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SMC高分子复合材料电缆支架的性能优势和应用

作者:昊科玻璃钢 来源:原创 日期:2018-10-16 14:22
内容提示: 摘要: 随着城市电网改造过程中电缆入地规模的不断扩大,电力系统对电缆支架的工作性能和经济效益提出了更高要求。针对传统材质的电缆支架在未来电力系统的使用过程中将会产生各种问题的缺点,本文介绍了一种新型材质的电缆支架SMC电缆支架。在详细阐述SMC复
摘要: 随着城市电网改造过程中电缆入地规模的不断扩大,电力系统对电缆支架的工作性能和经济效益提出了更高要求。针对传统材质的电缆支架在未来电力系统的使用过程中将会产生各种问题的缺点,本文介绍了一种新型材质的电缆支架——SMC电缆支架。在详细阐述SMC复合材料特点的基础上,分析得到SMC电缆支架具有绝缘性能高、机械性能好、耐腐蚀、阻燃性好、可靠性高、使用寿命长等性能优势;再通过与传统材质电缆支架的性能对比,结果表明,SMC高分子复合材料电缆支架是传统材质电缆支架的可靠替代产品,是电力系统中电缆支架应用的发展趋势。
  Abstract: As the scale of the cable buried construction grows in the urban power network renovation, the rapid development of power system has put a higher demand on the performance and economic benefits of the cable support. Considering the problems produced by the able support made of traditional materials in the coming power system, the article introduces SMC cable support made of a new material. On the basis of detailed elaboration on the characteristics of SMC composite material, the article comes to a conclusion that the SMC cable support has the advantages of high insulation, good mechanical properties, corrosion resistance, flame retardant, high reliability, long life and so on. By comprising the performance of SMC and the traditional cable support, it demonstrates that SMC cable support is a reliable alternative of the traditional one and is the trends of the cable support in the power system.
  关键词: SMC;电缆支架;复合材料
  Key words: SMC;cable support;composite material
  中图分类号:F764.5 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)32-0069-02
  0 引言
  制作电缆支架的材质有很多种,目前应用得比较广泛的主要有金属角铁电缆支架、水泥电缆支架、高分子复合材料电缆支架等。一直以来,电力系统和公用事业部门采用金属角铁、铝合金或水泥条制电缆支架铺设电缆较多。
  传统材质的电缆支架,由于材料本身性能限制,在使用中一直存在着较多缺陷,如传统的金属电缆支架在恶劣环境下易锈蚀、寿命短,如地铁、隧道、化工企业、多雨潮湿或沿海盐雾等场合,使用金属支架极易锈蚀,设施的维护费用高,使用寿命也较短。
  随着电力工程建设的需要,特别是大、中城市电网改造中的电缆入地工程,迫切需要性能优良,使用寿命长,使电缆敷设更加快捷安全可靠的新一代电缆支架。我国电力部就曾于1994年在上海召开的电缆标准会议上指出,建议使用有机复合材料代替。发达国家更是一直努力通过各种途径研制质量密度低、强度高、不锈蚀的新型防火高分子材料来替代传统材料。因此,研制质量密度低、强度高、不锈蚀的新型防火高分子材料电缆支架来替代传统材料制造的电缆支架是电缆支架未来的发展趋势。复合材料SMC主要应用是在汽车、船舶、化工、建筑、电气、军工以及宇航等方面。SMC具有优异的电绝缘性、耐电弧性,因此在电力系统中也得到了广泛应用:电机换向器、接线板、灭弧罩、电缆分配箱外壳、终端分配器、电缆支架等设备中都使用了SMC。研究表明,使用SMC高分子复合材料研制的电力电缆支架是其中最优越的一种。
  1 传统材质的电缆支架存在的问题
  首先,电缆架设使用金属支架时,电流流经电缆会产生磁场,导致两个支架角钢之间形成磁场闭合回路(环流),使电缆温度升高,加大电缆与支架涡流作用产生铁损(约占电缆线损的50%),进而使环流温度升高。尤其当电缆通过较大电流时,温度迅速升高,往往会形成强大的弧光而损毁金属支架。因此现在多采取加粗电缆等措施预防此问题,进而大大增加输电设备的制造成本。
  其次,目前采用外涂油漆或热浸锌等技术处理金属制电缆支架的防锈防腐问题,仅能治标,不能治本,特别是在恶劣环境中,防锈防腐问题大大缩短了它的使用寿命,同时影响电力、通信设施的安全和无故障使用期。
