PL236650B1 - Power cable with a composite core - Google Patents

Power cable with a composite core Download PDF

Info

Publication number
PL236650B1
PL236650B1 PL427113A PL42711318A PL236650B1 PL 236650 B1 PL236650 B1 PL 236650B1 PL 427113 A PL427113 A PL 427113A PL 42711318 A PL42711318 A PL 42711318A PL 236650 B1 PL236650 B1 PL 236650B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
core
fibers
powder
cable
acc
Prior art date
Application number
PL427113A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL427113A1 (en
Inventor
Mariusz Szot
Piotr Szade
Łukasz Hankus
Krzysztof Paradowski
Bogusław Kubiś
Bogusław Gawiliczek
Original Assignee
Glowny Instytut Gornictwa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Glowny Instytut Gornictwa filed Critical Glowny Instytut Gornictwa
Priority to PL427113A priority Critical patent/PL236650B1/en
Publication of PL427113A1 publication Critical patent/PL427113A1/en
Publication of PL236650B1 publication Critical patent/PL236650B1/en

Links

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przewód energetyczny z rdzeniem kompozytowym, znajdujący zastosowanie w liniach przesyłowych wysokich napięć.The subject of the invention is a power cable with a composite core, used in high voltage transmission lines.

Znany jest z opisu wynalazku nr PL208011 przesyłowy i dystrybucyjny kabel elektryczny z rdzeniem kompozytowym oraz sposób wytwarzania elementu rdzenia kompozytowego. Wynalazek ten dotyczy aluminiowego kabla zbrojonego rdzeniem kompozytowym (ACCC) otoczonym przynajmniej jedną warstwą przewodu aluminiowego. Rdzeń kompozytowy jest zbudowany z przynajmniej jednego typu ukierunkowanych podłużnie zasadniczo ciągłych włókien zbrojących w osnowie z żywicy termoutwardzalnej o dopuszczalnym zakresie temperatury roboczej od około 90 do około 230°C, z przynajmniej 50%-owym udziałem objętościowym włókien, wytrzymałości na rozciąganie w zakresie od około 160 do około 240 Ksi, module elastyczności w zakresie od około 7 do około 30 Msi i współczynnikowi rozszerzalności cieplnej w zakresie od około 0 do około 6x10-6 m/m/C. Rdzeń kompozytowy do przesyłowego i dystrybucyjnego kabla elektrycznego, zbrojony włóknami osadzonymi w żywicy, według tego wynalazku, zawiera rdzeń wewnętrzny z ulepszonego materiału kompozytowego wykonany z co najmniej jednego rodzaju zasadniczo ciągłych włókien zbrojących w żywicy termoutwardzalnej, oraz rdzeń zewnętrzny z niskomodułowego materiału kompozytowego wykonany z co najmniej jednego rodzaju zasadniczo ciągłych włókien zbrojących w żywicy termoutwardzalnej, który to rdzeń kompozytowy wykazuje wytrzymałość rdzenia na rozciąganie wynoszącą co najmniej około 1103 MPa. Rodzaje włókien zbrojących rdzenia kompozytowego są wybrane z grupy obejmującej włókno węglowe, kewlar, bazalt, szkło, aramid, bor, włókna ciekłokrystaliczne, polietylen o wysokiej wytrzymałości i nanowłókna węglowe. Rdzeń kompozytowy jest wykonany z żywicy termoutwardzalnej, której odporność na pękanie wynosi co najmniej około 0,96 MPa-ml/2, a także co najmniej jeden rodzaj włókien zbrojących w rdzeniu wewnętrznym wykazuje moduł elastyczności w zakresie od około 151 GPa do około 255 GPa w zestawieniu ze współczynnikiem rozszerzalności cieplnej w zakresie od około -0,7 do około 0 m/m/°C oraz wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 2413 MPa, a co najmniej jeden rodzaj włókna zbrojącego w rdzeniu zewnętrznym (304) wykazuje wytrzymałość na rozciąganie co najmniej około 1241 MPa w zestawieniu ze współczynnikiem rozszerzalności cieplnej w zakresie od około 5 x 10-6 do około 10 x 10-6 m/m/°C. Liczba i rodzaj włókien w rdzeniu są dobierane pod kątem uzyskania właściwości fizycznych gotowego rdzenia kompozytowego, obejmujących wytrzymałość na rozciąganie na poziomie co najmniej 1103 MPa, moduł elastyczności w zakresie co najmniej od około 48 GPa do około 206 GPa, temperaturę roboczą w zakresie od około 90 do około 230°C i współczynnik rozszerzalności cieplnej co najmniej w zakresie od około 0 do około 6 x 10-6 m/m/°C. Natomiast proporcja objętościowa włókno/żywica w rdzeniu wynosi co najmniej 50%, a proporcja wagowa włókno/żywica w rdzeniu wynosi co najmniej 62%. Rdzeń wewnętrzny i rdzeń zewnętrzny tworzą współosiowy rdzeń hybrydowy. Rdzeń zawiera współosiowy rdzeń hybrydowy mający warstwę wewnętrzną włókno węglowe/żywica termoutwardzalna i warstwę zewnętrzną włókno szklane/żywica termoutwardzalna. Znany jest też z tego opisu rdzeń kompozytowy do przemysłowego i dystrybucyjnego kabla elektrycznego, zbrojony włóknami osadzonymi w żywicy, który charakteryzuje się tym, że zawiera jeden lub więcej rodzajów zasadniczo ciągłych włókien zbrojących w osnowie z żywicy termoutwardzalnej, który to rdzeń wykazuje wytrzymałość na rozciąganie co najmniej około 1103 MPa i moduł elastyczności w zakresie od około 48 GPa do około 207 GPa. Rodzaje włókien zbrojących rdzenia kompozytowego są wybrane z grupy obejmującej włókno węglowe, kewlar, bazalt, szkło, aramid, bor, włókna ciekłokrystaliczne, polietylen o wysokiej wytrzymałości i nanowłókna węglowe. Rdzeń jest wykonany z żywicy termoutwardzalnej, której odporność na pękanie wynosi co najmniej około 0,96 MPa-ml/2.It is known from the description of the invention No. PL208011 a transmission and distribution electric cable with a composite core and a method for producing a composite core element. The invention relates to a composite-core reinforced aluminum cable (ACCC) surrounded by at least one layer of aluminum conductor. The composite core is constructed of at least one type of longitudinally oriented substantially continuous reinforcing fibers in a matrix of thermosetting resin having an acceptable operating temperature range of about 90 to about 230 ° C, with at least 50% fiber volume, tensile strength ranging from about 160 to about 240 Ksi, a modulus of elasticity ranging from about 7 to about 30 Msi, and a coefficient of thermal expansion ranging from about 0 to about 6x10 -6 m / m / C. A composite core for a transmission and distribution electric cable, reinforced with resin embedded fibers according to this invention, comprises an improved composite material inner core made of at least one type of substantially continuous reinforcing fiber in a thermosetting resin, and an outer core of a low modulus composite material made of a composite material. at least one type of substantially continuous reinforcing fiber in a thermosetting resin, the composite core having a core tensile strength of at least about 1103 MPa. The types of reinforcing fibers of the composite core are selected from the group consisting of carbon fiber, kevlar, basalt, glass, aramid, boron, liquid crystal fibers, high strength polyethylene and carbon nanofibers. The composite core is made of a thermosetting resin that has a fracture toughness of at least about 0.96 MPa-ml / 2, and at least one type of reinforcing fiber in the inner core has a modulus of elasticity ranging from about 151 GPa to about 255 GPa in when set to a thermal expansion coefficient ranging from about -0.7 to about 0 m / m / ° C and a tensile strength of at least 2413 MPa, and at least one type of reinforcing fiber in the outer core (304) exhibits a tensile strength of at least about 1,241 MPa against a coefficient of thermal expansion ranging from about 5 x 10 -6 to about 10 x 10 -6 m / m / ° C. The number and type of fibers in the core are selected to achieve the physical properties of the finished composite core, including a tensile strength of at least 1103 MPa, a modulus of elasticity ranging from at least about 48 GPa to about 206 GPa, and an operating temperature ranging from about 90 to about 230 ° C, and a thermal expansion coefficient in the range of at least 0 to about 6 x 10 -6 m / m / ° C. In contrast, the fiber / resin volume ratio in the core is at least 50% and the fiber / resin ratio in the core is at least 62%. The inner core and the outer core form a coaxial hybrid core. The core comprises a coaxial hybrid core having an inner layer of carbon fiber / thermosetting resin and an outer layer of glass fiber / thermosetting resin. Also known from this specification is a composite core for an industrial and distribution electric cable, reinforced with resin-embedded fibers, which is characterized in that it comprises one or more types of substantially continuous reinforcing fibers in a thermosetting resin matrix, the core having a tensile strength of at least about 1103 MPa and a Modulus of Flexibility ranging from about 48 GPa to about 207 GPa. The types of reinforcing fibers of the composite core are selected from the group consisting of carbon fiber, kevlar, basalt, glass, aramid, boron, liquid crystal fibers, high strength polyethylene and carbon nanofibers. The core is made of a thermosetting resin which has a fracture toughness of at least about 0.96 MPa-ml / 2.

