CN207302665U - 一种适用于沿海大风地区的绞合式碳纤维防风导线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于沿海大风地区的绞合式碳纤维防风导线，涉及输配电技术领域，能够降低导线所受风压，提高导线的防风能力，从而降低线路造价和提高线路运行的安全性。其中所述绞合式碳纤维防风导线包括：碳纤维复合芯，及包覆所述碳纤维复合芯的若干根铝线；所述绞合式碳纤维防风导线的横截面呈圆形或接近圆形；所述绞合式碳纤维防风导线的外表面上具有多个凹槽。上述绞合式碳纤维防风导线应用于沿海大风地区架空输电线路的设计中。
Description
技术领域
本实用新型涉及输配电技术领域，尤其涉及一种适用于沿海大风地区的绞合式碳纤维防风导线。
背景技术
架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式，架空输电线路是指架设于地面上，利用绝缘子和空气绝缘的电力线路。在架空输电线路的设计中，作用于导线上的横向风载荷，使导线张力增大，导致铁塔基础所需的强度要求大幅度提高。在导线的实际使用中，导线所受风压约占整个线路所受风压的50％～70％。因此，降低导线所受风压，提高导线的防风能力，对于降低线路造价以及提高线路运行的安全性具有重要的意义。
实用新型内容
针对上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种适用于沿海大风地区的绞合式碳纤维防风导线，以降低导线所受风压，提高导线的防风能力，达到降低线路造价和提高线路运行的安全性的目的。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提供了一种适用于沿海大风地区的绞合式碳纤维防风导线，该绞合式碳纤维防风导线包括：碳纤维复合芯，及包覆所述碳纤维复合芯的若干根铝线；所述绞合式碳纤维防风导线的横截面呈圆形或接近圆形；所述绞合式碳纤维防风导线的外表面上具有多个凹槽。
在本实用新型所提供的绞合式碳纤维防风导线中，导线的线芯采用碳纤维复合芯，由于对于相同电压等级的导线，碳纤维复合芯相对于传统导线的钢芯的截面积较小，因此采用碳纤维复合芯能够降低导线直径。通过使绞合式碳纤维防风导线的横截面呈圆形或接近圆形，使得绞合式碳纤维防风导线的外表面为平滑圆周面或接近于平滑圆周面，有利于降低导线的阻力系数。通过在绞合式碳纤维防风导线的外表面上设置多个凹槽，增加了导线外表面的粗糙度，由于表面越粗糙，雷诺数越小，而阻力系数取决于雷诺数，因此设置凹槽有助于降低导线的阻力系数。根据导线所受的风载荷Wm的计算公式：Wm＝(ρ·V2·CD·D·L)/2(其中ρ为空气密度，V为风速，CD为阻力系数，D为导线直径，L为单位长度)，由于本实用新型中导线的直径D和阻力系数CD较小，因此导线所受的风载荷得以降低，从而降低了导线所受风压，提高了导线的防风能力，进而能够降低线路造价，提高线路运行的安全性，更好地适用于沿海大风地区的架空输电线路铺设。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例所提供的绞合式碳纤维防风导线的第一种横截面图；
图2为本实用新型实施例所提供的绞合式碳纤维防风导线的第二种横截面图；
图3为本实用新型实施例所提供的绞合式碳纤维防风导线的风洞试验曲线。
附图标记说明：
1-碳纤维复合芯； 10-碳纤维股线；
11-碳纤维； 12-环氧树脂；
2-铝线； 3-凹槽。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供了一种适用于沿海大风地区的绞合式碳纤维防风导线，如图1和图2所示，该绞合式碳纤维防风导线包括：碳纤维复合芯1，及包覆该碳纤维复合芯1的若干根铝线2。该绞合式碳纤维防风导线的横截面整体呈圆形或接近圆形。该绞合式碳纤维防风导线的外表面上具有多个凹槽3。
上述绞合式碳纤维防风导线中，一方面，导线的线芯采用碳纤维复合芯替代传统导线的钢芯，对于相同电压等级的导线，碳纤维复合芯相对于传统导线的钢芯的截面积较小，因此采用碳纤维复合芯能够降低导线直径。
另一方面，导线的横截面呈圆形或接近圆形，也就是说，导线的外表面为平滑圆周面或接近于平滑圆周面，这有利于降低导线的阻力系数。
又一方面，导线的外表面上设置有多个凹槽，从而增加了导线外表面的粗糙度。由于表面越粗糙，雷诺数Re越小，而阻力系数取决于雷诺数Re，因此导线外表面上凹槽的设置有助于降低导线的阻力系数。
请参见图3，对本实施例所提供的绞合式碳纤维防风导线和传统导线进行风洞试验，得到二者对应的阻力系数曲线，从图3中能够明显看出，在相同风速条件下，绞合式碳纤维防风导线的阻力系数明显小于传统导线的阻力系数。
根据流体力学可知，导线所受的风载荷Wm(单位为：kg/m)的计算公式为：
