碳纖維復合芯鋁絞電纜
產品名稱：碳纖維復合芯鋁絞電纜
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摘要：
碳纖維復合芯鋁絞線是傳統鋼芯鋁絞電纜的更新換代產品，這種新型電纜有多種系列優異性能, 能夠提高電力傳輸容量一倍以上，同時減少電損和桿塔數各約20%，對電路增容、擴容具有重要意義
碳纖維復合芯鋁絞電纜的參數和性能：
碳纖維復合芯鋁絞電纜簡介
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜，英文是Alu-minum conductor composite core reinforced A
碳纖維復合芯鋁絞線在200℃高溫下能有效運行，而常規鋼芯鋁絞線的使用溫度為100℃。實際上消除弧垂，也不受鋁的長期蠕變影響。
碳纖維復合芯導線由碳纖維芯棒、玻璃纖維包覆層、鋁線外層組成，外層與鄰外層鋁線股為梯形截面，與常規的鋼芯鋁絞線相比，在外徑相同的情況下，碳纖維復合芯導線外層允許纏繞超過28%的導電鋁型線；在相同鋁截面時，成品重量比常規的鋼芯鋁絞線輕10%～20%。碳纖維復合芯導線載流量可達常規鋼芯鋁絞線兩倍，在不進行改造桿、塔情況下可以重新架設新線。它在120-160℃高溫下可以長期運行，而常規鋼芯電纜的使用溫度為70℃。碳纖維復合芯導線還消除了線路弧垂，不受鋁的長期蠕變影響，避了傳統鋼芯導線的熱膨脹弧垂。碳纖維復合材料導線與同等外徑的傳統電纜相比可以大幅度減重。并且通過使用較少的塔、桿，降低了建造成本。由于強度高，可增加塔桿之間的跨度，減少16%以上的塔、桿。碳纖維復合芯導線的耐環境老化性能好，不與鋁導線或其他部件產生電解反應，可以循環利用。其較高的運行效率有助于降低發電成本，可以滿足傳輸標準。在相同傳輸容量下，線損失減少28%，能減少發電容量，節約能源成本。
總之，在輸電線路中應用碳纖維復合芯導線，具有明顯的經濟效益和社會效益。
核心技術是芯棒的制造，關鍵材料是高溫韌性環氧樹脂。在碳纖維復合芯棒中，碳纖維占35%，玻璃纖維占35%，高溫韌性環氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強度高和斷裂伸長大，例如采用日本東麗公司生產的T700S;玻璃纖維采用耐堿的E型,即E-GF。E-GF的斷裂伸長值大于T700S，因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。同時，E-GF的價格低于T700S，可降低生產成本。E-GF為絕緣體，為芯棒提供絕緣層。所用環氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復合芯棒的又一技術核心。這種樹脂固化溫度高達260℃，一般環氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之，這種高溫固化型環氧樹脂具有特殊的耐熱結構。
此外，還需要增韌改性，使所制芯棒具有韌性，而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗。連續拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復合芯棒具有一定的特殊性。簡單的工藝流程是：將碳纖維筒放在整理架上，單向(0°)集束，包覆玻璃纖維，浸漬環氧樹脂膠液，通過鋼制模口，以控制直徑，然后通過固化爐，固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內調節，拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內調節
碳纖維復合芯鋁絞電纜是傳統鋼芯鋁絞電纜(ACSR)的更新換代產品，也是目前能取代傳統鋼芯鋁絞線并投入商業運行的產品。
碳纖維復合芯鋁絞電纜與現有的各種架空導線相比，這種新型電纜具有耐高溫、熱膨脹系數小、耐腐蝕、輸送容量大、線損小等一系列優異性能, 能夠提高電力傳輸容量一倍以上，同時減少電損和桿塔數各約20%，對電路增容、擴容具有重要意義。
隨著近年來電力負荷的飛速發展，電力需求大幅上升，要求承擔電力輸送的導線能輸送更多的電能。今后電網可能選用的導線截面成倍放大，相應的鐵塔、基礎用料急劇上升，導致費用增加，工程造價高。
采用碳纖維復合芯鋁絞電纜輸電可以大幅度提高線路的載流量，且原有的桿塔、基礎均無需改造。碳纖維導線在新建電力輸電線路或老線路的改造上都有明顯經濟價值和社會效益。
碳纖維復合芯鋁絞電纜技術關鍵
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜，主要采用連續拉擠法。核心技術是芯棒的制造，關鍵材料是高溫韌性環氧樹脂。在碳纖維復合芯棒中，碳纖維占 35%，玻璃纖維占35%，高溫韌性環氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強度高和斷裂伸長大，因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。所用環氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復合芯棒的又一技術核心。這種樹脂固化溫度高達260℃，一般環氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之，這種高溫固化型環氧樹脂具有特殊的耐熱結構。此外，還需要增韌改性，使所制芯棒具有韌性，而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗。連續拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復合芯棒具有一定的特殊性。
碳纖維復合芯鋁絞電纜工藝流程
將碳纖維筒放在整理架上，單向(0°)集束，包覆玻璃纖維，浸漬環氧樹脂膠液，通過鋼制模口，以控制直徑，然后通過固化爐，固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內調節，拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內調節。
碳纖維復合芯鋁絞電纜性能分析
1. 與ACSR電纜相比，可有效提高29%載流容量，減少輸電損失6%
一方面，由于碳纖維復合芯強度高于鋼芯，因而芯棒直徑比鋼芯細，可容納的鋁線多，加之，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的梯形截面，導線排列更緊密，因此總體上導電截面更大。與傳統的ACSR相比，載流量提高29%左右的載流量。此外，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜不存在傳統鋼絲的磁損和熱效應，可有效減少輸電損失6%。