Z opisu patentowego CN104517673A znane jest również rozwiązanie kabla z kompozytowym rdzeniem z włókna węglowego i sposób jego produkcji. Kabel zawiera wewnętrzny rdzeń kompozytowy i przewody ze stopu aluminium. Przewody ze stopu aluminium usytuowane są wokół wewnętrznego rdzenia kompozytowego, który składa się z wielu pasm kompozytowych rdzeni wzmacnianych włóknem węglowym i co najmniej jednej warstwy taśmy szklanej zabezpieczającej powłokę, która jest ukośnie skręcona i połączona w całość. Każdy rdzeń kompozytowy wzmocniony jest włóknem węglowym, który składa się z żywicy epoksydowej, utwardzacza, przyspieszacza i włókien węglowych w stosunku 100: 120: 2: 80, a włókna węglowe wykonane są na bazie poliakrylonitrylu.From the patent description CN104517673A, a solution of a cable with a composite carbon fiber core and a method of its production is also known. The cable includes an internal composite core and aluminum alloy conductors. The aluminum alloy conductors are positioned around an inner composite core, which consists of a plurality of strands of carbon-reinforced composite cores and at least one layer of glass tape protecting the shell, which is diagonally twisted and connected together. Each composite core is reinforced with carbon fiber, which consists of epoxy resin, hardener, accelerator and carbon fibers in the ratio 100: 120: 2: 80, and the carbon fibers are made of polyacrylonitrile.

Z opisu zgłoszenia patentowego WO2005040017A2, znany jest przewód energetyczny z rdzeniem kompozytowym otoczonym drutami, który charakteryzuje się m .in. tym, że zawiera włókna zbrojące z co najmniej jednego rodzaju materiału o wytrzymałości na rozciąganie przynajmniej 1200 MPaFrom the patent application WO2005040017A2, there is known a power cable with a composite core surrounded by wires, which is characterized by, among others, in that it comprises armor fibers of at least one type of material with a tensile strength of at least 1200 MPa

PL 236 650 B1 (włókna węglowe) połączone trwale z żywicą epoksydową utwardzaną termicznie, a przy tym rdzeń otoczony jest co najmniej jedną warstwą drutów z aluminium o przekroju trapezowym.(Carbon fibers) firmly bonded to a thermally cured epoxy resin, the core being surrounded by at least one layer of aluminum wires with a trapezoidal cross-section.

