复合材料在输电工程中的应用

       在供配电市场使用复合材料已不是新概念，但近年的材料和产品开发提升了复合材料的性能，使其日益受到电力部门的欢迎。
1  复合材料输电杆
       玻璃纤维增强塑料(简称玻璃钢)电线杆最先于1954年由美国Garwood工业公司制出。1960年，夏威夷电力公司在夏威夷岛沿岸一圈安装了玻璃钢电线杆。尽管遭受飓风和极端环境条件，这些电线杆至今仍在服役。在20世纪90年代初期，蒙大拿州一个电厂安装了75根玻璃钢电线杆。自那以后，整个北美洲的很多电公司安装了多种用途的复合材料输电杆材。这些杆材主要是用拉挤和纤维缠绕工艺制造的。
       作为具有高介电强度的天然绝缘体，玻璃钢复合材料引起了电力输送设备的巨大进步。很多地方的电力部门都与复合材料供应商合作，致力在输电杆、杆塔、配电杆、线担等用途中利用玻璃钢的优点。拉挤成型或缠绕成型的玻璃钢杆和线杆尤其被电力公司用来代替偏僻地区或极度潮湿地区已经老化的木杆，现已逐渐赢得了用户的信任。
        一个突出的例子是加拿大RS技术公司的玻璃纤维增强聚氨酯电线杆，现在已被好几家电力公司指定安装。据报该公司RStandard组合套接式聚氨酯复合材料电线杆的使用寿命比传统材料电线杆长得多，维护要求低得多。该公司的聚氨酯复合材料天线通讯单极天线也具有同样优点。这些产品都是用E玻璃纤维增强聚氨酯树脂，采用缠绕工艺成型的，并在其外层用脂族树脂来提供长期耐紫外线性能。
       另一实例是美国拉挤玻璃钢专业厂商Bedford增强塑料公司制造的玻璃钢电线杆。该杆经过几年研发，于2008年初投入市场。这种电线杆是用欧文斯科宁公司供应的E玻璃纤维和亚什兰公司供应的聚酯树脂拉挤成型的。杆的颜色为炭灰色，长度为10.7~16.7m，质量约为木杆的三分之二(12m长的玻璃钢杆质量为136kg，而木杆质量220kg)。Bedford公司在树脂中加入一种防紫外线添加剂，在杆的表面进行消光处理。这些材料不导电，可以接受一般木杆使用的五金件。据称这种电线杆使用寿命为80年(木杆为25~30年)，最终还可回收利用。一家位于芝加哥的用户Duratel公司称它正在几个大城市安装这种玻璃钢电线杆。
       复合材料杆与其他材料的比较：
       电力公司使用的传统输电或配电杆材料是木材、钢材或混凝土。它们各有优点，但木材一直是主要选择。虽然木杆的整个寿命期间，电力公司要花费大量的时间不断的检查和更换破损的木杆。混凝土杆的主要缺点是其重量提高了运输和安装成本。苛酷的环境(如海边)也会引起混凝土中筋材的腐蚀。钢是北美洲制造输电杆和杆塔最常用的材料，但象混凝土一样，钢要腐蚀，必须施加涂料来保证长期使用。木材、混凝土和钢的涂层和维护费用大大增加了它们的使用成本 复合材料的轻重量对线路工大有好处。线路工可以更容易更安全地把电线杆架设在受限的、拥挤的场所。复合材料杆比木材、钢和混凝土杆更易操作，因而可减少工伤。此外，不需用重型设备就可以把复合材料杆运到远处，可把多根复合材料杆叠放在卡车上运输。发生车祸时，当车辆把复合材料杆撞断后，电线和邻近的电线杆更有可能承担断杆的重量而不致也被拉断。遭遇风暴等恶劣天气的情况也是如此。
      目前在北美洲使用复合材料杆的缺点是其初始成本一般比传统材料更高，但综合考虑运输和安装费用、维护工作量和长期使用寿命后，复合材料杆就更有吸引力，而且现在输电用的大型复合材料杆的初始成本已能与其它材料相竞争。
2  复合材料加强电缆
      架空输电和配电线路最常用的导线是钢芯铝绞线，即钢加强铝导线。这种导线只适用于80度的使用温度，而且钢芯分担了一部分电流，故而输电容量有限。为此，有关厂商研发了复合材料芯来代替钢芯。这种芯材用连续纤维拉挤成型，在其上面缠绕铝绞线，即形成复合材料加强铝导线(简称CRAC)。这种导线具有如下优点：
      (1)重量更轻，强度更高，可增加导线中铝金属面积，从而增加载流量，使输电效率提高一倍。
      (2)低重量/高强度可减少初始垂度。
      (3)高温下可保持高强度，可限制热量引发的下垂，因而使用温度可达180度。
      (4)在苛刻环境下无腐蚀，从而减少维护工作，延长电缆使用寿命。
      (5)由于重量轻，可以在原有塔架上安装更多的电缆，从而提高输电能力而不用斥资安装新的塔架。
      复合材料加强铝导线可用于电网现代化改造项目。据一个开发商估计，仅在中国这种改造资目的资金就超过100亿美元，今后10年内在北美洲按现今水平对电力基础设施进行维护也将需要560亿美元的投资。由于CRAC电缆的优点，预计它们对电力线的升级是一种极有吸引力的选择。
       美国Mercury电缆与能源公司(简称MC＆E)研制了一种复合材料加强高压导线(简称HVCRC)。该产品于2008年底得到中国上海电缆研究所的认证。在此研究所进行的测试包括室温拉伸强度、高温拉伸强度、直流电阻、安培容量(载流量)、下垂张力、腐蚀性、吸水性和风吹振动等。据相关人士说，MC＆E公司的HVCRC导线显示了在所有经过测试的导线中最高的性能水平。今年4月初，MC＆E公司又宣布收到上海电缆研究所的通知，无锡公款能电缆有限公司已完成在HVCRC复合材料芯棒上绞线的认证，以后无锡华能将开始执行客户的电缆订单，预计2009年交货量将超过1000km。
       复合材料加强铝导线的另一家开发商是美国复合材料技术公司(简称CTC)，它拥有专利的导线名为ACCC，现由其子公司CTC电缆公司生产这种导线的复合材料芯棒。据近日消息，CTC接到巴林Midal电缆公司的一笔新订单。该订单包括ACCC芯棒和相关五金件。这些货品将用于一个345kV的新线路建设项目。据称该项目之所以选择CTC电缆公司的ACCC导线，是因为它能够提供性能最好、重量最轻的增容产品，这种导线具有优异的抗高温下垂性和无可匹敌的输电效率。至今该公司的ACCC导线已在130多年安装使用，长度达8047km。