کابل چیست؟

واژه ی کابل به معنای طناب کلفت میباشد که در زبان فارسی با تلفظ فرانسوی آن کاربرد یافته است این مفهوم در پی به کارگیری سیم های روکش دار در صنعت برق یا گرفت و امروزه یکی از مهمترین افزارها در شبکه های برقی است. دست یابی به نخستین فناوری (فن آگاهی) برای ساخت کابل یا رساناهای روکش دار تا سال ۱۸۳۰ (۱۲۰۹ خورشیدی) نیز به عقب برمی گردد، هر چند سر آغاز گسترش جهانی شدن این فناوری به دهه ی ۸۰ سده ی نوزدهم بر می گردد.

سیمهای روکشدار از به هم تابیده شدن چند رشته سیم نازک مسی با روکشی از جنس گونه ای کائوچوی طبیعی به نام « گوتا پرچا » ساخته شدند . گوتا پرچا ماده ای خمیری به شمارمی رفت که پس از اندودن سیم و پیمودن فرایندهای بعدی حالت کشسان (لاستیکی) پیدا می کرد به این گونه سیم ها ، سیم های با روکش لاستیکی نیز می گفتند.

گزارش ها نشان می دهند که درچندین دهه ی تا پیش از دهه 1880 سیمهای روکش لاستیکی (شکل گرفته از ماده گوتاپرچا ) در زمینه مخابرات (تلگراف و … )کاربرد داشته اند، بعدها پس از آن که برق جاری دایم و سپس متناوب شناخته و به کار برده شد؛ همین سیمهای روکش دار برای نخستین بار در شبکه های برقی نیز به کارگرفته شدند .

با احداث خط تلگراف اروپا به هند از راه پروس ، روسیه و ایران و راه اندازی آن در سالهای پس از 1870(1249 خورشیدی) ، برای نخستین بار پای یکی از پدیده های مدرن سده نوزدهم اروپا و آمریکا به ایران باز شد این پدیده به همراه خود تجهیزات و واژه هایی مانند «سیم»، « تیر»، « مقره» سیم کشی و… را نیز مطرح کرد همین واژدها که می توانند نخستین واژه گزینی های صنعتی به شمارآیند بعدها در زمینه ی برق نیز به کار گرفته شدند از سویی از همین دوران باید سیم های لخت و روکشدار به ایران وارد شده و کاربرد یافته باشند.

در کابل های اولیه که بیشترهمان سیم های روکش دار بودند ماده ی گوتا پرچا را که خاستگاهی گیاهی داشت به دور رشته سیم های دسته بندی شده می پیچاندند و آنها را در دمای ۱۴۰ – ۱۳۰ درجه ی سانتیگراد خشک و سپس مجموعه را با موادروغنی، رزین یا موم اشباع میکردند، حتی در مواردی بسته به نیاز غلاف سربی نیز روی آنها می کشیدند.

وجود غلاف های سربی برای جلوگیری از رخنه نم و آب بر روی سیم های روکش شده گواه اهمیتی بوده که به جایگاه این فناوری نوپا داده میشد در سال 1879( 1258خورشیدی) بورل Borel نخستین کسی بود که از این غلاف برای ایجاد پوشش ضد نم سود بردو غلاف ها را بدون درز و یکپارچه بر روی سیم های روکش دارکشاند. در سال ۱۸۸۷ (۱۲۶۶ خورشیدی) شیمی دان ها از راه سنتز مواد جدید موفق به تهیه ی ماده ای به نام « باکلیت» شدند، امتیاز نامه ی کشف این ماده در سال1909 (1288خورشیدی) در آمریکا به نام لئوهندریک بیکلند بلژیکی صادر شد.

این ماده ارزانتر از لاستیک طبیعی بود و ولتاژ بالاتری را تحمل می کرددر راه دستیابی بدین ماده ، که در آن دوران یک پدیده ی پیشرفته به شمار میرفت و امروزه بسیار پیش پا افتاده به نظر می آید فرایندی ده ساله پیموده شده بود، پس از به کارگیری از این ماده ، صنعت برق توانست ولتاژهای بالاتری را به کارگیرد.

