کاربرد کامپوزیت در صنعت برق

حدود ۲۰ سال است که کامپوزيت هاي پليمري تقويت شده با الياف FRP در کاربرد هاي الکتريکي مصرف مي شوند . اين مواد در ساخت قطعات گوناگون صنعت برق به کار مي روند ؛ از جمله لوله هاي عبور کابل ، سيستم هاي حمل کابل در تونل ها و پل ها ، تيرهاي انتقال برق ، بازوهاي عرضي ( کراس آرم ها ) ، مقره ها ، برج هاي ارتباطي و جز آن .

● لوله کامپوزيت ي عبور کابل

يکي از موارد کاربرد کامپوزيت در صنعت برق ، ساخت لوله هاي عبور کابل است . لوله هاي پليمري تقويت شده با الياف شيشه GRP را مي توان در ترکيب با اتصالات و متعلقات ويژه اي به کاربرد و آن ها را به شکل يک سيستم عبور کابل چندلايه و چند رديفي شکل داد . اين لوله ها براي کابل هاي شبکه برق شهري و کابل هاي مخابراتي زيرزميني مورد استفاده قرار مي گيرند . علاوه بر اين در موارد زير نيز کاربرد دارند :

۱) براي کابل هايي که از زير ريل جرثقيل هاي سقفي و يا راه هاي اصلي شهري عبور مي کنند .

۲) براي کابل هايي که از روي پل ها و رودخانه ها عبور مي کنند . به ويژه براي کابلهايي که از روي پل عبور مي کنند ، به کارگيري لوله هاي GRP ، بار وارده بر پل را کاهش داده و ساخت و ساز پل را تسهيل خواهد کرد .

● سيستم حمل کابل کامپوزيت ي

سيستم هاي حمل کابل کامپوزيت ي ، يک محصول سازه اي براي حل بسياري از مشکلات مهندسي و طراحي در شبکه هاي برق رساني و مخابراتي هستند که براي نگهداري کابل هاي گرانبها و اغلب حساس و استراتژيک در دراز مدت قابل اعتمادند . اين سيستم ها ويژگي هاي منحصربه فردي دارند که آن ها را قادر به تحمل بسياري از محيط هاي خورنده مي کند ؛ به ويژه شرايطي که مواد سنتي در آن ها عمر کاري مفيد و اقتصادي ندارند . اين محصولات از رزين هاي گرما سخت تقويت شده با شيشه و به نحوي طراحي و ساخته مي شوند که يکپارچگي سازه اي آنها با انواع فولادي و آلومينيمي رقابت مي کند ؛ با اين تفاوت که مشکلات خوردگي ، سنگيني وزن و هدايت الکتريکي آنها را ندارند .

اين محصولات در برابر اسيدها ، نمک ها ، قلياها و محدوده وسيعي از محيط ها و مواد شيميايي خورنده که بر آلومينيم و فولاد گالوانيزه اثرات شديدي دارند ، مقاومند . حتي محصولات آلومينيمي يا فولادي پوشش داده شده نيز ممکن است به علت خراش هاي کوچک ايجاد شده حين نصب يا پس از آن ، در معرض آسيب باشند .

اين محصولات در مقايسه با فولاد يا آلومينيم ، داراي نسبت استحکام به وزن بسيار بالايي هستند درحالي که يکپارچگي سازه اي مشابهي با آنها دارند .

پروفيل هاي کامپوزيت ي پالترود شده که در اين سيستم ها به کارگرفته مي شوند داراي وزن مخصوصي حدود يک چهارم فولاد و يک سوم آلومينيم هستند که اين امر حمل و نقل و برپا کردن آن ها را تسهيل مي کند . برخلاف فولاد زنگ نزن اين قطعات را مي توان در محل و با وسايل دستي بريد و سوراخ کرد . از آنجاييکه سيني و نردبان هاي اين سيستم نارسانا هستند ، از بابت انتقال برق به سيستم حمل کابل از کابل هاي آسيب ديده هيچ نگراني وجود ندارد . علاوه بر آن احتياجي به جلوگيري از خوردگي الکتروليتي در شرايط ويژه نيست . ويژگي هاي نارسانايي و مغناطيسي نبودن به معني سيستم حمل کابل ايمن ترند .

در بزرگترين پروژه مهندسي انجام شده با سرمايه خصوصي – تونلي که بريتانيا را به اروپا متصل مي کند بيش از ۶۳/۳ هزارتن FRP پالترود شده ، ۱۲۶۰کيلومتر کابل الکتريکي و فيبر نوري را بر روي خود نگه داشته اند . اين کابل ها ، روشنايي ، تهويه و ارتباطات درون تونل را کنترل مي کنند . کابل هاي ۲۵ کيلو ولتي تأمين کننده انرژي قطارها نيز با اين کامپوزيت هاي پالترود شده حمل مي شوند . اين محصولات با شرايط زير سازگارند :

