CN102708941A - 电缆线芯及包括其的电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆线芯及包括其的电缆。该电缆线芯包括主体芯和设置在主体芯上的保护层,其中,主体芯由玻璃纤维和/或玄武岩纤维制成,玻璃纤维纵向拉伸强度大于4000Mpa,拉伸模量大于85Gpa,玄武岩纤维拉伸强度大于3700Mpa。本发明的电缆线芯,由于主体芯由玻璃纤维和/或玄武岩纤维制成,玻璃纤维纵向拉伸强度大于4000Mpa,拉伸模量大于85Gpa,玄武岩纤维拉伸强度大于3700Mpa,因此具有优良力学性能。而且玻璃纤维和/或玄武岩纤维可以在高温下连续工作,且变形量小。并且该电缆线芯受环境的影响少,相对于碳纤维其成本低廉,同时也可在新增电缆建设中替代现有的钢芯电缆,降低能耗及运营成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力输送技术领域,具体而言,涉及一种电缆线芯及包括其的电缆。
背景技术
在现有的常规铝导体钢芯电缆中,铝导体传输电能,钢芯提供强度。而钢芯在传输电能过程中由于温度上升,其拉伸强度会下降,造成电缆中间悬垂距离变大(蠕变)。为了保证传输电能的安全,通常钢芯电缆的载流量有一定限制,要求钢芯温度不超过75℃,但这就大大限制了铝导线的通流能力。为了提高通流载荷,不提升温度,只有提高铝导体载荷,从而增加导体重量,并因此要求增强钢芯拉强力,以及加固支架,这些都会增加投入运营成本。为了在不增加铝导线截面的基础上,增加通流能力,必须找到一种芯材能在高温下长期使用,并具备相对低的热膨胀系数、高的拉伸强度。
由于碳纤维的成本因素以及纤维刚性较大,所以用碳纤维作为主体纤维材料,制备的电缆复合芯在现场安装,以及推广使用方面都比刚性铝绞线有较大的问题及阻力。而且目前的主体碳纤维基本是采用进口纤维,国产纤维还不能具备应该的性能要求。
发明内容
本发明旨在提供一种电缆线芯及包括其的电缆,以解决现有技术中电缆线芯随温度升高,其拉伸强度下降,电缆中间悬垂严重的技术问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种电缆线芯。该电缆包括主体芯和设置在主体芯上的保护层,其中,主体芯由玻璃纤维和/或玄武岩纤维制成,玻璃纤维纵向拉伸强度大于4000Mpa,拉伸模量大于85Gpa,玄武岩纤维拉伸强度大于3700Mpa。
进一步地,玻璃纤维和/或玄武岩纤维是直接无捻粗纱。
进一步地,玻璃纤维和/或玄武岩纤维是可扭转的。
进一步地,保护层为聚酯毡层,聚酯毡层的纵向拉伸强度大于90Mpa,耐受高温大于210℃。
进一步地,聚酯毡层的单位质量为45-60g/m2。
进一步地,保护层为环氧树脂层。
进一步地,主体芯11占电缆线芯体积的70%~80%。
进一步地,主体芯11占电缆线芯体积的75%。
根据本发明的另一个方面,提供一种电缆。该电缆包括上述电缆线芯。
进一步地,电缆线芯的表面缠绕有多层铝绞线,各层铝绞线缠绕的方向相反,且缠绕的螺距相同,铝绞线的横截面呈Z型。
本发明的电缆线芯,由于主体芯由玻璃纤维和/或玄武岩纤维制成,玻璃纤维纵向拉伸强度大于4000Mpa,拉伸模量大于85Gpa,玄武岩纤维拉伸强度大于3700Mpa,因此具有优良力学性能。而且玻璃纤维和/或玄武岩纤维可以在高温下连续工作,且变形量小。并且该电缆线芯受环境的影响少,相对于碳纤维其成本低廉,同时也可在新增电缆建设中替代现有的钢芯电缆,降低能耗及运营成本。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了根据本发明实施例的电缆结构示意图;以及