Z opisu wynalazku RU2519598C1 znane jest rozwiązanie w postaci ekranowanego drutu, który można zastosować jako drut uzwojenia lub rdzeń kabla wielożyłowego, zawierający wydłużony przewodnik, warstwę izolacyjną i warstwę ekranującą otaczającą wydłużony przewodnik, w którym warstwa ekranująca zawiera proszek ferromagnetyczny oraz spoiwo z materiału izolacyjnego.From the description of the invention RU2519598C1 a shielded wire solution is known which can be used as a winding wire or a core of a multi-core cable, comprising an elongated conductor, an insulating layer and a shielding layer surrounding the elongated conductor, wherein the shielding layer comprises a ferromagnetic powder and an insulating material binder.

Właściwości mechaniczne i termiczne przewodów znanych ze stanu techniki zostały gruntownie przebadane. Pomimo tego, jedyną zaproponowaną obecnie metodą sprawdzania integralności przewodu po jego montażu jest jego chwilowe naprężanie. Metoda ta polega na tym, że po montażu przewodu w miejscu eksploatacji poddaje się go działaniu siły rozciągającej, która powoduje ujawnienie miejsc uszkodzeń rdzenia.The mechanical and thermal properties of prior art cables have been thoroughly tested. Nevertheless, the only currently proposed method for checking the integrity of a conduit after its installation is to momentarily stress it. This method is based on the fact that after the conductor is assembled in the place of its use, it is subjected to a tensile force, which reveals the places of core damage.

Niedogodnością tej metody jest to, że jest metodą niszczącą, potencjalnie niebezpieczną dla obsługi, wymagającą dużych zmian w stosowanym oprzyrządowaniu. Metoda ta nigdy nie została zastosowana w procedurach montażu przewodów.The disadvantage of this method is that it is a destructive method, potentially dangerous to handling, requiring large changes in the equipment used. This method has never been used in cable assembly procedures.

Problemem technicznym wymagającym rozwiązania jest ograniczenie wad i niedogodności znanych rozwiązań i poszerzenie metod badawczych przewodów.The technical problem that needs to be solved is to reduce the disadvantages and inconveniences of known solutions and to extend the methods of testing cables.

Celem wynalazku jest umożliwienie badania ciągłości przewodów energetycznych, po ich montażu na słupach energetycznych, nowymi metodami nieniszczącymi.The aim of the invention is to enable testing of the continuity of power cables, after their installation on power poles, with new non-destructive methods.

Cel zrealizowano opracowując nowy przewód energetyczny z rdzeniem kompozytowym, umożliwiający kontrolę mechanicznej ciągłości linii przesyłowych metodami magnetycznymi.The goal was achieved by developing a new power cable with a composite core, enabling the control of the mechanical continuity of transmission lines with magnetic methods.

Istotą przewodu energetycznego z rdzeniem kompozytowym zawierającym włókna zbrojące z co najmniej jednego rodzaju materiału o wytrzymałości na rozciąganie przynajmniej 1200 MPa, połączone trwale z żywicą epoksydową utwardzaną termicznie, w którym rdzeń otoczony jest co najmniej jedną warstwą drutów jest to, że włókna zbrojące stanowią od 50% do 90% objętości gotowego rdzenia, żywica epoksydowa stanowi od 10% do 50% objętości gotowego rdzenia i na przestrzeni całej objętości jest wypełniona proszkiem ferromagnetycznym lub proszkiem magnetycznym, w ilości od 1 cm3 do 10 cm3, korzystnie 7 cm3 w każdym metrze gotowego rdzenia, a przy tym druty otaczające rdzeń stanowią druty z aluminium i/lub z aluminium wyżarzonego, korzystnie o przekroju okrągłym a najkorzystniej o przekroju trapezowym.The essence of a power cable with a composite core containing reinforcing fibers of at least one type of material with a tensile strength of at least 1200 MPa, permanently bonded to a thermally hardened epoxy resin, in which the core is surrounded by at least one layer of wires is that the reinforcing fibers constitute from 50 % to 90% of the volume of the finished core, epoxy resin is from 10% to 50% of the volume of the finished core, and it is filled with ferromagnetic or magnetic powder in the amount of 1 cm 3 to 10 cm 3 , preferably 7 cm 3 in each, over the entire volume. meter of the finished core, and the wires surrounding the core are aluminum and / or annealed aluminum wires, preferably circular and most preferably trapezoidal.

Korzystnie włókna zbrojące w rdzeniu stanowią włókna węglowe i/lub nanowłókna węglowe i/lub włókna szklane i/lub włókna bazaltowe i/lub włókna aramidowe i/lub włókna polietylenowe.Preferably the reinforcing fibers in the core are carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or glass fibers and / or basalt fibers and / or aramid fibers and / or polyethylene fibers.

Korzystnie przewód zawiera rdzeń, który ma warstwę zewnętrzną zawierającą włókna zbrojące o module sprężystości poniżej 100 GPa i warstwę wewnętrzną zawierającą włókna o module sprężystości powyżej 100 GPa, przy czym warstwa zewnętrzna i warstwa wewnętrzna usytuowane są współosiowo i połączone są ze sobą trwale.Preferably, the wire comprises a core which has an outer layer containing reinforcing fibers with a modulus of elasticity below 100 GPa and an inner layer containing fibers with a modulus of elasticity above 100 GPa, the outer layer and the inner layer being coaxial and permanently connected to each other.

Korzystnie proszek ferromagnetyczny w rdzeniu stanowi proszek żelaza, niklu, kobaltu lub ich stopów, lub innego metalu o właściwościach ferromagnetycznych.Preferably, the ferromagnetic powder in the core is iron, nickel, cobalt or their alloys, or other metal with ferromagnetic properties.

Korzystnie proszek ferromagnetyczny w rdzeniu, stanowi proszek o granulacji 0,063 mm.Preferably, the ferromagnetic powder in the core is a powder with a granulation of 0.063 mm.

Korzystnie proszek magnetyczny w rdzeniu stanowi proszek neodymu lub innego metalu o właściwościach magnesu trwałego.Preferably, the magnetic powder in the core is neodymium powder or another metal with permanent magnet properties.

