碳纤维复合芯导线过滑轮试验研究
碳纤维复合芯导线过滑轮试验研究_谢云飞
碳纤维复合芯导线过滑轮试验研究谢云飞1,王永强1,陈 原2,卢 毅2(1.华北电力大学,河北保定071003;2.华北电力科学研究院有限责任公司,北京100045)摘 要:随着电力需求的迅速增长,城市供电矛盾日益突出,碳纤维复合芯导线以其优异的技术性能在电网升级改造中得到越来越多应用。
随着碳纤维复合芯导线在电力系统的推广应用,针对其性能、施工技术等的研究显得尤为重要,本文介绍了可以模拟导线张力放线施工工况的过滑轮试验系统,并给出了利用此试验系统对碳纤维复合芯导线进行的过滑轮试验研究结果,为碳纤维复合芯导线张力放线施工工艺的研究以及碳纤维复合芯导线的产品性能改进提供了试验数据基础。
关键词:电网改造;碳纤维复合芯导线;张力放线;过滑轮中图分类号:TM75 文献标识码:A 文章编号:1003-9171(2011)01-0014-02Research on Over Pulley Test for A l u m i nu m Conduct orCo mposition Core Conduct orX ie Yun-fei1,W ang Yong-qiang1,Chen Y uan2,Lu Y i2(1.N orth Chi na E lectric Po w er U ni versity,Baodi ng071003,China;2.N orth Ch i na E lectric Po wer R esearc h I nst itute Co.L td.,Beiji ng100045,Chi na)Abstract:W ith the develop m ent of po w er syste m,the pr oble m s of po wer trans m i ssi on have not been well so l ved,par-t i cularly the po w er suppl y in city.So the searc h for the c onductor that can e xpand more ca pacity than c onventi onal ACSR conductor has great si gnificance.A lu m i nu m Conductor Co mposite Core Conductor(ACCC)i s one of the m ost representative w ires.W ith the application of ACCC in po wer syste m,the researc h is m i portant f or its perf or m ance and c onstruction techno l ogy.O ver pulley test syste m can sm i ulate the construction condit i ons of w ire tension stri n-g i ng,and the paper gave t he results o f the ACCC over pulley test,and prov i ded experm i ental data for the tensi on stringing of ACCC.K ey words:reconstr uct i on of po w er gri d;alu m i num c onductor co mposite core conductor;te nsion stri ng i ng;over pu-l ley0 前言近年来,随着我国国民经济的高速发展,对电力的需求也在迅速增长。
国产12K T700级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
ＦＲＰ / ＣＭ ２０１８������ Ｎｏ������ ７
７０
国产 １２Ｋ Ｔ７００ 级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
２ 试 验 ２������ １ 实验材料
试验选用三种国产 １２Ｋ Ｔ７００ 级碳纤维ꎬ分别将 其编号为 ＣＦ１、ＣＦ２ 和 ＣＦ３ꎮ 上浆量为 １������ ０％ ~ １������ ５％ꎮ
