隨著電網(wǎng)的快速發(fā)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1kA的已經(jīng)十分常見。在電纜線路工程中，大多采用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)電纜橋架，由于電纜橋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(huán)境中，電纜橋架雖然經(jīng)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(tǒng)電纜鋼橋架上產(chǎn)生的渦流損耗也不容忽略，主要是電纜銅橋架長期發(fā)熱對電纜外護(hù)套的使用壽命和電纜輸送容量有一定的影響。因此，研發(fā)一種耐銹蝕、低渦流損耗的玻璃鋼電纜橋架被提上議事日程。 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(huán)氧樹脂及聚酯樹脂作基體材料的一種高強度復(fù)合材料，俗稱玻璃纖維增強塑料(FiberReinforcedPlastics，F(xiàn)RP)。其應(yīng)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)中剛性不足，但可以做成薄殼結(jié)構(gòu)或者夾層結(jié)構(gòu)，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(huán)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(xiàn)象在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)和機械應(yīng)力的長期作用下，F(xiàn)RP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(dān)。但可以通過選擇工藝和使用偶聯(lián)劑等方法避免層間受剪，提高層間粘結(jié)力。 2　電纜橋架問題分析 2.1　渦流損耗 　　朱景林設(shè)計師在《高強度復(fù)合材料電纜橋架在城市電網(wǎng)的應(yīng)用前景》文獻(xiàn)中指出：隨著高電壓、大截面單芯電纜的大量應(yīng)用，在傳統(tǒng)角鋼電纜橋架上的渦流損耗，已經(jīng)引起了設(shè)計、安裝和運行人員的關(guān)注。例如：2005年，北京市電力公司發(fā)現(xiàn)某電纜隧道內(nèi)一路220kV，1×2500mm2交聯(lián)聚乙稀電纜的鋼結(jié)構(gòu)電纜橋架溫度異常，經(jīng)實測高達(dá)60℃，比隧道內(nèi)空氣溫度要高22℃。通過有限元法計算交聯(lián)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(jié)構(gòu)橋架上的損耗和電纜上電流以及與橋架間距離密切相關(guān)，電纜載流量在500～1000A變化時，電纜與橋架距離在100～200mm時，橋架上渦流損耗計算值為2～10W。雖然單根橋架渦流損耗很小，但電纜線路很長時，電纜橋架數(shù)量很大，總計損耗就相當(dāng)可觀了。 　　朱景林設(shè)計師還列舉了上海浦東—長興—崇明的220kv雙拼雙回路電纜工程實例，電纜通過7.5km長江隧道和9km長江大橋，整個工程鋼結(jié)構(gòu)電纜橋架數(shù)量為4.4萬根。如果以每根橋架因渦流攪耗2W電能計算，這4.4萬根橋架總損耗將高達(dá)88kw，每年消耗電能選77萬kwh，大約相當(dāng)于上海市600戶普通家庭1年的用電量，渦流經(jīng)濟(jì)損耗高選50萬元／a。 2.2　電化學(xué)腐蝕 　　《腐蝕與防護(hù)手冊》1991版本指出：由于復(fù)合橋架的樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以它不像普通鋼材那樣會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。選取5根復(fù)合橋架試樣，分別在5％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(fù)合橋架試樣經(jīng)高低溫交變(-40℃～ 100℃)，每日8h，持續(xù)試驗7d，再經(jīng)每日8h，持續(xù)7d的鹽霧試驗。經(jīng)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(fù)合電纜橋架即使在長期積水的電纜溝及電纜井工等潮濕環(huán)境中，也不會腐蝕老化。 3　玻璃鋼電纜橋架的應(yīng)用 3.1　鍍鋅角鋼與玻璃鋼電纜橋架的比較 　　長期以來，架設(shè)電纜均采用角鐵制作的電纜橋架，通常是將角鐵經(jīng)焊接或緊固件聯(lián)拼而成，其生產(chǎn)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(huán)境，角鐵橋架極易銹蝕，不但設(shè)備維護(hù)費用高，而且使用壽命也較短，角鐵電纜橋架在隧道中的應(yīng)用，如圖1所示。 　　為了提高角鐵橋架的防銹蝕性能，目前大多采用外涂油漆或熱鍍鋅等技術(shù)處理，但仍不能從根本上解決角鐵橋架的銹蝕問題。為了克服金屬電纜橋架和無機材料電纜橋架的不足，一種采用基于玻璃纖維增強塑料，適用于不同發(fā)展需求，電絕緣性能優(yōu)越、防銹蝕和阻燃性好強度高、安裝簡便的玻璃電纜橋架，在電纜渠道、電纜隧道和電纜溝工程中推廣使用，應(yīng)用前景十分良好。 3.2　玻璃鋼電纜橋架的特點及安裝 3.2.1　特點 　　1)輕質(zhì)強度高FRP主要由起增強作用的玻璃纖維和起粘結(jié)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(shè)形式?jīng)Q定了玻璃鋼電纜橋架的強度。 　　2)耐腐蝕好玻璃鋼電纜橋架耐腐蝕，適合在潮濕、鹽霧、酸和弱堿環(huán)境使用，克服了傳統(tǒng)鋼電纜橋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(yōu)良的絕緣材料，玻璃鋼橋架不會因長期大電流產(chǎn)生渦流損耗引起橋架發(fā)燙等問題，而且絕緣性能可以根據(jù)使用要求進(jìn)行調(diào)整。電絕緣型的絕綠電阻大于1000GΩ；抗靜電型的表面電阻小于10GΩ。 　　4)阻燃性好氧指數(shù)是評價電纜放火產(chǎn)品重要的檢測手段，氧指數(shù)是指在較大氧氣條件下防火產(chǎn)品耐燒的特性。在工程中使用應(yīng)根據(jù)燃燒強度確定。例如：在30根電纜的條件下，如果發(fā)生電纜引燃事故，在4min內(nèi)即可形成50℃以上高溫?zé)峋奂?，從而?dǎo)致電纜沿走向延燃，電纜越多可燃體質(zhì)量越大。若以300根電纜計，單位長度可燃體質(zhì)量為158kg／m，按較大可能產(chǎn)生燃燒強度計算，氧指數(shù)應(yīng)該大于65％。根據(jù)現(xiàn)場使用要求，新研制的玻璃鋼電纜橋架的氧指數(shù)大于等于70％。符合防火低煙，無鹵安全要求。 　　5)熱性能好FRP的熱導(dǎo)率較低，在瞬時超高溫下是一種理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，在長期負(fù)載下玻璃鋼電纜橋架不會變形，克服了傳統(tǒng)金屬橋架剛性差、變形往下傾斜的缺陷。 　　6)可設(shè)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(jù)用戶的不同要求，對玻璃鋼橋架的形狀、用途及數(shù)量．制定工藝流程，工藝簡單，一次成型。玻璃鋼橋架可以預(yù)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(zhǔn)確牢固，施工非常方便。地下使用壽命為50a，地上使用壽命為20a。 詳情請見：www.yzyhblg.com