CN103050795B - 一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法，解决了复合式石墨烯纳米材料导线施工中的难题，为复合式石墨烯纳米材料导线的工程应用提供技术支撑。本发明接续金具包括石墨烯接续管和铝套管，石墨烯接续管由横截面为O字型的柱状基体构成，基体的内外表面为光滑结构；铝套管为开有通气孔的圆管，圆管的横截面积沿铝套管长度方向先递增再递减，圆管的内外表面为光滑结构。本发明接续方法为利用液压法和热气法，通过接续金具将两待接续导线连接，接续部位在保证传递张力的同时，传递电气负荷。

Description

一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法

技术领域

本发明属于输电线路用导线的接续金具技术领域，具体涉及一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法。

背景技术

导线接续管用于架空输电线路导线的两终端，除了承受导线全部拉力外，还作为导电体传导电流，是输电线路中的重要金具。

特高压工程以建设“环境友好型”工程为目标，全面优化工程的设计方案，严格保证电场、磁场、可听噪声与无线电干扰水平满足标准要求。为此，若设计采用普通导线，势必要加大导线截面和增加导线的分裂根数，这样势必增大了导线和母线的使用量、铁塔的结构尺寸及线路走廊宽度等，从而加大了工程投资。

如果在满足输电容量和线路工程要求的前提下，设计采用一种轻质输电导线，尽可能提高其电气和机械性能，并使其表面光洁圆滑，这样不但能显著降低线路损耗，增加输送能力，降低全寿命周期成本，满足线路的输电和电晕要求，而且还能大大减少导线的总重量和导线分裂根数，减少铁塔荷载和结构重量，具有巨大的经济效益和深远的社会效益。

复合式石墨烯纳米材料导线，其结构型式如附图1所示，是一种新型的输电导线。导线包括石墨烯棒和复合材料。石墨烯纳米材料作为导电部分，石墨烯棒与复合材料复合成导线，复合材料起到支撑石墨烯棒的作用，导线的圆形截面部分用复合材料作为支撑，主要作为承力作用，可选用碳纤维等能满足导线制造和运输要求的复合材料。复合式石墨烯材料直径及根数根据线路设计输送容量及线路运行要求设计。

作为一种新型结构的导线，导线导体之间由复合材料支撑，在架空条件下随着时间增加，复合材料的塑性变形有不确定性，不能如同普通导线一样压接。导线接续管需要与新型导线配合，接续管需要稳定有效的握持将导线连接起来，并传递机械和电气荷载。

在复合导线接续金具方面，申请号为201220181173.4，发明名称为“一种碳纤维光电复合导线接续金具”的专利，该专利导线内部为碳纤维复合芯，外部是铝导线，其要求保护的技术方案中，接续金具包括导电管主体，在所述管内的径向中点处设置有双头连接螺栓，双头连接螺栓分别与两侧均对称设置的碳纤维复合芯夹紧装置连接，所述夹紧装置前端设置有填充衬管，填充衬管的头端伸出导电管主体外，在所述导电管主体上设置一个镂空孔，在所述导电管主体外设置有螺旋环绕条纹。接续金具主要用于连接碳纤维复合芯的内层张紧结构组合，因为在安装时不需要对碳纤维复合芯压接，所以不损伤碳纤维复合芯，有效的实现光纤和输电导线的分离。

上述实用新型是针对碳纤维复合芯接续金具的一种改进，石墨烯纳米材料导线本身是一种新型的输电导线，在其接续金具方面的研究较少。因此，研制一种石墨烯纳米材料导线的接续金具，对石墨烯纳米材料导线的广泛应用具有推动作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法，解决了复合式石墨烯纳米材料导线施工中的难题，为复合式石墨烯纳米材料导线的工程应用提供技术支撑。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其改进之处在于所述金具包括石墨烯接续管和铝套管，所述石墨烯接续管由横截面为O字型的柱状基体构成，所述基体的内外表面为光滑结构；所述铝套管为开有通气孔的圆管，所述圆管的横截面积沿所述铝套管长度方向先递增再递减，所述圆管的内外表面为光滑结构。