图2示出了根据本发明实施例的电缆线芯制作流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明一种典型的实施方式,提供一种电缆线芯。该电缆线芯包括主体芯和设置在主体芯上的保护层,其中,主体芯由玻璃纤维和/或玄武岩纤维制成,玻璃纤维纵向拉伸强度大于4000Mpa,拉伸模量大于85Gpa,玄武岩纤维拉伸强度大于3700Mpa。该电缆线芯具备高温低松弛、较低的线膨胀系数等特性,同时具备稳定的拉伸强度和蠕变伸长特性,在芯体直径一定的情况下,重量比钢芯有一定的减少,而且更加牢固。因为玻璃纤维与玄武岩纤维的拉伸强度等物理性能相当,所以当主体芯由玻璃纤维和玄武岩纤维制成时,可以采用本领域常规的手段将玻璃纤维与玄武岩纤维制备成主体芯。
由于该电缆线芯的高比钢度,所以在相同铝绞线外径、相同塔距时,电缆的中间悬垂距离要远远小于金属芯的电缆,同时能减少由于气候和环境交通对电缆造成振动损伤。由于轻质高强、低下垂,也可增加塔间距,降低了建设成本。
根据本发明一种典型的实施方式,玻璃纤维和/或玄武岩纤维是直接无捻粗纱。因为直接无捻粗纱是直接拉丝成型的玻璃纤维丝束,每一根纤维的张力一致,从而使电缆线芯具备优良的力学性能。
根据本发明一种典型的实施方式,本发明电缆线芯中的玻璃纤维和/或玄武岩纤维是可扭转的。纤维的可扭转可以通过本领域中通常用的有捻实现,该电缆线芯中的玻璃纤维和/或玄武岩纤维并不要求每一根纤维都是无捻,部分纤维可以有捻,当然有捻会影响纤维线芯的拉伸强度,但又会改善光缆线芯的弯曲性能及抗压扁性能。可以在保证拉伸轻度的前提下,根据实际需要调整使其具备可扭转的特性,同时也就改善了光缆线芯的弯曲性能及抗压扁性能。
电缆线芯的保护层至少起到如下三重作用:其一,隔离外部环境,从而使电缆线芯寿命增长;其二,使电缆线芯外表面光洁,有利于制备效率的提升;其三,有利于接头的铰接。该电缆线芯的保护层可以是本领域通常采用的材料,如耐温塑料等,只要能够实现上述效果即可。根据本发明一种典型的实施方式,保护层为聚酯毡层,聚酯毡层的纵向拉伸强度大于90Mpa,耐受高温大于210℃。由于电缆线芯是由聚酯毡保护,使其对环境的耐受能力有大幅度提升,而且芯棒表面更加光洁,便于后道铝线的绕制。当然,该保护层中还可以添加一些功能性物质,如抗紫外线,抗氧化、增韧等物质,以提高其保护性能。综合生产成本、重量、电缆线芯性能参数的考虑,优选地,聚酯毡层的单位质量为45-60g/m2。
根据本发明一种典型的实施方式,保护层还可以是环氧树脂层。
根据本发明一种典型的实施方式,主体芯占电缆线芯体积的70%~80%。优选地,主体芯电缆线芯体积的75%。
根据本发明一种典型的实施方式,提供一种电缆。如图1所示,该电缆包括上述电缆线芯,即主体芯11和设置在主体芯11上的保护层12。电缆线芯的表面缠绕有多层铝绞线,各层铝绞线缠绕的方向相反,且缠绕的螺距相同。如图1所示的实施例,第一铝绞线层13与第二铝绞线层14缠绕的方向相反,且缠绕的螺距相同。并且铝绞线的横截面可以是呈Z型或梯形,Z型或梯形截面的铝线可以使导电截面在整个圆周上的利用率更高(相对于圆形截面),并且相邻两根铝导体具有自锁的功能,确保截面的稳定性。
上述电缆线芯的表面缠绕有多层铝绞线制成的电缆,与具备相同外径的钢芯电缆相比,其电能通流量有50%左右的提升,大大节约了建设成本及运营成本。在实际使用中,该电缆甚至可以在高达160℃的工况下连续工作,有的甚至短时间内可以在200℃以上工作。
本发明的电缆可以通过现有技术中的方法加工制成,根据本发明典型的实施例,制作流程如图2所示。下面将结合如图2具体说明电缆线芯的制备过程。
