CN104752001A - 自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆，包括至少两根线芯组成的缆芯，缆芯外设有隔氧层，隔氧层外设有联锁铠装层，联锁铠装层外设有低烟无卤护套层，隔氧层与线芯之间设有填充物，导体为铝合金导体；在所述填充物中设置有一根光单元，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；在所述线芯之间的空隙中设置有碳纤维增强芯。本发明的有益效果是：满足现代建筑对进户电缆的高电气性能、机械性能、阻燃性能、火灾安全性能和长期寿命性能的要求，同时又可替代铜电缆，节约资源；强度更大，不光能够通信，还能实时监测电缆温度。

Description

自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆

技术领域

 本发明属于电缆领域，具体是一种适用于建筑进户固定敷设在室内、隧道及电缆沟等场所的自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆。

背景技术

我国在上世纪50～70年代，铜作为战略资源，电气应用方面的国策就是“以铝代铜”，铜质线缆不可能在民用建筑中使用，所使用的电缆导体大多为电工纯铝导体；到 80年代中期，铝导体线缆在使用中的问题暴露出来，尤其是铝导线接头氧化引起很多起火灾等，而当时铜、铝价格差别不大，加之铜导体在电气、机械、耐久等性能方面的优越性，在应用上逐渐变成以铜为主；到了90以后年代，多项国家标准、规范也要求在民用建筑中采用铜线缆，铝导体基本就没有采用了。但最近几年，特别是从2005年开始，国际市场的铜金属价格上升幅度很大。从2005年开始，铜从2000美元/吨上涨到9000美元/吨，2008年的经济危机，又使铜价从9000美元/吨跌回到3000美元/吨，然而2009年，铜价又从3000美元/吨上涨到8000美元/吨，至2010年12月底，国际铜价再创历史新高，每吨铜价超过9500美元。随着近年来国家通货膨胀的压力骤增，铜价还有着强烈的上涨趋势，而铜材料在铜电缆中所占的成本达到70%以上，使铜电缆的价格也在应声而涨，从而导致用户投入成本大幅增加。面对不断攀升的铜价，以及未来不可预见的价格趋势，许多客户开始选择便宜的铝电缆。由于铝在自然界的含量非常高，目前铝材料的价格相当于铜的三分之一左右。不仅在原材料供应方面存在优势，在制造方面，一根同样长度的电缆，所需的铝的重要比铜也较轻，一般会轻30-50%，因此，在整个运输和安装过程中，也为客户带来了节能环保的效应。以目前市场情况看，以“铝”代铜又成为必然的选择。 

随着现代高层大建筑群的出现，电缆的阻燃与耐火的要求也日益俱增。值得关注的是，绝缘材料中加入各种阻燃剂或配合助剂，也必然引起电气和机械性能的下降。

此外，现有的导线抗拉强度还不够，对冰冻雨雪等自然灾害承受力低；现有光电复合电缆，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

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆，其特征在于，包括至少两根线芯组成的缆芯，缆芯外设有隔氧层，隔氧层外设有联锁铠装层，联锁铠装层外设有低烟无卤护套层，隔氧层与线芯之间设有填充物，线芯包括导体与导体外的绝缘层，其中，导体为铝合金导体；在所述填充物中设置有一根光单元，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；在所述线芯之间的空隙中设置有碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯由碳纤维丝和陶瓷纤维丝组成。

进一步地，所述的缆芯包括三根线芯，所述的绝缘层为低烟无卤聚烯烃挤包后辐照交联而成的绝缘层，所述的填充物为低烟无卤阻燃填充物，所述的联锁铠装层为铝合金联锁铠装层，所述的铝合金导体由铝合金型线绞合而成，绞合后型线的截面为梯形。

本发明的有益效果是：该自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆完全满足现代建筑对进户电缆的高电气性能、机械性能、阻燃性能、火灾安全性能和长期寿命性能的要求，同时又可替代铜电缆，节约资源。

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。

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

如图1所示，自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆，包括至少两根线芯组成的缆芯，本实施方式中，缆芯包括三根线芯，三根线芯组成的缆芯外设有隔氧层3，隔氧层3外设有联锁铠装层4，联锁铠装层4外设有低烟无卤护套层7，隔氧层3与线芯之间设有填充物6，线芯包括导体1与导体外的绝缘层2，其中，导体为铝合金导体。将铝合金作为导体材料拉制成型线后绞合成导体1，选择低烟无卤阻燃聚烯烃作为绝缘层2的材料，挤包在导体1上后经辐照交联制成绝缘层，线芯与隔氧层3之间的空隙由低烟无卤阻燃材料进行填充，其中，联锁铠装层4为铝合金联锁铠装层，最外层的护套层5是挤包低烟无卤阻燃聚烯烃护套，所述的铝合金导体由铝合金型线绞合而成，绞合后型线的截面为梯形。

在所述线芯之间的空隙中设置有碳纤维增强芯8，所述碳纤维增强芯8由碳纤维丝和陶瓷纤维丝组成，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。

在所述填充物6中设置有一根光单元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. 一种自测温碳纤维增强型铝合金复合电缆，其特征在于，包括至少两根线芯组成的缆芯，缆芯外设有隔氧层，隔氧层外设有联锁铠装层，联锁铠装层外设有低烟无卤护套层，隔氧层与线芯之间设有填充物，线芯包括导体与导体外的绝缘层，其中，导体为铝合金导体；在所述填充物中设置有一根光单元，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；在所述线芯之间的空隙中设置有碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯由碳纤维丝和陶瓷纤维丝组成。