلة جدًا أو لمتطلبات التحميل المحددة. تُربط الأقسام (عادةً ٢ أو ٣) معًا باستخدام:

   1. -وصلات الشفة: ألواح فولاذية متينة ملحومة بأطراف كل قسم، ومثبتة بمسامير. تتطلب عمليات تشغيل وتركيب دقيقة. تتميز بقوة وصلابة عاليتين. شائعة الاستخدام في الأعمدة الأكبر حجمًا.

   2. - توصيلات المقبس (المفصل المنزلق): للقسم العلوي طرف ذو قطر مُصغّر يتناسب مع القسم السفلي. يُثبّت بمسامير تثبيت أو دبابيس قص. تركيب أسرع، ولكنه يُستخدم عادةً للأحمال الأخف أو الارتفاعات الأقصر من وصلات الفلانشات.

3. مبدأ التصميم: يتم حساب المقطع العرضي (القطر، سمك الجدار) بدقة بناءً على:

   1. -معامل القسم: يحدد مقاومة القطب لعزم الانحناء الناتج عن الرياح والأحمال الموصلة.

   2. -عزم القصور الذاتي: يؤثر على مقاومة الانبعاج.

   3. -معايير الانبعاج المحلية: يضمن عدم انحناء الجدران الفولاذية الرقيقة تحت الضغط.

   4. -حدود الانحراف: يضمن عدم انحناء العمود بشكل مفرط تحت الحمل، والحفاظ على خلوص الموصلات بشكل آمن.

2. عملية التصنيع: الدقة من اللوحة إلى القطب

جودة التصنيع أساسية للأداء وطول العمر. تتضمن العملية الأساسية ما يلي:

1. اختيار المواد والقطع: يتم قطع صفائح الفولاذ الهيكلية عالية الجودة (على سبيل المثال، ASTM A572 الدرجة 50) بدقة إلى أشكال شبه منحرفة باستخدام قواطع البلازما أو الليزر CNC.

2. التدحرج: تُمرَّر الألواح المسطحة عبر سلسلة من البكرات في آلة درفلة هرمية. يُحوِّل الانحناء التدريجي الشكل شبه المنحرف إلى شكل مخروطي أو أسطواني. يضمن التحكم الدقيق تناسقًا في الاستدارة والتدرُّج.

3. اللحام الطولي: يتم تجميع حواف اللوحة المدلفنة ولحامها على طولها بالكامل باستخدام تقنية اللحام بالقوس المغمور (SAW). وتُستخدم تقنية SAW في:

   1. -الاختراق العميق: إنشاء لحام قوي وموحد عبر السُمك بأكمله.

   2. -معدلات ترسب عالية: فعالة للدرزات الطويلة.

   3. -جودة ممتازة وتناسق: ينتج لحامات ناعمة وخالية من الخبث مع الحد الأدنى من التناثر تحت طبقة الحماية المتدفقة.

   4. - مراقبة الجودة الحرجة: سلامة اللحام أمرٌ لا يقبل المساومة. تُنظّم إجراءات صارمة التسخين المسبق (إن لزم الأمر)، ومعايير اللحام (الجهد، التيار، السرعة)، وفحص ما بعد اللحام. يكشف الاختبار غير الإتلافي (NDT)، مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT) أو الاختبار بالأشعة السينية (RT)، عن العيوب الداخلية (المسامية، عدم الانصهار، الشقوق).

4. التقويم والتحجيم: يمكن أن تمر القشرة الملحومة عبر بكرات تحديد الحجم أو يتم تقويمها باستخدام مكابس هيدروليكية لضمان المحاذاة المثالية والدقة الأبعادية.

5. التحضير النهائي: تُلحم ألواح القاعدة للدفن المباشر أو لتوصيل مسامير التثبيت. تُلحم الألواح العلوية أو أدوات التوصيل (الحواف أو أطراف المقبس). تُثقب أو تُثقب ثقوب تركيب المعدات بدقة.

6. التنظيف وإعداد السطح (أمر بالغ الأهمية للطلاء): يخضع القطب للتنظيف الدقيق:

   1. - إزالة الشحوم: يزيل الزيوت والشحوم.

   2. -تخليل: يزيل حمام الحمض الترسبات والصدأ من المطحنة.

   3. -التدفق: يتم وضع طبقة واقية (غالبًا كلوريد الزنك والأمونيوم) لمنع الأكسدة قبل الجلفنة وتعزيز التصاق الزنك.

