CN104751973A - 碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆，由导体以及挤包在所述导体外层的绝缘层构成绝缘线芯，所述导体为铝合金导体，多根绝缘线芯绞合成电缆缆芯，缆芯间隙设置填充层，在所述缆芯及所述填充层外绕包有隔离层，在所述隔离层外纵包有轧纹型不锈钢外护套；在所述隔离层内的空隙中设置一根光单元，所述的光单元包括多根光纤，至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤。本发明的有益效果是：强度更大，且能较好的代替铜导体电缆，不仅能够通信，还能实时监测电缆温度。

Description

碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆

技术领域

 本发明涉及电缆，具体地说是一种碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆。

背景技术

目前在我国公共场所所用的电缆基本为低烟无卤阻燃电缆，导体有铜芯和铝芯，而铜资源在我国短缺，价格也很高，已经达到7万元以上一吨，而我国铝资源丰富，但普通电工铝的抗蠕变和延伸性能差，造成电缆运行过程中的运行安全性差，所以在我国用铝作导电线芯的电力电缆较少，随着8000系列的铝合金在我国批量投产，采用8000系列铝合金作导体成为一种可能，在美国等北美国家90％的供电线路采用了8000系列铝合金作电力电缆的导体，所以采用8000系列的铝合金作导体，在我国应到了大量运用的时候。 

而对于低烟、无卤和阻燃的性能，现在用的低烟无卤阻燃电缆要达到无烟、无卤和难燃的性能要求确很难，对材料成本增加很大，而采用金属作护套就很容易。虽然绝缘等材料可以燃料，但被金属护套隔绝了空气，无法燃烧或释放出烟雾和有害气体。

此外，现有的电缆抗拉强度还不够，对冰冻雨雪等自然灾害承受力低；现在出现了光电复合电缆，具有光纤通信功能和电力传输功能，可以实现各种控制信号、网络信号以及电力的传输，适应电信网、广电网、互联网、电力网多网融合的使用需要。但是，这种光电复合电缆在运行中温升情况无法监测，容易发生因电力导线负载增加引起升温导致整个电缆损坏的现象。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆，是替代铜、铝芯低烟无卤阻燃型电力电缆的新一代产品，节约铜资源，性价比高，电气防火安全和环境保护效果更好，并且能自行监测运行中电缆的温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆，其特征在于，由导体以及挤包在所述导体外层的绝缘层构成绝缘线芯，所述导体为铝合金导体，多根绝缘线芯绞合成电缆缆芯，缆芯间隙设置填充层，在所述缆芯及所述填充层外绕包有隔离层，在所述隔离层外纵包有轧纹型不锈钢外护套；在所述线芯中央的空隙中设置有碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝；在所述隔离层内的空隙中设置一根光单元，所述的光单元包括多根光纤和从内到外依次设置的松套管、非金属加强层和护套，所述的松套管套在所述的光纤外，所述的松套管内填充满干式阻水物，所述的非金属加强层内设置有多根均匀分布的阻水纱，所述的非金属加强层与所述的护套之间嵌有撕裂绳；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。

本发明的有益效果是：

采用了陶瓷纤维和碳纤维复合结构，不仅具有碳纤维材料的优点，而且强度更大。

实际生产中如使用本发明的电缆，既可以正常输送电能，又能进行通讯，还能自身进行温度测量。这样就节省了为了电力通讯而增加的ADSL、OPGW等设备，也能减少因为OPGW引起的雷击等事故威胁。另外还能节省目前工作中采取的使用很高成本的GPS导线测温设备，节省巨大的成本。在将本发明的电缆作为传输电力的线路时，工作人员可以根据所述导线测量到线路温度来直接确定线路的实际承载状况。 

本发明对加强导线在线监测、掌握温度变化、提高导线传输容量、降低线损、提高电网运行安全、增加通信备份、解决全方位通信方案等等方面都显示出具大的经济效益和社会效益，尤其在当下国家全力建设环保型、经济型社会的主潮流中更加显示出强大的现实意义。