از این پس روند دستیابی به مواد عایق توانمندتر و پیشرفته تر و همچنین نیاز به ولتاژهای هرچه بزرگترتلاش دو سویه ای بوده که هنوز هم ادامه دارد. در سال 1880 (1259 خورشیدی) « فرانتی ایتالیایی»  با معرفی عایق چند لایه ای از نوارهای کاغذی ، که روی هم پیچانده می شدند نخستین گام مهم را در صنعت کابل سازی برداشت طولی نکشید که نوارهای کاغذی و روش های نوار بندی آن ها بر روی سیم های آماده شده جای خود را باز کرد و بزودی روشن شد که با روغن کاری این کاغذها ویژگی عایقیشان نیرومند تر نیز می گردد از اینرو با آغشته سازی کاغذهای عایق کننده صنعت کابل سازی پا به پهنه ی تازه ای گذاشت و چندی نگذشت که با بهره گیری از روش خلا و به کارگیری رزین های گرم فرآورده های متنوع تری نیز به دست آمد.

با بالا رفتن ولتاژ و نیاز روز افزون به گذراندن جریان های بزرگ، پدیده های دشواری زایی که امروزه همه ی دست اندرکاران با آن ها آشنا هستند یکی پس از دیگری پا به میدان می گذاشتند دشواری زایی میدان های بزرگ که در پیرامون تنه ی کابل هاپدیدارمی گردید خیلی زود دردسر آفرین شد. در سال 1913 (1292 خورشیدی) هوخشتادر آلمانی با بهره گیری از یک لایه کاغذی فلز دار شده نیمه رسانا، توانست دامنه ی پراکندگی میدان های پیرامونی را تا اندازه ای مهارکند و از آن پس این لایه با نام « پوشش هوخشتادتر» نامور گردید. این سر آغاز مهار پدیده های فیزیکی دشواری زا در ساختمان کابل و صنعت کابل سازی به شمار می آید، از این پس بود که فناوری کابل سازی برای برخورد با هرگونه پدیده های دشواری زا به دنبال راهکارهای مناسب رفت .

در دهه ی نخست سده بیستم پس از آن که صنعت نفت این توانایی را یافت تا روغن های گوناگونی را به بازار بفرستد وهرکدام از آنها نیزتوانستند زمینه های ویژه ای درکاربردهای صنعتی بیایند، آغشته سازی کاغذهای عایقی باروغن کم چگال در یک فشار پیوسته ی یکسان، زمینه ی پیشرفت دیگری را در زمینه کابلسازی فراهم آورد.

اینک صنعت کابل به مرحله ای برجسته گام می گذاشت و راهی را می جست که بتواند نیازهای آینده را پاسخگو باشد. ابتکار درخشان «فرانتی» در به کارگیری نوارهای کاغذ، دریچه ی مناسبی را باز کرد و روشی را پایه گذاشت که نزدیک به یک سده بر روند ساخت کابل در جهان چیرگی یافته و هنوز هم کابل های فشار قوی بسیار دقیق و حساس را با این روش عایق بندی می کنند.

پس از آن که روغن ها و رزین های آغشته ساز کاغذها توانستند تا اندازه ای برپدیده ی پیدایش جرقه های ریز در میان لایه های بسیارنازک کاغذها چیره گردند زمینه ی ساخت کابل های فشار قوی هموار شد و این روند به «فرانتی» اجازه داد تا نخستین کابل ۱۰ کیلو ولتی جهان را در سال 1890(1269خورشیدی) بسازد {در این سالها هنوز ناصر الدین شاه بر ایران فرمان می راند و هنوز از صنعت برق در این بخش از دنیا خبری نبود در سال ۱۲۶۴ یک دینام برق که تنها چند لامپ راروشن می کرد برای کاخ گلستان خریداری و در سال ۱۲۶۶ راه اندازی شده بود ولی این به معنای ورود برق صنعتی نمی توانست به شمار آید، هر چند شاید مقدمات ورود آن به هند که بخشی از امپراتوری انگلیس به شمار می رفت و همچنین به امپراتوری عثمانی که هر دو همسایه ما بودند آغاز شده بود.}