Korzystnie proszek magnetyczny w rdzeniu stanowi proszek o granulacji 0,063 mm.Preferably, the magnetic powder in the core is a powder with a granulation of 0.063 mm.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest ograniczenie wad i niedogodności znanych rozwiązań a także zwiększenie możliwości badawczych linii przesyłowych. Zrealizowano to przez modyfikację przewodów energetycznych z rdzeniami z tworzyw sztucznych, w celu umożliwienia stosowania magnetycznych metod diagnostyki stanu uszkodzeń przewodów. Wprowadzenie do konstrukcji kompozytowych rdzeni materiału funkcjonalnego, składającego się z utwardzanej termicznie żywicy epoksydowej wypełnionej proszkiem ferromagnetycznym lub magnetycznym, umożliwiło stosowanie magnetycznych metod diagnostyki lin stalowych do badania przewodów energetycznych o rdzeniach kompozytowych. Dzięki wynalazkowi, można je z powodzeniem stosować do wykrywania uszkodzeń przewodu energetycznego w miejscu eksploatacji.The advantageous effect of the invention is to reduce the drawbacks and inconveniences of known solutions, as well as to increase the research capabilities of transmission lines. This was achieved by modifying power cables with plastic cores in order to enable the use of magnetic methods of diagnosing the condition of cable damage. The introduction of a functional material to the construction of composite cores, consisting of a thermally hardened epoxy resin filled with a ferromagnetic or magnetic powder, made it possible to use magnetic methods of wire rope diagnostics for testing power cables with composite cores. Thanks to the invention, they can be successfully used for detecting damage to the power cable at the site of use.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania oraz rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:The subject of the invention has been presented in the examples of embodiments and the drawing, in which the individual figures show:

Fig. 1 - przekrój rdzenia przewodu energetycznego,Fig. 1 - cross-section of the power cable core,

Fig. 2 - przekrój rdzenia przewodu energetycznego z układem warstwowym,Fig. 2 - cross-section of the power cable core with a layered system,

Fig. 3 - przekrój przewodu energetycznego z rdzeniem,Fig. 3 - cross-section of a power cable with a core,

Fig. 4 - przekrój przewodu energetycznego z rdzeniem z układem warstwowym,Fig. 4 - cross-section of a power cable with a core with a layered system,

PL 236 650 Β1PL 236 650 Β1

Fig. 5 - układ urządzeń w linii technologicznej,Fig. 5 - arrangement of devices in the technological line,

Fig. 6 - układ urządzeń w linii technologicznej.Fig. 6 - arrangement of devices in the technological line.

Przykład IExample I

Przewód energetyczny ma rdzeń 1 kompozytowy (Fig. 1 i Fig. 2) wykonany z ułożonych wzdłużnie (przykład II i Fig. 5) albo splecionych (przykład III i Fig. 6) włókien 1a zbrojących z co najmniej jednego rodzaju materiału, takiego jak włókno węglowe i/lub nanowłókno węglowe i/lub włókno szklane i/lub włókno bazaltowe i/lub włókno aramidowe i/lub włókno polietylenowe, stanowiących od 50% do 90% objętości gotowego rdzenia 1, pokrytych termoutwardzalną żywicą 1b epoksydową o odporności na pękanie przynajmniej 0,90 MPa*ml/2, wytrzymałości na rozciąganie przynajmniej 60 MPa oraz lepkości poniżej 1000 mPa*s w temperaturze 20°C przeznaczonej do procesów pultruzji, stanowiącej od 10% do 50% objętości gotowego rdzenia 1, wypełnionej na przestrzeni całej objętości proszkiem 1c ferromagnetycznym np. z żelaza, niklu, kobaltu lub ich stopów lub proszkiem 1c magnetycznym np. proszkiem neodymowym.The power cable has a composite core 1 (Fig. 1 and Fig. 2) made of longitudinally arranged (example II and Fig. 5) or intertwined (example III and Fig. 6) reinforcing fibers 1a of at least one type of material, such as fiber carbon and / or nanofiber carbon and / or glass fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber and / or polyethylene fiber, constituting from 50% to 90% of the volume of the finished core 1, covered with a thermosetting epoxy resin 1b with fracture toughness of at least 0 , 90 MPa * ml / 2, tensile strength of at least 60 MPa and viscosity below 1000 mPa * s at 20 ° C intended for pultrusion processes, constituting from 10% to 50% of the volume of the finished core 1, filled throughout the entire volume with ferromagnetic 1c powder e.g. from iron, nickel, cobalt or their alloys or with magnetic powder 1c e.g. neodymium powder.

Z uwagi na odporność rdzenia 1 na zginanie, w rdzeniach 1 nie jednomateriałowych (Fig. 2), szczególnie korzystne jest zastosowanie ułożenia włókien 1a niskomodułowych (o module sprężystości poniżej 100 GPa) w zewnętrznej warstwie I rdzenia 1, a włókien wysoko modułowych (o module sprężystości powyżej 100 GPa) w wewnętrznej warstwie II rdzenia 1. Przykładowe, najbardziej korzystne składy materiałowe włókien zbrojących wraz z ich procentowym udziałem objętościowym w rdzeniu 1, wymieniono w Tabeli 1.Due to the bending resistance of the core 1, in cores 1 that are not monomaterial (Fig. 2), it is particularly advantageous to use an arrangement of low-modulus fibers 1a (with a modulus of elasticity below 100 GPa) in the outer layer I of core elasticity greater than 100 GPa) in the inner layer II of core 1. Exemplary, most advantageous material compositions of the reinforcing fibers along with their volume percentages in core 1 are listed in Table 1.

