CN201570315U - 一种智能测温复合材料芯导线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种智能测温复合材料芯导线。该导线具有重量轻、强度大、电导率高、线膨胀系数小、耐腐蚀使用寿命长、可实时测温等优点。导线具有至少一层铝导体缠绕的复合材料芯。该复合材料芯由一种或多种基体材料与一种或多种增强纤维复合而成，并且在复合材料芯内嵌入若干根感温光纤。利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的光时域反射(OTDR)技术，探测出沿着光纤不同位置的温度变化，实现分布式的测量。只需在接口处添加相应的测量设备便能够实时监测芯线任意位置的温度，一旦温度过高便发出报警信号，防止温度过高导致芯线断裂。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能测温复合材料芯导线，具体涉及一种能实时测量芯线温度的新型智能复合材料芯导线，属于架空导线制造领域。
背景技术
架空输电导线作为输电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来，架空导线主要使用钢芯铝绞线。近年来我国工农业生产迅猛发展，部分地区的电力线路已经跟不上发展的需要，急需改造，但基于投资成本和投资时间的约束，使如何利用有效的走廊资源提高输电容量成为电力建设的一大课题。目前，探索新的导线线型、以高效低耗地传送电能是我国电力科技工作者的不断追求。
目前各国都在研制新型复合材料合成导线，以美国CTC公司复合碳纤维导线(ACCC)为例，这种新型导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、电导率高、线膨胀系数小、耐腐蚀使用寿命长等优点。我国已经进口CTC公司的ACCC导线至少500公里。ACCC导线整体上无疑是一种性能优良的新型架空输电导线，但也有其自身的缺点，该导线芯线基体为一种环氧树脂，树脂的玻璃化转变温度较低，大约为200℃，在温度临近玻璃化转变温度时该复合芯的机械强度急剧下降，在应力集中的区域会出现芯线的断裂，所有的外界载荷将会全部转移到外围铝导体上，一旦导线断裂将会造成大范围的停电并且抢修工作困难，造成巨大的人力物力的损失。
传统上，对输电导线的温度监控系统是将温度传感器置于导线容易发生故障的位置，但由于导线芯被外围导体所包裹因此不便对导线芯进行直接测量，并且这种方法只能检测输电导线的局部温度变化。
发明内容
本实用新型的目的是针对复合材料合成导线存在的安全隐患，提供一种智能测温复合材料芯导线，本实用新型重量轻、强度大、抗电磁干扰和耐高温，该导线内部有若干根测量光纤，只需在接口处添加相应的测量设备便能够实时监测芯线任意位置的温度，一旦温度过高便发出报警信号。
本实用新型的技术方案是：一种智能测温复合材料芯导线，包括导线复合材料芯和外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，其特征在于：复合材料芯中嵌入若干根感温光纤，它是耐高温光纤，由石英光纤和外涂层构成，外涂层为改性聚酰亚胺涂料层。
如上所述的智能测温复合材料芯导线，其特征在于：复合材料芯由至少一种高强度纤维材料与至少一种基体材料复合而成；其中高强度纤维材料可选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或金属纤维中的一种或几种，其体积分数占复合材料芯总体积的10％-90％；基体材料选自环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂中的一种或几种。
如上所述的智能测温复合材料芯导线，其特征在于：感温光纤的温度监测范围是-150℃-500℃。
本实用新型的有益效果是：本实用新型在复合材料芯中嵌入若干根感温光纤作为传感敏感元件和传输信号介质。能够实时监测导线芯线的温度，防止温度过高芯线断裂。本实用新型具有以下的一些特征：
1、重量轻。复合材料的密度约为钢的1/4。
2、强度大。复合材料芯的抗拉强度是一般钢丝的1.93倍。
3、抗电磁干扰。导线通电后会产生磁场，传统的机电传感器受磁场的影响较大，本实用新型是通过测量反射光的波长来确定芯线的温度，而光的传播是不受电磁场影响的，因此具有很好的抗电磁干扰能力。
4、耐高温。本实用新型采用的是感温光纤，可以对-150℃-500℃范围温度进行监测。
附图说明
图1为本实用新型实施例智能复合材料芯导线结构示意图。
图2为图1中的感温光纤测量原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
图1中标记的说明：1-光纤，2-复合材料芯，3-铝合金导体。
图2中标记的说明：4-光脉冲，5-后向散射光，6-传输光。
如图1所示，本实用新型实施例由感温光纤1，复合材料芯2(导线内芯)和外层铝合金导体3组成，感温光纤1嵌入在复合材料芯2上，外层铝合金导体3铰合在复合材料芯2周围，铝合金导体3截面可以是梯形或圆形或其它形状；导线总截面积：349.4mm2-1469.5mm2，复合材料芯2截面积：39.8mm2-87.7mm2。
复合材料芯2由至少一种高强度纤维材料与至少一种基体材料复合而成；其中高强度纤维材料可选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或金属纤维中的一种或几种，其体积分数占导线内芯总体积的10％-90％；基体材料选自环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂中的一种或几种。
该导线内部有若干根感温光纤1，只需在接口处添加相应的测量设备便能够实时监测芯线任意位置的温度，一旦温度过高便发出报警信号。感温光纤1的温度监测范围是-150℃-500℃，可从市场上购得。如东莞瑞科机电生产的FRH-610-L耐高温型光纤。
利用感温光纤1作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的光时域反射(OTDR)技术，探测出沿着感温光纤1不同位置的温度变化，实现真正分布式的测量。
如图2所示，本实用新型实施例利用光在光纤1中传输能够产生后向散射，在光纤1中注入一定能量和宽度的激光脉冲4，它在光纤1中传输的同时不断产生后向散射光波5，这些后向散射光波5的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波5经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光纤1中光波的传输速度和背向光回波的渡越时间对这些散射点定位。
实施例1：智能复合材料芯导线导线总截面积：349.4mm2，复合材料芯2截面积：39.8mm2；复合材料芯2中碳纤维和玻璃纤维混合后占总体积的10％，环氧树脂占90％。选用温度监测范围是-150℃-500℃的感温光纤1。
实施例2：智能复合材料芯导线导线总截面积：909.5mm2，复合材料芯2截面积：63.75mm2；复合材料芯2中玻璃纤维占总体积的50％，酚醛树脂占50％。选用温度监测范围是-150℃-500℃的感温光纤1。
实施例3：智能复合材料芯导线导线总截面积：1469.5mm2，复合材料芯2截面积：87.7mm2；复合材料芯2中碳纤维占总体积的90％，金属铝基体占10％。选用温度监测范围是-150℃-500℃的感温光纤1。
Claims (2)
1.一种智能测温复合材料芯导线，包括导线复合材料芯和外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，其特征在于：复合材料芯中嵌入若干根感温光纤，它是耐高温光纤，由石英光纤和外涂层构成，外涂层为改性聚酰亚胺涂料层。
2.根据权利要求1所述的智能测温复合材料芯导线，其特征在于：感温光纤的温度监测范围是-150℃-500℃。
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