采用拉挤工艺将碳纤维制备成复合芯棒ꎬ所用 树脂为国产常熟佳发化学有限责任公司生产的 ＪＥｈ￣ ０１２ 改性多元缩水甘油胺耐高温环氧树脂和改性四 氢苯酐固化剂ꎬ促进剂为上海理亿科技发展有限公 司生产的 ＬＭＹ￣２４０４ 改性液态咪唑促进剂ꎬ脱模剂 为美国 ＡＸＥＬ 公司生产的 ＩＮＴ￣１８９０Ｍꎬ上述四组分 的质量比为 １００ ∶１３０ ∶８ ∶１ꎮ 玻璃纤维为中国巨石股 份有限公司生产的 １２００ ｔｅｘ 无捻外抽 Ｓ４Ｃ 玻纤ꎮ 拉 挤模具温度为 １８０ ℃ ~ ２００ ℃ ꎬ后固化温度为 ２００ ℃ ~ ２３０ ℃ ꎮ
２������ ２ 实验设备及方法
碳纤维以复丝形式按照 ＧＢ / Ｔ ３３６２—２００５ 进行 拉伸强度测试ꎬ测试仪器为 Ｉｎｓｔｒｏｎ ２２８２ 电子万能材 料试验机ꎻ复合芯棒按照 ＧＢ / Ｔ ２９３２４—２０１２ 进行拉 伸强度测试ꎬ测试仪器采用 ＷＤＷ￣Ｅ２０００ 微机控制
收稿日期: ２０１７￣１２￣２１ 基金项目: 内蒙古自治区科技重大专项课题 “ 国产碳纤维在复合材料导线中的应用技术研究” ( ５４５５ＤＷ１６０００１) ꎻ 国家电网公司科技
第4章碳纤维复合芯导线机械性能试验
第 4 章碳纤维复合芯导线机械性能试验4.1 碳纤维复合芯导线做的试验及数据4.1.1 碳纤维复合芯铝合金绞线握力试验碳纤维复合芯导线与配套的耐张线夹连接成组合体试样共 3组,且耐张线夹之间导线的长度 L 不小于导线直径的 100 倍,将试样安装在 100t 电液伺服卧式拉力机上,当施加的初张力达到导线计算拉断力的 17%-18%时,在耐张线夹出口处的导线上作滑移标识, 然后按 GB/T2317.1-2000《电力金具机械试验方法》7.1款的要求进行握着力试验,试验连接方式如图所示，将试样装于夹具之上，用100t 拉力试验机进行拉断力试验，当做高温拉力试验时，可以用升流器对导线进行升温。
（1）常温握力试验：导线与压接式金具的常温握力为 169kN，比计算拉断力高 41%。
（2）高温握力试验：导线与压接式金具的 120℃握力为 152kN，比计算拉断力高 27%；比常温握力降低 10%(试验过程：初始张力 5 kN，保持 20min；然后加热至 120℃，到120℃后将导线张力提高至 60 kN；4 小时后对导线进行拉断力试验)。
试验布置如图 4-1 所示：图 4-1 碳纤维复合芯导线握力试验4.1.2 碳纤维复合芯铝合金绞线高温拉力试验(1) 高温拉断力铝合金导线 ACCC/LH-240/35 和软铝导线 ACCC/LR-240/35 所用复合芯的常温抗张强度为 2800MPa；铝合金导线 ACCC/LH-300/50 所用复合芯 150℃的抗张强度为 2656MPa。
因此，该碳纤维复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度仅为 5.2%。
一般技术产品的复合芯 160℃抗张强度仅为 1400MPa。
按其产品经验数据：每升高 1℃，抗张强度下降 10MPa 计算，复合芯 150℃抗张强度约为 1500MPa，30℃抗张强度约为 2700MPa。
因此，国外技术产品的复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度大于 40%。
碳纤维复合材料研究报告
碳纤维价值链
原材料
PAN纤维
碳化
复合
测试
应用
PAN
高柔韧性热
树脂设计 结构设计
预浸 编织 预成型 实验设计和 样板测试
汽车 风力
军工 航空 基础设施 石油和 天然气
溶液纺丝
TEXTILE PAN
处理 等离子技术 微波技术
POLYOLEFIN
熔体纺丝
UGNIN
先进表面
成型 缠绕
固化
处理
3.市场需求分析
24880
30450 192780
27000
34840 215620
30440
38960 238030
31760
40630 248900
35870
41290 275280
37140
44850 298740
40770
44580 321440
Source: Composites Forecasts and Consulting LLC
66%
三菱 14%
东邦 23%
东丽
东邦
三菱
CYTEC
台塑
HEXCEL
ZOLTEK
SGL
Fotafil
Aldila
东丽
