CN103050798A - 一种石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法，解决了附着式石墨烯纳米材料导线施工中的难题，为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碳纤维压接接续管和石墨烯膜接续套管；碳纤维压接接续管由横截面为O字型的柱状基体构成，基体的内外表面为光滑结构；石墨烯膜接续套管由横截面为圆弧形的扇形薄片构成，扇形薄片的内外表面为光滑结构。本发明的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。 

附着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。导线包括内层和外层，导线内层由圆线型碳纤维的单丝绞绕而成，单丝之间相互紧贴，形成规整的管型结构，外层由石墨烯纳米材料薄片绞绕而成，设置于内层的外围，石墨烯纳米材料薄片为圆弧形结构。石墨烯纳米材料薄片沿内层碳纤维圆周方向均匀的分布在外层，石墨烯纳米材料薄片等间距放置。内层的碳纤维，主要作为承力作用，以及石墨烯纳米材料新型导线的基底，外层为石墨烯纳米材料薄片绞制而成，是架空用输电线路导线的导电部分。 

作为一种新型结构的导线，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CN201220181173.4，发明名称为“一种碳纤维光电复合导线接续金具”的实用新型专利，公开的技术方案为：复合导线内部是碳纤维复合芯，外部是铝导线，接续金具包括有导电管主体，在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，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；在导电管主体上设置一个镂空孔；在导电管主体外设置有螺旋环绕条纹。 

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石墨烯纳米材料导线接续金具及接续方法，解决了附着式石墨烯纳米材料导线施工中的难题，为附着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碳纤维压接接续管和石墨烯膜接续套管；所述碳纤维压接接续管由横截面为O字型的柱状基体构成，所述基体的内外表面为光滑结构；所述石墨烯膜接续套管由横截面为圆弧形的扇形薄片构成，所述扇形薄片的内外表面为光滑结构。 

本发明的第一优选技术方案为：所述石墨烯膜接续套管包括12-15片扇形薄片，扇形薄片圆弧角取值范围为20°至25°。 

本发明的第二优选技术方案为：所述构成石墨烯膜接续套管的扇形薄片的圆弧角相同或不相同。 

本发明的第三优选技术方案为：所述扇形薄片沿其长度方向呈螺旋状分布，，所述扇形薄片沿其长度方向的投影为一段圆弧型或O字型。 

本发明的第四优选技术方案为：所述构成同一石墨烯膜接续套管的扇形薄片螺旋旋向相同。 

一种应用本发明接续金具的接续方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤： 

(1)将导线需接续端外层的石墨烯薄片剔除，露出内层的碳纤维棒，根据碳纤维压接接续的要求，留足接续用碳纤维棒长度； 

(2)在一侧导线上套入石墨烯膜接续套管和碳纤维压接接续管；(如果石墨烯膜由扇形薄片构成，那么套入导线时存在固定问题，是否需要进行说明？) 

(3)将两导线碳纤维终端对接，套上碳纤维压接接续管，碳纤维压接接续管长度方向中点和两碳纤维棒对接缝重合，通过液压压接法压接碳纤维压接接续管； 

(4)将石墨烯膜接续套管套住两根导线，石墨烯膜接续套管长度方向中点和两碳纤维棒 对接缝重合，将两根导线接续端的外层和石墨烯膜接续套管的重合部分按顺序分别放置在热气机的接续槽内，采用热气法实现石墨烯膜接续套管的接续。 

本发明的第五优选技术方案为：所述步骤2中：所述石墨烯膜接续套管套入导线外层，所述碳纤维压接接续管套入导线内层。 

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，接续金具包括碳纤维压接接续管和石墨烯膜接续套管，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和液压法，将两根附着式石墨烯纳米材料导线连接，工艺成熟，压接质量容易得到保障，保证两种接续管对导线握持的有效、稳定； 

3)本发明的碳纤维压接接续管用于导线中碳纤维的接续，接续完成后，主要起承力的作用，石墨烯膜接续套管用于导线外层的接续，石墨烯膜接续套管和导线外层利用热气法接续，接续完成后石墨烯膜接续套管和导线外层之间形成原子结合力，为导线的导电部分，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)石墨烯膜接续套管由沿其长度方向呈螺旋结构的扇形薄片构成，构成同一石墨烯膜接续套管的扇形薄片螺旋旋向相同，使得石墨烯膜接续套管形成绞绕方向，有利于接续后导线的导电性能。 

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。 

图1是附着式石墨烯纳米材料导线； 

图2是剔除导线需接续端外层石墨烯薄片导线示意图； 

图3是碳纤维棒压接示意图； 

图4是压接完成示意图； 

附图标记：

1-内层，2-外层，3-碳纤维压接接续管，4-石墨烯膜接续套管。 

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。 

本发明提供了一种应用于附着式石墨烯纳米材料导线的接续金具与接续方法。 

附着式石墨烯纳米材料导线的结构型式如图1所示，导线包括内层1和外层2，内层1为碳纤维复合材料圆管，主要作为承力作用，具体结构为圆线型碳纤维的单丝绞绕，单丝之间相互紧贴，形成规整的管型结构。外层2为附着均匀的石墨烯纳米材料薄片，设置于内层的外围，石墨烯纳米材料薄片为圆弧形结构，是架空用输电线路导线的导电部分。 