因本发明电缆的导体采用了8000系列电工级铝合金作导电线芯，导体载流能力与铝芯相当，是铜导体的61％，而铝合金导体材料成本是铜导体材料成本的约20％左右，而且8000系列电工级铝合金作导体，导体的抗蠕变性能和延伸性能佳，极大的提高了使用系统运行的可靠性。 

因本发明电缆的外护层采用了纵包焊接轧纹型不锈钢外护套，不锈钢的熔点温度为1772℃，因此，电缆外护层在火焰温度达到750℃～1000℃条件下，电缆也不会熔化和燃烧，电缆里面的绝缘、填充和隔离及绕包层材料又被外护层隔离，与空气不接触，无法形成燃烧的条件，所以电缆本身也不会因老化、过载或短路产生自燃现象。 

由于本发明电缆具有无烟、无卤和难燃的特性，电缆在火灾条件下的二次灾害也大大减少了，不会对环境保护造成负面影响，是名符其实的环保型电缆。 

本发明电缆使用寿命长。由于不锈钢外护套耐腐蚀性强，电缆里面的材料与空气被隔离，绝缘及其它材料的老化过程大大延缓，电缆的使用寿命经计算可达到80年。 

由于电缆外护套采用了不锈钢护套，不但是具有防火性能、其防腐性能、防水性能也好，可作为水下电缆使用。 

由于对不锈钢外护套进行了轧纹工艺处理，本发明电缆的弯曲半径可与普通电缆相比，安装敷设时也不需要穿管，节省了穿管材料。 

不锈钢外护套也可作为屏蔽层使用，具有很好的磁场屏蔽效果，也可替代现有的钢带铠装或联锁铠装电缆。 

由于采用了铝合金导体和不锈钢外护套，节约了铜资源，电缆重量轻，无需穿管，安装方便，工程投资成本降低，性价比远高于现有电力电缆。 

本发明电缆的技术性能指标： 

额定电压：0.6/1kV或1.8/3kV。 

电缆长期最高允许工作温度：90℃、105℃和125℃，短时间允许达到：250℃。 

最小弯曲半径：不小于电缆外径的10倍。 

导体电阻在20℃时符合3956中铝导体的规定。 

成品试验电压：3500V/5min或6500V/5min。 

绝缘电阻：在20℃时不小于1000MΩ/km。 

无烟性能：透光率≥90％(低烟性能是≥60％) 

无卤性能：PH值≥4.3，电导率≤10μS/mm。 

燃料性能：电缆在750℃～1000℃的火焰温度下，供火40min，电缆外护套也不会熔化和燃烧，电缆内部仅在火源附近被烧焦，烧焦的距离远小于普通的低烟无卤阻燃电缆，停止供火后，电缆上也无火焰延燃。 

屏蔽性能：屏蔽抑制系数≤0.3％。

附图说明

图1为本发明的横截面示意图；

图2为本发明中光单元的横截面示意图。

具体实施方式

本实施例碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆，包括电缆铝合金导体1，导体1外挤包绝缘层2形成绝缘线芯，多根绝缘线芯束绞形成缆芯，采用无卤材料对缆芯中线芯之间的空隙进行填充构成填充层3，在缆芯和填充层3外绕包二层耐高温无机带形成隔离层4，电缆的最外层采用纵包并经焊接轧纹处理的不锈钢外护套7。 

具体实施中，导体1采用8000系列电工级铝合金，根据需要可采用符合GB/T3956规定的第一种或第二种铝导体结构。绝缘层2可根据使用环境温度分别采用交联聚乙烯(90℃)或辐照交联聚烯烃(105℃、125℃)绝缘材料挤包。成缆缆芯的成缆节距：不大于成缆外径的20倍，并对线芯间隙进行填充，填充材料为：与绝缘材料耐温等级相一致的无卤材料填充条；在缆芯重叠绕包二层耐高温无机材料作为隔离层4。不锈钢外护套7采用纵包焊接工艺，并对外护套进行轧纹处理。