Wm＝(ρ·V2·CD·D·L)/2 (1)
其中，ρ为空气密度(单位为：kg·sec2/m4)；V为风速(单位为：m/s)；CD为阻力系数；D为导线直径(单位为：m)；L为单位长度(单位为：m)。
又根据上面的分析可以得到本实施例中的绞合式碳纤维防风导线的直径D和阻力系数CD较现有技术减小，因此本实施例中的绞合式碳纤维防风导线所受的风载荷得以降低，从而降低了导线所受风压，提高了导线的防风能力，进而能够降低线路造价，提高线路运行的安全性，且降低铁塔的强度设计要求，特别是在沿海台风高发地区，采用本实施例中的绞合式碳纤维防风导线，可以大幅提高线路的防风能力。
在实际应用过程中，由于不同地域的风速不同，因此对布置于不同地域的绞合式碳纤维防风导线的设计要求也不同，可通过对导线结构的设计，比如对导线上凹槽形状、大小、分布密度等的设计，改变导线外表面的粗糙度，从而改变导线外表面的雷诺数Re，使阻力系数CD达到最小值的雷诺数Re所对应的临界风速满足设计要求。
基于本实施例所提供的绞合式碳纤维防风导线，其外表面上所设置的凹槽3在沿绞合式碳纤维防风导线径向的截面可为U形，以较大限度的减小阻力系数。凹槽3的尺寸可根据实际导线的半径及其它设计要求而定，作为一种可能的设计，凹槽3的最大深度可为绞合式碳纤维防风导线的直径的二十分之一～十分之一，凹槽3沿绞合式碳纤维防风导线径向的截面的最大宽度可为绞合式碳纤维防风导线的直径的二十分之一～十分之一。
此外，凹槽3沿绞合式碳纤维防风导线中心线方向的截面可为U形或方形，本实用新型并不对此具体限定。
为了使本实施例中的绞合式碳纤维防风导线各处的防风性能均匀一致，优选的，导线上的多个凹槽的形状和大小一致，且均匀分布于绞合式碳纤维防风导线的外表面上。
本实施例中，为了使导线的横截面呈圆形或接近圆形，包覆在碳纤维复合芯1外部的铝线2的横截面为扇形(如图1所示)或Z形(如图2所示)，从而使得导线外表面接近平滑圆周，降低了导线阻力系数。
此外，请继续参见图1和图2，包覆在碳纤维复合芯1外部的铝线2可排列成包覆碳纤维复合芯1的若干层，如两层，即碳纤维复合芯1的外部可包覆多层铝线2，每层均包括若干根铝线2。基于这种结构，用于增加导线表面粗糙度的凹槽3具体设置在最外层铝线的外表面上。
本实施例中，绞合式碳纤维防风导线的碳纤维复合芯1的结构为：由多股碳纤维股线10绞合而成，每根碳纤维股线10包括：多根碳纤维11，及包覆该些碳纤维11的环氧树脂层12。需要说明的是，在碳纤维11外侧包裹环氧树脂层12主要是为了隔绝碳纤维11和铝线2，防止铝线2腐蚀。
以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述绞合式碳纤维防风导线包括：碳纤维复合芯，及包覆所述碳纤维复合芯的若干根铝线；所述绞合式碳纤维防风导线的横截面呈圆形或接近圆形；所述绞合式碳纤维防风导线的外表面上具有多个凹槽。
2.根据权利要求1所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述凹槽沿所述绞合式碳纤维防风导线径向的截面为U形。
3.根据权利要求2所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述凹槽的最大深度为所述绞合式碳纤维防风导线的直径的二十分之一～十分之一。
4.根据权利要求2所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述凹槽沿所述绞合式碳纤维防风导线径向的截面的最大宽度为所述绞合式碳纤维防风导线的直径的二十分之一～十分之一。
5.根据权利要求2所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述凹槽沿所述绞合式碳纤维防风导线中心线方向的截面为U形或方形。
6.根据权利要求1～5任一项所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述多个凹槽的形状和大小一致，且均匀分布于所述绞合式碳纤维防风导线的外表面上。
7.根据权利要求1所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述铝线的横截面为扇形或Z形。
8.根据权利要求7所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述若干根铝线排列成包覆所述碳纤维复合芯的若干层。
9.根据权利要求1所述的绞合式碳纤维防风导线，其特征在于，所述碳纤维复合芯由多股碳纤维股线绞合而成，每根所述碳纤维股线包括：多根碳纤维，及包覆所述多根碳纤维的环氧树脂层。
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