碳纖維復合芯鋁絞電纜
產(chǎn)品名稱：碳纖維復合芯鋁絞電纜
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摘要：
碳纖維復合芯鋁絞線是傳統(tǒng)鋼芯鋁絞電纜的更新?lián)Q代產(chǎn)品，這種新型電纜有多種系列優(yōu)異性能, 能夠提高電力傳輸容量一倍以上，同時減少電損和桿塔數(shù)各約20%，對電路增容、擴容具有重要意義
碳纖維復合芯鋁絞電纜的參數(shù)和性能：
碳纖維復合芯鋁絞電纜簡介
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜，英文是Alu-minum conductor composite core reinforced A
碳纖維復合芯鋁絞線在200℃高溫下能有效運行，而常規(guī)鋼芯鋁絞線的使用溫度為100℃。實際上消除弧垂，也不受鋁的長期蠕變影響。
碳纖維復合芯導線由碳纖維芯棒、玻璃纖維包覆層、鋁線外層組成，外層與鄰外層鋁線股為梯形截面，與常規(guī)的鋼芯鋁絞線相比，在外徑相同的情況下，碳纖維復合芯導線外層允許纏繞超過28%的導電鋁型線；在相同鋁截面時，成品重量比常規(guī)的鋼芯鋁絞線輕10%～20%。碳纖維復合芯導線載流量可達常規(guī)鋼芯鋁絞線兩倍，在不進行改造桿、塔情況下可以重新架設(shè)新線。它在120-160℃高溫下可以長期運行，而常規(guī)鋼芯電纜的使用溫度為70℃。碳纖維復合芯導線還消除了線路弧垂，不受鋁的長期蠕變影響，避了傳統(tǒng)鋼芯導線的熱膨脹弧垂。碳纖維復合材料導線與同等外徑的傳統(tǒng)電纜相比可以大幅度減重。并且通過使用較少的塔、桿，降低了建造成本。由于強度高，可增加塔桿之間的跨度，減少16%以上的塔、桿。碳纖維復合芯導線的耐環(huán)境老化性能好，不與鋁導線或其他部件產(chǎn)生電解反應(yīng)，可以循環(huán)利用。其較高的運行效率有助于降低發(fā)電成本，可以滿足傳輸標準。在相同傳輸容量下，線損失減少28%，能減少發(fā)電容量，節(jié)約能源成本。
總之，在輸電線路中應(yīng)用碳纖維復合芯導線，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
核心技術(shù)是芯棒的制造，關(guān)鍵材料是高溫韌性環(huán)氧樹脂。在碳纖維復合芯棒中，碳纖維占35%，玻璃纖維占35%，高溫韌性環(huán)氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強度高和斷裂伸長大，例如采用日本東麗公司生產(chǎn)的T700S;玻璃纖維采用耐堿的E型,即E-GF。E-GF的斷裂伸長值大于T700S，因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。同時，E-GF的價格低于T700S，可降低生產(chǎn)成本。E-GF為絕緣體，為芯棒提供絕緣層。所用環(huán)氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復合芯棒的又一技術(shù)核心。這種樹脂固化溫度高達260℃，一般環(huán)氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之，這種高溫固化型環(huán)氧樹脂具有特殊的耐熱結(jié)構(gòu)。
此外，還需要增韌改性，使所制芯棒具有韌性，而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗。連續(xù)拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復合芯棒具有一定的特殊性。簡單的工藝流程是：將碳纖維筒放在整理架上，單向(0°)集束，包覆玻璃纖維，浸漬環(huán)氧樹脂膠液，通過鋼制模口，以控制直徑，然后通過固化爐，固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)
碳纖維復合芯鋁絞電纜是傳統(tǒng)鋼芯鋁絞電纜(ACSR)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，也是目前能取代傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線并投入商業(yè)運行的產(chǎn)品。
碳纖維復合芯鋁絞電纜與現(xiàn)有的各種架空導線相比，這種新型電纜具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、輸送容量大、線損小等一系列優(yōu)異性能, 能夠提高電力傳輸容量一倍以上，同時減少電損和桿塔數(shù)各約20%，對電路增容、擴容具有重要意義。
隨著近年來電力負荷的飛速發(fā)展，電力需求大幅上升，要求承擔電力輸送的導線能輸送更多的電能。今后電網(wǎng)可能選用的導線截面成倍放大，相應(yīng)的鐵塔、基礎(chǔ)用料急劇上升，導致費用增加，工程造價高。
采用碳纖維復合芯鋁絞電纜輸電可以大幅度提高線路的載流量，且原有的桿塔、基礎(chǔ)均無需改造。碳纖維導線在新建電力輸電線路或老線路的改造上都有明顯經(jīng)濟價值和社會效益。
碳纖維復合芯鋁絞電纜技術(shù)關(guān)鍵
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜，主要采用連續(xù)拉擠法。核心技術(shù)是芯棒的制造，關(guān)鍵材料是高溫韌性環(huán)氧樹脂。在碳纖維復合芯棒中，碳纖維占 35%，玻璃纖維占35%，高溫韌性環(huán)氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強度高和斷裂伸長大，因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。所用環(huán)氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復合芯棒的又一技術(shù)核心。這種樹脂固化溫度高達260℃，一般環(huán)氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之，這種高溫固化型環(huán)氧樹脂具有特殊的耐熱結(jié)構(gòu)。此外，還需要增韌改性，使所制芯棒具有韌性，而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗。連續(xù)拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復合芯棒具有一定的特殊性。
碳纖維復合芯鋁絞電纜工藝流程
將碳纖維筒放在整理架上，單向(0°)集束，包覆玻璃纖維，浸漬環(huán)氧樹脂膠液，通過鋼制模口，以控制直徑，然后通過固化爐，固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
碳纖維復合芯鋁絞電纜性能分析
1. 與ACSR電纜相比，可有效提高29%載流容量，減少輸電損失6%