在所述线芯中央的空隙中设置有碳纤维增强芯6，所述碳纤维增强芯6包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝，通过将成股的碳纤维丝和陶瓷纤维丝绞合后，采用树脂浸渍，而后采用烘箱固化而成。在本实施例中，所述碳纤维丝为一根，所述陶瓷纤维丝为六根。

在所述隔离层4内的空隙中设置一根光单元5，如图2所示，所述的光单元5包括多根光纤51和从内到外依次设置的松套管52、非金属加强层53和护套54，松套管52套在光纤51外，松套管52内填充满干式阻水物55，非金属加强层53内设置有多根均匀分布的阻水纱56，非金属加强层53与护套54之间嵌有撕裂绳57；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。

本发明采用直接在光纤上制作刻录光栅的方法进行测温导体制造。用光纤刻录成的光栅光纤是利用光纤材料的光敏性，通过特殊的加工方式，使纤芯内形成空间相位光栅，局部形成一个窄带的反射镜面，对特定波长的光形成反射。当光纤的温度发生变化时，光栅的周围会随着光纤的热胀冷缩发生变化，该变化会改变反射波长，通过测量反射光的波长变化，便可测量出光栅所处位置的光纤感应温度。同样，通过测量反射光的延迟，可得知光栅的位置。这就是利用光栅光纤测温的原理。 

直接刻光栅的方式不产生附加损耗，不会影响测量距离，这种制作方式要好于熔接的制作方式。通过光纤刻录成的光栅光纤测温方式由于是特制有针对性的光纤，反射信号强，因此对设备的发射功率和接收灵敏度要求都低于拉曼反射测温方式，且设备的稳定性好。同时带来的好处是测量距离远，测量距离可以在100km以上，测量精度在±2℃以内。 

这些光纤中的至少一根光纤上进行刻写光栅，在设定的位置进行刻写光栅，通过发射光信号测量不同位置光栅的感应温度。这就是实现了利用光栅光纤测温。本发明不需要测量整条线路的连续温度分布，可以选用每300～500米一个测量点，或在弧垂最低点加大分布光栅点，选用光栅光纤的测温方式监控线路温度变化，可随时通过掌握的温度调整输传容量。优选地，可选择300米、400米、500米作为相邻测温点的间隔距离。

根据本发明的一个具体实施例，光单元内部穿有24根光纤，在这24根光纤中的8根光纤上进行刻写光栅。在这8根光纤中的每根上都刻录15个光栅，即每根上共15个测温点。在该实施例中，使用 24根光纤中的16根光纤进行通讯，利用24根光纤中的8根刻录有光栅的光纤进行测温。实践证明，该方法能够达到较好的效果。 

实际生产中如使用本发明的电缆，既可以正常输送电能，又能进行通讯，还能自身进行温度测量。这样就节省了为了电力通讯而增加的ADSL、OPGW等设备，也能减少因为OPGW引起的雷击等事故威胁。另外还能节省目前工作中采取的使用很高成本的GPS导线测温设备，节省巨大的成本。在将本发明的电缆作为传输电力的线路时，工作人员可以根据测量到的线路温度来直接确定线路的实际承载状况。

Claims (1)

1.一种碳纤维增强型绝缘阻燃铝合金电缆，其特征在于，由导体以及挤包在所述导体外层的绝缘层构成绝缘线芯，所述导体为铝合金导体，多根绝缘线芯绞合成电缆缆芯，缆芯间隙设置填充层，在所述缆芯及所述填充层外绕包有隔离层，在所述隔离层外纵包有轧纹型不锈钢外护套；在所述线芯中央的空隙中设置有碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝；在所述隔离层内的空隙中设置一根光单元，所述的光单元包括多根光纤和从内到外依次设置的松套管、非金属加强层和护套，所述的松套管套在所述的光纤外，所述的松套管内填充满干式阻水物，所述的非金属加强层内设置有多根均匀分布的阻水纱，所述的非金属加强层与所述的护套之间嵌有撕裂绳；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。