玻璃钢电缆支架的新型复合材料推广应用

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玻璃钢电缆支架的新型复合材料推广应用
发布时间:2013-03-21 21:09:34  来源:本站  作者:畅元玻璃钢

随着电网的快速发展,电力电缆的绝缘等级也在不断提高,大截而电缆的输送容量超过1 kA的已经十分常见。在电缆线路工程中,大多采用传统的钢结构电缆支架,由于电缆支架长期工作在积水的电缆沟以及电缆工井潮湿等恶劣的环境中,电缆支架虽然经过镀锌处理,但是仍难免遭受锈蚀,影响电缆的安全运行。
   另外,随着电缆输送容量的不断增大,在大电流的作用下,工频电磁场在传统电缆钢支架上产生的涡流损耗也不容忽略,主要是电缆铜支架长期发热对电缆外护套的使用寿命和电缆输送容量有一定的影响。因此,研发一种耐锈蚀、低涡流损耗的玻璃钢电缆支架被提上议事日程。需要电缆支架的可以联系百川电力科技有限公司。

1 玻璃纤维增强塑料的特点

   玻璃钢以玻璃纤维及其玻璃布、玻璃带、玻璃毡、玻璃纱等制品作为增强材料,以酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂作基体材料的一种高强度复合材料,俗称玻璃纤维增强塑料(Fiber Reinforced  Plastics,FRP)。其应用范围较广,但也有不足之处。
   1)弹性模量低  FRP的弹性模量比木材大2倍,比钢小10倍,在产品结构中刚性不足,但可以做成薄壳结构或者夹层结构,也可以采用高模量纤维或者通过加强筋等措施来弥补。
   2)长期耐温性差   通用型聚酯FRP超过50℃时强度会明显下降,通常工作在100℃以下;通用型环氧FRP超过60℃时强度会明显下降,但可以选用时高温型树脂,工作在200~300℃。
   3)老化现象  在紫外线、风沙雨雪、化学介质和机械应力的长期作用下,FRP的性能会下降。
   4)层间剪切强度低  FRP的层间剪切强度较低,主要靠树脂来承担。但可以通过选择工艺和使用偶联剂等方法避免层间受剪,提高层间粘结力。

2 电缆支架问题分析

2.1 涡流损耗
   朱景林设计师在《高强度复合材料电缆支架在城市电网的应用前景》文献中指出:随着高电压、大截面单芯电缆的大量应用,在传统角钢电缆支架上的涡流损耗,已经引起了设计、安装和运行人员的关注。例如:2005年,北京市电力公司发现某电缆隧道内一路220 kV,1×2500 mm2交联聚乙稀电缆的钢结构电缆支架温度异常,经实测高达60℃,比隧道内空气温度要高22℃。通过有限元法计算交联电缆涡流损耗以及有限元法用于涡流电磁场计算的有效性分析,验证了钢结构支架上的损耗和电缆上电流以及与支架间距离密切相关,电缆载流量在500~1000 A变化时,电缆与支架距离在100~200 mm时,支架上涡流损耗计算值为2~10 W。虽然单根支架涡流损耗很小,但电缆线路很长时,电缆支架数量很大,总计损耗就相当可观了。
   朱景林设计师还列举了上海浦东—长兴—崇明的220 kv双拼双回路电缆工程实例,电缆通过7.5 km长江隧道和9 km长江大桥,整个工程钢结构电缆支架数量为4.4万根。如果以每根支架因涡流搅耗2 W电能计算,这4.4万根支架总损耗将高达88 kw,每年消耗电能选77万kwh,大约相当于上海市600户普通家庭1年的用电量,涡流经济损耗高选50万元/a。
2.2 电化学腐蚀
   《腐蚀与防护手册》1991版本指出:由于复合支架的树脂基复合材料具有优异的耐腐蚀性能,所以它不像普通钢材那样会产生电化学腐蚀。选取5根复合支架试样,分别在5%盐酸溶液室温下浸泡7昼夜、在10%氢氧化钠溶液室温下浸泡7昼夜,试样表面无变化,检测浸泡后的试样拉伸强度及模量、弯曲强度及模量,均无明显变化。再选取5根复合支架试样经高低温交变(-40℃~+100℃),每日8 h,持续试验7 d,再经每日8 h,持续7 d的盐雾试验。经高低温交变试验和盐雾试验后,样品性能基本无明显变化。测试证实了复合电缆支架即使在长期积水的电缆沟及电缆井工等潮湿环境中,也不会腐蚀老化。