Tabela 1Table 1

Warstwa II wewnętrzna rdzenia 1 Internal layer II of the core 1 Warstwa I zewnętrzne rdzenia 1 Core layer I outer 1 włókna węglowe 40% carbon fibers 40% włókna szklane typu E 60% E type glass fibers 60% włókna węglowe 40% carbon fibers 40% włókna polietylenowe 60% polyethylene fibers 60% nanowłókna węglowe 30% 30% carbon nanofibers włókna szklane typu E 70% glass fibers type E 70% włókna aramidowe 50% aramid fibers 50% włókna szklane typu E 50% glass fibers type E 50% włókna bazaltowe 100% basalt fibers 100% włókna szklane typu S 100% S type glass fibers 100%

Proszek 1c ferromagnetyczny lub magnetyczny najlepiej jeśli ma ziarnistość 0,063 mm. Ilość proszku 1 c dobiera się tak, aby występował w objętości przynajmniej 1 cm3 do 10 cm3, a najlepiej 7 cm3 na metr bieżący gotowego rdzenia 1. Wyższe zawartości proszku 1c skutkują większą dokładnością magnetycznej metody detekcji uszkodzeń rdzenia 1.1c powder is ferromagnetic or magnetic preferably with a grain size of 0.063 mm. The amount of powder 1c is selected so that it is in the volume of at least 1 cm 3 to 10 cm 3 , and preferably 7 cm 3 per running meter of the finished core 1. Higher contents of powder 1c result in greater accuracy of the magnetic method of detecting damage to the core 1.

Rdzeń 1 charakteryzują następujące parametry techniczne:Core 1 is characterized by the following technical parameters:

- właściwości mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie przynajmniej 1200 MPa, moduł sprężystości w zakresie 48 GPa do 200 GPa,- mechanical properties: tensile strength of at least 1200 MPa, modulus of elasticity in the range of 48 GPa to 200 GPa,

- temperatura robocza od 90°C do 230°C,- operating temperature from 90 ° C to 230 ° C,

- współczynnik rozszerzalności cieplnej od 0 χ 10-6 m/m/°C do 6 χ 10-6 m/m/°C.- thermal expansion coefficient from 0 χ 10 -6 m / m / ° C to 6 χ 10 -6 m / m / ° C.

Ostateczne właściwości uzyskanego rdzenia 1 kompozytowego uzależnione są od rodzaju użytych włókien 1a zbrojących, ich proporcji w przypadku zastosowania więcej niż jednego rodzaju włókien 1a, rodzaju zastosowanego splotu lub sposobu ułożenia włókien 1a równoległych. Sposób ułożenia włókien 1a w kompozycie może być regulowany najprościej poprzez zastosowanie odpowiednych płytek przelotowych i formujących w trakcie wytwarzania.The final properties of the obtained composite core 1 depend on the type of reinforcing fibers 1a used, their proportions in the case of using more than one type of fibers 1a, the type of weaving used or the way the fibers 1a are arranged in parallel. The arrangement of the fibers 1a in the composite can most simply be controlled by using suitable bushing and shaping plates during manufacture.

Do napowietrznych linii przesyłowych, których dotyczy wynalazek, stosuje się przewody aluminiowe. Ostateczna średnica rdzenia 1 zależna jest od konstrukcji przewodu do którego zostanie zastosowany i dobrana tak, aby zapewniała wystarczającą siłę nośną dla zewnętrznych warstw ze stopów aluminium lub czystego, wyżarzonego aluminium.Aluminum conductors are used for the overhead transmission lines of the invention. The final diameter of the core 1 depends on the design of the conductor to which it will be applied and is selected so as to provide sufficient load bearing strength for the outer layers of aluminum alloys or pure annealed aluminum.

Gotowy rdzeń 1 według wynalazku, zostaje otoczony znanymi metodami jedną lub kilkoma warstwami drutów ze stopów aluminium lub czystego, wyżarzonego aluminium.The finished core 1 according to the invention is surrounded by known methods with one or more layers of wires made of aluminum alloys or pure annealed aluminum.

Rdzeń kompozytowy 1 według przykładu I może być przykładowo otoczony dwoma warstwami drutów trapezowych 2 (Fig. 3) albo czterema warstwami drutów okrągłych 3 (Fig. 4). Bardziej korzystneThe composite core 1 according to example 1 may for example be surrounded by two layers of trapezoidal wires 2 (Fig. 3) or four layers of round wires 3 (Fig. 4). More favorable

PL 236 650 B1 jest stosowanie drutów trapezowych 2 z uwagi na lepsze wypełnienie przekroju takiego przewodu a tym samym lepsze właściwości przesyłowe.Trapezoidal wires 2 are used because of the better filling of the cross-section of such a conductor and thus better transmission properties.

W przykładach II i III, opisano sposoby wytwarzania rdzenia 1 kompozytowego do przewodów energetycznych według wynalazku, zależne od ułożenia włókien 1a zbrojących.In Examples 2 and 3, methods for producing the composite core 1 for power cables according to the invention are described depending on the orientation of the reinforcement fibers 1a.

P r z y k ł a d IIP r z x l a d II

Przykład II opisuje sposób wytwarzania rdzenia 1 z przykładu I, z włóknami 1a zbrojącymi ułożonymi wzdłużnie.Example 2 describes the manufacturing method of the core 1 of Example 1 with the reinforcement fibers 1a arranged longitudinally.

Na początku linii technologicznej (Fig. 5) znajduje się urządzenie 4 z systemem szpul wyposażonych w hamulce wywołujące naciąg, z których odwijane są zastosowane do danego kompozytu włókna 1a zbrojące w postaci włókien węglowych i/lub nanowłókien węglowych i/lub włókien szklanych i/lub włókien bazaltowych i/lub włókien aramidowych i/lub włókien polietylenowych.At the beginning of the technological line (Fig. 5) there is a device 4 with a system of spools equipped with tension brakes, from which the reinforcing fibers 1a used for a given composite are unwound in the form of carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or glass fibers and / or basalt fibers and / or aramid fibers and / or polyethylene fibers.

Wprowadzenie naciągu ułatwia równoległe prowadzenie włókien 1a zbrojących i sprawne ich przeciąganie przez płytki formujące.The introduction of tension facilitates the parallel guiding of the reinforcing fibers 1a and their efficient pulling through the forming plates.

