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玻璃鋼電纜支架

玻璃鋼電纜支架的新型復合材料推廣應用

瀏覽量: 發布時間:2017-07-06 17:18

  隨著電網的快速發展,電力電纜的絕緣等級也在不斷提高,大截而電纜的輸送容量超過1 kA的已經十分常見。在電纜線路工程中,大多采用傳統的鋼結構電纜支架,由于電纜支架長期工作在積水的電纜溝以及電纜工井潮濕等惡劣的環境中,電纜支架雖然經過鍍鋅處理,但是仍難免遭受銹蝕,影響電纜的安全運行。
  另外,隨著電纜輸送容量的不斷增大,在大電流的作用下,工頻電磁場在傳統電纜鋼支架上產生的渦流損耗也不容忽略,主要是電纜銅支架長期發熱對電纜外護套的使用壽命和電纜輸送容量有一定的影響。因此,研發一種耐銹蝕、低渦流損耗的玻璃鋼電纜支架被提上議事日程。需要電纜支架的可以聯系百川電力科技有限公司。
  1 玻璃纖維增強塑料的特點
  玻璃鋼以玻璃纖維及其玻璃布、玻璃帶、玻璃氈、玻璃紗等制品作為增強材料,以酚醛塑料、環氧樹脂及聚酯樹脂作基體材料的一種高強度復合材料,俗稱玻璃纖維增強塑料(Fiber Reinforced Plastics,FRP)。其應用范圍較廣,但也有不足之處。
  1)彈性模量低 FRP的彈性模量比木材大2倍,比鋼小10倍,在產品結構中剛性不足,但可以做成薄殼結構或者夾層結構,也可以采用高模量纖維或者通過加強筋等措施來彌補。
  2)長期耐溫性差 通用型聚酯FRP超過50℃時強度會明顯下降,通常工作在100℃以下;通用型環氧FRP超過60℃時強度會明顯下降,但可以選用時高溫型樹脂,工作在200~300℃。
  3)老化現象 在紫外線、風沙雨雪、化學介質和機械應力的長期作用下,FRP的性能會下降。
  4)層間剪切強度低 FRP的層間剪切強度較低,主要靠樹脂來承擔。但可以通過選擇工藝和使用偶聯劑等方法避免層間受剪,提高層間粘結力。
  2 電纜支架問題分析
  2.1 渦流損耗
  朱景林設計師在《高強度復合材料電纜支架在城市電網的應用前景》文獻中指出:隨著高電壓、大截面單芯電纜的大量應用,在傳統角鋼電纜支架上的渦流損耗,已經引起了設計、安裝和運行人員的關注。例如:2005年,北京市電力公司發現某電纜隧道內一路220 kV,1×2500 mm2交聯聚乙稀電纜的鋼結構電纜支架溫度異常,經實測高達60℃,比隧道內空氣溫度要高22℃。通過有限元法計算交聯電纜渦流損耗以及有限元法用于渦流電磁場計算的有效性分析,驗證了鋼結構支架上的損耗和電纜上電流以及與支架間距離密切相關,電纜載流量在500~1000 A變化時,電纜與支架距離在100~200 mm時,支架上渦流損耗計算值為2~10 W。雖然單根支架渦流損耗很小,但電纜線路很長時,電纜支架數量很大,總計損耗就相當可觀了。
  朱景林設計師還列舉了上海浦東—長興—崇明的220 kv雙拼雙回路電纜工程實例,電纜通過7.5 km長江隧道和9 km長江大橋,整個工程鋼結構電纜支架數量為4.4萬根。如果以每根支架因渦流攪耗2 W電能計算,這4.4萬根支架總損耗將高達88 kw,每年消耗電能選77萬kwh,大約相當于上海市600戶普通家庭1年的用電量,渦流經濟損耗高選50萬元/a。
  2.2 電化學腐蝕
  《腐蝕與防護手冊》1991版本指出:由于復合支架的樹脂基復合材料具有優異的耐腐蝕性能,所以它不像普通鋼材那樣會產生電化學腐蝕。選取5根復合支架試樣,分別在5%鹽酸溶液室溫下浸泡7晝夜、在10%氫氧化鈉溶液室溫下浸泡7晝夜,試樣表面無變化,檢測浸泡后的試樣拉伸強度及模量、彎曲強度及模量,均無明顯變化。再選取5根復合支架試樣經高低溫交變(-40℃~+100℃),每日8 h,持續試驗7 d,再經每日8 h,持續7 d的鹽霧試驗。經高低溫交變試驗和鹽霧試驗后,樣品性能基本無明顯變化。測試證實了復合電纜支架即使在長期積水的電纜溝及電纜井工等潮濕環境中,也不會腐蝕老化。