接续金具包括碳纤维压接接续管3和石墨烯膜接续套管4，分别用于内层1和外层2的接续。 

碳纤维压接接续管3为圆环形结构，碳纤维压接接续管3的内外表面为光滑表面，环形碳纤维压接接续管3的内径与导线内层1的外径相配合，碳纤维压接接续管3的壁厚与导线外层2的厚度相当。碳纤维压接接续管3主要连接稳固导线内层1，起到承力作用。 

石墨烯膜接续套管4由石墨烯纳米材料制成，为圆环形结构。石墨烯膜接续套管4包括12-15个圆弧角为20°至25°的扇形薄片，构成同一石墨烯膜接续套管4的扇形薄片，圆弧角可以相同，也可以不相同，但扇形薄片所对应的半径均相同。扇形薄片沿其长度方向呈螺旋状，构成同一石墨烯膜接续套管4的扇形薄片螺旋旋向相同，螺旋状的扇形薄片沿其长度方向中轴线的投影为一段圆弧型或O字型。不同直径的导线需要不同直径的石墨烯膜接续套管4与之配合。 

石墨烯膜接续套管4的内外表面为光滑表面，石墨烯膜接续套管4的内径与导线外层2的外径相配合，石墨烯膜接续套管4的壁厚与导线外层2的厚度相当。石墨烯膜接续套管4为接续部位的导电部分。 

本发明的接续方法包括如下步骤： 

(1)借助剥刀将导线需接续端外层2的石墨烯薄片剔除，露出内层1的碳纤维棒，根据碳纤维压接接续的要求，留足接续用碳纤维棒长度，如附图2所示； 

(2)在一侧导线上套入石墨烯膜接续套管4和碳纤维压接接续管3； 

(3)按顺序将两导线碳纤维终端对接，套上碳纤维压接接续管3，碳纤维压接接续管3径向中轴线和两碳纤维棒对接缝重合，通过液压压接法压接碳纤维压接接续管3，如附图3所示； 

(4)将石墨烯膜接续套管4套住两根导线，石墨烯膜接续套管4径向中轴线和两碳纤维棒对接缝重合，将两根不同导线终端的石墨烯膜和石墨烯膜接续套管的重合部分按顺序分 别放置在热气机的接续槽内，在石墨烯膜的表面涂附催化颗粒，控制纳米管的形成位置，如附图4所示。 

热气法接续，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。 

通过热气法和液压压接法将设计的石墨烯膜接续套管4和碳纤维压接接续管3稳定握持住两根附着式石墨烯纳米材料导线，在保证传递机械负荷的同时，传递电气负荷。采用本发明接续方法后，导线的拉断力为原导拉断力的95％，能够保证导线在使用过程中，输电线路对导线机械负荷的要求。 

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 (7)

1.一种石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述金具包括碳纤维压接接续管(3)和石墨烯膜接续套管(4)；所述碳纤维压接接续管(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；所述石墨烯膜接续套管(4)由横截面为圆弧形的扇形薄片构成，所述扇形薄片的内外表面为光滑结构。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述石墨烯膜接续套管(4)包括12-15片扇形薄片，扇形薄片圆弧角取值范围为20°至25°。

3.如权利要求1或2所述的一种石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述构成石墨烯膜接续套管(4)的扇形薄片的圆弧角相同或不相同。

4.如权利要求1或2所述的一种石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述扇形薄片沿其长度方向呈螺旋状分布，所述扇形薄片沿其长度方向的投影为一段圆弧型或O字型。

5.如权利要求4所述的一种石墨烯纳米材料导线接续金具，其特征在于所述构成同一石墨烯膜接续套管(4)的扇形薄片螺旋旋向相同。

6.一种利用权利要求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)将导线需接续端外层(2)的石墨烯薄片剔除，露出内层(1)的碳纤维棒，根据碳纤维压接接续的要求，留足接续用碳纤维棒长度；

(2)在一侧导线上套入石墨烯膜接续套管(4)和碳纤维压接接续管(3)；

(3)将两导线碳纤维终端对接，套上碳纤维压接接续管(3)，碳纤维压接接续管(3)长度方向中点和两碳纤维棒对接缝重合，通过液压压接法压接碳纤维压接接续管(3)；

(4)将石墨烯膜接续套管(4)套住两根导线，石墨烯膜接续套管(4)长度方向中点和两碳纤维棒对接缝重合，将两根导线接续端的外层(2)和石墨烯膜接续套管(4)的重合部分按顺序分别放置在热气机的接续槽内，采用热气法实现石墨烯膜接续套管(4)的接续。

7.如权利要求6所述石墨烯纳米材料导线的接续方法，其特征在于所述步骤2中：所述石墨烯膜接续套管(4)套入导线外层(2)，所述碳纤维压接接续管(3)套入导线内层(1)。

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