一種特高壓纖維復(fù)合材料骨架架空導(dǎo)線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域，特別涉及一種特高壓纖維復(fù)合材料骨架架空導(dǎo)線。
技術(shù)背景
[0002]隨著我國綜合國力的發(fā)展，全國對電能的需求增加顯著增加。電能主要是通過輸電導(dǎo)線傳輸，提高輸電導(dǎo)線的輸電效率勢在必行，但由于國內(nèi)資源的日益緊張，所以在有限的資源下提高輸電導(dǎo)線的導(dǎo)電效率是我國電網(wǎng)發(fā)展的方向之一，也是國內(nèi)學(xué)者研究重點(diǎn)之一。提高輸電導(dǎo)線的電壓等級能夠達(dá)到上述要求。目前我國使用較多的高電壓等級輸電線路是500kV輸電線路，500kV輸電線路屬于超高壓輸電網(wǎng)，構(gòu)成的主網(wǎng)架不能滿足未來更遠(yuǎn)距離、更大容量和經(jīng)濟(jì)性的輸電需要，需要開發(fā)、使用特高壓輸電線路網(wǎng)。
[0003]比超高壓輸電的電壓等級更高的是特高壓輸電，特高壓電線路是指100kV及以上的輸電線路，具有容量大、線損低、造價省的特點(diǎn)。但是特高壓輸電線路由于電壓等級高，導(dǎo)體表面電壓高，會使導(dǎo)體外表面空氣發(fā)生電離放電，這會損失電能，也是極不安全的。目前我國特高壓導(dǎo)線中主要采用鋼芯鋁絞線作為輸電導(dǎo)線，這種導(dǎo)線重量大、弧垂低，而且電暈放電損失嚴(yán)重。所以需要開發(fā)一種占用空間小、電暈放電現(xiàn)象輕、力學(xué)性能和電性能好的新型特高壓導(dǎo)線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]現(xiàn)有研究中為了克服鋼芯鋁絞線重量大、弧垂低的問題，普遍采用碳纖維材料制備架空導(dǎo)線，但受限于碳纖維導(dǎo)線性能，又無法滿足特高壓導(dǎo)線的電能傳輸要求。因此，申請人試圖通過將二者結(jié)合利用功能疊加來滿足特高壓導(dǎo)線的傳輸要求；但制備過程中，為了保證導(dǎo)線足夠的支撐強(qiáng)度，必須制備大尺寸的導(dǎo)線芯，導(dǎo)致制造成本過高，不具備實用性。于是，申請人轉(zhuǎn)變研究思路，提出通過編制的復(fù)合材料構(gòu)建中空骨架結(jié)構(gòu)的新型纖維復(fù)合導(dǎo)線，提供足夠力學(xué)支撐力的同時，滿足導(dǎo)線的電能傳輸要求。本發(fā)明設(shè)計的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)骨架，賦予導(dǎo)線優(yōu)良力學(xué)性能的同時，減少纖維復(fù)合材料的使用量和制造成本，最終實現(xiàn)了導(dǎo)電性能和力學(xué)強(qiáng)度的同步提高。
[0005]特別是涉及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的設(shè)計、纖維復(fù)合骨架的結(jié)構(gòu)與設(shè)計、外層導(dǎo)體，得到了一種新型導(dǎo)電效率高、重量輕、力學(xué)性能好、電性能好、電暈放電損失小、成本低的特高壓輸電導(dǎo)線。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種特高壓纖維復(fù)合材料骨架架空導(dǎo)線，包括起承載作用的中空芯線和包覆在芯線外側(cè)的至少一層起導(dǎo)電作用的金屬導(dǎo)線組成，所述中空芯線分為內(nèi)外兩層，所述內(nèi)層為單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)成，所述外層由雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)成。
[0008]現(xiàn)有用于高頻電路的中空芯線普遍存在強(qiáng)度較低，無法滿足遠(yuǎn)距離的電能傳輸要求的問題，而纖維增強(qiáng)材料雖能提供一定的支撐強(qiáng)度，但抗擠壓性能明顯不足，為此，本發(fā)明中將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空骨架分為兩層，內(nèi)層設(shè)置為單向纖維增強(qiáng)，外層設(shè)置為雙向纖維增強(qiáng)，通過二者的組合保證中空骨架具有優(yōu)良的軸向力學(xué)性能的同時，提供一定的軸向拉力，增強(qiáng)導(dǎo)線抗擠壓能力。
[0009]優(yōu)選的是，所述中空芯線的橫街面為環(huán)形或多邊形。
[0010]優(yōu)選的是，所述單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維取向角為0°?90°。單相復(fù)合材料楊氏模量和拉伸強(qiáng)度隨著纖維取向角度的增加而減少，當(dāng)纖維角度Θ =45°時，它們就不再變化了，斷裂應(yīng)變隨著纖維取向角的增加而增加，當(dāng)纖維以拉伸方向排列而纖維體積含量在一定值以上時，斷裂應(yīng)變接近常數(shù)。因此，所述單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，優(yōu)選的纖維體積含量為40 %?80 %。所述雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，優(yōu)選的纖維體積含量為40 %?80%。
[0011]優(yōu)選的是，所述雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，同等數(shù)量的纖維排列在兩個不同的方向上，二者的夾角為45°?120°。雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，楊氏模量和拉伸強(qiáng)度的趨向與單向復(fù)合材料相似，而斷裂應(yīng)變幾乎等于單向(Θ =0° )復(fù)合材料值。
[0012]優(yōu)選的是，所述內(nèi)層通過拉擠成型，外層通過編織成型。
[0013]優(yōu)選的是，所述單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，增強(qiáng)纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或玄武巖纖維中的一種或幾種，樹脂基體為熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
