معرفی كاربرد كامپوزیت در صنعت برق

[samyar 3,407]

حدود 20 سال است كه كامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با الیاف FRP در كاربردهای الكتریكی مصرف می شوند. این مواد در ساخت قطعات گوناگون صنعت برق به كار می روند ؛ از جمله لوله های عبور كابل ، سیستم های حمل كابل در تونل ها و پل ها ، تیرهای انتقال برق ، بازوهای عرضی ( كراس آرم ها ) ، مقره ها ، برج های ارتباطی و جز آن .

لوله كامپوزیتی عبور كابل

یكی از موارد كاربرد كامپوزیت در صنعت برق ، ساخت لوله های عبور كابل است . لوله های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه GRP را می توان در تركیب با اتصالات و متعلقات ویژه ای به كاربرد و آن ها را به شكل یك سیستم عبور كابل چندلایه و چند ردیفی شكل داد . این لوله ها برای كابل های شبكه برق شهری و كابل های مخابراتی زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند . علاوه بر این در موارد زیر نیز كاربرد دارند :

 

 

 

1) برای كابل هایی كه از زیر ریل جرثقیل های سقفی و یا راه های اصلی شهری عبور می كنند .

2) برای كابل هایی كه از روی پل ها و رودخانه ها عبور می كنند . به ویژه برای كابلهایی كه از روی پل عبور می كنند ، به كارگیری لوله های GRP ، بار وارده بر پل را كاهش داده و ساخت و ساز پل را تسهیل خواهد كرد .

 

سیستم حمل كابل كامپوزیتی

سیستم های حمل كابل كامپوزیتی ، یك محصول سازه ای برای حل بسیاری از مشكلات مهندسی و طراحی در شبكه های برق رسانی و مخابراتی هستند كه برای نگهداری كابل های گرانبها و اغلب حساس و استراتژیك در دراز مدت قابل اعتمادند . این سیستم ها ویژگی های منحصربه فردی دارند كه آن ها را قادر به تحمل بسیاری از محیط های خورنده می كند ؛ به ویژه شرایطی كه مواد سنتی در آن ها عمر كاری مفید و اقتصادی ندارند . این محصولات از رزین های گرما سخت تقویت شده با شیشه و به نحوی طراحی و ساخته می شوند كه یكپارچگی سازه ای آنها با انواع فولادی و آلومینیمی رقابت می كند ؛ با این تفاوت كه مشكلات خوردگی ، سنگینی وزن و هدایت الكتریكی آنها را ندارند .

این محصولات در برابر اسیدها ، نمك ها ، قلیاها و محدوده وسیعی از محیط ها و مواد شیمیایی خورنده كه بر آلومینیم و فولاد گالوانیزه اثرات شدیدی دارند ، مقاومند . حتی محصولات آلومینیمی یا فولادی پوشش داده شده نیز ممكن است به علت خراش های كوچك ایجاد شده حین نصب یا پس از آن ، در معرض آسیب باشند .

این محصولات در مقایسه با فولاد یا آلومینیم ، دارای نسبت استحكام به وزن بسیار بالایی هستند درحالی كه یكپارچگی سازه ای مشابهی با آنها دارند .

پروفیل های كامپوزیتی پالترود شده كه در این سیستم ها به كارگرفته می شوند دارای وزن مخصوصی حدود یك چهارم فولاد و یك سوم آلومینیم هستند كه این امر حمل و نقل و برپا كردن آن ها را تسهیل می كند . برخلاف فولاد زنگ نزن این قطعات را می توان در محل و با وسایل دستی برید و سوراخ كرد . از آنجاییكه سینی و نردبان های این سیستم نارسانا هستند ، از بابت انتقال برق به سیستم حمل كابل از كابل های آسیب دیده هیچ نگرانی وجود ندارد . علاوه بر آن احتیاجی به جلوگیری از خوردگی الكترولیتی در شرایط ویژه نیست . ویژگی های نارسانایی و مغناطیسی نبودن به معنی سیستم حمل كابل ایمن ترند .

در بزرگترین پروژه مهندسی انجام شده با سرمایه خصوصی – تونلی كه بریتانیا را به اروپا متصل می كند – بیش از 63/3 هزارتن FRP پالترود شده ، 1260كیلومتر كابل الكتریكی و فیبر نوری را بر روی خود نگه داشته اند . این كابل ها ، روشنایی ، تهویه و ارتباطات درون تونل را كنترل می كنند . كابل های 25 كیلو ولتی تأمین كننده انرژی قطارها نیز با این كامپوزیت های پالترود شده حمل می شوند . این محصولات با شرایط زیر سازگارند :

· محدوده دمایی 5 تا 40 درجه سانتی گراد

· رطوبت 100 درجه

· سرعت باد km/h 359

· پاشش مداوم آب نمك و حتی غوطه وری در آن

· نصب آسان

· حداقل تعمیرات

· هزینه كلی كمینه

· مقاومت در برابر بارگذاری استاتیك كابل ها

 