一方面，由于碳纖維復合芯強度高于鋼芯，因而芯棒直徑比鋼芯細，可容納的鋁線多，加之，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的梯形截面，導線排列更緊密，因此總體上導電截面更大。與傳統(tǒng)的ACSR相比，載流量提高29%左右的載流量。此外，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜不存在傳統(tǒng)鋼絲的磁損和熱效應(yīng)，可有效減少輸電損失6%。
2. 線膨脹系數(shù)小、弛度小
首先，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜導線具有顯著的低弛度特性，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的線膨脹變化僅為ACSR的9.6%，下垂度不到ACSR的1/2;其次，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜復合芯可在急冷急熱的環(huán)境中工作，例如，上200℃，下-180℃的極寒低溫，任然可以用于輸電載體的設(shè)計和制造。因此，碳纖維復合芯不僅能夠適應(yīng)溫差變化，還有效減少架空電纜的絕緣空間，提高導線運行的安全性。
3. 重量輕、強度高、破斷力大
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的復合芯的密度約為1.9g/cm3 ，而ACSR的芯材密度要高出4倍(約為7.8 g /cm3 )，同時，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的拉伸強度為2399MPa，是ACSR的1.97倍。要知道，電纜的承載外力主要由芯材承擔。而碳纖維復合芯相比鋼絲不僅具有重量輕、強度高的優(yōu)勢，還大大提高了30%的破斷力。
4. 耐腐蝕性
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜復合芯可以避免ACSR線芯的雙金屬間腐蝕的問題。更重要的是，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜芯棒外層包覆著玻璃纖維層，該層能起到絕緣功能，有的產(chǎn)品還在玻璃纖維外層包覆四氟乙烯使芯棒與鋁線完全絕緣，免受電腐蝕(見圖2：碳纖維復合芯鋁絞電纜的界面圖)①。
圖示：1、碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料內(nèi)芯;2、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料外芯;3、層梯形鋁導線;4、層梯形鋁導線;5、保護性涂層。
碳纖維復合芯導線規(guī)格系列表
| 標稱截面mm2 | 復合芯直徑 mm | 計算面積 mm2 | 外徑mm | 20℃直流電阻Ω/km | 計算拉斷力 N | 計算重量kg/km | 線膨脹系數(shù)×10-6 1/℃ | 彈性模量GPa | |||||
| 鋁面積 | 復合芯面積 | 總計 | 2100系 | 2400系 | 80℃以內(nèi) | 80℃以上 | 80℃以內(nèi) | 80℃以上 | |||||
| 150/30 | 6.0 | 151.4 | 28.27 | 179.7 | 15.60 | 0.1843 | 68092 | 76573 | 469.4 | 17.1 | 1.1 | 64 | 122 |
| 185/30 | 6.0 | 187.3 | 28.27 | 215.5 | 17.10 | 0.1491 | 70155 | 78636 | 568.0 | 17.1 | 1.1 | 63 | 122 |
| 200/30 | 6.0 | 202.5 | 28.27 | 230.8 | 17.70 | 0.1379 | 71033 | 79515 | 610.0 | 17.1 | 1.1 | 63 | 122 |
| 240/30 | 6.0 | 240.1 | 28.27 | 268.4 | 19.10 | 0.1163 | 73201 | 81682 | 713.6 | 17.5 | 1.1 | 60 | 122 |
| 300/40 | 7.0 | 301.8 | 38.48 | 340.3 | 21.50 | 0.0925 | 98192 | 109735 | 902.4 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 315/40 | 7.0 | 317.7 | 38.48 | 356.2 | 22.00 | 0.0879 | 99106 | 110650 | 946.1 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 360/40 | 7.0 | 360.7 | 38.48 | 399.2 | 23.30 | 0.0774 | 101584 | 113128 | 1064.6 | 17.6 | 1.1 | 60 | 122 |
| 400/50 | 8.0 | 402.4 | 50.26 | 452.7 | 24.80 | 0.0694 | 128725 | 143803 | 1201.3 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 450/50 | 8.0 | 450.8 | 50.26 | 501.0 | 26.10 | 0.0619 | 131508 | 146586 | 1334.4 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 500/55 | 8.5 | 503.6 | 56.74 | 560.3 | 27.60 | 0.0554 | 148155 | 165177 | 1491.8 | 17.6 | 1.1 | 62 | 122 |
| 560/65 | 9.0 | 563.6 | 63.61 | 627.2 | 29.20 | 0.0498 | 166040 | 185123 | 1677.3 | 17.6 | 1.1 | 59 | 122 |
| 630/70 | 9.5 | 631.4 | 70.87 | 702.3 | 30.90 | 0.0444 | 185203 | 206465 | 1878.6 | 17.6 | 1.1 | 60 | 122 |
| 800/80 | 10.0 | 801.3 | 78.53 | 879.8 | 34.60 | 0.0350 | 211067 | 234626 | 2362.8 | 17.6 | 1.1 | 59 | 122 |
| 900/80 | 10.0 | 905.3 | 78.53 | 983.8 | 36.60 | 0.0310 | 217058 | 240617 | 2650.7 | 17.6 | 1.1 | 59 | 122 |
說明：1、鋁截面系列參照GB/T1179-2008推薦值；導線按2100系、2400系提供兩種強度；并且按120度、160度提供兩種工作溫度。
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