كاربرد كامپوزیت در صنعت برق

حدود 20 سال است كه كامپوزیت های 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 .