1. PAN基碳纤维产品主要以日本为代表的小丝束碳纤维（1K-24K）和以美国为代表的大丝束碳纤维（48K-480K）两 大类。 2. 全球小丝束碳纤维生产基本上被日本碳纤维生产厂家控制，主要是东丽，东邦和三菱三大企业 3. 全球大丝束碳纤维由美国Fortafil和美国Zoltek公司商品化。主要大丝束碳纤维厂家是美国Fortafil、Zoltek和Aldila 三大公司，生产能力综合占世界总量的75%。 Source：复材在线，上市公司年报
碳纤维复合芯软铝(耐热铝合金)绞线在电网输电线路的应用
10
三 架线施工和安装的特殊工艺
One
由于碳纤维应用的是软铝，所以要着重说明的是， 储运和吊装过程中，导线的表面绝对要避免接触地面。可 以在地面上铺上纸，或者其他材料来避免铝线着地。导线 表面不能被磕损，导线应该能够通畅地从滑轮槽通过。
8
二 碳纤维复合芯导线技术特性
表1 各种导线力学特性
导线型号
LGJQ-400
2XLGJ300/25
JRLX/T310
ห้องสมุดไป่ตู้
JRLX/T -361
NRLH60/LB14400/35
计算拉断力（N）
105110
2X79230
103130
122245
113340
安全系数
2.5
2.5
2.5
2.9
2.7
最大使用应力 （N ）
JRLX/T-360 碳纤维复合芯导线和NRLH60/LB14-400/35 在60℃左右时，即可达到2XLGJ-300/25导线经济输送容量； JRLX/T-310 碳纤维复合芯导线在70℃时可达到2XLGJ300/25导线经济输送容量。对JRLX/T-361和NRLH60/LB14400/35导线而言，分别在180℃和150℃运行时，既可达到 2XLGJ-300/25导线极限输送容量；对JRLX/T-310在150℃和 180℃运行时，可以达到2XLGJ-300/25导线极限输送容量的 82%和90%。
线路名 称
大青甲 大青乙 大青丙
电压等级 （千伏）
碳纤维复合芯导线自主研发及施工技术研究
碳纤维复合芯导线自主研发及施工技术研究1 前言中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，提高单位走廊传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力；近年来，随着大风、覆冰等恶劣气候的增多和加剧，导线风偏、舞动引发的线路故障频繁发生，严重影响电网安全稳定运行，更换低弧垂、高强度导线可有效抑制相地、相间放电及导线损伤。
碳纤维复合芯导线因具有重量轻、高强度、高弹性模量、低线胀系数、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等技术优势，既能够用于提高输送能力，又可有效提高线路安全运行水平，将成为最具发展潜力的新型导线品种，国家电网公司于2006年将其列入重点推广技术目录。
碳纤维导线的核心是高性能碳纤维材料，我国T700及以上高性能碳纤维基本依赖进口，国家科技部将T-700碳纤维攻关列入十五、十一五规划。
目前仅有美国、日本等少数发达国家掌握碳纤维及碳纤维导线技术，国内仅有与国外合作生产碳纤维导线的形式，但原材料及配方、工艺等核心技术完全掌握于外方，不具备自主知识产权。
发达国家垄断高性能碳纤维及碳纤维导线核心技术与价格的局面已成为制约国内发展、应用碳纤维复合芯导线的瓶颈。
此外，不能连续张力放线是长久以来制约碳纤维导线应用的瓶颈。
如不能有效解决，碳纤维导线将难以广泛推广应用。
2 碳纤维复合芯导线研发华北电网面对碳纤维复合芯导线的发展机遇与挑战，提出在国内高性能碳纤维实验室研究取得重大突破后，实施第一个具有完全国内自主知识产权的碳纤维复合芯导线的研发与应用。
碳纤维复合芯导线的生产过程主要包括以下三部分：①碳纤维原丝及碳纤维丝的制备。
②碳纤维复合芯的生产。
③碳纤维复合芯铝绞线的生产。
2.1 碳纤维丝研发碳纤维复合芯铝绞线的核心是高强度碳纤维丝。
碳纤维丝的强度、等级越高，则相同规格导线的芯径越小，重量越轻，导线的卷绕性能、施工性能越佳。
目前，华北电网研发的碳纤维复合芯导线采用T-700型碳纤维丝。
最新ACCC碳纤维复合芯导线
目前电缆行业的现状
各国均在研究新型架空输电用导线，以取代传统的钢芯铝绞 线。ACCC导线应用成为热点关注项目。上世纪90年代以来，美 国、日本先后开发成功这种ACCC导线，主要用于航天、空间站 的建设。他们还达成默契：不向第三国输出，日本一家碳纤维导 线企业的产量就占到世界40%左右。
