[科普中國]-復合電纜支架

復合電纜支架，通過模壓而成。連續(xù)纖維增強熱固性FRP復合電纜支架，就是為了克服金屬電纜支架和無機材料電纜支架的不足所開發(fā)研制的。本產(chǎn)品適用于不同區(qū)域、不同條件、不同發(fā)展需求、具有電絕緣性能優(yōu)越、防腐蝕性能和阻燃性能好、強度高、安裝簡便的高強度復合材料電纜支架。

簡介長期以來，架設(shè)公用事業(yè)和工業(yè)電纜均采用金屬制電纜支架。金屬支架通常是把鋼材或鋁合金材軋制成所需型材后，經(jīng)焊接或用緊固件拼裝而成。傳統(tǒng)金屬支架生產(chǎn)過程能耗大、工序多、周期長。在許多惡劣環(huán)境條件下，例如地鐵、隧道、化工企業(yè)、多雨潮濕或沿海鹽霧等場合，使用金屬支架極易銹蝕，設(shè)施的維護費用高，使用壽命也較短 。在防銹防腐方面，目前雖采用外涂油漆或熱浸鋅等技術(shù)處理，但仍不能從根本上解決銹蝕問題，影響電力、通信設(shè)施的安全和無故障使用期。此外，電纜架設(shè)使用金屬支架時 ，電流流經(jīng)電纜過程會產(chǎn)生磁場，導致兩個支架角鋼之間形成磁場閉合回路（環(huán)流），使電纜溫度升高，電流損失加大，并進一步使環(huán)流溫度升高。尤其當電纜通過大電流時，溫度迅速升高，往往會形成強大的弧光而損毀金屬支架。為了輸電安全，目前主要采取加粗電纜等措施，使輸電設(shè)備的制造成本增大。

為了克服腐蝕問題，有人曾使用無機復合材料承載電纜，但仍不能解決電纜損耗大 、電纜絕緣層老化、電纜壽命短的難題。原因是電纜在輸電時產(chǎn)生的磁場導致溫度上升。當使用無機材料承載電纜時，由于無機材料與大地電位一樣，即相當于把電纜直接置于地面上，產(chǎn)生的渦流電流消耗電能，發(fā)熱嚴重，加速電纜老化。所以，原國家電力部曾于1994年在上海召開的電纜標準會議上指出，在發(fā)使用有機復合材料代替。而美國EBASCAL在設(shè)計規(guī)程中對無機材料的使用范圍有更加嚴格的控制。因此，各發(fā)達國家一直努力通過各種途徑研制質(zhì)量密度低、比強度高、不銹蝕的新型防火高分子材料來替代傳統(tǒng)材料。近些年，在英法海底隧道工程中，美國AICKINSRVT公司在這方面做出了成功的努力，其中最有代表性的是在英法海底隧道中使用了熱固性復合材料（FRP）作電纜、管道等的支撐材料，這些支撐材料具有耐腐蝕，符合防火、低煙、無毒的安全標準，容易安裝，維護費用低，并有效延長電纜使用壽命等優(yōu)異特性。1

基本性能1、強度高，可設(shè)計性好

連續(xù)纖維增強熱固性復合材料主要由起增強作用的玻璃纖維和起粘結(jié)作用，傳遞載荷作用的熱固性樹脂組成。玻璃纖維的拉伸強度很高（3450mpa），其含量，長度，鋪設(shè)形式?jīng)Q定支架制品的強度。 熱固性的玻璃纖維增強復合材料強度可以在30-1000mpa范圍。因此，我們根據(jù)產(chǎn)品的受力情況，產(chǎn)量，生產(chǎn)工藝，價格承受能力來設(shè)計玻璃纖維的用量，長度和鋪設(shè)形式。

2、不蠕變

連續(xù)纖維增強熱固性復合材料支架的剛性比美國某公司生產(chǎn)的纖維增強增強尼龍支架增加一倍。即使在長期負載下也不變形，也不會出現(xiàn)像國內(nèi)某些城市地鐵使用的金屬制電纜支架那樣往下傾斜。

