CN107358995A - 一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线 - Google Patents

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徐俊
陈中伟
张玉庆
刘传瑞
庞中强
刁学煜
吴坤
王志伟
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Abstract

本发明是一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，包括碳纤维复合芯棒和绞制在碳纤维复合芯棒外的若干半硬铝线层，所述碳纤维复合芯棒包括复合材料内芯和包覆复合材料内芯用的玻璃纤维复合材料层。本发明载流量高、强度大、弧垂小，使用成本低、可以减少杆塔数量，还可广泛应用于大截面碳纤维复合芯，对建设坚强智能电网、实现“清洁替代”、促进节能环保具有重要的经济效益和社会效益。发展特高压电网，对拉动内需和经济增长、带动装备制造业转型升级、促进东西部协调发展、带动就业以及治理大气污染都有着重要的作用。

Description

一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线
技术领域
本发明涉及一种电缆芯制备技术领域，特别是一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线。
背景技术
碳纤维复合芯导线（简称ACCC），是用碳纤维复合芯替代传统钢芯制成的架空输电线路用导线。碳纤维复合芯导线具备强度高、耐腐蚀、载流量大、线膨胀系数小、弧垂小、重量轻等特点，能够满足架空输电领域节能、环保的更高要求。同时碳纤维复合芯导线的导体材料由于采用了软铝导电率相较于普通硬铝线得到了较大的提高，有效地降低了输电损耗。
目前，应用碳纤维复合芯导线仍然存在着以下几点问题：
（1）常规的碳纤维复合芯导线导体材料使用完全退火状态的软铝型线，这种材料的特点是强度低、电阻率低、延伸率高，能适应大多数项目设计要求，不足之处是强度较低，导致导线综合抗拉力较低，而且在施工时导线容易磨损。如果使用半退火状态的半硬铝，提高了导线抗拉力和导体的抗塑性变形能力，并兼具良好的导电性；
（2）碳纤维复合芯导线较之普通导线，由于采用复合材料，其导线结构特性发生变化，碳纤维复合芯导线可能更易受到舞动现象的破坏，而目前由于碳纤维复合芯导线的韧性较之普通导线偏低，抗弯能力较弱，因此常规的质量型防舞装置对碳纤维复合芯导线可能不再适用，亟需开展新型防舞技术的研究，确保碳纤维复合芯导线具备抵御舞动灾害的能力；
（3）碳纤维复合芯导线特高压直流输电容量的提升主要是通过两方面的措施来实现，一是提高输送电压；二是提高输送电流。目前特高压直流输电电压已由±800kV提升到±1100kV，输送电流已由每极导线的4kA提升到6.25kA。输送电压和输送电流的提高对直流换流站内的设备以及直流输电线路的导线都提出了很高的要求。为了满足电流提升导线载流量的要求，目前工程上已采用的导线截面已达1660mm2。因此，特高压直流输电容量提升在换流站设备和输电线路导线两方面都遇到了技术瓶颈。导线方面，找到一种合理的满足大电流输送同时又经济可靠的新型导线是突破该技术瓶颈的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种成本低、结构设计合理、制备效率高，可提高抗弯、抗扭性能，可满足输送电压、电流要求的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的。本发明是一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特点是：包括碳纤维复合芯棒和绞制在碳纤维复合芯棒外的若干半硬铝线层，所述碳纤维复合芯棒包括复合材料内芯和包覆复合材料内芯用的玻璃纤维复合材料层；其制备方法为：（1）碳纤维复合芯棒的制备，用单根碳纤维绳制成复合材料内芯，用玻璃纤维复合材料层包裹复合材料内芯制成碳纤维复合芯棒；（2）半硬铝线层的制备，将铝杆做矫直清理处理，去除氧化层后，采用拉丝或者挤铝的工艺方法制备得到半硬铝单丝，将半硬铝单丝经高温时效处理后，制得抗张强度≥110Mpa、延伸率≥4%的半硬铝线，所述时效温度为220-260℃，时效时间为3-6小时；（3）碳纤维复合芯棒与半硬铝线层的绞制，将步骤（2）中得到的半硬铝线层按照需要的绞合方式绞合在步骤（1）中得到的碳纤维复合芯棒的外表面即可，最后通过收卷机将导线收卷。
本发明一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：
1、所述碳纤维复合芯棒的直径为8.0-15.0mm；
2、所述半硬铝线层为内、外双层结构，内层半硬铝线层由6-10根半硬铝线组成，外层半硬铝线层由8-14根半硬铝线组成；
3、所述半硬铝线层为内、中间、外三层结构，内层半硬铝线层由6-10根半硬铝线组成，中间层半硬铝线层由8-14根半硬铝线组成，外层半硬铝线层由10-16根半硬铝线组成；
4、所述半硬铝线的截面形状为圆形、梯形或者Z形；
5、在碳纤维复合芯棒内设有若干通讯或监测用的光纤；
6、所述时效温度为245℃，时效时间为6小时。
与现有技术相比，本发明载流量高、强度大、弧垂小，使用成本低、可以减少杆塔数量，还可广泛应用于大截面碳纤维复合芯，对建设坚强智能电网、实现“清洁替代”、促进节能环保具有重要的经济效益和社会效益。发展特高压电网，对拉动内需和经济增长、带动装备制造业转型升级、促进东西部协调发展、带动就业以及治理大气污染都有着重要的作用。
附图说明
图1为本发明不同双层结构的半硬铝线层结构示意图；
图2为本发明三层结构的半硬铝线层结构示意图；
图3为本发明四层结构的半硬铝线层结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1、2、3，一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，包括碳纤维复合芯棒1和绞制在碳纤维复合芯棒1外的若干半硬铝线层2，所述碳纤维复合芯棒1包括复合材料内芯和包覆复合材料内芯用的玻璃纤维复合材料层；其制备方法为：（1）碳纤维复合芯棒的制备，用单根碳纤维绳制成复合材料内芯，用玻璃纤维复合材料层包裹复合材料内芯制成碳纤维复合芯棒；（2）半硬铝线层的制备，将铝杆做矫直清理处理，去除氧化层后，采用拉丝或者挤铝的工艺方法制备得到半硬铝单丝，将半硬铝单丝经高温时效处理后，制得抗张强度≥110Mpa、延伸率≥4%的半硬铝线，所述时效温度为220-260℃，时效时间为3-6小时；（3）碳纤维复合芯棒与半硬铝线层的绞制，将步骤（2）中得到的半硬铝线层按照需要的绞合方式绞合在步骤（1）中得到的碳纤维复合芯棒的外表面即可，最后通过收卷机将导线收卷。所述铝半硬铝单丝时效工艺的关键控制点是退火温度和退火时间,这是控制单丝的强度、延伸率、导电率的关键环节。退火时间一般控制在1小时左右，保温时间应在6小时左右。从试验数据看出，要达到单丝强度在110Mpa-125Mpa之间的要求，退火温度应在245℃左右。
实施例2，实施例1所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：所述碳纤维复合芯棒的直径为8.0-15.0mm。
实施例3，实施例1或2所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：所述半硬铝线层为内、外双层结构，内层半硬铝线层由6-10根半硬铝线组成，外层半硬铝线层由8-14根半硬铝线组成。所述双层结构的半硬铝线层可以将内层半硬铝线设置为6根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为9根半硬铝线；可以将内层半硬铝线设置为6根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为10根半硬铝线；内层半硬铝线设置为7根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为11根半硬铝线；内层半硬铝线设置为8根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为11根半硬铝线；内层半硬铝线设置为8根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为12根半硬铝线；内层半硬铝线设置为8根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为13根半硬铝线；内层半硬铝线设置为8根半硬铝线，对应的外层半硬铝线设置为13根半硬铝线。
实施例4，实施例1或2或3所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：所述半硬铝线层为内、中间、外三层结构，内层半硬铝线层3由6-10根半硬铝线组成，中间层半硬铝线层4由8-14根半硬铝线组成，优选9-14根半硬铝线组成，外层半硬铝线层5由10-16根半硬铝线组成，优选12-18根半硬铝线组成。所述内层半硬铝线层3设置为8根半硬铝线，中间层半硬铝线层4设置为12根半硬铝线，外层半硬铝线层5设置为16根的三层半硬铝线层，可适用于单丝根数为36根的碳纤维复合芯半硬铝型线或碳纤维复合耐热铝合金型线绞线。
实施例5，实施例1-4任一项所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：所述半硬铝线层为四层结构，内层半硬铝线层由6-10根半硬铝线组成，邻内层半硬铝线层由9-16根半硬铝线组成，邻外层的中间层半硬铝线层由12-20根半硬铝线组成，外层半硬铝线层由18-24根半硬铝线组成。此四层结构的半硬铝线层，广泛应用于大截面的碳纤维复合芯导线中。
实施例6，实施例1-5任一项所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：所述半硬铝线的截面形状为圆形、梯形或者Z形。
实施例7，实施例1-6任一项所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：在碳纤维复合芯棒内设有若干通讯或监测用的光纤。
实施例8，实施例1-7任一项所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线中：所述时效温度为245℃，时效时间为6小时。