本发明的第一优选技术方案为：所述石墨烯接续管的壁厚介于导线石墨烯棒的半径和直径之间。

本发明的第二优选技术方案为：所述石墨烯接续管由石墨烯纳米材料制成。

本发明的第三优选技术方案为：所述铝套管的端部进行倒圆角处理。

本发明的第四优选技术方案为：所述通气孔沿所述铝套管的径向贯通所述铝套管的圆管壁。

本发明的第五优选技术方案为：所述通气孔设置于所述铝套管沿其长度方向的中点。

一种复合式石墨烯纳米材料导线的接续方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤：

(1)将待接续导线的复合材料支撑剔除，露出内层石墨烯棒，根据导线接续的要求，留足接续用石墨烯棒长度；

(2)在一侧导线上套入压接用铝套管，铝套管的通气孔朝上；

(3)依次将2根带接续导线终端对应的石墨烯棒放置在热气机的接续槽内；

(4)将石墨烯接续管套在接续槽内的2根对应的石墨烯棒上，放入热气机内，热气机将2根石墨烯棒进行接续；

其中：石墨烯接续管长度方向中点和两石墨烯棒对接缝重合；

(5)石墨烯棒逐根接续完成后，将压接用铝套管套住另一侧导线；

(6)通过铝套管设置的通气孔倒入搅拌均匀的环氧树脂，并用液压法压接铝套管；

本发明的第六优选技术方案为：步骤6中，所述环氧树脂为任意选自二酚基丙烷型环氧树脂、酚醛多环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂或环氧化聚丁二烯树脂中的一种或几种。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)接续金具能稳定有效的握持导线，接续金具包括石墨烯接续管和铝套管，俩套管的内外表面均为光滑结构，结构简单；

2)接续方法采用的施工工艺稳定可靠

本发明采用成熟的热气法，将石墨烯棒通过石墨烯接续管连接，利用液压法将铝套管进行压接，工艺成熟，压接质量容易得到保障，能保证两根待接续导线的石墨烯棒握持的有效、稳定；

3)本发明的铝套管用于导线整体的接续，接续完成后，主要起承力的作用，石墨烯接续管穿过复合式石墨烯纳米材料导线的每根石墨烯棒，用于石墨烯棒的接续，接续完成后石墨烯接续管和石墨烯棒之间形成原子结合力，作为导线的导电部分，本发明用搅拌均匀的环氧树脂填充被剔除的导线复合材料支撑部分，并最终用铝管压接在导线石墨烯棒的外部，与压接的铝套管共同传递张力，因此，接续金具在保证传递导线张力的同时，能够稳定的传递电气负荷，保证导线的输电性能；

4)铝套管沿其长度方向设有通气孔，用于倒入搅拌均匀的环氧树脂，环氧树脂填充在石墨烯棒的缝隙中，用于对石墨烯棒起支撑作用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是复合式石墨烯纳米材料导线结构示意图；

图2是剔除复合材料支撑后导线示意图；

图3是石墨烯接续管结构示意图；

图4是热气法接续石墨烯棒示意图；

图5是接续金具压接完成前示意图；

图6是接续金具压接完成后示意图；

附图标记：

1-石墨烯棒，2-复合材料，3-石墨烯接续管，4-铝套管，5-通气孔，6-环氧树脂。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

复合式石墨烯纳米材料导线的结构型式如图1所示，导线包括石墨烯棒1和复合材料2，石墨烯纳米材料作为导电部分，复合材料2主要作为导线的承力部分，石墨烯棒1与复合材料2复合成导线。导线的圆形截面部分用复合材料作为支撑，主要作为导线的承力作用，可选用碳纤维等能满足导线制造和运输要求的复合材料。复合式石墨烯材料直径及根数根据线路设计输送容量及线路运行要求设计。

接续金具包括石墨烯接续管3和铝套管4，分别用于石墨烯棒1和导线整体的接续。

石墨烯接续管3由横截面为O字型的柱状基体构成，基体的内外表面为光滑结构；石墨烯接续管3的内径大于石墨烯棒1的直径，用于套接在石墨烯棒1的外围。石墨烯接线管3光滑的内表面，可以保证石墨烯接线管3套在石墨烯棒1后，两界面接触部分能较好的贴合，且在后续利用热气法的接续过程中，由石墨烯材料制成的石墨烯接线管3和石墨烯棒1之间，形成具有原子结合力的界面时，能够最大限度的保证界面结合力的均匀性。

石墨烯接线管3和石墨烯棒1接续完成后，是导线的导电部分，主要起到传递电器负荷的作用。

石墨烯接续管3的壁厚介于导线石墨烯棒1的半径和直径之间。控制石墨烯接续管3的壁厚，目的在于导线的石墨烯棒1接续完成后，各接续后的石墨烯棒1之间留有空隙，以便环氧树脂6的填入。

铝套管4为开有通气孔5的圆管。通气孔5的作用是在压接铝套管4之前，通过通气孔5将搅拌均匀的环氧树脂6倒入铝套管5中，环氧树脂6用于填实接续完成后的石墨烯棒1之间的缝隙，对导线起到支撑作用。

铝套管4的横截面积沿铝套管4长度方向先递增再递减，其横截面积在铝套管长度方向的中点达到最大值。铝套管4的横截面积设计为中间大两端小，目的是使得待压接导线的压接部分，能够与铝套管4横截面积较大处重合，保证压接处能够有效的传递张力。

铝套管4的端部进行倒圆角处理，经过倒圆角处理后的铝套管4在压接过程中，不会因为端部的尖角，对导线造成损害。

圆形铝套管4的内外表面为光滑结构。光滑的表面有利于降低加工难度，且光滑表面与具有凹槽或凸起的表面相比，在填充环氧树脂6时，更容易将环氧树脂6均匀的填满导线与铝套管4之间的空隙。铝套管4的内径与导线的直径相配合，铝套管4为接续导线传递张力，是导线接续部位的承力部位。本专利提供了一种应用于复合式石墨烯纳米材料导线的热气法石墨烯接续管与接续方法。