ACCC导线的广泛应用，必将引发中国输变电事业的巨变， 对电力工业产生重大和深刻的影响，是“电力行业一次颠覆性 的突破”。
ACCC导线的性能特点
耐热性好，载流量是常规钢芯铝绞线两倍。在不进行改造杆、塔情 况下可以重新架设新线。碳纤维复合芯铝绞线中的铝导线截面积比 钢芯铝绞线多29%。ACCC导线在200℃高温下能有效运行，而常规 钢芯铝绞线（ACSR导线）的使用温度为100℃。因此，特别是在大 雪灾发生时，通过提高输电线的载流量，将导线的工作温度提高， 融化输电线上覆盖的冰雪，能最大限度保护输电线免受冰雪的影响。 强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240MPa~1410MPa， 而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。因此，当输 电线上覆冰后，能承受普通导线两倍的重量，大大增加了导线的载 重量。 导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和 热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可 以减少输电损失约6%。
用碳纤维材料开发的新型导线。
与传统的钢芯铝绞线相比具有重量轻、强度大、耐高温、 耐腐蚀、线损低、与环境亲和等优点，可提高传输容量一倍， 使之在提高传输容量的同时提高及改善线路的安全和可靠性， 减少有色金属稀缺资源消耗（据测算，全国每使用该导线替代 铝导线使用量达200万吨，就能节约100万吨铝材），降低线路 传输损耗，实现了电力传输的节能、安全、环保与安全。是目 前世界上唯一能替代传统的钢芯铝绞线、铝合金导线、铝包钢 导线和殷钢导线的并投入商业运行的产品。
碳纤维复合芯导线的性能与应用研究
铝截 面积 较钢芯 铝 绞线 铝截 面积要 大 ， 铝 的用量 要 多
出２ ０ ％～ ３ ０ ％， 增 大 了导 电的面 积 。
３ ）Ａ Ｃ Ｃ Ｃ导 线 外 层 铝 线 采 用 退 火 工 艺 铝 线 ， 与
由表 １可知 ： 碳纤 维复 合 芯导线 在外 径大 致 相 同 时． 其铝 线 截面 积 、 最 高工 作温 度 、 不 同温度下 的载流 量 均高 于钢 芯铝 绞线 。当高 于迁移 点 温度 （ 约８ ０ ｏ Ｃ） 之后 ， Ａ Ｃ Ｃ Ｃ导 线 的弹 性 模 量 比 Ａ Ｃ Ｓ Ｒ导 线 要 高 。 而 热 膨胀 系数 则要 远低 于 Ａ Ｃ Ｓ Ｒ导线 。 热 膨胀 系数 小这
一
高强 钢 丝 的
抗拉 强 度 为 １ ４ １ ０ ＭＰ ａ ， 而 碳纤 维 复 合 芯导 线 的抗 拉 强度 可 达 到 ２ ３ ９ ９ ＭＰ ａ ．分别 为前 两 者 的 １ ． ９ ３倍 和 １ ． ７ Ｏ倍 。
碳 纤维复合芯导线 的性 能与应用研究
蔡 云 财 ， 郭 健 ， 王 楚 淇 ， 秦 孝 来
（ １ ． 沈 阳优 力 机 电设 备 有 限 公 司 ， 沈阳 １ １ ０ ０ ３ ５ ； ２ ． 营 口供 电公 司 ， 辽宁 营口 １ １ ５ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 阐述 碳纤 维 复 合 芯 导 线 （ Ａ Ｃ Ｃ Ｃ） 的基本结构 ， 将 Ａ Ｃ Ｃ Ｃ与 传 统 钢 芯 铝 绞 线 （ Ａ Ｃ Ｓ Ｒ） 在结构 、 材料性能 、 弧 垂 一 温 升 曲线 、 安 装 曲 线 方 面 进行 对 比 。结 果 表 明 ， Ａ Ｃ Ｃ Ｃ铝 线 截 面 积 、 最高工作温度 、 载流 量 均 高 于 Ａ Ｃ Ｓ Ｒ， 在 工程 中应 用 Ａ Ｃ Ｃ Ｃ可 有 效 提 高线 路 的送
新型碳纤维复合芯导线在输电线路中的应用分析
新型碳纤维复合芯导线在输电线路中的应用分析发布时间：2022-11-29T05:42:39.272Z 来源：《科技新时代》2022年第15期8月作者：李雄[导读] 新型碳纤维复合芯导线具有良好的力学性能和电气特性,李雄中国电建集团青海省电力设计院有限公司青海省西宁市 810008摘要:新型碳纤维复合芯导线具有良好的力学性能和电气特性,与等径钢芯铝绞线相比,其主要有芯线强度高?导电率高?载流量大?质量轻?耐腐蚀?弧垂小等优点;与普通碳纤维导线相比,新型碳纤维复合芯导线采用铝包覆技术,在配套金具?导线压接和施工工艺等方面都有较大改进?本文主要就新型碳纤维复合芯导线在输电线路中的应用展开分析,同时使换线工程导线施工的安全?