[发明专利]铝导体复合材料芯增强电缆及其制备方法

说明书

本申请是申请号为200480038529.7、申请日为2004年10月22日、发明名称为“铝导体复合材料芯增强电缆及其制备方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种铝导体复合材料芯(ACCC)增强电缆及其制备方法。更具体地，本发明涉及一种用于供电的电缆，其具有由能够承载增加的载流容量并在高温下工作的铝导线围绕的复合材料芯，该复合材料芯由纤维增强体(fiber reinforcement)和基体构成。

背景技术

人们曾经尝试开发由单一类型的纤维和热塑性树脂构成的复合材料芯。其目的在于提供利用增强塑料复合材料芯作为电缆中的承重构件的输电电缆，及提供通过利用内部增强塑料芯的输电电缆传输电流的方法。所述单一纤维/热塑性复合材料芯未能实现这些目的。一种纤维/热塑性系统不具有在防止电缆下垂的同时有效地传递载荷所需的物理特性。其次，包含玻璃纤维和热塑性树脂的复合材料芯未能满足载流容量增加所需的工作温度，即，90℃和240℃之间，或者更高的温度。

热塑性复合材料芯物理性能还受处理方法限制。以前的处理方法不能实现高的纤维与树脂体积或重量比例。这些方法不会产生将实现电缆所需强度的富纤维芯。而且，以前的处理方法的处理速度受到方法本身的固有特性限制。例如，常规的挤出/拉挤成型模具长为大约36英寸，其具有恒定的横截面。较长的模具引起复合材料和模具之间的摩擦力增加，延缓了处理时间。在用于热塑性/热固性树脂的这种系统中的处理时间为约3～12英寸/分钟。利用聚酯和乙烯基酯树脂的处理速度能够以高达72英寸/分钟生产复合材料。在需要数千英里的电缆的情况下，这些缓慢的处理速度未能以经济上可以接受的方式满足需要。

因此需要设计经济上可行的电缆，其使得载流容量容易增加，而不会产生相应的电缆下垂。还需要利用这样的方法处理复合材料芯，即，使复合材料芯在处理过程中成形和调整，并且能够以高达或超过60英尺/分钟的速度进行处理。

发明内容

技术问题

在常规铝导体钢增强电缆(ACSR)中，铝导体传输电能，钢芯提供强度构件(strength member)。导体电缆受到组分的固有物理特性抑制；这些组分限制载流容量。载流容量为通过电缆送电力的量度。电缆中电流或功率增加引起导体的工作温度的相应增加。过多的热将引起常规电缆下垂至低于允许的水平，因为结构芯较高的热膨胀系数引起构件膨胀，导致电缆下垂。一般的ACSR电缆能够在至多75℃的温度下连续工作，而不使与下垂有关的导体的物理性能发生重大变化。在高于100℃下工作任何长的时间，ACSR电缆经受塑性的(plastic-like)和永久性的伸长，以及强度的大幅降低。这些物理变化引起过多的线下垂。线下垂被认为是2003年美国东北停电的主要原因之一。温度限制将用795kcmil ACSR‘Drake’导体架设的一般230-kV线的电力负载额定值抑制至约400MVA，相应于1000A的电流。因此，为了增加输电电缆的负荷能力，必须利用具有允许载流容量增加而不引起过多线下垂的固有特性的组分设计电缆本身。

虽然载流容量增益可以通过增加围绕输电电缆的钢芯的导体面积获得，但是导体体积增加会提高电缆的重量并有助于下垂。而且，重量提高需要电缆在电缆支架基础结构中使用增加的张力。这种重量大幅提高一般会需要输电塔和电线杆的结构加强或替换。基础结构变更在经济上一般是不可行的。因而，在利用现有的输电结构和电线的同时，增加输电电缆上的负荷容量，存在着经济目的。

技术方案

铝导体复合材料芯(ACCC)增强电缆能够改善现有技术中的问题。ACCC电缆为具有复合材料芯的电缆，该复合材料芯包含一种或多种嵌入基体中的纤维类型增强体。所述复合材料芯包覆有电导线。ACCC增强电缆为高温、低弛度导体，其能够在高于100C的温度下工作，同时具有稳定的拉伸强度和蠕变伸长性质。在示例性实施方案中，ACCC电缆能够在高于100℃的温度下工作，在一些实施方案中，在高于240℃的温度下工作。具有相似外径的ACCC电缆的线额定值(line rating)可能比现有技术电缆增加至少50％，而不明显改变导体的总重量。