通气孔5沿铝套管4的径向贯通铝套管4的圆管壁，通气孔5的中心轴与铝套管4的中心轴相互垂直。为了将环氧树脂6更均匀的倒入铝套管4内部，通气孔5设置于铝套管4沿其长度方向的中点。

本发明复合式石墨烯纳米材料导线的导体之间由复合材料支撑，在架空条件下随着时间增加，复合材料的塑性变形有不确定性，不能如同普通导线一样压接。本发明提供了一种利用上述接续金具完成复合式石墨烯纳米材料导线接续的一种方案，具体步骤说明如下：

(1)借助剥刀将待接续导线复合材料支撑剔除，露出内层石墨烯棒，根据热气法装置对接续导线的要求，留足接续用石墨烯棒长度，如附图2所示。

(2)在一侧导线上套入压接用铝套管4，铝套管4的通气孔5朝上。

(3)按顺序将2根不同导线终端对应的石墨烯棒放置在热气机的接续槽内，在石墨烯棒的表面涂附催化颗粒，控制纳米管的形成位置。

(4)将石墨烯接续管3(如附图3所示)套在接续槽中的2根石墨烯棒上，石墨烯接续管长度方向中点和两石墨烯棒对接缝重合，放入热气机内，热气机将自动对其端面做出判断并将2根石墨烯棒连接，如附图4所示。

其中，热气机接续槽内的温度为600℃，同时向接续槽内缓慢冲入甲烷气体，甲烷气体在高温下分解时产生自由碳原子，游离的碳原子重新结合时将石墨烯棒与石墨烯接续管之间的空隙填满石墨烯材料。

(5)石墨烯棒逐根连接完毕后，将用于压接的铝套管4套住另一侧导线，如附图5所示。

(6)向铝套管4上的通气孔5中倒入搅拌均匀的环氧树脂6，并利用液压法压接铝套管4，压接完成后示意图如附图6所示；

其中环氧树脂6为任意选自二酚基丙烷型环氧树脂、酚醛多环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂或环氧化聚丁二烯树脂中的一种或几种。

环氧树脂6的作用与待接续导线端部被剔除的复合材料2相同，对接续完成后导线的石墨烯棒1起支撑作用，同时与压接的铝套管4共同传递张力。

本发明设计的石墨烯接续管3穿过复合式石墨烯纳米材料导线的每根石墨烯棒1，通过热气法连接后保证石墨烯棒1的稳定握持。用搅拌均匀的环氧树脂6填充被剔除的导线复合材料支撑部分，并最终用铝套管4压接在导线导体之间的缝隙处。石墨烯接续管传递电气负荷，并与压接的铝套管4共同传递张力。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (8)

1.一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述金具包括石墨烯接续管（3）和铝套管（4），所述石墨烯接续管（3）由横截面为O字型的柱状基体构成，所述基体的内外表面为光滑结构；所述铝套管（4）为开有通气孔（5）的圆管，所述圆管的横截面积沿所述铝套管（4）长度方向先递增再递减，所述圆管的内外表面为光滑结构。

2.如权利要求1所述的一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述石墨烯接续管（3）的壁厚介于导线石墨烯棒（1）的半径和直径之间。

3.如权利要求1所述的一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述石墨烯接续管（3）由石墨烯纳米材料制成。

4.如权利要求1所述的一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述铝套管（4）的端部进行倒圆角处理。

5.如权利要求1所述的一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述通气孔（5）沿所述铝套管（4）的径向贯通所述铝套管（4）的圆管壁。

6.如权利要求5所述的一种复合式石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述通气孔（5）设置于所述铝套管（4）沿其长度方向的中点。

7.一种应用权利要求1所述接续金具的接续方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

（1）将待接续导线的复合材料支撑剔除，露出内层石墨烯棒，根据导线接续的要求，留足接续用石墨烯棒长度；

（2）在一侧导线上套入压接用铝套管，铝套管的通气孔朝上；

（3）依次将2根待接续导线终端对应的石墨烯棒放置在热气机的接续槽内； 

（4）将石墨烯接续管套在接续槽内的2根对应的石墨烯棒上，放入热气机内，热气机将2根石墨烯棒进行接续；

其中：石墨烯接续管长度方向中点和两石墨烯棒对接缝重合；

（5）石墨烯棒逐根接续完成后，将压接用铝套管套住另一侧导线；

（6）通过铝套管设置的通气孔倒入搅拌均匀的环氧树脂，并用液压法压接铝套管。

8.如权利要求7所述的一种接续方法，其特征在于步骤（6）中，所述环氧树脂为任意选自二酚基丙烷型环氧树脂、酚醛多环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂或环氧化聚丁二烯树脂中的一种或几种。

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