  3 玻璃鋼電纜支架的應用
  3.1 鍍鋅角鋼與玻璃鋼支架的比較
  長期以來,架設電纜均采用角鐵制作的電纜支架,通常是將角鐵經焊接或緊固件聯拼而成,其生產過程能耗大、工序多、周期長,特別是在多雨潮濕或沿海鹽霧等環境,角鐵支架極易銹蝕,不但設備維護費用高,而且使用壽命也較短,角鐵電纜支架在隧道中的應用,如圖1所示。
  為了提高角鐵支架的防銹蝕性能,目前大多采用外涂油漆或熱鍍鋅等技術處理,但仍不能從根本上解決角鐵支架的銹蝕問題。為了克服金屬電纜支架和無機材料電纜支架的不足,一種采用基于玻璃纖維增強塑料,適用于不同發展需求,電絕緣性能優越、防銹蝕和阻燃性好強度高、安裝簡便的玻璃電纜支架,在電纜渠道、電纜隧道和電纜溝工程中推廣使用,應用前景十分良好,如圖2所示。
  表1是鍍鋅角鋼支架與玻璃鋼支架的性能比較表。
  3.2 玻璃鋼電纜支架的特點及安裝
  3.2.1 特點
  1)輕質強度高 FRP主要由起增強作用的玻璃纖維和起粘結作用、傳遞載荷作用的熱固性樹脂組成。其相對密度在1.4~2.0之間,只是碳鋼的1/4~1/5,但拉伸強度十分接近,其含量、長度、鋪設形式決定了電纜支架的強度。
  2)耐腐蝕好 玻璃鋼支架耐腐蝕,適合在潮濕、鹽霧、酸和弱堿環境使用,克服了傳統鋼支架容易被腐蝕的缺陷。
  3)電性能好 FRP在高頻下具有良好的介電性,是一種優良的絕緣材料,玻璃鋼支架不會因長期大電流產生渦流損耗引起支架發燙等問題,而且絕緣性能可以根據使用要求進行調整。電絕緣型的絕綠電阻大于1000 GΩ;抗靜電型的表面電阻小于10 GΩ。
  4)阻燃性好 氧指數是評價電纜放火產品重要的檢測手段,氧指數是指在最大氧氣條件下防火產品耐燒的特性。在工程中使用應根據燃燒強度確定。例如:在30根電纜的條件下,如果發生電纜引燃事故,在4min內即可形成50℃以上高溫熱聚集,從而導致電纜沿走向延燃,電纜越多可燃體質量越大。若以300根電纜計,單位長度可燃體質量為158 kg/m,按最大可能產生燃燒強度計算,氧指數應該大于65%。根據現場使用要求,新研制的玻璃鋼電纜支架的氧指數大于等于70%。符合防火低煙,無鹵、無毒的安全要求。
  5)熱性能好 FRP的熱導率較低,在瞬時超高溫下是一種理想的熱防護和耐燒蝕材料,在長期負載下玻璃鋼電纜支架不會變形,克服了傳統金屬支架剛性差、變形往下傾斜的缺陷。
  6)可設計性好 FRP的增強材料已由玻璃纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維,可以根據用戶的不同要求,對玻璃鋼支架的形狀、用途及數量.制定最佳工藝流程,工藝簡單,一次成型。玻璃鋼支架可以預埋安裝,也可以直接砌入墻體或直接用膨脹釘固定在電纜溝壁上,定位準確牢固,施工非常方便。地下使用壽命為50 a,地上使用壽命為20 a。
  3.2.2 安裝要求
  1)根據電纜溝或者電纜渠道的凈寬尺寸以及電纜型號大小選擇玻璃鋼電纜支架,3/300/540支架適用放置3根電纜;2//200/320支架適用放置2根電纜,并可根據特殊要求進行定制。
  2)環境溫度為-20℃~+70℃。
  3)安裝宜水平走向,如傾斜則需采用其他措施固定電纜。
  4)要求平衡、豎直,同側支架的水平間距為80cm,雙側支架錯開安裝,保證支架均衡承載。
  5)支架預埋時須保證支架基座與砌墻混凝土充分咬合、密實,與固定墻面保持直角狀態,保證底座受力面積,避免扭曲。鋪設電纜時宜自上而下,拖動電纜時宜水平拖動。
  4 結語
  玻璃鋼電纜支架與傳統角鋼電纜支架相比,在使用性、耐久性,經濟性等方面均有一定的優勢,通過最近幾年的試點應用,可以在上海地區推廣應用。


    玻璃鋼電纜支架的新型復合材料推廣應用
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