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什么是碳纖維復(fù)合芯電纜?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2019年08月06日  

我國(guó)是個(gè)缺電的國(guó)家,不僅發(fā)電業(yè)的發(fā)展滯后,輸電業(yè)的弊端也凸現(xiàn)出來(lái),輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴(kuò)容的需求,由于過(guò)負(fù)荷造成的停電、斷電故障頻頻發(fā)生,電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的瓶頸,各國(guó)均在研究新型架空輸電路用導(dǎo)線,以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線,碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線由此應(yīng)運(yùn)而生。


碳纖維復(fù)合芯鋁絞電纜 (見(jiàn)圖1)① ( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是傳統(tǒng)鋼芯鋁絞電纜 ( ACSR) 的更新?lián)Q代產(chǎn)品。這種新型電纜具有一系列優(yōu)異性能,是電纜的高端產(chǎn)品。日本和美國(guó)已經(jīng)研發(fā)成功ACCC 電纜,并在電網(wǎng)中得到實(shí)際應(yīng)用。我國(guó)從美國(guó)已購(gòu)買這種電纜,在多種電網(wǎng)中開(kāi)始試用。同時(shí),我國(guó)已開(kāi)始研制 ACCC,以取代傳統(tǒng)的ACSR 電纜,這必將使我國(guó)架空輸電技術(shù)提高到一個(gè)新水平。



技術(shù)關(guān)鍵


碳纖維和玻璃纖維復(fù)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(shù)脂。在碳纖維復(fù)合芯棒中,碳纖維占 35%,玻璃纖維占35%,高溫韌性環(huán)氧樹(shù)脂占30%。所用碳纖維的拉伸強(qiáng)度高和斷裂伸長(zhǎng)大,因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。所用環(huán)氧樹(shù)脂為高溫型的韌性樹(shù)脂。這是制造復(fù)合芯棒的又一技術(shù)核心。這種樹(shù)脂固化溫度高達(dá)260℃,一般環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(huì)通過(guò)放線滑輪試驗(yàn)。連續(xù)拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復(fù)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(huán)氧樹(shù)脂膠液,通過(guò)鋼制模口,以控制直徑,然后通過(guò)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)。


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(fù)合芯強(qiáng)度高于鋼芯,因而芯棒直徑比鋼芯細(xì),可容納的鋁線多,加之,ACCC的梯形截面,導(dǎo)線排列更緊密,因此總體上導(dǎo)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,ACCC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,ACCC導(dǎo)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(fù)合芯可在急冷急熱的環(huán)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(shè)計(jì)和制造。因此,碳纖維復(fù)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(dǎo)線運(yùn)行的安全性。


3. 重量輕、強(qiáng)度高、破斷力大


ACCC的復(fù)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(shí),ACCC的拉伸強(qiáng)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(dān)。而碳纖維復(fù)合芯相比鋼絲不僅具有重量輕、強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì),還大大提高了30%的破斷力。


4. 耐腐蝕性


ACCC復(fù)合芯可以避免ACSR線芯的雙金屬間腐蝕的問(wèn)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(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(jiàn)圖2:碳纖維復(fù)合芯鋁絞電纜的界面圖)①。



圖2:1、碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料內(nèi)芯;2、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料外芯;3、第一層梯形鋁導(dǎo)線;4、第二層梯形鋁導(dǎo)線;5、保護(hù)性涂層。


參考文獻(xiàn):① 孫微等,高端新產(chǎn)品--碳纖維復(fù)合芯電纜,《化工新型材料》。


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