质量得到可靠保证?关键词:新型碳纤维复合芯导线;铝包覆技术;新建线路;经济性 1国内外碳纤维复合芯导线的发展现状1.1国外发展现状目前,国际上美国和日本的碳纤维复合芯技术比较成熟?20世纪90年代,日本研发出新型的碳纤维芯导线,并成功在线路上试用?2003年,美国CTC公司研发出碳纤维复合芯导线,2004年首次投入商业运营?目前,日本和美国对碳纤维复合芯导线的研究比较成熟,拥有顶尖的技术?但由于美国和日本实行技术垄断,导致向第三国家输出的电缆导线产品的价格十分昂贵?1.2国内发展现状远东控股集团有限公司在2005年与美国CTC公司签署了关于碳纤维复合芯导线研发的战略合作协议,首次将碳纤维复合芯技术引进国内,为国内电线电缆行业的发展做出了巨大的贡献?2009年,河北硅谷与华北电力科学研究院共同研究出碳纤维复合芯导线,并首次在国内500kV电压等级电路中挂网试运行;辽宁电力公司于哈尔滨玻璃钢研究院共同合作研发的碳纤维复合芯成功应用在66kV文桃线上? 随着电缆行业的不断发展,越来越多的企业对碳纤维复合芯导线进行研究,并对技术不断地改进,取得了较为理想的成果?因此,碳纤维复合芯导线应用在输电线路的改造工程?输电线路的新建工程等?2新型碳纤维复合芯导线的优点新型碳纤维复合芯导线采用铝包覆技术,即通过在碳纤维复合芯外包覆管壁不小于2.5mm的无缝铝管,将碳纤维的轴向压力转化为预张力,从而大大提高了芯棒的耐弯曲轴向抗压能力?新型碳纤维导线主要有以下优点:①采用铝包覆技术降低了线损;②采用新型液压式金具降低了附件费用;③采用新型压接技术降低了施工难度和费用;④优良的防腐性能延长了导线使用寿命,降低了维护费用?由于新型碳纤维复合芯导线具有上述优点,且经过改进,既保留了普通碳纤维导线的诸多优点,也克服了普通碳纤维导线的不足,施工?压接等工艺也非常接近于普通钢芯铝绞线,并且通过了金具压接?拉力?过滑车等相关试验,具有广阔的应用前景? 3碳纤维复合芯导线寿命评估及影响因素分析3.1输电线微风振动与疲劳寿命导线长期受到风?雨?冰?雷等自然条件的影响,输电线路运行中会出现各种有与导线故障有关而引起的事故?尤其是由微风振动引发的输电线路事故?微风振动会导致导线内部股线之间?导线与线夹之间的交变应力和滑移,进而产生磨损引发疲劳裂纹的发生,导致导线受损,疲劳破坏甚至散股?断股,这将直接降低架空导线的使用寿命?3.2导线微风振动微风振动的主要破坏形式是导线的疲劳断股和磨损,微风振动使输电线产生疲劳断股长从内层开始?输电线微风振动的形成原理为卡门涡街现象,即流体在流经圆柱体时,在其后方形成最稳定的卡门涡街,如图所示?在导线周围形成与风速流垂直的压力差,进而受到垂直于风速的周期激励力,当激励频率接近导线固有频率时,就会引起导线的周期性振动? 4220kV新建线路工程的技术经济分析220kV潍苓线工程概况:电压等级220kV,双回线路,经济输送容量550MW,线路长度20.6km;全线地形100%为平地,线路所在区域海拔高度为1000m以下,气象条件取典型区域气象条件中“最大风速27m/s(基础高度10m),覆冰厚度10mm”的组合条件?铁塔采用国家电网公司杆塔通用设计2E模块?220kV潍苓线基本导线型式为2×JL/G1A-400/35普通钢芯铝绞线?按照等载流量的原则,选择210~300mm2铝截面的3种新型碳纤维复合芯导线(2×JLRX1/F2A-210/40?2×JLRX1/F2A-240/40?2×JLRX1/F2A-300/40)进行初期投资及年费用比较;按照等铝截面的原则,选择400mm2铝截面的1种新型碳纤维复合芯导线(2×JLRX1/F2A-400/50)进行初期投资及年费用比较;按照等外径的原则,选择450mm2铝截面的1种新型碳纤维复合芯导线(2×JL?RX1/F2A-450/50)进行初期投资及年费用比较?表1所示为不同导线方案经济性比较结果? 表1采用新型碳纤维复合芯导线与钢芯铝绞线的 220 kV新建线由表2可知:新型碳纤维复合芯导线JLRX1/F2A-400/50和JLRX1/F2A-450/50方案的初期投资虽然比普通钢芯铝绞线JL/G1A-400/35方案的初期投资高4.6%和10.2%,但年费用分别比普通钢芯铝绞线方案低0.3%和1.2%?