Claims (7)

1.一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：包括碳纤维复合芯棒和绞制在碳纤维复合芯棒外的若干半硬铝线层，所述碳纤维复合芯棒包括复合材料内芯和包覆复合材料内芯用的玻璃纤维复合材料层；
其制备方法为：
（1）碳纤维复合芯棒的制备，用单根碳纤维绳制成复合材料内芯，用玻璃纤维复合材料层包裹复合材料内芯制成碳纤维复合芯棒；
（2）半硬铝线层的制备，将铝杆做矫直清理处理，去除氧化层后，采用拉丝或者挤铝的工艺方法制备得到半硬铝单丝，将半硬铝单丝经高温时效处理后，制得抗张强度≥110Mpa、延伸率≥4%的半硬铝线，所述时效温度为220-260℃，时效时间为3-6小时；
（3）碳纤维复合芯棒与半硬铝线层的绞制，将步骤（2）中得到的半硬铝线层按照需要的绞合方式绞合在步骤（1）中得到的碳纤维复合芯棒的外表面即可，最后通过收卷机将导线收卷。
2.根据权利要求1所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：所述碳纤维复合芯棒的直径为8.0-15.0mm。
3.根据权利要求1所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：所述半硬铝线层为内、外双层结构，内层半硬铝线层由6-10根半硬铝线组成，外层半硬铝线层由8-14根半硬铝线组成。
4.根据权利要求1所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：所述半硬铝线层为内、中间、外三层结构，内层半硬铝线层由6-10根半硬铝线组成，中间层半硬铝线层由8-14根半硬铝线组成，外层半硬铝线层由10-16根半硬铝线组成。
5.根据权利要求3或4所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：所述半硬铝线的截面形状为圆形、梯形或者Z形。
6.根据权利要求1所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：在碳纤维复合芯棒内设有若干通讯或监测用的光纤。
7.根据权利要求1所述的大截面碳纤维复合芯半硬铝导线，其特征在于：所述时效温度为245℃，时效时间为6小时。
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