Włókna 1a zbrojące przechodzą następnie przez prowadnicę 5, która wprowadza je na równoległe tory ruchu i zapobiega plątaniu.The reinforcing fibers 1a then pass through a guide 5 which guides them into parallel paths of travel and prevents tangling.

Następnie włókna 1a zbrojące przechodzą przez piec wstępnego nagrzewania 6 z cyrkulacją powietrza, o temperaturze 70°C, który służy odprowadzeniu ewentualnej wilgoci z włókien 1a zbrojących.The reinforcement fibers 1a then pass through a preheating oven 6 with air circulation at 70 ° C, which serves to remove any moisture from the reinforcement fibers 1a.

Następnym etapem jest przejście włókien 1a zbrojących przez zbiornik 7 przesycania, w którym znajduje się termoutwardzalna żywica 1b epoksydowa Sicomin SR 1331 z dodatkiem utwardzacza SH 166, przyspieszacza wiązania SX AC1 MI, oraz wypełniacza w postaci proszku 1c ferromagnetycznego Fe-Si 15 o granulacji 0,063 mm lub proszku 1c magnetycznego, które pozwalają na skrócenie czasu żelowania żywicy 1b (wstępnego utwardzenia i uzyskania kleistości) do paru minut. Materiał przygotowywany jest w próżniowym mieszalniku żywicy 1b i dostarczany do zbiornika 7 przesycania w miarę jego zużywania.The next stage is the passage of the reinforcing fibers 1a through the supersaturation tank 7, in which there is a thermosetting epoxy resin 1b Sicomin SR 1331 with the addition of SH 166 hardener, SX AC1 MI bonding accelerator, and a filler in the form of 1c ferromagnetic Fe-Si 15 powder, granulation 0.063 mm or magnetic powder 1c, which allow to shorten the gel time of resin 1b (initial hardening and obtaining stickiness) to a few minutes. The material is prepared in the vacuum resin mixer 1b and supplied to the supersaturation tank 7 as it is used.

Otoczone żywicą włókna zbrojące wychodząc ze zbiornika przechodzą przez system zgarniaków 8 ściągający z nich nadmiar żywicy, który może zostać zawrócony od razu do zbiornika 7 przesycania w celu ponownego wykorzystania.The resin-encased reinforcement fibers exiting the reservoir pass through a scraper system 8 to remove excess resin from them, which can be returned directly to the supersaturation reservoir 7 for reuse.

Następnie włókna 1a zbrojące kierowane są do pieca 9 wstępnego utwardzania o temperaturze 80°C w celu wprowadzenia żywicy 1b w stan kleistości pozwalający na rozpoczęcie formowania ostatecznego kształtu wyrobu - rdzenia 1. W piecu 9 znajdują się płyty z otworami przelotowymi, które układają wstęgi żywicy 1b z włóknami 1a zbrojącymi koncentrycznie oraz stopniowo zagęszczają włókna 1a do uzyskania zakładanej średnicy rdzenia 1, tworząc kompozyt. Uformowany rdzeń 1 wprowadzany jest do pieca 10 głównego utwardzania o temperaturze w zakresie od 140°C do 210°C gdzie następuje proces sieciowania żywicy 1b i utwardzenie rdzenia 1.Then, the reinforcing fibers 1a are directed to the pre-hardening furnace 9 at 80 ° C in order to bring the resin 1b into a sticky state that allows the formation of the final shape of the product - core 1 to begin. In the furnace 9 there are plates with through holes that lay the resin webs 1b with concentrically reinforcing fibers 1a and gradually compact the fibers 1a to the assumed diameter of the core 1, creating a composite. The formed core 1 is introduced into the main curing oven 10 at a temperature ranging from 140 ° C to 210 ° C where the resin 1b crosslinks and the core 1 hardens.

Ostatnim etapem podstawowego procesu wytwarzania rdzenia 1 jest chłodzenie w piecu 11 o temperaturze od 20°C do 40°C.The last step in the basic core 1 manufacturing process is cooling in an oven 11 at a temperature of 20 ° C to 40 ° C.

Dodatkowo rdzeń 1 może zostać poddany procesowi dogrzewania w temperaturze od 20°C do 160°C oraz ponownemu chłodzeniu w temperaturze od 40°C do 80°C w celu ulepszenia właściwości mechanicznych żywicy 1b.Additionally, the core 1 may be subjected to a reheating process at a temperature of 20 ° C to 160 ° C and re-cooling at a temperature of 40 ° C to 80 ° C in order to improve the mechanical properties of the resin 1b.

Gotowy rdzeń 1 kompozytowy kierowany jest na koło nawojowe 12 lub bezpośrednio do znanego procesu owinięcia drutami w przypadku integracji z linią produkcyjną przewodów energetycznych.The finished composite core 1 is directed to a winding wheel 12 or directly to a known wire-wrapping process in case of integration with a power cable production line.

P r z y k ł a d IIIP r x l a d III

Przykład III opisuje sposób wytwarzania rdzenia 1 opisanego z przykładu I, z włóknami 1a zbrojącymi splecionymi.Example III describes the manufacturing process of the core 1 described in Example I with intertwined reinforcing fibers 1a.

Na początku linii technologicznej (Fig. 6) znajduje się urządzenie 13 ze szpulą wyposażoną w hamulce wywołujące naciąg, z których odwijany jest zastosowany do danego kompozytu splot włókien 1a złożony z włókien węglowych i/lub nanowłókien węglowych i/lub włókien szklanych i/lub włókien bazaltowych i/lub włókien aramidowych i/lub włókien polietylenowych.At the beginning of the technological line (Fig. 6) there is a device 13 with a spool equipped with tension brakes, from which the fiber weave 1a used for a given composite is unwound, consisting of carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or glass fibers and / or fibers basalt and / or aramid fibers and / or polyethylene fibers.

Wprowadzenie naciągu ułatwia sprawne przeciąganie splotu włókien 1a przez płytki formujące.The introduction of a tension facilitates efficient drawing of the fiber weave 1a through the forming plates.

