電桿、電塔結(jié)構(gòu)是輸電、通訊、鐵路、機場、市政等基礎(chǔ)設(shè)施中一類重要的特種支撐結(jié)構(gòu)物，其結(jié)構(gòu)性能直接影響線路的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。

傳統(tǒng)輸電桿(包括木桿、水泥桿、鋼桿及鐵塔)在長期運行中各種各樣的缺陷正逐步暴露出來。纖維增強樹脂基復合材料(以下簡稱復合材料)具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、電絕緣、性能可設(shè)計等特點，是輸電桿及桿塔結(jié)構(gòu)材料較理想的選擇，開始受到國內(nèi)外電力行業(yè)的關(guān)注。國外復合材料電桿的研究起步較早，批量生產(chǎn)的電桿已在歐美地區(qū)得到應(yīng)用。美國由于其特殊的地理特點，復合材料電桿的研究開發(fā)和應(yīng)用最為成熟。

1 電桿材料應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)外架空輸電線路中使用較為廣泛的桿塔主要有木質(zhì)桿、混凝土或預應(yīng)力混凝土桿、鋼管混凝土桿、鋼管桿和鐵塔等幾類。占有世界大半電桿市場的美加地區(qū)，現(xiàn)有電桿采用的主要是木材，在美國只有俄勒岡州使用混凝土桿?；炷粱蝾A應(yīng)力混凝土桿主要應(yīng)用于南美洲、歐洲、非洲、亞洲等森林資源較為貧乏的地區(qū)或發(fā)展中國家。鐵塔是世界各國超高壓輸電線路中常用的桿塔型式。

我國基本不再使用木質(zhì)桿，混凝土桿以前在35～110，kV線路上大量使用，在新建及330，kV以下線路運輸和施工條件較好的平原和丘陵地區(qū)也得到一定應(yīng)用。鋼管桿和鋼管混凝土桿在近年城市電網(wǎng)建設(shè)和改造中應(yīng)用較多，而在220，kV及以上的線路中，多采用格架式鐵塔。

1.1 電桿存在的問題

傳統(tǒng)的輸電桿塔普遍存在質(zhì)量大、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，使用壽命較短并且施工運輸和運行維護困難，容易出現(xiàn)各種安全隱患。歸納起來主要有以下幾個問題。

1.1.1 腐蝕

木桿受腐蝕因素影響，平均壽命為30年。木桿維修費用為每桿5年35美元。并且一旦腐蝕開始就會持續(xù)進行直至失去強度。木桿的維護主要用到雜芬油類的防腐劑，這種防腐劑被認為是一種危險的廢料，極大影響了環(huán)境。在美國，每1根電桿造成污染的環(huán)保復原費用達1萬美元。

金屬電桿存在生銹腐蝕問題，腐蝕減少了服役期，增加了全壽命周期內(nèi)的維修成本。

1.1.2 安裝成本

傳統(tǒng)電桿的安裝費用問題在于偏遠地區(qū)缺少運力和運輸設(shè)備來搬運沉重的鋼桿、木桿，水泥桿重量太大造成運輸與安裝費用比其它材料更高一籌。有時為了安裝到位甚至還需要鋪設(shè)專門的道路來運輸，這使得費用進一步提高。

1.1.3 事故與其他問題

長期運行經(jīng)驗表明：不同電壓等級交、直流輸

電線路皆存在雷擊事故和污閃事故，雷擊事故和污閃事故在每年的輸電線路跳閘事故中幾乎各占50%。大量使用復合絕緣子仍不能徹底解決雷電和污閃事故。

高寒地區(qū)混凝土桿常發(fā)生凍融循環(huán)破壞，而鐵塔常發(fā)生低溫冷脆破壞。鋼材還易被人為偷盜破壞。

1.2 其他改進型電桿

除一般類型電桿外，還有以下一些改進型。

(1) 無覆層耐侵蝕的鋼材。保持了鋼的優(yōu)點，且無須防腐蝕層。

(2) 電弧爐回收鋼。一些鋼材的最初費用可以通過這種回收來得到補償。鋼材的運輸費用仍然極其昂貴，特別是運到邊遠地區(qū)，電桿或鍍鋅或用密封劑涂覆會增加維修費用。

(3) 鋼筋混凝土也是替代木材的一種材料。但水泥桿重量太大造成運輸與安裝費用比其他材料都要高。

(4) 玻纖混凝土桿具有和復合材料桿一樣的非電導性和無腐蝕性。相比復合材料桿的纖維纏繞工藝還有價格優(yōu)勢，但由于應(yīng)用很少，目前在使用可靠性方面還存有疑問。

2 復合材料電桿的技術(shù)優(yōu)勢

復合材料電桿及桿段的制造技術(shù)在國外已有50多年的歷史。復合材料的優(yōu)勢主要在集中在以下幾方面：

2.1 安裝、維護成本低

復合材料電桿的質(zhì)量約為木質(zhì)桿的1/3，混凝土桿的1/10，鋼質(zhì)桿的1/2，可大幅度降低運輸和施工安裝成本，尤其是在人難以到達的山林和偏遠地區(qū)。復合材料電桿的輕質(zhì)特點使其可用直升機運載，輕質(zhì)還意味著安裝速度加快和節(jié)省人力。復合材料電桿是一種免維護或低維護結(jié)構(gòu)，這對保障線路安全和降低輸電線路的維護成本很有意義。

2.2 環(huán)境適應(yīng)性好

復合材料桿對酸、堿、鹽及有機溶劑等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕性能和耐候性能優(yōu)良，因此特別適合沿海地區(qū)、內(nèi)陸鹽漬土地區(qū)以及工業(yè)區(qū)和酸雨多發(fā)地區(qū)等對混凝土和鋼質(zhì)桿塔有特殊防腐要求的環(huán)境。

2.3 電絕緣性能好

利用玻璃鋼桿塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)鐵塔新技術(shù)不但在重量上可以減輕一半，易于安裝和施工，同時還可以解決閃絡(luò)事故率居高不下的問題。復合材料桿電氣絕緣性能優(yōu)良，可避免鐵塔易出現(xiàn)的雷擊事故發(fā)生，還可以設(shè)計減少導線與塔身間隙，使輸電線路結(jié)構(gòu)更為緊湊，可減少線路走廊寬度，這在土地資源稀缺的情況下尤其重要。

2.4 防盜防損

在特殊地區(qū)，還可以有效地防止塔材盜竊等人為破壞。

復合材料桿比傳統(tǒng)的電桿具有更好的綜合性能，通過合理的設(shè)計，復合材料桿可以滿足輸電線路對桿塔結(jié)構(gòu)的各項性能要求。