3、防火

氧指數(shù)是評價電纜放火產(chǎn)品重要的檢測手段。 氧指數(shù)是指在最大氧氣條件下，防火產(chǎn)品耐燒的特性。在工程中使用應(yīng)根據(jù)燃燒強度確定。例如，在30根電纜的條件下，如發(fā)生電纜引燃事故，在4min以內(nèi)即可形成500度以上高溫熱聚集，從而導致電纜沿走向進行延燃。電纜密集處的電纜越多，可燃體質(zhì)量越大。產(chǎn)品防火標準中氧指數(shù)定在70%比較合適。

根據(jù)使用要求我們研制的復合材料電纜支架的氧指數(shù)大于等于70%。符合防火低煙，無鹵，無毒的安全要求。防火性能以高于臺灣“地下鐵路用玻璃纖維塑膠電纜槽板技術(shù)規(guī)范（氧指數(shù)為52%），也比美國某公司的增強熱塑性支架高的多。本指標已不低于經(jīng)英國BS認證的香港地鐵啟用新車輛使用的復合材料防火標準的指標。

4、耐腐蝕

連續(xù)纖維增強熱固性復合材料支架耐腐蝕，尤其適合在潮濕，鹽霧，酸和弱堿環(huán)境使用。

5、電絕緣性

絕緣性能可以根據(jù)使用要求調(diào)整。

1） 電絕緣型，絕緣電阻大于1000GΩ；

2） 抗靜電型，表面電阻小于10GΩ。

6、使用方便

通過產(chǎn)品預埋安裝直接砌入墻體，定位準確牢固，施工非常方便。也可以鉆孔，可以自攻螺絲。不會拉傷電纜，降低工人的勞動強度。

7、使用壽命

地下50年，地上20年。1

成型方法復合電纜支架的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復合材料的成型方法較多，有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、RTM成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成型、反應(yīng)注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。如：爬梯等。1

復合電纜支架的優(yōu)點1、強度高、重量輕、重量只有鋼的1/4，混凝土管的1/10左右，運輸方便，施工簡捷。

2、產(chǎn)品表面光滑摩擦系數(shù)小，不損傷電纜。

3、產(chǎn)品整體絕緣，無電腐蝕，可防止產(chǎn)生渦流。

3、耐水性好，可以長期在潮濕或水中使用。

4、耐熱，耐寒。防火性能優(yōu)，它能在-50℃---130℃下使用。

5、防腐蝕，不生銹，使用壽命長，免維護等優(yōu)點。

6、支架的材料沒有回收利用價值，可以杜絕盜竊現(xiàn)象的發(fā)生。

7、支架絕緣性能好，本身無需接地，可減少安裝勞動工作量，鋼鐵支架需全部接地，安裝勞動工作量大。 SMC復合材料電纜支架已廣泛應(yīng)用于電纜溝、電纜隧道、電纜排管工作井以及電纜半層內(nèi)的電力電纜、控制電纜和通信電纜的敷設(shè)。SMC復合材料是一種熱固性熱復合材料，SMC（英文全稱為Sheet Mould Compound）是由樹脂糊浸漬玻璃纖維制成的一種片狀模塑料，它具有強度高、重量輕、耐腐蝕、電絕緣等特點，而且性能設(shè)計自由度大，加工方便的優(yōu)點，是全球應(yīng)用最廣泛的復合材料之一，這些優(yōu)點剛好滿足電纜支架的技術(shù)要求。是生產(chǎn)電纜支架的理想材料，采用SMC復合材料制造的電纜支架具有強度高、韌性好、耐腐蝕、絕緣性能高、阻燃性好、不易老化使用壽命長的優(yōu)點，復合材料電纜支架具有良好的市場應(yīng)用前景。1

復合材料電纜支架材料的選用1、SMC： SMC是由SMC專用紗、不飽和樹脂、低收縮添加劑，填料及各種助劑組成的片狀模壓料。我國于80年代末，開始引進國外先進的SMC生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝。SMC具有優(yōu)越的電氣性能，耐腐蝕性能，質(zhì)輕及工程設(shè)計容易、靈活等優(yōu)點，其機械性能可以與部分金屬材料相媲美，所得制品表面光潔度高，采用低收縮添加劑后，表面質(zhì)量更為理想，因而廣泛應(yīng)用于運輸車輛、建筑、電子、電氣等行業(yè)中。

