[发明专利]一种新型导线及其应用

说明书

本发明提供一种新型导线及其应用，由内到外依次为承力芯、导体包覆层、导体绞合层；所述承力芯为一根异形承力芯或异形承力芯组；所述异形承力芯由基体材料和增强纤维构成，其形状为非圆形；所述导体包覆层为铝、铝合金、铜或铜合金包覆层，所述导体包覆层为一层或多层；所述导体绞合层为铝、铝合金、铜或铜合金线绞绕在导体包覆层上。本发明利用特殊的结构、设计和加工方法来解决现有碳纤维导线的弊端。

技术领域

本发明专利属于电力输配领域用电线电缆技术领域，具体涉及一种新型导线及其应用。

技术背景

随着我国经济的迅速发展，城市现代化进程的明显加快，城市规模的不断扩大和新农村建设的快速发展，电力需求快速增长。而且由于能源分布和东西部发展的不平衡，急需解决能源大功率、长距离输送的瓶颈问题。虽然超高压的建设部分缓解了这种矛盾，但受制于传统钢芯铝绞线承载能力的限制，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”。

ACSR普通钢芯铝绞线，其缺陷：不能高温运行，限制导线的容量，载流量有限；钢芯重，热膨胀系数大，热弧垂大；节能需要靠大导线，导线本身很重，需要更高的铁塔，工程成本高。

碳纤维导线采用了碳纤维复合材料的强度高、重量轻、热胀冷缩小特性,替代了普通导线中的钢芯作为承力芯材料。所用碳纤维复合材料为圆形棒式结构,可粗可细,可以是单根(美国 CTC或欧洲Nexans)或者多股(东立制钢或美国南线),碳纤维复合材料芯中的增强纤维除碳纤维外,还可以包括玻璃纤维及类似增强纤维,基体材料包括热塑型塑料或者热固型树脂。因碳纤维复合材料承力芯强度高、碳纤维导线一般采用退火软铝作导电介质,也可以用铝合金或硬铝。碳纤维导线，节能减排，电流密度比普通的钢芯铝绞线增加30％，线损减少30％，与线损相关联的是发电所产生的二氧化碳可以减少30％。其缺陷：导线芯用玻纤和碳纤复合材料来做，承力芯的模量比钢芯小很多，形成较大的冰区弧垂，大跨越以及大导线因为自重，或者因为覆冰，风阻之类的载荷形成大弧垂，而导致电塔加高或者增加电塔，减少塔距，工程成本增加；承力芯的耐压能力不足，径向压力时，易分裂损伤，需用昂贵的专用金具；弯曲时，承力芯尤其是碳纤维承力芯，因为剩余的应力作用，容易折损；复合材料暴露于环境，使用寿命受环境影响较大,尤其水化及氧化分解对复合材料芯的严重破坏。

碳纤维导线在过去的十年里得到了广泛的认可和应用，其碳纤维承力芯具有最低的热膨胀系数，所以其在热拐点以上的热弧垂很小，其载流的的运行温度可以达到200℃，它的载流量也远优于传统导线，因为其强度高，重量轻，耐腐蚀等优良特性，现在已经逐渐开始有代替传统钢芯铝绞线的趋势。

然而，其碳纤维承力芯导线的热拐点温度大于70℃，因此在该温度以下，导线的伸长率依然由铝绞线决定，存在较大的热弧垂。碳纤维导线相比于传统导线，其施工工艺复杂且安装时需要特殊的金具，某些工程造价中，施工以及金具成本可以占到工程造价的三分之一以上。同时，施工的风险较大，碳纤维承力芯易折，在施工过程中，如果遇到尖角，承力芯会受到过度的轴向力，会发生损伤，若承力芯仅受部分损伤，导线断裂可能会推迟几个月甚至几年，严重威胁到电网的安全以及可靠性。施工中出现的“灯笼”问题也是碳纤维导线的一大弊端。碳纤维导线因为没有进行过张力预处理，所以在施工安装后弧垂变化大，且随机不可预测，对施工后的后期维护是一大挑战。随着高压特高压项目的实施，和一些直流项目的试点，碳纤维导线一直向着更大截面的目标发展，而更大截面的导线，加强芯的弯曲一直是一个大问题。

陶瓷纤维增强的铝基复合材料也被美国3M公司成功用于替代钢芯作为复合导线的承力芯(ACCR导线)。此类导线一般采用多股小芯棒结构,来实现芯棒及导线的必要柔软性。因陶瓷纤维的伸长变形极为有限,陶瓷纤维导线即使采用多股小圆线,与碳纤维导线类似,遭遇锐角弯曲时,仍然容易损伤断线,造成巨大安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对现用碳纤维导线的弊端，提供一种新型导线及其应用。