玻璃纤维从纱架21上以均匀的放卷张力退卷,经过导纱板23、第一篦子24均匀进入胶槽25。导纱板23前有一个红外线加热器22用于去除纤维中的水分,第一篦子24上的纤维分布是按每根纤维都具有独有的空间均布在整个胶槽25宽度。浸渍过的纤维按序进入两对挤胶辊27,挤除多余的树脂,在两对挤胶辊27间有一个与进胶槽前同样的第二篦子26,以确保纤维在挤胶过程中保证纤维不重叠。纤维出挤胶辊27后,进入纤维导向板。根据实际的纤维分布要求,要求按左右对称原理上下对应的顺序,每根纱穿一个导纱孔,孔的分布按纤维的根数做圆形分布,下面有接漏板把流下的树脂流回胶槽25。最后纤维进入模具之前,可以根据每根纤维的实际情况,单独调节纤维张力(纱架上),预成型模具28的进口是喇叭型,有利于纤维的进入以及再次挤除过多的树脂。该模具长度约为1m,以确保纤维在预成型模具28中保持一定的纤维平行度,然后进入约900mm长的一段预热模具29,使整个模具有一个恒定温度(120摄氏度),最后再进入成型模具30,在纤维进入成型模具30前,把一定宽度的聚酯毡穿过专门设计的装置,完全包袱在纤维束外层,一并进入成型模具30。成型模具30从进口到出口大约保证三个温度区145℃~175℃~195℃。从成型模具30拉出的线芯的固化度较低,还要进一步的后固化。在线芯走出成型模具30后,进入后固化炉31,其温度可以高达250℃左右,路子长度约5m,出后固化炉31后是空气冷却(或强制空气冷却)段,长度控制在3m内,然后再进入覆带式牵引装置,及收卷机构32,最后可以缠绕在直径为800mm的芯轴上。至少可取2500m/卷。
由于拉挤成型属于快速成型工艺,但实际的生产速度还是较慢的,因此,生产好的芯棒要进入全线55D检测,同时进行超声波无损检测,以确保芯体内无空隙,同时为保证芯棒有足够的固化度。
下面将结合实施例具体说明本发明的有益效果。
本发明实施例通过上述方法制备,实施例中所用的原材料及制得的电缆的相关性能参数如表1:
表1
一般传统的ACSR导线工作温度不超过70℃,但是同样的铝界面ACCC/TW导线却可以在150℃条件下的长期运行(连续运行20年),这样在不增加导线根数的前提下,增加了载流量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电缆线芯,其特征在于,包括主体芯(11)和设置在所述主体芯(11)上的保护层(12),其中,所述主体芯(11)由玻璃纤维和/或玄武岩纤维制成,所述玻璃纤维纵向拉伸强度大于4000Mpa,拉伸模量大于85Gpa,所述玄武岩纤维拉伸强度大于3700Mpa。
2.根据权利要求1所述的电缆线芯,其特征在于,所述玻璃纤维和/或玄武岩纤维是直接无捻粗纱。
3.根据权利要求1所述的电缆线芯,其特征在于,所述玻璃纤维和/或玄武岩纤维是可扭转的。
4.根据权利要求1所述的电缆线芯,其特征在于,所述保护层(12)为聚酯毡层,所述聚酯毡层的纵向拉伸强度大于90Mpa,耐受高温大于210℃。
5.根据权利要求4所述的电缆线芯,其特征在于,所述聚酯毡层的单位质量为45-60g/m2。
6.根据权利要求1所述的电缆线芯,其特征在于,所述保护层(12)为环氧树脂层。
7.根据权利要求1所述的电缆线芯,其特征在于,所述主体芯(11)占所述电缆线芯体积的70%~80%。
8.根据权利要求7所述的电缆线芯,其特征在于,所述主体芯(11)占所述电缆线芯体积的75%。
9.一种电缆,其特征在于,包括如权利要求1至8中任一项所述的电缆线芯。
10.根据权利要求9所述的电缆,其特征在于,所述电缆线芯的表面缠绕有多层铝绞线,各层所述铝绞线缠绕的方向相反,且缠绕的螺距相同,所述铝绞线的横截面呈Z型。
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