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    什么是碳纖維復合芯電纜?

    鉅大LARGE  |  點擊量:1396次  |  2019年08月06日  

    我國是個缺電的國家,不僅發電業的發展滯后,輸電業的弊端也凸現出來,輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求,由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發生,電力傳輸成為電力工業發展的瓶頸,各國均在研究新型架空輸電路用導線,以取代傳統的鋼芯鋁絞線,碳纖維復合芯導線由此應運而生。


    碳纖維復合芯鋁絞電纜 (見圖1)① ( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是傳統鋼芯鋁絞電纜 ( ACSR) 的更新換代產品。這種新型電纜具有一系列優異性能,是電纜的高端產品。日本和美國已經研發成功ACCC 電纜,并在電網中得到實際應用。我國從美國已購買這種電纜,在多種電網中開始試用。同時,我國已開始研制 ACCC,以取代傳統的ACSR 電纜,這必將使我國架空輸電技術提高到一個新水平。



    技術關鍵


    碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜,主要采用連續拉擠法。核心技術是芯棒的制造,關鍵材料是高溫韌性環氧樹脂。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核心。這種樹脂固化溫度高達260℃,一般環氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之,這種高溫固化型環氧樹脂具有特殊的耐熱結構。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。


    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范圍內調節,拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內調節。


    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,ACCC的梯形截面,導線排列更緊密,因此總體上導電截面更大。與傳統的ACSR相比,載流量提高29%左右的載流量。此外,ACCC不存在傳統鋼絲的磁損和熱效應,可有效減少輸電損失6%。


    2. 線膨脹系數小、弛度小


    首先,ACCC導線具有顯著的低弛度特性,ACCC的線膨脹變化僅為ACSR的9.6%,下垂度不到ACSR的1/2;其次,ACCC復合芯可在急冷急熱的環境中工作,例如,上至200℃,下至-180℃的極寒低溫,任然可以用于輸電載體的設計和制造。因此,碳纖維復合芯不僅能夠適應溫差變化,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


    ACCC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,ACCC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、強度高的優勢,還大大提高了30%的破斷力。


    4. 耐腐蝕性


    ACCC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,ACCC芯棒外層包覆著玻璃纖維層,該層能起到絕緣功能,有的產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2:1、碳纖維環氧樹脂復合材料內芯;2、玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料外芯;3、第一層梯形鋁導線;4、第二層梯形鋁導線;5、保護性涂層。


    參考文獻:① 孫微等,高端新產品--碳纖維復合芯電纜,《化工新型材料》。


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