[发明专利]一种电网输电线

说明书

一种电网输电线，包括碳纤维复合芯与至少一层由4根以上的截面为瓦形的导电金属线环绕绞合而成的导电外层组成；所述碳纤维复合芯由碳纤维中心层和包覆在碳纤维中心层上的芳纶纤维和包含改性石墨烯的环氧树脂层组成；所述改性石墨烯采用聚氨酯进行表面改性。所述输电线具有更长的使用寿命；降低了电缆的单位重量，有利于增加传送过程中的塔间距离；改善了碳纤维复合芯的韧性，降低了刚度，提高了其卷曲性能。

技术领域

本发明属于成型复合材料领域，具体而言是一种包含碳纤维复合芯和铝导线及保护膜的复合芯电缆及其制备方法。

背景技术

为了满足世界各地对电能日益增长的需求，各国供电公司已通过加大对发电设施的投资来提升其发电能力。但与此同时如何将新增加的发电能力输送出去成为新的问题，建设新的输电线路受到如环境保护或城市规划以及投资规模等方面较大的制约，因此提高现有输电线路的输电能力是更为简单有效的方法。

在传输线路中限制电流增加的主要因素是热。当通过架空线传输的电流增大时，架空线温度升高，承载能力下降，并开始产生弧垂。传统的输电线或电缆，如典型的钢芯铝导线，当钢芯被加热时伸长开始加剧，从而引起弧垂，过热时(>70℃)这种弧垂幅度过大可能会使得电缆下垂至低于安全水平，会与邻近的物体接触而导致短路，甚至落到地面上，形成巨大的安全隐患。这种类型的故障常会引起其它灾难性的故障，如邻近的架空线和变压器瞬间过载。新出现的自承式铝绞线虽然可以允许短暂的较高运行温度(150℃)，但还没有从根本上解决弧垂问题，弧垂仍然是限制传输线路容量增加的主要因素。因此，人们尝试使用具有更优异抗拉伸性能的复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，并取得了一定的成果，开发出几种新型复合材料芯导线。

在已取得一定成果的新型复合材料合成芯导线中，以美国复合技术公司生产的碳纤维复合芯铝绞线(ACCC)最为典型。其芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，碳纤维采用聚酰胺耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强的耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。ACCC绞线的制造技术日臻成熟，主要采用连续挤压法，核心技术是芯棒的制造，关键材料是高温韧性环氧树脂。在碳纤维复合芯棒中，碳纤维约占35％，玻璃纤维占35％，环氧树脂占30％。所用碳纤维为拉伸强度高，断裂伸长大T700S级，玻璃纤维为耐碱的E型，环氧树脂为高温型的韧性树脂。

碳纤维增强复合芯电缆与传统钢芯电缆相比，具有更高拉伸强度、更低密度、耐腐蚀不生锈的特点。但是由于碳纤维的价格较高，且产能有限，因此目前的碳纤维复合芯铝绞线的价格要比普通输电线的价格高出五倍以上，严重限制了碳纤维复合芯输电线在生产中的应用。除此之外，复合芯电缆复合纤维的生产工艺复杂，由于其碳纤维模量高，硬度大，断裂伸长率低，因此其复合材料硬且脆，导致碳纤维复合芯棒的柔韧性低，线盘卷绕容易开裂或折断。另外碳纤维具有一定的导电性，这对其作为高压架空电缆加强芯棒的主要组成材料来说是一种缺陷，应当尽量提高碳纤维复合芯棒的绝缘性。

有的在复合材料芯棒中引入玻璃纤维，让玻璃纤维复合材料作为复合材料芯棒的外部绝缘层，虽然提高了芯棒的绝缘性，但玻璃纤维的密度较高(比碳纤维高约50％)，增加了复合材料芯棒的重量，从而增加了架空电缆的弧垂度。而且这种两层同心圆结构的复合材料芯棒刚度高，韧性差，在线盘卷绕时容易开裂或折断。因此单纯地在碳纤维复合芯棒上添加玻璃纤维绝缘层并非一种理想的解决方案。

CN102516708A公开了一种用于电网输电线路导线的复合芯。复合芯的材料包括树脂材料和增强材料，树脂材料包括热固性树脂、固化剂、促进剂、脱模剂、增韧剂及纳米颗粒，增强材料为选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、PBI纤维中的一种或几种。所述复合芯纤维含量Vf＝50-80％，复合芯抗拉强度不低于2100MPa，复合芯玻璃化转变温度不低于180℃。