Til hovedinnhold

Framtidens høyspentmaster i karbonfiber

Framtidens høyspentmaster i karbonfiber

Publisert 6. januar 2015

SINTEF har på oppdrag fra Statnett utviklet to konsepter for høyspentmaster i karbonfiberforsterket polymer. Lykkes prosjektet, kan Statnett bli først i verden til å bruke karbonfiber i kraftledningsmaster på over 30 meter.

Konseptuelle høyspentmaster i CFRP. Illustrasjon: SINTEF Byggforsk

Massiv utbygging av 420kV kraftledninger er bakgrunnen for at Statnett har initiert flere FoU-prosjekter med mål om å gjøre byggeprosessen sikrere, raskere og billigere. SINTEF er engasjert for å utvikle høyspentmaster i komposittmaterialer som har langt høyere spesifikk styrke og stivhet enn tradisjonelt konstruksjonsstål. Forslagsvis har CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer), som blant annet brukes i marine-, fly-, forsvars-, bil- og sportsindustrien, et potensial for å redusere bærestrukturens vekt uten å redusere styrken. En tverrfaglig prosjektgruppe bestående av SINTEF Byggforsk, SINTEF Energi, og SINTEF Materialer og Kjemi, samt ressurser fra NTNU Institutt for Produktdesign og Miljøsystemanalyse AS har arbeidet med prosjektet gjennom 2013.

Lovende resultater

SINTEF har kartlagt mulige løsninger og analysert en rekke modeller med forskjellige numeriske beregningsmetoder. To konsepter hadde særlig stor måloppnåelse: En A-mast med internt barduneringssystem, og en H-mast med eksternt barduneringssystem. Begge mastene var i karbonfiberforsterket polymer med barduner i Dyneema polymertau.
De to konseptene har en meget tilfredsstillende konstruktiv ytelse og en total transportmasse på under 3000 kg. Dette gjør mastene svært fleksible ved at de kan monteres ferdig på basestasjon, for så å flys ut til linjetraseen i ett løft. Dette gir en miljøgevinst ved å redusere antall flytimer, samt at mastene kan monteres under kontrollerte forhold på basestasjon, noe som gir færre uforutsette hendelser ved feltarbeid.

Og noen utfordringer

Prosjektet har identifisert flere utfordringer ved høyspentmaster i kompositt, og tre forhold er av særlig interesse: En rekke forhold knyttet til pålitelighet og sikkerhet må utredes bedre. Dette er utfordringer som er knyttet til alt fra slag- og støtproblematikk, via drift- og tilstandskontroll til sabotasje og bestandighet. Videre kan elektriske fenomener svekke den strukturelle kapasiteten om mastene feilprosjekteres. Til sist er det utfordringer knyttet til bestandighet og utmatting av konstruksjonen.
Den første miljøvurderingen har også vist at komposittmaster kan ha en lavere miljøprestasjon enn standard stålmaster fordi produksjonen av komposittmaterialet er energikrevende.
Disse utfordringene skal under lupen i neste fase av prosjektet som dekker produksjonsteknikk, dynamiske lastmodeller og detaljprosjektering. Senere kan det bli fullskalatesting.

Kan bli først i verden

Om prosjektet lykkes med å finne en fungerende design, både elektrisk og mekanisk, blir Statnett trolig de første i verden som bruker karbonfiberarmert polymer i kraftledningsmaster på et spenningsnivå på 420 kV og hvor mastene ofte er over 30 meter høye. For Statnetts del er dette derfor et meget spennende prosjekt. En grundig prosess for kvalifisering av materiale og design er en forutsetning for at prosjektet skal lykkes. SINTEF ser fram til å fortsette arbeidet sammen med Statnett.