2、BMC：BMC是根據(jù)具體用途和要求的不同又發(fā)展出又一新品種， 其組成與SMC極為相似，是一種改進型的預混團狀模壓料，可用于模壓和擠出成型。兩者的區(qū)別僅在于材料形態(tài)和制作工藝上。BMC中纖維含量較低，纖維長度較短，約6～18mm，填料含料較大，因而BMC制品的強度及電氣性能比SMC制品的要差，BMC比較適合于壓制要求不高的小型制品。2

玻璃纖維的選用復合材料通常選取玻璃纖維作為增強材料，經(jīng)樹脂配合后復合材料的強度可大為增加且具有很強的韌性，可作為優(yōu)良之結(jié)構(gòu)用材。玻璃纖維按拉絲前所用玻璃原料的不同，分無堿、中堿、高堿等多種玻纖，其差異主要在電性能、機械性能、還有耐化學腐蝕性。性能依次降低，以無堿玻璃纖維為最佳。

1）無堿玻璃纖維

無堿玻璃纖維R2O含量小于0.8%，是一種鋁硼硅酸鹽成分。它的化學穩(wěn)定性、電絕緣性能、強度都很好。主要用作電絕緣材料、玻璃鋼的增強材料和輪胎簾子線。用于復合電纜支架。

2）中堿璃纖維

中堿璃纖維R2O的含量為11.9%-16.4%，是一種鈉鈣硅酸鹽成分，因其含堿量高，不能作電絕緣材料，但其化學穩(wěn)定性和強度尚好。一般作乳膠布、方格布基材、酸性過濾布、窗紗基材等，也可作對電性能和強度要求不很嚴格的玻璃鋼增強材料。

3）高堿玻璃纖維

高堿玻璃纖維自身存在的強度低、耐水和耐堿性差的缺陷，這種缺陷是無法克服的。用它作增強制品，最終只會損害用戶的利益。

4）復合材料中金屬成份的使用

由于電纜支架是零距離接觸高壓電纜，因而我們要求所用材料必須具備良好的絕緣和耐高壓等電氣性能，而且基于電纜的電磁效應(yīng)與金屬成份易產(chǎn)生回流而導致電纜發(fā)熱影響使用，所以支架盡量減少金屬成份。 BMC由于強度不夠，往往通過內(nèi)襯鋼筋來增強支架的承載力，這樣支架的電氣性能就有所欠缺。2

復合電纜支架主要技術(shù)指標1、尺寸要求：

支撐梁長度大于300MM，支撐面寬大于50MM，支撐梁高大于50MM。

支撐梁長度小于300MM，支撐面寬大于40MM，支撐梁高大于40MM。

直埋式支架外露支撐梁長度大于300MM，墻體內(nèi)固定長度須大于240MM。

直埋式支架外露支撐梁長度250—300MM，墻體內(nèi)固定長度須大于180MM。

直埋式支架外露支撐梁長度小于250MM，墻體內(nèi)固定長度須大于120MM。

2、承載力：

直埋式支架大于250KG。

螺栓式支架大于200KG。

3、氧指數(shù)： 大于60%，GB/T8927-88。

4、彎曲強度：140，GB1449-83。

5、拉伸強度：60，GB1447-83。

6、耐電?。?80，GB1411-88。

7、絕緣電阻：1.01013 GB1411-88。2

安裝方式組合式復合電纜支架：安裝方便，但對電纜溝壁要求特別平整。對電纜層數(shù)變化無法應(yīng)對。直埋電纜支架：安裝方便，對電纜溝壁要求平整，對設(shè)計不同層數(shù)的電纜溝都能施工。插入式電纜支架：安裝不方便，對電纜溝壁要求平整，對設(shè)計不同層數(shù)的電纜溝都能施工。螺栓式電纜支架：安裝方便，對電纜溝壁要求平整，對設(shè)計不同層數(shù)的電纜溝都能施工。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國科學院工程熱物理研究所