[发明专利]一种特高压纤维复合材料骨架架空导线

说明书

技术领域

本发明属于电网建设领域，特别涉及一种特高压纤维复合材料骨架架空导线。

技术背景

随着我国综合国力的发展，全国对电能的需求增加显著增加。电能主要是通过输电导线传输，提高输电导线的输电效率势在必行，但由于国内资源的日益紧张，所以在有限的资源下提高输电导线的导电效率是我国电网发展的方向之一，也是国内学者研究重点之一。提高输电导线的电压等级能够达到上述要求。目前我国使用较多的高电压等级输电线路是500kV输电线路，500kV输电线路属于超高压输电网，构成的主网架不能满足未来更远距离、更大容量和经济性的输电需要，需要开发、使用特高压输电线路网。

比超高压输电的电压等级更高的是特高压输电，特高压电线路是指1000kV及以上的输电线路，具有容量大、线损低、造价省的特点。但是特高压输电线路由于电压等级高，导体表面电压高，会使导体外表面空气发生电离放电，这会损失电能，也是极不安全的。目前我国特高压导线中主要采用钢芯铝绞线作为输电导线，这种导线重量大、弧垂低，而且电晕放电损失严重。所以需要开发一种占用空间小、电晕放电现象轻、力学性能和电性能好的新型特高压导线。

发明内容

现有研究中为了克服钢芯铝绞线重量大、弧垂低的问题，普遍采用碳纤维材料制备架空导线，但受限于碳纤维导线性能，又无法满足特高压导线的电能传输要求。因此，申请人试图通过将二者结合利用功能叠加来满足特高压导线的传输要求；但制备过程中，为了保证导线足够的支撑强度，必须制备大尺寸的导线芯，导致制造成本过高，不具备实用性。于是，申请人转变研究思路，提出通过编制的复合材料构建中空骨架结构的新型纤维复合导线，提供足够力学支撑力的同时，满足导线的电能传输要求。本发明设计的双层复合结构骨架，赋予导线优良力学性能的同时，减少纤维复合材料的使用量和制造成本，最终实现了导电性能和力学强度的同步提高。

特别是涉及导线结构的设计、纤维复合骨架的结构与设计、外层导体，得到了一种新型导电效率高、重量轻、力学性能好、电性能好、电晕放电损失小、成本低的特高压输电导线。

本发明采用的技术方案如下：

一种特高压纤维复合材料骨架架空导线，包括起承载作用的中空芯线和包覆在芯线外侧的至少一层起导电作用的金属导线组成，所述中空芯线分为内外两层，所述内层为单向纤维增强复合材料构成，所述外层由双向纤维增强复合材料构成。

现有用于高频电路的中空芯线普遍存在强度较低，无法满足远距离的电能传输要求的问题，而纤维增强材料虽能提供一定的支撑强度，但抗挤压性能明显不足，为此，本发明中将纤维增强复合材料中空骨架分为两层，内层设置为单向纤维增强，外层设置为双向纤维增强，通过二者的组合保证中空骨架具有优良的轴向力学性能的同时，提供一定的轴向拉力，增强导线抗挤压能力。

优选的是，所述中空芯线的横街面为环形或多边形。

优选的是，所述单向纤维增强复合材料中纤维取向角为0°～90°。单相复合材料杨氏模量和拉伸强度随着纤维取向角度的增加而减少，当纤维角度θ＝45°时，它们就不再变化了，断裂应变随着纤维取向角的增加而增加，当纤维以拉伸方向排列而纤维体积含量在一定值以上时，断裂应变接近常数。因此，所述单向纤维增强复合材料中，优选的纤维体积含量为40％～80％。所述双向纤维增强复合材料中，优选的纤维体积含量为40％～80％。

优选的是，所述双向纤维增强复合材料中，同等数量的纤维排列在两个不同的方向上，二者的夹角为45°～120°。双向纤维增强复合材料，杨氏模量和拉伸强度的趋向与单向复合材料相似，而断裂应变几乎等于单向(θ＝0°)复合材料值。

优选的是，所述内层通过拉挤成型，外层通过编织成型。

优选的是，所述单向纤维增强复合材料中，增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或几种，树脂基体为热固性树脂或热塑性树脂。