一种新型导线及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种新型导线及其应用，由内到外依次为承力芯、导体包覆层、导体绞合层；所述承力芯为一根异形承力芯或异形承力芯组；所述异形承力芯由基体材料和增强纤维构成，其形状为非圆形；所述导体包覆层为铝、铝合金、铜或铜合金包覆层，所述导体包覆层为一层或多层；所述导体绞合层为铝、铝合金、铜或铜合金线绞绕在导体包覆层上。本发明专利技术利用特殊的结构、设计和加工方法来解决现有碳纤维导线的弊端。

A new type of wire and its application

The invention provides a new type of wire and its application, from inner to outer to force core, conductor coating layer and conductor stranded layer. The bearing core is a heteromorphic bearing core or heteromorphic bearing core group. The heteromorphic bearing core is composed of matrix material and reinforced fiber, and its shape is non circular; the conductor coating is aluminum and aluminum. Alloy, copper or copper alloy cladding layer, the conductor coating layer is one layer or multi layer, and the conductor twisted layer is twisted on the coating layer of aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy. The invention utilizes the special structure, design and processing method to solve the disadvantages of the existing carbon fiber conductor.

【技术实现步骤摘要】
一种新型导线及其应用
本专利技术专利属于电力输配领域用电线电缆
，具体涉及一种新型导线及其应用。技术背景随着我国经济的迅速发展，城市现代化进程的明显加快，城市规模的不断扩大和新农村建设的快速发展，电力需求快速增长。而且由于能源分布和东西部发展的不平衡，急需解决能源大功率、长距离输送的瓶颈问题。虽然超高压的建设部分缓解了这种矛盾，但受制于传统钢芯铝绞线承载能力的限制，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”。ACSR普通钢芯铝绞线，其缺陷：不能高温运行，限制导线的容量，载流量有限；钢芯重，热膨胀系数大，热弧垂大；节能需要靠大导线，导线本身很重，需要更高的铁塔，工程成本高。碳纤维导线采用了碳纤维复合材料的强度高、重量轻、热胀冷缩小特性,替代了普通导线中的钢芯作为承力芯材料。所用碳纤维复合材料为圆形棒式结构,可粗可细,可以是单根(美国CTC或欧洲Nexans)或者多股(东立制钢或美国南线),碳纤维复合材料芯中的增强纤维除碳纤维外,还可以包括玻璃纤维及类似增强纤维,基体材料包括热塑型塑料或者热固型树脂。因碳纤维复合材料承力芯强度高、碳纤维导线一般采用退火软铝作导电介质,也可以用铝合金或硬铝。碳纤维导线，节能减排，电流密度比普通的钢芯铝绞线增加30％，线损减少30％，与线损相关联的是发电所产生的二氧化碳可以减少30％。其缺陷：导线芯用玻纤和碳纤复合材料来做，承力芯的模量比钢芯小很多，形成较大的冰区弧垂，大跨越以及大导线因为自重，或者因为覆冰，风阻之类的载荷形成大弧垂，而导致电塔加高或者增加电塔，减少塔距，工程成本增加；承力芯的耐压能力不足，径向压力时，易分裂损伤，需用昂贵的专用金具；弯曲时，承力芯尤其是碳纤维承力芯，因为剩余的应力作用，容易折损；复合材料暴露于环境，使用寿命受环境影响较大,尤其水化及氧化分解对复合材料芯的严重破坏。