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摘要：埋地式塑料電力電纜保護套管是一種高分子聚合物材料為基料，用其他高分子材料來改性獲得某一兩個物理化指標上升以達到使用要求的新型高科技產品。在 化學建材測試中心的幫助下對進口來樣進行了光譜分析，并用了一年的時間設計配方，進行添加劑改性試驗，終于取得成功，本文介紹這種新型管材的研制和生產過程。
電力排管的現狀我國以前的電力排管普遍采用水泥石棉管，即以鋼筋混凝土作為保護結構，內部以石棉作為襯管。少數場合采用塑料管，由于普通塑料管的強度有限，仍需要外澆水泥胛骨。這些方法已有了長期的施工和運行經驗，其共同點是以管材作為襯管，外側用固化材料進行加固達到相當得強度。
1.1水泥石棉得缺點1.1.1現代城市交通繁忙，道路的交通壓力很大，這給排管的施工帶來了很大的難度；一方面打開挖要造成封路，水泥結構施工有約1個月時間的養護期，封路時間長；現場水泥的處理帶來塵土污染，影響市容。
另一方面，由于上述的缺點造成道路管理部門不輕易同意重要道路的大量開挖，給規劃的實施帶來困難。1.1.2近年來，研究發現石棉是一種致癌物質，長期接觸石棉，石棉纖維與肺癌的發病有直接關系。石棉的施工給施工人員的身體帶來極大的威脅。
美國環保局早在1985年即嚴禁生產，加工，進口石棉制品；八十年代中期，我國也認識到石棉制品的危害并明確指出“石棉及其制品是一種已知的致癌因子，要逐步淘汰使用”。1.1.3另外，石棉的材料特性決定了石棉管易碎。
無論在運輸中或是安裝中都容易造成損耗，甚至出現驗收通管不通過，要敲掉結構，重新施工。這種損耗加上日漸上升的鋼筋水泥結構的價格使排管的造價十分昂貴。1.2國外的情況大多數西歐 電纜采用直埋，僅在少數場合或對特殊用戶才使用排管，而管材則以鋼管為多，鋼管經特殊處理防止產生渦流。
盡管這種鋼管的價格昂貴，但可以直接使用，無須在外側進行加固。近來，西歐和北美也有以無需加固的塑料管作為電纜保護管的趨勢，降低造價。日本則大量采用聚合物保護管，有以CPVC為基料的SVP管，及以玻璃纖維增強不飽和樹脂為中間加強材料的FRP管等。
而直接用砂或泥土回填夯實即可。例如十年前日本某公司在上海浦東投資建立的合資企業中曾經使用過這兩種管材，效果良好。1.3高強度聚合物管材的優越性高強度聚合物管施工時只需開挖適當寬度的溝道，平整溝底，將預制的管枕以一定的間隔(1～2米左右)放入控好的溝中，分層排放管子，妥善連接管子的接頭，每排管子間仍以統一預制的管枕作為間隔，整個管子外不需要用特殊材料固化，以現場取土經篩選，去除大石塊后回填。這些管材的外側均無需要其它材料加固分層夯實即可，節省人工，施工具有很大的方便十L由于不需要用其他材料加固管子，就不存在混凝土的維護時間，沒有對道路封路的需求，可以逐段施工，逐段覆土通車，女口果夜間施工，當夜可將施工好的路段覆土通車，對白天的交通沒有任何影響。
聚合物管的施工可以從工井兩端相向進行，解決了石棉水泥管只能一個方向施工額弊病，進一步減少了工期。管子的材料，對人體無任何不良作用。這種材料帶有柔韌十生，在道路情況變化時可以靈活地改變方向，同時其較輕的自重，當其他管線穿越進也可以采取可行的，有效的保護措施。
2管材的研制2.1對管材的要求國外同類管材的設計要求中為總要的是通過扁平試驗和維卡軟化溫度試驗。扁平試驗在徑向給管子加壓，要求管子在壓扁至原直徑1／2時不發生破裂。維卡軟化溫度試驗在特殊的試驗儀中進行，將試樣放于液體介質中，在等速升溫條件下測定標準壓針在49.5N力的作用下，壓入從管材上切取的試樣內1mm時的溫度值叫做維卡軟化溫度。
力口晟公司電力管的維卡軟化溫度試驗定為大于93℃。總體來講，扁平試驗測試材料的柔韌性和耐沖擊性，而維卡軟化溫度試驗測試材料的硬度，這是一對十分難以處理的矛盾。對于各種配方來講，只能存在一段配方區間，在這個區間中的配方可以調和這一對矛盾，達到兩都的共同要求，這就是這項工作的難點所在。