  最后,金属支架生产过程能耗大、污染大,不符合国家节能减排政策;价格易受国际金属市场价格的影响;水泥条制的支架外观粗糙,体积庞大,既容易损伤电缆护套,又不利于在狭小电缆沟内的施工。
  2 SMC复合材料的特点
  SMC复合材料最早是由德国拜耳公司于1960年研制成功,并实现工业化生产,此后西欧、美国和日本相继发展起来,我国是于1975年开始研制,而后工业化生产,目前已形成了一较大规模的产业。SMC复合材料是一种热固性热复合材料,SMC(Sheet Mould Compound)是由树脂糊浸渍玻璃纤维制成的一种片状模塑料,它具有强度高、重量轻、耐腐蚀、电绝缘等特点,具有性能设计自由度大,加工方便的优点,是全球应用最广泛的复合材料之一,这些优点刚好满足电缆支架的技术要求,是生产电缆支架的理想材料[2][3]。   SMC高分子复合材料具有以下特点:
  ①强度高、重量轻、重量只有钢的1/4,混凝土管的1/10左右,运输方便,施工便捷。
  ②产品表面光滑摩擦系数小,不损伤电缆。
  ③产品整体绝缘,无电腐蚀,可防止产生涡流。
  ④耐水性好,可长期在潮湿环境或水中使用。
  ⑤耐热、耐寒、防火性能优,能在-50℃-130℃下使用。
  ⑥防腐蚀,不生锈,使用寿命长,免维护。
  ⑦材料没有回收利用价值,可杜绝盗窃问题。
  ⑧绝缘性能好,无需接地,可减少安装工作量,节约安装成本。
  3 SMC电缆支架的特点
  SMC玻璃钢复合材料电缆支架可广泛应用于电缆沟、电缆隧道、电缆排管工作井以及电缆半层内的电力电缆、控制电缆和通信电缆的敷设[4]。目前设计有预埋型分体式电缆支架和螺孔型分体式电缆支架,能满足不同的安装环境和使用习惯的需要。同时将支架分成支架座和支架托臂两部分,便于狭窄电缆沟内施工。
  将常见的各种材料电缆支架的性能做简单比较,如下表示:
  从表中可以看出,与传统的电缆材质相比,采用SMC复合材料制造的电缆支架具有绝缘性能好、机械性能好、耐腐蚀、阻燃性好、产品质量可靠性高、不易老化使用寿命长的优点,SMC复合材料电缆支架具有良好的社会效益和经济效益。
  总的来说,SMC高分子复合材料电缆支架具有如下特点[5]:
  3.1 强度高,重量轻 SMC高分子复合材料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。玻璃纤维的拉伸强度很高(3450MPa),其含量、长度、铺设形式决定支架制品的强度。SMC高分子复合材料强度可以在30~1000MPa范围。因此,可根据制品的受力情况、产量、生产工艺、价格承受能力来设计玻璃纤维的用量、长度和铺设形式。
  3.2 不蠕变 SMC高分子复合材料电缆支架的刚性比国外某些公司生产的玻璃纤维增强尼龙支架增强一倍。即使在长期负载下也不变形。
  3.3 防火性能强 氧指数是评价电缆防火产品重要的检测手段。氧指数是指在最大氧气条件下,防火产品耐烧的特性。在工程中使用根据燃烧强度确定。例如:在30根电缆的条件下,如发生电缆引燃事故,在4min以内即可形成500℃以上高温热聚集,从而导致电缆沿走向进行延燃。电缆密集处的电缆越多,可燃体质量越大。而SMC高分子复合材料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,防火性能强。
  3.4 耐腐蚀 SMC高分子复合材料支架具有良好的耐腐蚀性能,尤其适合在潮湿、盐雾、酸和弱碱环境使用。
  3.5 绝缘性能好 绝缘性能可以根据使用要求调整。一般地,绝缘电阻大于等于1.0×1012Ω。
  3.6 使用方便 预埋型支架座直接埋入电缆沟的墙壁即可,螺孔型支架座已经预留安装孔,直接用螺丝固定即可,安装和维护非常方便。电缆支架托臂采用圆弧形光滑表面,没有倒刺和分模线,不会拉伤电缆,而且可降低工人的劳动强度。
  3.7 使用寿命长 通用型的使用寿命:室内20年以上,地下50年以上;耐老化型的使用寿命:室外20年。
  3.8 良好的经济效益 SMC电缆支架整体式结构,简化了安装工序,提高了安装工效,缩短了工程周期,降低了工程费用及其抗腐蚀性强、无需维护和更换等特点,其优越性是显而易见的。
  4 结语
  复合材料SMC可设计性强,具有许多传统材料所不可比拟的特性,若使用合理,必将会在电力及许多领域中发挥越来越大的作用;而SMC高分子复合材料电缆支架因其优良的性能,也必能在电力系统获得更广泛的应用。
  ①传统材质的电缆支架存在易锈蚀、导电、导磁的问题,不能完全满足电力建设和节能的要求。尤其是在特高压输电线路中,为避免产生涡流损耗,在高压单芯大截面电力电缆中应选用非铁磁性材料支架。
  ②在电力系统中应用SMC电缆支架具有节能降耗的突出优点。
  ③SMC电缆支架符合220kV及以下电力电缆的装置要求、适用于电缆沟、电缆隧道、竖井、电缆层(井)等各种电缆构筑物。
  ④综合技术经济比较,SMC高分子复合材料电缆支架明显优于传统材质电缆支架。其替代传统材质支架切实可行,具有明显的经济效益和社会效益。
  参考文献:
  [1]朱景林.电缆支架涡流损耗的研究[J].上海电力,2009(5):400-402.
  [2]刘雄亚,晏石林.复合材料制品设计及应用[M].北京:化学工业出版社,2003.
  [3]张志民.复合材料结构力学[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.
  [4]周祝林.HBB系列玻璃钢电缆保护管[J].安徽建筑,1999(5):86.
  [5]史传卿,郑思国.高强度复合材料电力电缆支架技术性能研究[J].供用电,2011(4):61-65.
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