S5001937

آب و فاضلاب

مطالب این صفحه در حال تهیه است و به زودی منتشر خواهد شد.

IMG_1114

برق و الکترونیک

کاربرد کامپوزيت در صنعت برق و الکترونيک

حدود ۲۰ سال است که کامپوزيتهاي پليمري تقويت شده با الياف FRP در کاربردهاي 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 کامپوزيتي 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 هاي حمل کابل کامپوزيتي ، 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 کامپوزيتي 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 کامپوزيتي

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 کامپوزيتي ساخته مي شوند . به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيتي 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 کامپوزيتي 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 کامپوزيتي 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 کامپوزيتي 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 کامپوزيتي مي توان از طرح هايي استفاده کرد که يکپارچه بوده و نيازي به سوار کردن قطعات برروي هم نباشد .

● تيرهاي کامپوزيتي

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 .

SONY DSC

نفت و گاز و پتروشیمی

جهت نگهداری سيم ها و مقره ها روی تیر از کنسول استفاده می شود.  كراس آرم نوعی کنسول به شکل بازوی متقاطع با پایه است که در شبکه های توزیع به طور انبوه استفاده می شود. ساخت انواع کنسول و کراس آرم مناسب به عواملی نظیر شرایط آب و هوایی، جنس و نوع هادی بکار رفته و مسائل اقتصادی در ساخت و بهره برداری بستگی دارد. هدف از نصب کنسول وکراس آرم علاوه بر نگهداری هادی ها و مقره بر روی تیر حفظ حریم الکتریکی هادی ها از یکدیگر می باشد. در طرح وساخت کنسول وکراس آرم نکاتی مانند سادگی اجرا، هزینه ساخت و نگهداری، استفاده ازکمترین پیچ و اتصالات، راحتی کار توسط سیمبانان عملیاتی، رعایت فاصله بین هادی ها، حفظ تقارن روی تیر و … باید مورد توجه قرار گیرد. همچنین باید فاصله هادی ها از پایه (فاز به زمین) و فاصله فاز ها از یکدیگر (فاز به فاز) در نظر گرفته شود.
علاوه بر موارد یاد شده نکات تجربی ذیل نیز باید هنگام طراحی کراس آرم مورد توجه قرار گیرد :
– در برخی از مواقع قرار گرفتن پرندگان با بال باز بین فاز و پایه موجب ایجاد اتصال بین هادی و پایه می گردد. برای جلو گیری از این حادثه معمولاً فاصله افقی بین فاز ها تا پایه 40 تا 60 سانتی متر انتخاب می گردد.
– در انتخاب فاصله بین هادی و پایه بایستی امکان تعمیر و تعویض توسط تعمیر کار در نظر گرفته شود.
– امکان تعویض سیم در طراحی کراس آرم باید اندیشیده شود به عنوان مثال طراحی کراس آرم بایستی به گونه ای باشد که سیم در داخل حلقه قرار نگیرد.
– امکان انشعاب گرفتن از خط باید در نظر گرفته شود.
– امکان استقرار ترانسفورماتور و نصب کات اوت فیوز برای پست های هوایی باید در نظر گرفته شود.
– امکان ترانسپوزه کردن خطوط باید مورد توجه قرار گیرد.
– توازن بین نیرو های عمودی طرفین در طراحی کراس آرم بایستی رعایت گردد.

کراس کامپوزیتی به جای نمونه فلزی دارای برتری هایی است ؛ از جمله :
کاهش وزن : سنگینی وزن بازوهای عرضی فلزی ( حدود ۲۰ کیلوگرم ) یکی از مشکلات شرکتهای انتقال و توزیع برق است . در مناطقی که به دلایل گوناگون از جمله ناهمواری سطح زمین ، امکان استفاده از ماشین های بالابر در آن ها وجود ندارد ، حمل بازوهای عرضی فلزی تا بالای تیر بسیار سخت و خطرناک است ؛ درصورتی که کامپوزیت ها وزن نسبتا ًکمی دارند و حمل آنها آسان است

مقاومت در برابر خوردگی : بازوهای عرضی فلزی در آب و هوای مرطوب و خورنده ، عمر نسبتا ًکمی دارند . یکی از برتری های مواد کامپوزیت ، مقاومت بسیار مناسب آنها در برابر خوردگی است که این مواد را برای این مناطق مطلوب می سازد

نارسانایی الکتریکی : کامپوزیت ها را می توان به صورت موادی عایق طراحی کرده و ساخت . این ویژگی خطر برق گرفتگی و اتصال کوتاه را کاهش می دهد . شاید بتوان با به کارگیری بازوهای عرضی کامپوزیتی از کاربرد مقره های حامل کابل – که در واقع نقش عایق را بین کابل و پروفیل بازی می کنند – جلوگیری کرد

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

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

کاهش تداخلات امواج رادیویی : امواج رادیویی بدون هرگونه انحراف و شکست از کامپوزیت ها عبور می کنند

کاهش افت توان خط : به کارگیری بازوهای عرضی کامپوزیتی از نشت جریان الکتریکی از خط به سمت پایه ها تا حدودی جلوگیری می کند و به این ترتیب میزان افت توان خط کاهش خواهد یافت .علاوه بر موارد فوق با به کارگیری بازوهای عرضی کامپوزیتی می توان از طرح هایی استفاده کرد که یکپارچه بوده و نیازی به سوار کردن قطعات برروی هم نباشد .

تولید کراس آرم هایی از جنس کامپوزیت کاملا عایق و مانع عبور برق هستند و درصورتيكه بنا به هر دلیلی مقره بشکند و سیم حامل جریان برق به روی کراس آرم بیافتد، این برق به دکل و زمین منتقل نمی شود و آسیب های ناشي از قطع برق حاصل نمی شود.