对于220kV新建双回线路,推荐采用JLRX1/F2A-400/50? JLRX1/F2A-450/50导线?5110kV新建线路工程的技术经济分析110kV淄北线工程概况:电压等级110kV,双回线路,经济输送容量100MW,线路长度11.2km;全线地形100%为平地,线路所在区域海拔高度为1000m以下,气象条件取典型区域气象条件中“最大风速27m/s(基础高度10m),覆冰厚度10mm”的组合条件?铁塔采用国家电网公司杆塔通用设计1E模块?110kV淄北线基本导线型式为1×JL/G1A-300/40普通钢芯铝绞线?按照等载流量的原则,选择185~300mm2铝截面的3种新型碳纤维复合芯导线(1×JLRX1/F2A-185/35?1×JLRX1/F2A-210/40?1×JLRX1/F2A-240/40)进行初期投资及年费用比较;按照等铝截面的原则,选择300mm2铝截面的1种新型碳纤维复合芯导线(1×JLRX1/F2A-300/40)进行初期投资及年费用比较;按照等外径的原则,选择360mm2铝截面的1种新型碳纤维复合芯导线(1×JL?RX1/F2A-360/40)进行初期投资及年费用比较?表2所示为不同导线方案经济性比较结果?表2采用新型碳纤维复合芯导线与钢芯铝绞线的 110 kV新建线由表3可知:新型碳纤维复合芯导线JLRX1/F2A-300/40和JLRX1/F2A-360/40方案的初期投资虽然比普通钢芯铝绞线JL/G1A-300/40方案的初期投资高3.9%和6.8%,但年费用分别比普通钢芯铝绞线方案低1.3%和3.4%?对于110kV新建双回线路,推荐采用JLRX1/F2A-300/40? JLRX1/F2A-360/40导线?6结语综上所述,新型碳纤维复合芯导线在旧线路改造工程的应用中可实现“全截面”覆盖,具有明显的经济效益和社会效益?对于220kV新建双回线路,推荐采用JLRX1/F2A-400/50?JLRX1/F2A-450/50导线;对于110kV新建双回线路,推荐采用JLRX1/F2A-300/40?JLRX1/F2A-360/40导线?参考文献[1]袁贝尔,应展烽,齐保军,等.高压碳纤维复合芯导线输电线路热过载运行的风险评估方法[J].电力系统自动化,2018,42(1):111-117.[2]张方正.铝包覆碳纤维复合芯导线研究现状与应用[J].山东电力技术,2017,44(11):58-64.[3]袁贝尔,应展烽,齐保军,等.高压碳纤维复合芯导线输电线路热过载运行的风险评估方法[J].电力系统自动化,2018,42(1):111-117.。
碳纤维复合芯导线
碳纤维复合芯导线简介碳纤维复合芯导线是一种新型的导线材料，由碳纤维和复合芯材料组成。
该导线具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，适用于高温、高压等苛刻的工作环境。
本文将介绍碳纤维复合芯导线的特点、制造工艺以及应用领域。
特点1.轻质: 碳纤维是一种轻质材料，比重约为1.6g/cm³，相比传统金属导线更轻便。
2.高强度: 碳纤维具有高强度特点，比强度甚至可达到钢的几倍，能够承受更大的拉力。
3.耐腐蚀: 碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，能够在酸碱、高温等恶劣环境下工作。
4.导电性能: 碳纤维复合芯导线具有良好的导电性能，比铜导线略逊，但仍能满足大部分应用要求。
5.热膨胀系数低: 碳纤维的热膨胀系数远低于金属材料，能够保持较好的稳定性。
制造工艺碳纤维复合芯导线的制造工艺通常包括以下几个步骤：1.碳纤维制备: 首先需要制备碳纤维材料，通常采用化学气相沉积或炭化等方法，得到具有一定强度和导电性能的碳纤维。
2.芯材制备: 芯材可以选择不同的复合材料，如高分子材料、钢丝等，根据导线要求进行优化配比，制备具有一定强度和耐腐蚀性的芯材。
3.复合制备: 将碳纤维与芯材进行复合，通常采用层叠、编织等方式，形成复合芯导线的基本结构。
4.预处理: 对复合芯导线进行预处理，如去除表面杂质、调整导线外径等，以便后续工艺处理。
5.涂覆保护层: 在复合芯导线表面涂覆一层保护层，增加导线的耐腐蚀性，提高使用寿命。
6.测试和质量控制: 进行导线的性能测试和质量控制，确保导线符合规定的标准和要求。
应用领域碳纤维复合芯导线具有多种优点，在以下领域得到了广泛应用：1.航空航天: 由于碳纤维复合芯导线具有轻质和高强度的特点，可以显著减轻飞机等航空器的重量，提高整体性能。
2.汽车制造: 碳纤维复合芯导线可以用于汽车的电气系统，提高系统效率并降低能耗。
3.电力传输: 碳纤维复合芯导线由于耐腐蚀和轻质的特点，适用于电力传输线路，能够减少能源损耗。