هیجان برخورداری از روشنایی برق و چرخش چرخ کارخانه ها با موتورهای برقی .d.c و بعدهاc. . a که خیلی زود همه جا گیر می شدند در خواست برای برق با شتاب افزایش میافت در همین روند بود که پس از ورود عملی تر برق c. . a به میدان رقابت، زمینه ی بهره گیری از ولتاژهای بالاتر فراهم آمد.

اندیشه ی بالا بردن ولتاژ در آن دهه ها به آسانی امروز نبود و ترس از مهار ولتاژهای بالاتر همه را دچار تردید می کرد ولی از سویی نیاز برای وارد شدن بدین رده از ولتاژها تلاش برای دستیابی به فناوری های پیشرفته را دامن می زد. بزودی پس از آن که هوخشتادرآلمانی توانست میدان های نیرومند پیرامون کابل ها را با روش لایه گذاری رسانه و نیمرسانا مهارکند ولتاژ کابلها تا ۳۳ کیلو ولت بالا رفت و در سال1914(1293 خورشیدی) یعنی سال آغاز جنگ نخست جهانی این گونه کابل ها وارد بازار شدند و در به راه اندازی و چرخش کارخانه های بزرگ جنگ افزارساز نقش کار ساز خود را ایفا نمودند.

کاری که هوخشتادر انجام داد دومین کار برجسته و کلیدی در زمینه کابل سازی به شمار می رود،زیرا زمینه را برای ساخت کابل های فشارقوی هموارنمود. با پیشرفت زمینه ی ساخت کابل های فشار قوی مسئله ی ولتاژ آستانه ی پدیده ی یونش در لایه ی عایق کابل به طور محسوس از اهمیت برخوردار شد.

در این رهگذر،گواه تلاش های تازه برای بهینه سازی هر چه بیشتر کابل های کاغذی با پر کردن لایه های آنها از روغن هستیم. امانویلی ایتالیایی که مبتکر این روند به شمار می آید توانست با پر روغن ترکردن لایه های کاغذی کابل های تا ولتاژ ۶۰ کیلو ولتی نیز به بازار سرازیر کند و سپس با ادامه ی پژوهش های بیشتر در سال 1926(1305 خورشیدی) دامنه ی کاربرد این فناوری را برای ولتاژهای بالاتر از ۶۶ کیلو ولت نیز آماده سازد {در این سال خاندان قاجار دیگر بر ایران فرمانروایی نداشتند و از فرمانروایی رضاخان با نام رضا شاه یکسال می گذشت.}

یکی از پدیدههای دشواری زای دیگر در زمینه ی عایق بندی با کاغذهای آغشته به روغن به ویژه در ولتاژهای بالا وجود حفره های ریز و خشک افتاده در لایه های عایقی آغشته به روغن بود.

این پدیده ی ناهنجار در حفره های ریز پر از هوای مستعد یونش روشد و در ولتاژهای بالا ردیابی گردید، از آنجا که همواره حفره هایی وجود داشت که به آسانی با مواد آغشته ساز پر نمیشد به ویژه در شرایطی که از روغن ناروان برای آغشته سازی استفاده می شد این پدیده همواره خود نمایی می کرد و باعث دردسر می گشت؛ با بالاتر رفتن ولتاژ در این حفره ها جرقه های ریز، ناخواسته و نیرومندی زده می شدکه در بلند مدت به فرسایش و گسیختگی عایق می انجامید. افزون بر آن این پدیده روند بارگذاری گرمایشی کابل را نیز دچار دردسر می ساخت.