3 玻璃钢电缆支架的应用

3.1 镀锌角钢与玻璃钢支架的比较
   长期以来,架设电缆均采用角铁制作的电缆支架,通常是将角铁经焊接或紧固件联拼而成,其生产过程能耗大、工序多、周期长,特别是在多雨潮湿或沿海盐雾等环境,角铁支架极易锈蚀,不但设备维护费用高,而且使用寿命也较短,角铁电缆支架在隧道中的应用,如图1所示。

   为了提高角铁支架的防锈蚀性能,目前大多采用外涂油漆或热镀锌等技术处理,但仍不能从根本上解决角铁支架的锈蚀问题。为了克服金属电缆支架和无机材料电缆支架的不足,一种采用基于玻璃纤维增强塑料,适用于不同发展需求,电绝缘性能优越、防锈蚀和阻燃性好强度高、安装简便的玻璃电缆支架,在电缆渠道、电缆隧道和电缆沟工程中推广使用,应用前景十分良好,如图2所示。
   表1是镀锌角钢支架与玻璃钢支架的性能比较表。

3.2 玻璃钢电缆支架的特点及安装
3.2.1 特点
   1)轻质强度高  FRP主要由起增强作用的玻璃纤维和起粘结作用、传递载荷作用的热固性树脂组成。其相对密度在1.4~2.0之间,只是碳钢的1/4~1/5,但拉伸强度十分接近,其含量、长度、铺设形式决定了电缆支架的强度。
   2)耐腐蚀好  玻璃钢支架耐腐蚀,适合在潮湿、盐雾、酸和弱碱环境使用,克服了传统钢支架容易被腐蚀的缺陷。
   3)电性能好  FRP在高频下具有良好的介电性,是一种优良的绝缘材料,玻璃钢支架不会因长期大电流产生涡流损耗引起支架发烫等问题,而且绝缘性能可以根据使用要求进行调整。电绝缘型的绝绿电阻大于1000 GΩ;抗静电型的表面电阻小于10 GΩ。
   4)阻燃性好  氧指数是评价电缆放火产品重要的检测手段,氧指数是指在超大氧气条件下防火产品耐烧的特性。在工程中使用应根据燃烧强度确定。例如:在30根电缆的条件下,如果发生电缆引燃事故,在4min内即可形成50℃以上高温热聚集,从而导致电缆沿走向延燃,电缆越多可燃体质量越大。若以300根电缆计,单位长度可燃体质量为158 kg/m,按超大可能产生燃烧强度计算,氧指数应该大于65%。根据现场使用要求,新研制的玻璃钢电缆支架的氧指数大于等于70%。符合防火低烟,无卤、无毒的安全要求。
   5)热性能好  FRP的热导率较低,在瞬时超高温下是一种理想的热防护和耐烧蚀材料,在长期负载下玻璃钢电缆支架不会变形,克服了传统金属支架刚性差、变形往下倾斜的缺陷。
   6)可设计性好  FRP的增强材料已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维,可以根据用户的不同要求,对玻璃钢支架的形状、用途及数量.制定超佳工艺流程,工艺简单,一次成型。玻璃钢支架可以预埋安装,也可以直接砌入墙体或直接用膨胀钉固定在电缆沟壁上,定位准确牢固,施工非常方便。地下使用寿命为50 a,地上使用寿命为20 a。
3.2.2 安装要求
   1)根据电缆沟或者电缆渠道的净宽尺寸以及电缆型号大小选择玻璃钢电缆支架,3/300/540支架适用放置3根电缆;2//200/320支架适用放置2根电缆,并可根据特殊要求进行定制。
   2)环境温度为-20℃~+70℃。
   3)安装宜水平走向,如倾斜则需采用其他措施固定电缆。
   4)要求平衡、竖直,同侧支架的水平间距为80cm,双侧支架错开安装,保证支架均衡承载。
   5)支架预埋时须保证支架基座与砌墙混凝土充分咬合、密实,与固定墙面保持直角状态,保证底座受力面积,避免扭曲。铺设电缆时宜自上而下,拖动电缆时宜水平拖动。

4 结语

   玻璃钢电缆支架www.yuanton.cn与传统角钢电缆支架相比,在使用性、耐久性,经济性等方面均有一定的优势,通过超近几年的试点应用,可以在上海地区推广应用。

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