Splot włókien 1a zbrojących przechodzi następnie przez prowadnicę 14, która wprowadza go na odpowiedni tor ruchu i zapobiega plątaniu.The weave of the reinforcing fibers 1a then passes through the guide 14, which guides it into the appropriate path and prevents tangling.

Następnie splot włókien 1a zbrojących przechodzi przez piec wstępnego nagrzewania 15 z cyrkulacją powietrza, o temperaturze 70°C, który służy odprowadzeniu ewentualnej wilgoci z włókien 1a zbrojących.The strand of the reinforcement fibers 1a then passes through a preheating oven 15 with air circulation at 70 ° C, which serves to remove any moisture from the reinforcement fibers 1a.

PL 236 650 B1PL 236 650 B1

Następnym etapem jest przejście splotu włókien 1a zbrojących przez zbiornik 16 przesycania, w którym znajduje się termoutwardzalna żywica 1b epoksydowa Sicomin SR 1331 z dodatkiem utwardzacza SH 166, przyspieszacza wiązania SX AC1MI, oraz wypełniacza w postaci proszku 1c ferromagnetycznego Fe-Si 15 o granulacji 0,063 mm lub proszku 1c magnetycznego, które pozwalają na skrócenie czasu żelowania żywicy 1b (wstępnego utwardzenia i uzyskania kleistości) do paru minut. Materiał przygotowywany jest w próżniowym mieszalniku żywicy 1b i dostarczany do zbiornika 16 przesycania w miarę jego zużywania.The next stage is the passage of the weave of reinforcing fibers 1a through the supersaturation tank 16, in which there is a thermosetting epoxy resin 1b Sicomin SR 1331 with the addition of SH 166 hardener, SX AC1MI bonding accelerator, and a filler in the form of 1c ferromagnetic Fe-Si 15 powder, granulation 0.063 mm or magnetic powder 1c, which allow to shorten the gel time of the resin 1b (initial hardening and becoming sticky) to a few minutes. The material is prepared in the vacuum resin mixer 1b and supplied to the supersaturation tank 16 as it is used.

Otoczony żywicą splot zbrojący wychodząc ze zbiornika przechodzi przez system zgarniaków 17 ściągający nadmiar żywicy ze splotu włókien zbrojących, który może zostać zawrócony od razu do zbiornika przesycania 7 w celu ponownego wykorzystania.The resin-encased reinforcement strand exits the reservoir and passes through a scraper system 17 that draws excess resin from the reinforcement strand, which can be returned immediately to the supersaturation reservoir 7 for reuse.

Następnie kierowany jest do pieca wstępnego utwardzania 18 o temperaturze 80°C w celu wprowadzenia żywicy 1c w stan kleistości pozwalający na rozpoczęcie formowania ostatecznego kształtu wyrobu - rdzenia 1. W piecu 18 znajdują się płyty z otworami przelotowymi, które ściskają przesycony splot, ściskają go oraz stopniowo zagęszczaj ą splot do uzyskania zakładanej średnicy rdzenia 1, tworząc kompozyt. Uformowany rdzeń 1 wprowadzany jest do pieca 19 głównego utwardzania o temperaturze w zakresie od 140°C do 210°C gdzie następuje proces sieciowania żywicy 1b i utwardzenie rdzenia 1.Then it is directed to the pre-hardening furnace 18 at a temperature of 80 ° C in order to bring the resin 1c into a sticky state that allows it to start forming the final shape of the product - core 1. In the furnace 18 there are plates with through holes that compress the supersaturated weave, compress it and they gradually thicken the weave to the assumed diameter of the core 1, creating a composite. The formed core 1 is introduced into the main curing oven 19 at a temperature ranging from 140 ° C to 210 ° C where the resin 1b crosslinks and the core 1 hardens.

Ostatnim etapem podstawowego procesu wytwarzania rdzenia 1 jest chłodzenie w piecu 20 o temperaturze od 20°C do 40°C.The final step in the basic core 1 manufacturing process is cooling in an oven 20 at a temperature of 20 ° C to 40 ° C.

Dodatkowo rdzeń 1 może zostać poddany procesowi dogrzewania w temperaturze od 60°C do 160°C oraz ponownemu chłodzeniu w temperaturze od 40°C do 80°C w celu ulepszenia właściwości mechanicznych żywicy 1b.Additionally, the core 1 may undergo a reheating process at a temperature of 60 ° C to 160 ° C and re-cooling at a temperature of 40 ° C to 80 ° C in order to improve the mechanical properties of the resin 1b.