همان طور که اشاره شد امانویلی ایتالیایی در سال 1924(1303خورشیدی) با ایجاد پژوهشگاه ویژه ای در ایتالیا و انجام بررسی های دقیق توانست با بهره گیری از روغنهای مناسب،کابل های با عایق کاغذی و با آغشتگی زیاد و یا پر روغن تر را طراحی کند وی در گام نخست توانست به نمونه هایی مناسبی دست یابد و کابل های تا رده های ۱۰۰ کیلو وات را نیز پوشش دهد و جا دارد که این گروه از کابل ها را اختراع امانویلی به شمار آورند.

مسئله ی پایداری گرمایشی کابل نیز از پدیده هایی بود که در روند بررسی توانایی عایق برای همگامی با تغییرات بار مطرح گردید، این پدیده به هنگام بهره برداری از کابل های فشار قوی و پر جریان بیشتر خودنمایی می کرد، به طوری که بالا رفتن دما در کابل های کاغذی آغشته به روغن و یا خیس شده از روغن باعث می شد تا حفره های ریز به جامانده درلایه های کاغذی اثر گذارتر شوند و این چیزی نبود که بتوان آن را تحمل کرد.

در این مرحله بود که گرایش به سوی بهره گیری از روغن های بسیار روان پیدا شد و با این روش که شیوه دشواری نیز به نظر می رسید امانویلی توانست کمابیش بر این پدیده ی دشواری زا چیره گردد. وی با بهره گیری از روغن های روان افزون بر مهار این پدیده همچنین توانست گرمای درون کابل راهم جابه جاسازد و به بیرون بکشاند. وی برای این کار یک مخزن روغن درسرهای انتهایی کابل های یکپارچه تعبیه کرد و بدین ترتیب توانست هم روغن را با فشارثابت به درون کابل و لایه بندی هایی عایقی براندو هم با گردش روغن گرما را بیرون بیاورد.

بزودی دیگران با پیشرفته تر و بهینه تر کردن این روش توانستند کابلهای ۲۲۰ کیلو ولتی را در سال1930(1209 خورشیدی) به بازار بفرستند و زمینه را برای دستیابی به کابلهای ۴۰۰ کیلو ولتی در سالهای 1950(1329 خورشیدی سال هیجانات نفت در ایران که به ملی شدن آن انجامید) آماده سازند و میدانیم که در سال1974(1353خورشیدی) با همین روش کابل های ۵۰۰ کیلو ولتی را نیز ساختند و پیش از آن هم در یک برنامه ی نمایشی در سال 1965

(1344 خورشیدی) در کشور فرانسه کابلهای ۷۵۰ کیلو ولتی رازیرآزمون بردند. در سال 1980 (1359خورشیدی) در ایتالیا کابلهای ۱۱۰۰ کیلو ولتی کاغذی روغنی نیزآزمون های همانندی را پشت سر گذاشت.

از سویی دیگر در شبکه های تا رده ی فشارهای میانی ۳۰ کیلو ولت،که کابل های ارزانتری را می طلبید ضمن حفظ زمینه ی پایداری گرمایشی عایق کاغذی آغشته، در زمینه ی به کارگیری مواد با گرانروی بالا یا حتی مواد ناروان نیز پیشرفت هایی به دست آمد و کابل های کاغذی روغنی تا اندازه ی خشک تر با مواد آغشته ساز مطلوبتر نیز به بازارسرازیر شد.

کابل های کاغذی روغنی برای نزدیک به صد سال مناسب ترین عایق کابل به شمار میرفت به ویژه آن که پس از بهره گیری از مواد روان تر مساله جا به جایی گرمای درون کابل های بزرگ و پر جریان و گران قیمت نیز تا اندازه ای حل گردید و بدین ترتیب گنجایش کابل ها نیز زیادتر شد.

این گروه از کابل ها هنوز هم برای مسیرهای بلند یا ولتاژهای کلان در خور اهمیت هستند، هر چند برای ولتاژهای میانی و ضعیف دیگر توان رقابت با کابل های خشک را از دست داده اند.