隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力電纜的絕緣等級(jí)也在不斷提高，大截而電纜的輸送容量超過(guò)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(zhǎng)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(guò)鍍鋅處理，但是仍難免遭受銹蝕，影響電纜的安全運(yùn)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(chǎng)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(zhǎng)期發(fā)熱對(duì)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(qiáng)塑料的特點(diǎn) 　　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(qiáng)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(qiáng)度復(fù)合材料，俗稱玻璃纖維增強(qiáng)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(guò)加強(qiáng)筋等措施來(lái)彌補(bǔ)。 　　2)長(zhǎng)期耐溫性差通用型聚酯FRP超過(guò)50℃時(shí)強(qiáng)度會(huì)明顯下降，通常工作在100℃以下；通用型環(huán)氧FRP超過(guò)60℃時(shí)強(qiáng)度會(huì)明顯下降，但可以選用時(shí)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(jī)械應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，F(xiàn)RP的性能會(huì)下降。 　　4)層間剪切強(qiáng)度低FRP的層間剪切強(qiáng)度較低，主要靠樹脂來(lái)承擔(dān)。但可以通過(guò)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(wèn)題分析 2.1　渦流損耗 　　朱景林設(shè)計(jì)師在《高強(qiáng)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(jì)、安裝和運(yùn)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(shí)測(cè)高達(dá)60℃，比隧道內(nèi)空氣溫度要高22℃。通過(guò)有限元法計(jì)算交聯(lián)電纜渦流損耗以及有限元法用于渦流電磁場(chǎng)計(jì)算的有效性分析，驗(yàn)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(shí)，電纜與橋架距離在100～200mm時(shí)，橋架上渦流損耗計(jì)算值為2～10W。雖然單根橋架渦流損耗很小，但電纜線路很長(zhǎng)時(shí)，電纜橋架數(shù)量很大，總計(jì)損耗就相當(dāng)可觀了。 　　朱景林設(shè)計(jì)師還列舉了上海浦東—長(zhǎng)興—崇明的220kv雙拼雙回路電纜工程實(shí)例，電纜通過(guò)7.5km長(zhǎng)江隧道和9km長(zhǎng)江大橋，整個(gè)工程鋼結(jié)構(gòu)電纜橋架數(shù)量為4.4萬(wàn)根。如果以每根橋架因渦流攪耗2W電能計(jì)算，這4.4萬(wàn)根橋架總損耗將高達(dá)88kw，每年消耗電能選77萬(wàn)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(wàn)元／a。 2.2　電化學(xué)腐蝕 　　《腐蝕與防護(hù)手冊(cè)》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(huì)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(wú)變化，檢測(cè)浸泡后的試樣拉伸強(qiáng)度及模量、彎曲強(qiáng)度及模量，均無(wú)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(yàn)7d，再經(jīng)每日8h，持續(xù)7d的鹽霧試驗(yàn)。經(jīng)高低溫交變?cè)囼?yàn)和鹽霧試驗(yàn)后，樣品性能基本無(wú)明顯變化。測(cè)試證實(shí)了復(fù)合電纜橋架即使在長(zhǎng)期積水的電纜溝及電纜井工等潮濕環(huán)境中，也不會(huì)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(zhǎng)期以來(lái)，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(guò)程能耗大、工序多、周期長(zhǎng)，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(fèi)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(wèn)題。為了克服金屬電纜橋架和無(wú)機(jī)材料電纜橋架的不足，一種采用基于玻璃纖維增強(qiáng)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(qiáng)度高、安裝簡(jiǎn)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(diǎn)及安裝 3.2.1　特點(diǎn) 　　1)輕質(zhì)強(qiáng)度高FRP主要由起增強(qiáng)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(duì)密度在1.4～2.0之間，只是碳鋼的1／4～1／5，但拉伸強(qiáng)度十分接近，其含量、長(zhǎng)度、鋪設(shè)形式?jīng)Q定了玻璃鋼電纜橋架的強(qiáng)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(huì)因長(zhǎng)期大電流產(chǎn)生渦流損耗引起橋架發(fā)燙等問(wèn)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(píng)價(jià)電纜放火產(chǎn)品重要的檢測(cè)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(qiáng)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(jì)，單位長(zhǎng)度可燃體質(zhì)量為158kg／m，按較大可能產(chǎn)生燃燒強(qiáng)度計(jì)算，氧指數(shù)應(yīng)該大于65％。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)鹵安全要求。 　　5)熱性能好FRP的熱導(dǎo)率較低，在瞬時(shí)超高溫下是一種理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，在長(zhǎng)期負(fù)載下玻璃鋼電纜橋架不會(huì)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(jì)性好FRP的增強(qiáng)材料已由玻璃纖維擴(kuò)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(duì)玻璃鋼橋架的形狀、用途及數(shù)量．制定工藝流程，工藝簡(jiǎn)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(qǐng)見：www.yzyhblg.com