ـ محدوده دمايي ۵ تا ۴۰ درجه سانتي گراد

ـ رطوبت ۱۰۰ درجه

ـ سرعت باد km/h ۳۵۹

ـ پاشش مداوم آب نمک و حتي غوطه وري در آن

ـ نصب آسان

ـ حداقل تعميرات

ـ هزينه کلي کمينه

ـ مقاومت در برابر بارگذاري استاتيک کابل ها

● بازوهاي عرضي کامپوزيت ي

هر تير انتقال برق فشار متوسط ( ۲۰ و ۳۳ کيلوولت ) از سه قسمت اصلي يعني تير ، بازوهاي عرضي و مقره ها تشکيل شده است . بازو هاي عرضي معمولا ً از جنس فولاد ساخته مي شوند . با اين وجود در بعضي از کشورها نظير آمريکا ، استراليا ، کانادا و بخشهايي از اروپا اين محصولات از مواد کامپوزيت ي ساخته مي شوند . به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيت ي به جاي نمونه فلزي داراي برتري هايي است ؛ از جمله :

▪ کاهش وزن : سنگيني وزن بازوهاي عرضي فلزي ( حدود ۲۰ کيلوگرم ) يکي از مشکلات شرکتهاي انتقال و توزيع برق است . در مناطقي که به دلايل گوناگون از جمله ناهمواري سطح زمين ، امکان استفاده از ماشين هاي بالابر در آن ها وجود ندارد ، حمل بازوهاي عرضي فلزي تا بالاي تير بسيار سخت و خطرناک است ؛ درصورتي که کامپوزيت ها وزن نسبتا ً کمي دارند و حمل آنها آسان است .

▪ مقاومت در برابر خوردگي : بازوهاي عرضي فلزي در آب و هواي مرطوب و خورنده ، عمر نسبتا ً کمي دارند . يکي از برتري هاي مواد کامپوزيت ، مقاومت بسيار مناسب آنها در برابر خوردگي است که اين مواد را براي اين مناطق مطلوب مي سازد .

▪ نارسانايي الکتريکي : کامپوزيت ها را مي توان به صورت موادي عايق طراحي کرده و ساخت . اين ويژگي خطر برق گرفتگي و اتصال کوتاه را کاهش مي دهد . شايد بتوان با به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيت ي از کاربرد مقره هاي حامل کابل – که در واقع نقش عايق را بين کابل و پروفيل بازي مي کنند – جلوگيري کرد .

▪ زيبايي : در ساخت بازوهاي عرضي فلزي هميشه محدوديت هايي وجود دارد که طراح را مجبور به استفاده از قطعات استاندارد نبشي مي کند . با به کارگيري کامپوزيت ها مي توان به سراغ طرح هايي رفت که علاوه بر بهينه بودن ، زيبا نيز باشند .

▪ عمر بيشتر : عمر بازو هاي عرضي کامپوزيت ي حدود سه برابر طول عمر نمونه فلزي است . به دليل عمر بيشتر و عدم نياز به تعويض و تعمير در کامپوزيت ها ، هزينه هاي تعويض و نگهداري حذف خواهند شد .

▪ کاهش تداخلات امواج راديويي : امواج راديويي بدون هرگونه انحراف و شکست از کامپوزيت ها عبور مي کنند .

▪ کاهش افت توان خط : به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيت ي از نشت جريان الکتريکي از خط به سمت پايه ها تا حدودي جلوگيري مي کند و به اين ترتيب ميزان افت توان خط کاهش خواهد يافت .

علاوه بر موارد فوق با به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيت ي مي توان از طرح هايي استفاده کرد که يکپارچه بوده و نيازي به سوار کردن قطعات برروي هم نباشد .

● تيرهاي کامپوزيت ي

به کارگيري تيرهاي کامپوزيت FRP ، موضوع جديدي در خدمات برق رساني نيست ، با اين وجود تيرهاي انتقال برق FRP پالترود شده ۲۱ تا ۲۴ متري داستان ديگري است . تيرهاي FRP با يک سوم وزن تيرهاي چوبي ، نضف وزن تيرهاي فولادي و تنها يک دهم وزن تيرهاي بتني ، انتخاب بسيار جذابي براي اغلب شرکتهاي خدماتي برق رساني هستند .

شرکت آمريکايي بريستول تنسي الکتريک سيستم BTES به تازگي ۱۴۴ تير FRP را در دو خط انتقال نصب کرده است . شرکت استرانگ ول Strongwell Corp واقع در ايالت ويرجينيا اين تيرهاي FRP پالترود شده SE ۲۸ را با بيشترين ظرفيت ممان اينرسي در مقطع پاييني طراحي و براي جايگزيني تيرهاي چوبي ، فولادي و بتني در خطوط انتقال برق توليد کرده است . شرکت هاي خدمات برق رساني در حال کشف برتري هاي تيرهاي SE ۲۸ ، نسبت به تيرهاي ساخته شده از مواد سنتي هستند . تيرهاي SE ۲۸ شرکت استرانگ ول ، سبک ، محکم و داراي ويژگي هاي هدايتي خيلي کمي هستند . اين تيرها همچنين در برابر خوردگي ، پوسيدگي ، پرتوهاي فرابنفش ، نفوذ آب ، حشرات و دارکوب ها مقاومت بسيار بالايي دارند .

به عقيده دکتر مايکل برودر ، مدير عامل شرکت BTES ، تيرهاي کامپوزيت ي SE ۲۸ ، در مقايسه با تيرهاي چوبي ، با گذشت زمان استحکامشان را از دست نمي دهند و تقريبا ً به هيچ گونه ترميم و تعميري احتياج ندارند . او هم چنين به ويژگي هاي الکتريکي تيرهاي FRP و تحمل ضربه و بار ناشي از بادهاي شديد توسط آن ها اشاره مي کند .