對管子其他的要求有耐腐蝕十生，耐熱性(在高溫下管子不變形)等。管材的外形尺寸復合電力管內徑150，175，200mm的三個標準，表面光滑，呈橘紅色，接頭采用橡膠圈密封，壁厚8.5mm及9.5mm。2.2材質分析紅外線光譜分析和發散光譜發散光譜分析是目前世界上的材料成分分析手段之一。
它通過溶解，沉淀，再溶解，再沉淀進行紅外分析，確定主體材料；通過溶解，沉淀，除去沉淀物，色譜分離，紅外光譜分析的方法確定添加劑成分；將樣品灼燒，將殘渣進行發射光譜分析確定金屬元素； 經灼燒，稱量其重量變化進行填料數量分析。
研究發現國外同類管材以聚氯乙稀和氯化聚氯乙稀為主，尚有其他成分的添加劑。根據國內化工原料市場的調研確認，原料CPVC在國內的供應可以實現。山東濰坊旭業，亞東，江蘇東臺天騰均大量投產。2.3配方管材以PVC樹脂為主體，加入含氯量一定的CPVC共混，在以聚氯乙烯和氯化聚氯乙烯的基料的配方上，對兩者的成分比例作了多次調整。
添加劑的選取對管子的重量，機械強度，耐熱以及經濟性都有關系。例女口硬脂酸起到內潤滑的作用，石蠟起外潤滑作用分別在分子間以及分子和設備間起潤滑作用。在配方中曾經考慮使用氯化聚乙烯，使用后發現管子韌性上去了，但硬度不夠，如何添力口份數是一個問題。
選有機錫作為穩定劑，環保有問題，污染環境，使用后韌性不夠，所以終環保型復合鈣鋅穩定劑代替，并且申請了9號，2004年2月20日通過初審合格。在研制過程中，研制小組前后共對配方作了17次調整，修改，終使產品成型，解決了耐熱性和耐沖擊性這一矛盾，通過了有天機構的理化性能測試。
荷載與受力分析埋入地下的電纜套管主要是承受外部荷載的壓力，沒有內壓。通常外部荷載是由電力排管上部土壤，堆積物或汽車的重量組成。土壤荷載是隨深度的增加而增加的；汽車荷載屬于集中的局部荷載，是通過土層的擴散傳遞規律對套管施加壓力，并伴隨由汽車引起的動荷載作用。
為了起見，上海地區電力排管的荷載條件按城市一級道路要求考慮的，即每根電纜套管所承受的外部荷載就等于汽車與土壤的荷載之和。塑料柔性管道的“環壓理論”是目前國內外同行廣泛接受和應用的管道結構分析理論，即在外荷載作用下，管材橫斷面變形率Δy／D(％)≥2％，且管壁不發生裂紋。
電力電纜套管變形率指標可達2.5％，也屬于柔性管道。根據這個理論，埋地式套管的計算，應將管道與其周圍的土壤視為一個完整的結構體系。這個體系在外荷載的作用下，管道截面由正圓逐漸變成橢圓的同時對兩側土壤擠壓，產生變形約束(回彈抗力)。
這個回彈抗力呈二次拋物線分布(M．GSpangle)，；將使套管周圍的土壓力分布趨于均勻環壓狀態，有助于降低環向應力，減小套管的變形，提高管材承受垂直外荷載的能力。在外荷載的作用下，套管截面內；曙產生環向彎曲拉應力，當這個拉應力超過套管自身的彎曲強度時，管壁因沿縱向出現斷裂而破壞，喪失承載能力。
因此作為受壓套管，彎曲強度是一項必不可少的物理力學性能指標，不能沒有，否則就很難確定套管的內在質量是否滿足工程的要求。但是在現行 標準《埋地式高壓電力電纜用氯化聚氯乙稀(PVC-C)套管》GB／T2479-2004的規定中，還是沒有給出這項關鍵指標，感到難以理解。
由此可以看出，套管的受力除了與其所承受的外荷載和自身的材料性能有關，還與套管周圍回填土的性質和密實程度有關。因此，直埋排管在施工時對回填土工藝提出了特殊的要求，不僅回填土材料要按規定選擇，還要逐層夯實達到規定的密實度，通常是80％一95％才能保證回填土對于套管有足夠的支撐──分擔受力。
施工單位很難保證直埋排管回填土的施工質量，影響了電纜線路的和使用壽命，這也正是為什么上海地區要選擇現澆混凝土排管的重要原因之一。3.試驗溫度與環片熱壓縮力電纜排管通流試驗資料表明，當電纜線芯持續載流的 工作溫度達到90℃時，套管內壁長期的溫度一般在70℃左右；當電纜線芯偶而出現過載的溫度105℃(電纜生產廠要求，為了延長電纜的使用壽命，對于電纜過載偶然出現次數和持續時間應控制在小范圍)。疏松的回填工對埋地式套管受力是非常不利的。但是在大多數情況下試驗過載的持續時間約5h時，套管內壁的短期溫度 不會超過90℃。
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