4.海洋工程: 碳纤维复合芯导线在海洋环境中具有一定的耐腐蚀性能，适用于海洋工程领域，如海底电缆等。
ACCC(碳纤维复合芯铝绞线)导线的应用和金具的研制
试验方法：温度 35±2℃腐蚀气氛 5%Nale 溶液喷雾
方法：截取芯 10 根，每根长 250mm， 称重，36.8792g，按盐酸腐败蚀法要求程序 进行，整个周期共 360h。结束后，拍照称重， 重量为 36.8792g，无见腐蚀凝点，重量无变 化。
ACCC（碳纤维复合芯铝绞线）导线的应用和金具 的研制
严行健 范正满
（江苏省电机工程学会 江苏南京 210024）
THE APPLICATION OF ACCC(ALUMINUM
CONDUCTOR COMPOSITE
CORE/TRAPEZOIDE WIRE) AND THE STUDY
OF METAL MODEL
0 引言
随着我国国民经济不断增长，对电力需 求也不断攀升，要求输电线路的传输容量越 来越大。为了解决在提高同条电力线路输送 容量的同时又能利用己有铁塔，不增加线路 走廊用地，探索我国电网改造，提高原有线 路利用率的途径，构建安全、环保、高效节 能、节约型输电网络的最有效办法即采用碳 纤 维 复 合 铝 芯 绞 线 ， 美 国 名 ACCC ： （ Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoide Wire，本文简称 ACCC 导
0.01522 0.05394
200C 交流 电阻
0.02155 0.00951
75℃
598 1251
200℃
1098 2067
拉断力
（KN）
72.45 182. 8
注：1、截流量环境温度为 20℃时测得导体 所在温度截流量。
检测的数据、试验结果和美国 CTC 公司 提供的参数基本一致，略有差异，完全可以 应用国内输变电工程。 1.2 主要试验
碳纤维复合芯棒径向耐压和卷绕性能考核指标研究
37.30 44.70
37.46 43.22
37.99 43.87
37.64 45.68
38.08 42.36
样品失效细节
φ11mm芯棒失 效载荷（kN）
46.12
51.87
46.87
棒1 径向耐压和卷绕试验
2.2 卷绕试验
在碳纤维导线施工过程前，为了评估芯棒在放线过程中是否发生破坏，采取芯棒50倍D卷 绕试验的手段对芯棒的抗弯曲能力进行确定。
提纲
1
概述
2 芯棒径向耐压和卷绕试验
3 芯棒径向耐压和卷绕仿真分析
4
结论
42 芯1棒1 径向耐压和卷绕试验
2.1 径向耐压试验
在施工过程中、紧线或临锚时，卡线器夹嘴靠与导线间的摩擦力正常工作，导线承受较 大的径向握紧力。为了评估夹持导线时芯棒是否发生破坏，采取芯棒径向耐压试验及仿真的手 段对芯棒的径向耐压能力进行确定。
选取四种直径碳纤维复合芯导线作为研究对象。芯棒失效形式为其最外层玻璃纤维层被 压扁造成芯棒试件整体劈裂。随着芯棒直径增加，芯棒试件最小失效压力逐渐增大。
芯棒试件径向耐压试验失效压力
试件1
试件2
试件3
试件4
试件5
φ6mm芯棒失 效载荷（kN）
25.1
27.9
25.7
26.1
25.2
芯棒径向耐压试验
φ8mm芯棒失 效载荷（kN）
芯棒卷绕试验破坏形式之三
提纲
1
概述
2 芯棒径向耐压和卷绕试验
3 芯棒径向耐压和卷绕仿真分析
4
结论
43 芯1棒1 径向耐压和卷绕仿真分析
3.1 径向耐压仿真分析
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１ ４
华 北 电 力 技 术
ＮＯＲＴ ＨＩ Ｅ Ｔ Ｃ Ｐ Ｈ Ｃ ＮＡ ＥＬ Ｃ ＲＩ ＯＷＥＲ
碳 纤 维 复 合 芯 导线 过 滑 轮试 验研 究
谢 云 飞 ， 王永 强 陈 原 卢 毅 ， ，
（ ． 北 电 力 大 学 ， 北保 定 ０ １０ ；． 北 电力科 学研 究 院 有 限 责 任公 司 ， 京 １０ ４ ） １华 河 ７ ０ ３２ 华 北 ００ ５