碳纤维导线在过去的十年里得到了广泛的认可和应用，其碳纤维承力芯具有最低的热膨胀系数，所以其在热拐点以上的热弧垂很小，其载流的的运行温度可以达到200℃，它的载流量也远优于传统导线，因为其强度高，重量轻，耐腐蚀等优良特性，现在已经逐渐开始有代替传统钢芯铝绞线的趋势。然而，其碳纤维承力芯导线的热拐点温度大于70℃，因此在该温度以下，导线的伸长率依然由铝绞线决定，存在较大的热弧垂。碳纤维导线相比于传统导线，其施工工艺复杂且安装时需要特殊的金具，某些工程造价中，施工以及金具成本可以占到工程造价的三分之一以上。同时，施工的风险较大，碳纤维承力芯易折，在施工过程中，如果遇到尖角，承力芯会受到过度的轴向力，会发生损伤，若承力芯仅受部分损伤，导线断裂可能会推迟几个月甚至几年，严重威胁到电网的安全以及可靠性。施工中出现的“灯笼”问题也是碳纤维导线的一大弊端。碳纤维导线因为没有进行过张力预处理，所以在施工安装后弧垂变化大，且随机不可预测，对施工后的后期维护是一大挑战。随着高压特高压项目的实施，和一些直流项目的试点，碳纤维导线一直向着更大截面的目标发展，而更大截面的导线，加强芯的弯曲一直是一个大问题。陶瓷纤维增强的铝基复合材料也被美国3M公司成功用于替代钢芯作为复合导线的承力芯(ACCR导线)。此类导线一般采用多股小芯棒结构,来实现芯棒及导线的必要柔软性。因陶瓷纤维的伸长变形极为有限,陶瓷纤维导线即使采用多股小圆线,与碳纤维导线类似,遭遇锐角弯曲时,仍然容易损伤断线,造成巨大安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现用碳纤维导线的弊端，提供一种新型导线及其应用。本专利技术的技术方案为:一种新型导线，由内到外依次为承力芯、导体包覆层、导体绞合层；其特征在于：所述承力芯为一根异形承力芯或异形承力芯组。作为优选的，所述承力芯的周长除以其等效圆的周长，比值大于1.0001。所谓承力芯的等效圆意思是与承力芯面积相等的圆。为了帮助理解，下文将详细比较等面积情况下圆形，长方形，椭圆形正方形的应力应变情况。为了方便计算以及对比，如图11所示，我们考虑选择了四种具有典型代表性的承力芯结构，它们的截面积相同，应力应变分析时的弯曲直径D相同(弯曲直径D远大于圆的直径R)长方形长边长度为短边的两倍，椭圆长轴长度为短轴的三倍。圆形承力芯的周长除以面积的比值为其以D的弯曲直径弯曲时最大的应力应变为因为弯曲直径D远大于圆的半径R，为了后面的比较更加方便，做了计算简化，同理可以算出其他三种承力芯的周长除以面积的比值和同等弯曲直径时的最大张力应变。正方形的周长除以面积的比值为其以D的弯曲直径弯曲时最大的应力应变为长方形面积除以周长的比值为其以D的弯曲直径弯曲时最大的应力应变为椭圆的周长除以面积的比值为其以D的弯曲直径弯曲时最大的应力应变为通过上面的计算比较，在截面积相等的情况下，椭圆的周长为圆的1.356倍，正方形是圆的1.128倍，长方形是圆的1.194倍。在进行同等直接的弯曲时，椭圆所受的应力应变最小，其次是长方形，正方形，圆所受的应力应变最大。圆线承力芯结构需要加预张力应变才能减小损伤折断的风险，异形线结构尤其是扁线结构有优越的弯曲特性，外加张力应变可以使异形线承力件更耐弯折折损。上述的正方形、长方形、椭圆形为非圆的异形结构。异形结构还包括其他非圆形的结构。由此可以得到这样的结论，非圆的异形线结构,比如扁形线承力芯结构有更大的表面积，可以使压接的时候的摩擦力最大化，承力芯与包覆铝的接触面积越大，压接后的摩擦力就越大，有利于金具小型化，简化施工，降低施工难度；碳纤维导线施工难度大，施工成本高一直是限制碳纤维导线大规模推广的一个重要的瓶颈条件。同时异形的扁线结构抗应力应变的能力远远优于圆形结构，大幅度改善导线和承力芯在弯曲过程中承受应力的能力，减小承力芯弯曲损伤的概率，减小施工用滑车的尺寸以及生产运输线盘的尺寸，可以降低生产成本，减小施工难度和成本。作为优选的，所述承力芯的有效直径为1-25mm；所述异形承力芯的截面为正方形、长方形、椭圆形、扁形或多边形；所述异形承力芯组由多根异形承力芯直线排列或绞合组成，所述异形承力芯组的截面为非圆形；所述异形承力芯由增强纤维和基体材料构成，其形状非圆形。更为优选的，所述增强纤维包括碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维增强复合材料，基体材料包括树脂，塑料或金属基；所述异形承力芯的表面可以短时间内承受至少300℃的温度。