2. 線膨脹系數小、弛度小
首先，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜導線具有顯著的低弛度特性，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的線膨脹變化僅為ACSR的9.6%，下垂度不到ACSR的1/2;其次，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜復合芯可在急冷急熱的環境中工作，例如，上200℃，下-180℃的極寒低溫，任然可以用于輸電載體的設計和制造。因此，碳纖維復合芯不僅能夠適應溫差變化，還有效減少架空電纜的絕緣空間，提高導線運行的安全性。
3. 重量輕、強度高、破斷力大
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的復合芯的密度約為1.9g/cm3 ，而ACSR的芯材密度要高出4倍(約為7.8 g /cm3 )，同時，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜的拉伸強度為2399MPa，是ACSR的1.97倍。要知道，電纜的承載外力主要由芯材承擔。而碳纖維復合芯相比鋼絲不僅具有重量輕、強度高的優勢，還大大提高了30%的破斷力。
4. 耐腐蝕性
碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜復合芯可以避免ACSR線芯的雙金屬間腐蝕的問題。更重要的是，碳纖維和玻璃纖維復合芯鋁絞電纜芯棒外層包覆著玻璃纖維層，該層能起到絕緣功能，有的產品還在玻璃纖維外層包覆四氟乙烯使芯棒與鋁線完全絕緣，免受電腐蝕(見圖2：碳纖維復合芯鋁絞電纜的界面圖)①。
圖示：1、碳纖維環氧樹脂復合材料內芯;2、玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料外芯;3、層梯形鋁導線;4、層梯形鋁導線;5、保護性涂層。
碳纖維復合芯導線規格系列表
| 標稱截面mm2 | 復合芯直徑 mm | 計算面積 mm2 | 外徑mm | 20℃直流電阻Ω/km | 計算拉斷力 N | 計算重量kg/km | 線膨脹系數×10-6 1/℃ | 彈性模量GPa | |||||
| 鋁面積 | 復合芯面積 | 總計 | 2100系 | 2400系 | 80℃以內 | 80℃以上 | 80℃以內 | 80℃以上 | |||||
| 150/30 | 6.0 | 151.4 | 28.27 | 179.7 | 15.60 | 0.1843 | 68092 | 76573 | 469.4 | 17.1 | 1.1 | 64 | 122 |
| 185/30 | 6.0 | 187.3 | 28.27 | 215.5 | 17.10 | 0.1491 | 70155 | 78636 | 568.0 | 17.1 | 1.1 | 63 | 122 |
| 200/30 | 6.0 | 202.5 | 28.27 | 230.8 | 17.70 | 0.1379 | 71033 | 79515 | 610.0 | 17.1 | 1.1 | 63 | 122 |
| 240/30 | 6.0 | 240.1 | 28.27 | 268.4 | 19.10 | 0.1163 | 73201 | 81682 | 713.6 | 17.5 | 1.1 | 60 | 122 |
| 300/40 | 7.0 | 301.8 | 38.48 | 340.3 | 21.50 | 0.0925 | 98192 | 109735 | 902.4 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 315/40 | 7.0 | 317.7 | 38.48 | 356.2 | 22.00 | 0.0879 | 99106 | 110650 | 946.1 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 360/40 | 7.0 | 360.7 | 38.48 | 399.2 | 23.30 | 0.0774 | 101584 | 113128 | 1064.6 | 17.6 | 1.1 | 60 | 122 |
| 400/50 | 8.0 | 402.4 | 50.26 | 452.7 | 24.80 | 0.0694 | 128725 | 143803 | 1201.3 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 450/50 | 8.0 | 450.8 | 50.26 | 501.0 | 26.10 | 0.0619 | 131508 | 146586 | 1334.4 | 17.6 | 1.1 | 61 | 122 |
| 500/55 | 8.5 | 503.6 | 56.74 | 560.3 | 27.60 | 0.0554 | 148155 | 165177 | 1491.8 | 17.6 | 1.1 | 62 | 122 |
| 560/65 | 9.0 | 563.6 | 63.61 | 627.2 | 29.20 | 0.0498 | 166040 | 185123 | 1677.3 | 17.6 | 1.1 | 59 | 122 |
| 630/70 | 9.5 | 631.4 | 70.87 | 702.3 | 30.90 | 0.0444 | 185203 | 206465 | 1878.6 | 17.6 | 1.1 | 60 | 122 |
| 800/80 | 10.0 | 801.3 | 78.53 | 879.8 | 34.60 | 0.0350 | 211067 | 234626 | 2362.8 | 17.6 | 1.1 | 59 | 122 |
| 900/80 | 10.0 | 905.3 | 78.53 | 983.8 | 36.60 | 0.0310 | 217058 | 240617 | 2650.7 | 17.6 | 1.1 | 59 | 122 |
說明：1、鋁截面系列參照GB/T1179-2008推薦值；導線按2100系、2400系提供兩種強度；并且按120度、160度提供兩種工作溫度。
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