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｗ ｉ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｆｐ ｗｅ ｙ ｔ ｍ ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍｓｏ ｏ ｒ ｔａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｈ ｖ ｏ ｅ ｎ ｗｅｌｓ ｌ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｔ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｏ ｒ ｓ ｓｅ ｈ ｏ ｈ ｒ ｂ ｅ ｆｐ ｗｅ ｒ ｎ ｍｉ ｓｏ ａ ｅ ｎ ｔｂ ｅ ｌ ｏ ｖ ｄ，ｐ ｒ ａ— ｔｃ ｌ ｒｙ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｉ ｉｙ ｉ ｕ ａ ｌ ｈ ｏ ｒ ｓ ｐ ｌ ｎ ｃ ｔ ．Ｓ ｈ ｅ ｒ ｈ ｆ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒ ｔ ａ ａ ｘ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｃ ｐ ｃ ｔ ｈ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ａ ｏ ｔ ｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｈ ｏ ｄ ｃ ｏ ｈ ｔ ｃ ｎ ｅ ｐ ｎ ｒ ａ ａ ｉ ｔ ａ ｏ ｖ ｎ ｉ ｎ ｌ ｙ
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显 得 尤 为 重 要 ， 文 介 绍 了可 以模 拟 导 线 张 力 放 线 施 工 工 况 的 过 滑轮 试 验 系统 ， 给 出 了利 用 此 试 验 系 统 对碳 本 并 纤 维 复 合 芯 导 线进 行 的过 滑轮 试 验 研 究 结果 ， 为碳 纤 维 复 合 芯 导 线 张 力放 线 施 工 工 艺的 研 究 以及 碳 纤 维 复 合
，
（ ． ｏｔ Ｃ ｉａＥ ｅｔ ｃＰ ｗ ｒＵ ｉｅｓｔ， ａｄｎ ７ ０ ３， ｈｎ ； １ Ｎ ｒ ｈｎ ｌｃｒ ｏ ｅ ｎｖｒｉ Ｂ ｏ ｉｇ０ １ ０ Ｃ ｉａ ｈ ｉ ｙ
２ ｏｔ Ｃ ｉａＥ ｅｔ ｃＰ ｗ ｒＲ ｓａｃ ｎ ｔｕｅＣ ． ｔ． Ｂ ｉｎ ０ ０ ５， ｈｎ ） ．Ｎ ｒ ｈｎ ｌｃｒ ｏ ｅ ｅｅｒｈＩｓｉ ｔ ｏ Ｌｄ ， ｅ ｉｇ１ ０ ４ Ｃ ｉａ ｈ ｉ ｔ ｊ
ＡＣ Ｒ ｃ ｎ ｕ ｔｒｈ ｓｇｅｔｓ ｎｆ ａ ｃ ．Ａｌｍｉｕ Ｃ ｎ ｕ ｔ ｏ ｏｉ ｏｅＣ ｎ ｕ ｔｒ ＡＣ Ｃ）ｉ ｏ ｅｏ ｅｍｏｔ Ｓ ｏ ｄ ｃｏ ａ ｒａ ｉ ｉｃ ｎ ｅ ｇ ｉ ｕ ｎ ｍ ｏ ｄ ｃｏ Ｃ ｍｐ ｓｔ Ｃ ｒ ｏ ｄ ｃｏ（ Ｃ ｒ ｅ ｓ ｎ ｆ ｈ ｓ ｔ
摘 要 ： 着 电 力 需求 的迅 速 增 长 ， 市供 电 矛盾 日益 突 出 ， 纤 维 复 合 芯 导 线 以 其 优 异 的 技 术 性 能 在 电 网升 随 城 碳
级 改 造 中得 到越 来越 多 应 用 。 随 着碳 纤 维复 合 芯 导 线 在 电力 系统 的 推 广 应 用 ， 对 其 性 能 、 工 技 术 等 的 研 究 针 施
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｖ ｒ Ｐｕｌｅ ｓ ｏ ｕ ｉ ｍ ｎｄ ｔ ｒ ｓａ ｃ ｎ Ｏ ｅ ｌｙ Ｔｅ ｔｆ ｒ Ａｌ ｍ ｎｕ Ｃｏ ｕｃ ｏ
Ｃｏ ｐ ｓｔｏ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｍ ｏ ｉ ｎ Ｃｏ ｅ Ｃｏ ｄ ｃ ｏ ｉ
Ｘｉ ｎ ｆ ｉ ｅ Ｙｕ —ｅ ，Ｗ ａ ｇ Ｙｏ ｇ ｑ ａ ｇ ｎ ｎ — ｉ ｎ 。 Ｃｈ ｎ Ｙｕ ｎ ， Ｌ ｅ ａ ｕ Ｙｉ
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芯 导 线 的 产 品 性 能 改 进提 供 了试 验 数 据 基 础 。 关 键 词 ： 网改 造 ； 纤 维 复合 芯导 线 ； 力放 线 ； 滑 轮 电 碳 张 过
中 图分 类 号 ：Ｍ ５ Ｔ ７
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ３９ ７ （ ０ １ ０ ０ ４０ １ ０ — １ １ ２ １ ） １０ １ —２