更为优选的，所述异形承力芯组由多根异形承力芯棒组成；所述芯棒的直径为0.5-6mm；所述多根异形承力芯棒平行于导线轴向排列成扁型结构。可以保留芯棒轴向的强度及弹性模量,以及细小芯棒的耐弯曲优秀特性,而且能避免在金具压接时细小芯棒之间的点接触应力集中及芯棒损伤。更为优选的，所述异形承力芯的截面为椭圆形；所述异形承力芯组的截面为椭圆形；所述异形承力芯组由多根直的异形承力芯直线排列或绞合组成。异形承力芯组采用直线排列可以避免承力芯模量损失。更为优选的，所述异形承力芯组中还含有圆形线。进一步的，所述异形承力芯为一根碳纤维扁线；异形承力芯组为多根碳纤维扁线直线排列组成。采用碳纤维扁线，压接时候的摩擦力最大化，承力芯表层与导体包覆层的接触面积越大，压接后的摩擦力就越大，有利于金具小型化，简化施工，降低施工难度；同时碳纤维扁线抗应力应变的能力远远优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型导线，由内到外依次为承力芯、导体包覆层、导体绞合层；其特征在于：所述承力芯为一根异形承力芯或异形承力芯组。

【技术特征摘要】
1.一种新型导线，由内到外依次为承力芯、导体包覆层、导体绞合层；其特征在于：所述承力芯为一根异形承力芯或异形承力芯组。2.根据权利要求1所述的一种新型导线，其特征在于：所述承力芯的周长除以其等效圆的周长，比值大于1.0001；所谓承力芯的等效圆意思是与承力芯面积相等的圆。3.根据权利要求1所述的一种新型导线，其特征在于：所述承力芯的有效直径为1-25mm；所述异形承力芯的截面为正方形、长方形、椭圆形、扁形或多边形；所述异形承力芯组由多根异形承力芯直线排列或绞合组成，所述异形承力芯组的截面为非圆形；所述异形承力芯由增强纤维和基体材料构成，其形状非圆形。4.根据权利要求3所述的一种新型导线，其特征在于：所述增强纤维包括碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维增强复合材料，基体材料包括树脂、塑料或金属基；所述异形承力芯的表面可以短时间内承受至少300°C的温度。5.根据权利要求3所述的一种新型导线，其特征在于：所述异形承力芯组由多根异形承力芯棒组成；所述芯棒的直径为0.5-6mm；所述多根异形承力芯棒平行于导线轴向排列成扁型结构。6.根据权利要求3所述的一种新型导线，其特征在于：所述异形承力芯为一根碳纤维扁线；异形承力芯组为多根碳纤维扁线直线排列组成。7.根据权利要求3所述的一种新型导线，其特征在于：所述异形承力芯的截面为椭圆形；所述异形承力芯组的截面为椭圆形。8.根据权利要求3所述的一种新型导线，其特征在于：所述异形承力芯组中还含有圆形线。9.根据权利要求1所述的一种新型导线，其特征在于：所述异形承力芯或异形承力芯组经过预张力处理，在过第一施工滑轮前至少有0.01%剩余张力应变保留在异形承力芯或异形承力芯组上；异形承力芯的线膨胀系数不超过15*10-6（1/℃）,至少3KN的径向抗压能力，以避免异形承力芯在金具压制时可能出现损伤。10.根据权利要求1所述的一种新型导线，其特征在于：所述异形承力芯的表面设有凸凹构造或者进行过表面粗糙化处理；所述承力芯表层设有防腐绝缘层，可避免承力芯与导体包覆层可能出现的电耦合反应。11.根据权利要求10所述的一种新型导线，其特征在于：所述防腐绝缘层为玻璃纤维层或树脂层。12.根据权利要求1所述的一种新型导线，其特征在于：所述导体包覆层的厚度≥0.2mm；导体包覆层的填充系数≥94%；导体包覆层为铝、铝合金、铜或铜合金包覆层，导体包覆层为一层或多层；导体包覆层上设有位置标定；位置标定是为了标定承力芯在导体包覆层中的方位，方便现场的压接工作。13.根据权利要求12所述的一种新型导线，其特征在于：所述导体包覆层的厚度为0.5-5mm；所述导体包覆层为一层铝管、铝合金管、铜管或铜合金管或多层同心铝管、铝合金管、铜管或铜合金管；所述导体包覆层的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建平，黄建中，
申请(专利权)人：深圳市圣龙新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44