3. الحماية من التآكل: خط الدفاع الأساسي

حماية الفولاذ من العوامل الجوية هي العامل الأهم لضمان استمرارية الخدمة لعقود. يهيمن نظامان رئيسيان على أعمدة الجهد المنخفض:

• 1. الجلفنة بالغمس الساخن (HDG): المعيار الذهبي

  • عملية: يُغمر العمود المُنظَّف بعناية في حوض من الزنك المُصهَر (عادةً عند درجة حرارة حوالي 450 درجة مئوية / 840 درجة فهرنهايت). يحدث تفاعل معدني، مُشكِّلاً سلسلة من طبقات سبائك الزنك والحديد، تعلوها طبقة من الزنك النقي.

  • المعايير الرئيسية: ASTM A123/A123M هي المواصفة الأساسية في أمريكا الشمالية لجلفنة الفولاذ الهيكلي. وهي تنص على:

    1. -سمك الطلاء: الحد الأدنى من المتطلبات بناءً على سُمك الفولاذ (على سبيل المثال، للفولاذ الذي يزيد سُمكه عن 6 مم، يكون الحد الأدنى لمتوسط السُمك 85 ميكرومتر/3.4 مل). عادةً ما يتطلب الفولاذ الأكثر سُمكًا طلاءً أكثر سُمكًا.

    2. -الالتزام: يجب أن يتحمل الطلاء اختبارات محددة دون أن يتقشر.

    3. -مظهر: يحدد ظروف السطح المقبولة.

  • المزايا: متين بشكل استثنائي، وطويل الأمد (أكثر من 50 عامًا نموذجيًا)، يوفر حماية كاثودية (تضحية) للحواف الفولاذية المكشوفة أو الخدوش، وصيانة منخفضة.

  • ضبط الجودة: يُقاس سُمك الطلاء مغناطيسيًا (مثل جهاز إلكوميتر) في نقاط متعددة. يُفحص الفحص البصري للتأكد من تجانس الطلاء، والتكتلات، والبقع العارية، وبقايا الرماد. يُختبر الالتصاق بالتبريد أو الطرق الخفيف.

• 2. الطلاءات المتقدمة (البوليمر/المسحوق):

  1. عملية: يُطبّق بعد الجلفنة (نظام دوبلكس) أو مباشرةً على فولاذ مُجهّز خصيصًا (وهو أقل شيوعًا في حالات التعرض لخطوط الأرض). عادةً ما يتضمن رشّ مسحوق مشحون كهربائيًا (إيبوكسي، بوليستر، بولي يوريثان) على العمود، ثم يُعالَج في فرن، مُشكّلًا طبقة سميكة ومتواصلة.

  2. المزايا: مجموعة واسعة من الألوان (جماليات)، مقاومة ممتازة للأشعة فوق البنفسجية، مقاومة جيدة للمواد الكيميائية، لمسة نهائية ناعمة. في نظام دوبلكس، يُطيل عمر المنتج بشكل ملحوظ من خلال حماية طبقة الزنك.

  3. التطبيقات: تزداد شعبيته، خاصةً في المناطق الحضرية حيث تُهمّ الجماليات، أو يُدمج مع HDG لتوفير أقصى حماية. تتطلب الطلاءات المُطبّقة مباشرةً على الفولاذ تحضيرًا دقيقًا للسطح (مثل التنظيف بالتفجير الكاشط وفقًا لمعيار Sa 2.5)، وتُستخدم عادةً للأجزاء فوق الأرضية أو البيئات الأقل تآكلًا مقارنةً بـ HDG وحده.

  4. المعايير: المعايير ASTM مثل D4138 (الالتصاق)، D3359 (الالتصاق المتقاطع)، D714 (التقرح)، D4060 (التآكل)، D4585 (رش الملح) ذات صلة باختبار جودة الطلاء.

الاستنتاج: التميز الهندسي لمرونة الشبكة

يعتمد انتشار استخدام الأعمدة الأنبوبية الفولاذية في شبكات الجهد المنخفض على أسس هندسية إنشائية متطورة، وتصنيع دقيق - لا سيما اللحام عالي الكفاءة - والأهم من ذلك، أنظمة حماية متطورة من التآكل وخاضعة لرقابة صارمة. إن فهم التفاعل بين التصميم المخروطي أو متعدد المقاطع، وعملية التصنيع المتينة التي تركز على جودة اللحام، والأساس العلمي وراء الطلاءات مثل الجلفنة بالغمس الساخن (وفقًا لمعايير مثل ASTM A123) يكشف عن سبب تميز هذه الأعمدة بعمر افتراضي طويل وموثوقية عالية وقيمة عالية لدورة حياتها. ومع تزايد الطلب على شبكات الكهرباء نتيجةً للتوسع العمراني والظروف الجوية القاسية، فإن التميز التقني الكامن في تصميم وتصنيع وحماية الأعمدة الأنبوبية الفولاذية من التآكل يضمن بقاءها جزءًا أساسيًا من البنية التحتية للطاقة لعقود قادمة.

لمعرفة المزيد، تفضل بزيارة www.alttower.com

اتصل بنا