Gotowy rdzeń 1 kompozytowy kierowany jest na koło nawojowe 21 lub bezpośrednio do znanego procesu owinięcia drutami w przypadku integracji z linią produkcyjną przewodów energetycznych.The finished composite core 1 is directed to a winding wheel 21 or directly to a known wire wrapping process in case of integration with a power cable production line.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Przewód energetyczny z rdzeniem kompozytowym zawierającym włókna zbrojące z co najmniej jednego rodzaju materiału o wytrzymałości na rozciąganie przynajmniej 1200 MPa, połączone trwale z żywicą epoksydową utwardzaną termicznie, w którym rdzeń otoczony jest co najmniej jedną warstwą drutów znamienny tym, że włókna (1a) zbrojące stanowią od 50% do 90% objętości gotowego rdzenia (1), żywica (1b) epoksydowa stanowi od 10% do 50% objętości gotowego rdzenia (1) i na przestrzeni całej objętości jest wypełniona proszkiem (1c) ferromagnetycznym lub proszkiem (1c) magnetycznym, w ilości od 1 cm3 do 10 cm3, korzystnie 7 cm3 w każdym metrze gotowego rdzenia (1), a przy tym druty otaczające rdzeń (1) stanowią druty z aluminium i/lub z aluminium wyżarzonego, korzystnie o przekroju okrągłym a najkorzystniej o przekroju trapezowym.1. Power cable with a composite core containing armor fibers of at least one type of material with a tensile strength of at least 1200 MPa, permanently bonded to a thermally hardened epoxy resin, in which the core is surrounded by at least one layer of wires, characterized in that the fibers (1a) reinforcing materials constitute from 50% to 90% of the volume of the finished core (1), epoxy resin (1b) is from 10% to 50% of the volume of the finished core (1) and it is filled with ferromagnetic powder (1c) or powder (1c) throughout the entire volume magnetic, in the amount of 1 cm 3 to 10 cm 3 , preferably 7 cm 3 in each meter of the finished core (1), and the wires surrounding the core (1) are aluminum and / or annealed aluminum wires, preferably with a circular cross section and most preferably trapezoidal in section. 2. Przewód wg. zastrz. 1, znamienny tym, że włókna (1a) zbrojące w rdzeniu (1) stanowią włókna węglowe i/lub nanowłókna węglowe i/lub włókna szklane i/lub włókna bazaltowe i/lub włókna aramidowe i/lub włókna polietylenowe.2. Cable acc. claim The method of claim 1, characterized in that the reinforcing fibers (1a) in the core (1) are carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or glass fibers and / or basalt fibers and / or aramid fibers and / or polyethylene fibers. 3. Przewód wg. zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że rdzeń ma warstwę (I) zewnętrzną zawierającą włókna (1a) zbrojące o module sprężystości poniżej 100 GPa i warstwę (II) wewnętrzną zawierającą włókna o module sprężystości powyżej 100 GPa, przy czym warstwa (I) zewnętrzna i warstwa (II) wewnętrzna usytuowane są współosiowo i połączone ze sobą trwale.3. Cable acc. claim The core of claim 1 or 2, characterized in that the core has an outer layer (I) containing reinforcing fibers (1a) with a modulus of elasticity below 100 GPa and an inner layer (II) containing fibers with a modulus of elasticity above 100 GPa, the outer layer (I) and the inner layer (II) is arranged coaxially and permanently connected to each other. 4. Przewód wg. zastrz. 1, znamienny tym, że proszek (1c) ferromagnetyczny w rdzeniu (1) stanowi proszek żelaza niklu kobaltu lub ich stopów, lub innego metalu o właściwościach ferromagnetycznych.4. Cable acc. To claim The method of claim 1, characterized in that the ferromagnetic powder (1c) in the core (1) is iron powder, nickel, cobalt or their alloys, or other metal with ferromagnetic properties. 5. Przewód wg. zastrz. 1 lub 4, znamienny tym, że proszek (1c) ferromagnetyczny w rdzeniu (1), stanowi proszek o granulacji 0,063 mm.5. Cable acc. claim The method of claim 1 or 4, characterized in that the ferromagnetic powder (1c) in the core (1) is a powder with a granulation of 0.063 mm. 6. Przewód wg. zastrz. 1, znamienny tym, że proszek (1c) magnetyczny w rdzeniu (1) stanowi proszek neodymu lub innego metalu o właściwościach magnesu trwałego.6. Cable acc. To claim The method of claim 1, characterized in that the magnetic powder (1c) in the core (1) is neodymium or other metal powder with permanent magnet properties. 7. Przewód wg. zastrz. 1 lub 6, znamienny tym, że proszek (1c) magnetyczny w rdzeniu (1) stanowi proszek o granulacji 0,063 mm.7. Cable acc. claim 6. A method according to claim 1 or 6, characterized in that the magnetic powder (1c) in the core (1) is a powder with a granulation of 0.063 mm.
PL427113A 2018-09-18 2018-09-18 Power cable with a composite core PL236650B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427113A PL236650B1 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Power cable with a composite core

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427113A PL236650B1 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Power cable with a composite core

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL427113A1 PL427113A1 (en) 2020-03-23
PL236650B1 true PL236650B1 (en) 2021-02-08

Family

ID=69888931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL427113A PL236650B1 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Power cable with a composite core

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL236650B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL427113A1 (en) 2020-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8250845B2 (en) Fiber composite twisted cable
CA2682116C (en) Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture
RU2013126953A (en) WIRING FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
CN112198604A (en) Bundled armored optical cable and preparation method thereof
CN103811129B (en) A kind of preparation method of the counter-bending photoelectric mixed cable with interference of field operations
PL236650B1 (en) Power cable with a composite core
PL236648B1 (en) Power cable composite core
PL236649B1 (en) Power cable composite core
PL236651B1 (en) Power cable with a composite core
KR20110078093A (en) Preparing method of inner strength member of fiber reinforced plastics for overhead transmission line
KR101916231B1 (en) Central strength member for gap conductor and the method for manufacturing thereof
RU131531U1 (en) POLICOMPOSITION CARRYING CORE FOR ELECTRICAL WIRE AND METHOD OF PRODUCING IT, AND ALSO ELECTRIC WIRE CONTAINING SUCH CORE
CN200990254Y (en) Compound reinforced electric transmission conductor
CN114690357B (en) All-dielectric self-supporting optical cable, manufacturing method and production system thereof
EP0633348A1 (en) Complex fiber string and method of manufacturing the same
RU131230U1 (en) POLICOMPOSITION CARRYING CORE FOR ELECTRICAL WIRE AND METHOD OF PRODUCING IT, AND ALSO ELECTRIC WIRE CONTAINING SUCH CORE
RU90253U1 (en) ELECTRICAL WIRE OR CABLE (OPTIONS)
CN205751582U (en) A kind of reinforced Radix Saposhnikoviae rolling hoist cable
CN216487404U (en) Tensile, bending-resistant, twisting-resistant and wear-resistant composite cable
KR102560551B1 (en) Core for electrical power transmission cable and method for manufacturing the same
CN112269231B (en) Anti-shrinkage cable, signal transmission system and cable production equipment
RU120279U1 (en) ELECTRIC AIR TRANSMISSION WIRE
JPH04229507A (en) Optical wave conductor areal cable for long high-tention pole interval and manufacture thereof
JPH07507733A (en) Insulator
PL239193B1 (en) Overhead power cable, method of producing it, and method of constructing an overhead high voltage power line