بازوهای عرضی كامپوزیتی

هر تیر انتقال برق فشار متوسط ( 20 و 33 كیلوولت ) از سه قسمت اصلی یعنی تیر ، بازوهای عرضی و مقره ها تشكیل شده است . بازو های عرضی معمولا ً از جنس فولاد ساخته می شوند . با این وجود در بعضی از كشورها نظیر آمریكا ، استرالیا ، كانادا و بخشهایی از اروپا این محصولات از مواد كامپوزیتی ساخته می شوند . به كارگیری بازوهای عرضی كامپوزیتی به جای نمونه فلزی دارای برتری هایی است ؛ از جمله :

· كاهش وزن : سنگینی وزن بازوهای عرضی فلزی ( حدود 20 كیلوگرم ) یكی از مشكلات شركتهای انتقال و توزیع برق است . در مناطقی كه به دلایل گوناگون از جمله ناهمواری سطح زمین ، امكان استفاده از ماشین های بالابر در آن ها وجود ندارد ، حمل بازوهای عرضی فلزی تا بالای تیر بسیار سخت و خطرناك است ؛ درصورتی كه كامپوزیت ها وزن نسبتا ً كمی دارند و حمل آنها آسان است .

· مقاومت در برابر خوردگی : بازوهای عرضی فلزی در آب و هوای مرطوب و خورنده ، عمر نسبتا ً كمی دارند . یكی از برتری های مواد كامپوزیت ، مقاومت بسیار مناسب آنها در برابر خوردگی است كه این مواد را برای این مناطق مطلوب می سازد .

· نارسانایی الكتریكی : كامپوزیت ها را می توان به صورت موادی عایق طراحی كرده و ساخت . این ویژگی خطر برق گرفتگی و اتصال كوتاه را كاهش می دهد . شاید بتوان با به كارگیری بازوهای عرضی كامپوزیتی از كاربرد مقره های حامل كابل – كه در واقع نقش عایق را بین كابل و پروفیل بازی می كنند – جلوگیری كرد .

· زیبایی : در ساخت بازوهای عرضی فلزی همیشه محدودیت هایی وجود دارد كه طراح را مجبور به استفاده از قطعات استاندارد نبشی می كند . با به كارگیری كامپوزیت ها می توان به سراغ طرح هایی رفت كه علاوه بر بهینه بودن ، زیبا نیز باشند .

· عمر بیشتر : عمر بازو های عرضی كامپوزیتی حدود سه برابر طول عمر نمونه فلزی است . به دلیل عمر بیشتر و عدم نیاز به تعویض و تعمیر در كامپوزیت ها ، هزینه های تعویض و نگهداری حذف خواهند شد .

· كاهش تداخلات امواج رادیویی : امواج رادیویی بدون هرگونه انحراف و شكست از كامپوزیت ها عبور می كنند .

· كاهش افت توان خط : به كارگیری بازوهای عرضی كامپوزیتی از نشت جریان الكتریكی از خط به سمت پایه ها تا حدودی جلوگیری می كند و به این ترتیب میزان افت توان خط كاهش خواهد یافت .

علاوه بر موارد فوق با به كارگیری بازوهای عرضی كامپوزیتی می توان از طرح هایی استفاده كرد كه یكپارچه بوده و نیازی به سوار كردن قطعات برروی هم نباشد .

 

تیرهای كامپوزیتی

به كارگیری تیرهای كامپوزیت FRP ، موضوع جدیدی در خدمات برق رسانی نیست ، با این وجود تیرهای انتقال برق FRP پالترود شده 21 تا 24 متری داستان دیگری است . تیرهای FRP با یك سوم وزن تیرهای چوبی ، نضف وزن تیرهای فولادی و تنها یك دهم وزن تیرهای بتنی ، انتخاب بسیار جذابی برای اغلب شركتهای خدماتی برق رسانی هستند .

شركت آمریكایی بریستول تنسی الكتریك سیستم BTES به تازگی 144 تیر FRP را در دو خط انتقال نصب كرده است . شركت استرانگ ول Strongwell Corp واقع در ایالت ویرجینیا این تیرهای FRP پالترود شده SE 28 را با بیشترین ظرفیت ممان اینرسی در مقطع پایینی طراحی و برای جایگزینی تیرهای چوبی ، فولادی و بتنی در خطوط انتقال برق تولید كرده است . شركت های خدمات برق رسانی در حال كشف برتری های تیرهای SE 28 ، نسبت به تیرهای ساخته شده از مواد سنتی هستند . تیرهای SE 28 شركت استرانگ ول ، سبك ، محكم و دارای ویژگی های هدایتی خیلی كمی هستند . این تیرها همچنین در برابر خوردگی ، پوسیدگی ، پرتوهای فرابنفش ، نفوذ آب ، حشرات و داركوب ها مقاومت بسیار بالایی دارند .

به عقیده دكتر مایكل برودر ، مدیر عامل شركت BTES ، تیرهای كامپوزیتی SE 28 ، در مقایسه با تیرهای چوبی ، با گذشت زمان استحكامشان را از دست نمی دهند و تقریبا ً به هیچ گونه ترمیم و تعمیری احتیاج ندارند . او هم چنین به ویژگی های الكتریكی تیرهای FRP و تحمل ضربه و بار ناشی از بادهای شدید توسط آن ها اشاره می كند .