[发明专利]具有复合芯的输电电缆

说明书

相关申请的引用

本申请于2012年4月11日指定所有国家以以下申请人的名义作为PCT国际专利申请提出：美国公民Allan Daniel、美国公民Paul Springer、台湾公民Yuhsin Hawig、美国公民Mark Lancaster、美国公民David W.Eastep、美国公民Sherri M.Nelson、美国公民Tim Tibor、美国公民Tim Regan和美国公民Michael L.Wesley，并且要求于2011年4月12日提交的美国专利申请序列No.61/474,423以及于2011年4月12日提交的相关临时申请No.61/474,458的优先权，这二者通过引用整体并入本文。

背景技术

经常使用复合线结构作为向用户输电的输电线或电缆。复合输电线结构的实例包括例如：钢芯铝绞线(aluminum conductor steel reinforced，ACSR)电缆、钢支撑铝绞线(aluminum conductor steel supported，ACSS)电缆、复合加固铝绞线(aluminum conductor composite reinforced，ACCR)电缆、和复合芯铝绞线(aluminum conductor composite core，ACCC)电缆。ACSR和ACSS电缆包括围绕钢内芯的铝外部导电层。输电线或电缆被设计成不仅有效输电，而且坚固且具有温度耐受性，尤其是在输电线系在塔上并且长距离延伸时。

生产能达到例如架空输电电缆应用所要求的理想强度、耐久度和温度特性的具有复合芯的电缆将是有益的。因此，为了这些目的进行了本发明。

发明简述

提供该简述来以简化形式介绍经选择的构思，这些构思将在下文的发明详述部分进一步描述。本简述并非旨在确定要求保护的主题的必需或基本的特征。本简述也并非旨在用于限制要求保护的主题的范围。

本发明的实施方案可提供电缆，例如用于高架输电的输电电缆，其可包含电缆芯和围绕所述电缆芯的导电元件。电缆芯可包含至少一个复合芯(复合芯也称作复合绞股(strand)或聚合物复合绞股)。这些芯元件可作为输电电缆的承重部件，并且在一些实施方案中，这些芯元件可以是不导电的。

根据本发明的一个实施方案，公开了电缆的复合芯。一般地，本文公开的电缆和芯可纵向延伸。复合芯可包含至少一根条状材(rod)，所述条状材包含含连续纤维组分的多根合并的(consolidated)热塑性浸渍的粗纱(roving)(所述条状材也称作纤维芯)。所述粗纱可包含纵向取向的连续纤维和嵌入有所述纤维的热塑性基体。所述纤维的极限抗拉强度与单位长度的质量的比率大于约1,000兆帕每克每米(MPa/g/m)。连续纤维可构成所述条状材的约25重量％至约80重量％，热塑性基体可构成所述条状材的约20重量％至约75重量％。覆盖层(capping layer)可围绕所述条状材，该覆盖层可不含连续纤维。复合芯可具有约10千兆帕斯卡(GPa)的最小弯曲模量。

根据本发明的另一实施方案，公开了用于形成输电电缆的复合芯的方法。所述方法包括：将多根粗纱用热塑性基体浸渍以及使所述粗纱合并以形成条带(ribbon)，其中所述粗纱可包含纵向取向的连续纤维。所述纤维的极限抗拉强度与单位长度的质量的比率可以大于约1,000MPa/g/m。连续纤维可构成所述条带的约25重量％至约80重量％，热塑性基体可构成所述条带的约20重量％至约75重量％。可将所述条带加热至等于或大于所述热塑性基体的软化温度(或熔化温度)的温度并且牵拉通过至少一根成形模头以将所述条带压缩和成形为条状材。可向所述条状材上施加覆盖层以形成复合芯。

根据本发明又一实施方案，公开了制备电缆的方法。该方法可包括：提供包含至少一个复合芯的电缆芯，和用多个导电元件围绕所述电缆芯。所述复合芯可包含至少一根条状材，所述条状材包含多根合并的热塑性浸渍的粗纱。所述粗纱可包含纵向取向的连续纤维和嵌入有所述纤维的热塑性基体。所述纤维的极限抗拉强度与单位长度的质量的比率可大于约1,000MPa/g/m。通常，所述条状材可包含约25重量％至约80重量％的纤维，和约20重量％至约75重量％的热塑性基体。覆盖层可围绕至少一根条状材，该覆盖层一般可不含连续纤维。在这些和另一些实施方案中，复合芯可具有大于约10GPa的弯曲模量。