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什么是碳纤维复合芯电缆?

钜大LARGE  |  点击量:304次  |  2019年08月06日  

摘要
我国是个缺电的国家,不仅发电业的发展滞后,输电业的弊端也凸现出来,输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求,由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生,电力传输成为... 关键字:碳纤维 复合芯 碳纤维复合芯电缆。

我国是个缺电的国家,不仅发电业的发展滞后,输电业的弊端也凸现出来,输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求,由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生,电力传输成为电力工业发展的瓶颈,各国均在研究新型架空输电路用导线,以取代传统的钢芯铝绞线,碳纤维复合芯导线由此应运而生。


碳纤维复合芯铝绞电缆 (见图1)① ( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是传统钢芯铝绞电缆 ( ACSR) 的更新换代产品。这种新型电缆具有一系列优异性能,是电缆的高端产品。日本和美国已经研发成功ACCC 电缆,并在电网中得到实际应用。我国从美国已购买这种电缆,在多种电网中开始试用。同时,我国已开始研制 ACCC,以取代传统的ACSR 电缆,这必将使我国架空输电技术提高到一个新水平。



技术关键


碳纤维和玻璃纤维复合芯铝绞电缆,主要采用连续拉挤法。核心技术是芯棒的制造,关键材料是高温韧性环氧树脂。在碳纤维复合芯棒中,碳纤维占 35%,玻璃纤维占35%,高温韧性环氧树脂占30%。所用碳纤维的拉伸强度高和断裂伸长大,因而为所制芯棒提供韧性和耐冲击性能。所用环氧树脂为高温型的韧性树脂。这是制造复合芯棒的又一技术核心。这种树脂固化温度高达260℃,一般环氧树脂648或AG80的固化温度都低于此值。换言之,这种高温固化型环氧树脂具有特殊的耐热结构。此外,还需要增韧改性,使所制芯棒具有韧性,而不是硬棒。否则不会通过放线滑轮试验。连续拉挤成型是成熟工艺。但制造碳纤维复合芯棒具有一定的特殊性。


工艺流程


将碳纤维筒放在整理架上,单向(0°)集束,包覆玻璃纤维,浸渍环氧树脂胶液,通过钢制模口,以控制直径,然后通过固化炉,固化成型。芯棒直径可在0.19~19mm范围内调节,拉挤速度可在2.7-18m/min范围内调节。


性能分析


1. 与ACSR电缆相比,可有效提高29%载流容量,减少输电损失6%


一方面,由于碳纤维复合芯强度高于钢芯,因而芯棒直径比钢芯细,可容纳的铝线多,加之,ACCC的梯形截面,导线排列更紧密,因此总体上导电截面更大。与传统的ACSR相比,载流量提高29%左右的载流量。此外,ACCC不存在传统钢丝的磁损和热效应,可有效减少输电损失6%。


2. 线膨胀系数小、弛度小


首先,ACCC导线具有显著的低弛度特性,ACCC的线膨胀变化仅为ACSR的9.6%,下垂度不到ACSR的1/2;其次,ACCC复合芯可在急冷急热的环境中工作,例如,上至200℃,下至-180℃的极寒低温,任然可以用于输电载体的设计和制造。因此,碳纤维复合芯不仅能够适应温差变化,还有效减少架空电缆的绝缘空间,提高导线运行的安全性。


3. 重量轻、强度高、破断力大


ACCC的复合芯的密度约为1.9g/cm3 ,而ACSR的芯材密度要高出4倍(约为7.8 g /cm3 ),同时,ACCC的拉伸强度为2399MPa,是ACSR的1.97倍。要知道,电缆的承载外力主要由芯材承担。而碳纤维复合芯相比钢丝不仅具有重量轻、强度高的优势,还大大提高了30%的破断力。


4. 耐腐蚀性


ACCC复合芯可以避免ACSR线芯的双金属间腐蚀的问题。更重要的是,ACCC芯棒外层包覆着玻璃纤维层,该层能起到绝缘功能,有的产品还在玻璃纤维外层包覆四氟乙烯使芯棒与铝线完全绝缘,免受电腐蚀(见图2:碳纤维复合芯铝绞电缆的界面图)①。



图2:1、碳纤维环氧树脂复合材料内芯;2、玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外芯;3、第一层梯形铝导线;4、第二层梯形铝导线;5、保护性涂层。


参考文献:① 孙微等,高端新产品--碳纤维复合芯电缆,《化工新型材料》。


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