[0014]熱固性樹脂是指在加熱、加壓下或在固化劑、紫外光作用下，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)固化成為不溶不熔物質(zhì)的一大類合成樹脂，熱固性樹脂在固化后，由于分子間交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此剛性大、硬度高、耐溫高、不易燃、制品尺寸穩(wěn)定性好，常用熱固性樹脂有酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丁二烯樹脂、不飽和樹脂、聚氨酯、聚酰亞胺等。本發(fā)明所述熱固性樹脂包括:環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、丁二烯樹脂、聚氨酯。環(huán)氧樹脂可以為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、脂環(huán)族環(huán)氧化合物、芳香族環(huán)氧化合物中的一種或幾種。其中縮水甘油醚類可以為雙酚A (二酚基丙烷縮水甘油醚)、雙酚F型環(huán)氧樹脂、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、聚乙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、1，
4-丁二醇二縮水甘油醚中的一種或幾種。縮水甘油酯類可以為鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、間苯二甲酸二縮水甘油酯、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯中的一種或幾種。脂環(huán)族環(huán)氧化合物可以為二氧化雙環(huán)戊二烯、環(huán)己烯酯環(huán)氧樹脂、二氧化雙環(huán)戊烯基醚中的一種或幾種。縮水甘油胺類可以為4，4'_ 二氨基二苯甲烷環(huán)氧樹脂、對氨基苯酚環(huán)氧樹脂、三聚氰胺環(huán)氧樹脂及海因環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。芳香族環(huán)氧化合物可以為芳香族聚醚縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、芳香族超支化聚酯型環(huán)氧樹脂等。
[0015]優(yōu)選的是，所述雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，增強(qiáng)纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或玄武巖纖維中的一種或幾種，樹脂基體為熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
[0016]增強(qiáng)材料主要用于增加熱固性樹脂的韌性和強(qiáng)度，增強(qiáng)材料的分類有如木粉、礦物粉、纖維或紡織品，本發(fā)明的增強(qiáng)材料選用纖維，纖維為任意選自碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、聚苯并咪唑纖維中的一種或幾種；碳纖維為用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得；玄武巖纖維是玄武巖石料在1450°C?1500°C熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維；芳綸纖維為聚對亞苯基苯并雙惡唑纖維、聚對亞苯基苯并雙噻唑纖維、聚醚醚酮纖維或聚砜基酰胺纖維中的一種或幾種。
[0017]優(yōu)選的是，所述金屬導(dǎo)線的橫截面為環(huán)形或多邊形。
[0018]優(yōu)選的是，所述的復(fù)合材料中空芯線的內(nèi)層和外層樹脂基體為環(huán)氧樹脂體系、酚醛樹脂體系、氰酸酯樹脂體系、聚氨酯樹脂體系等熱固性樹脂或聚苯硫醚、聚醚醚酮等熱塑性樹脂中的一種或幾種。
[0019]優(yōu)選的是，所述的導(dǎo)體為銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1、與現(xiàn)有最普遍使用的鋼芯鋁絞線技術(shù)相比，本發(fā)明的架空導(dǎo)線質(zhì)量輕，弧垂小，絞合緊密，有效減小外徑，表面光滑減少電暈產(chǎn)生；
[0022]2、與現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線技術(shù)相比，大電流超高壓的導(dǎo)線芯尺寸大，本發(fā)明導(dǎo)線芯采用中空骨架結(jié)構(gòu)，減少纖維復(fù)合材料的使用量，有效降低導(dǎo)線成本，具有顯著經(jīng)濟(jì)效益并且利于導(dǎo)線的推廣應(yīng)用。
[0023]2、特別是在我國土地資源日益緊張寶貴的今天，采用大截面導(dǎo)線可提高單位走廊的輸送功率，從而節(jié)省土地資源；采用大截面導(dǎo)線具有輸送功率大、線損少、減少線路回路、減少電場強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。
[0024]3、導(dǎo)線骨架的抗拉強(qiáng)度彡2100MPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度彡150°C，具有良好的力學(xué)性能和耐熱性。
【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明的架空導(dǎo)線的剖面圖，其中，1.復(fù)合材料中空骨架內(nèi)層；2.復(fù)合材料中空骨架外層；3.導(dǎo)體層。
[0026]具體的實施方式
[0027]—種特高壓纖維復(fù)合材料骨架架空導(dǎo)線，由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空骨架和外層導(dǎo)體構(gòu)成，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空骨架其支撐作用，外層導(dǎo)體起到導(dǎo)電作用。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空骨架截面為環(huán)形，且纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空骨架分為兩層，內(nèi)層為單向纖維增強(qiáng)，夕卜層為雙向纖維增強(qiáng)，內(nèi)層的單向纖維能夠提供足夠的軸向力學(xué)性能，外層的雙向增強(qiáng)能夠承受導(dǎo)體的擠壓，并提供一定的軸向拉力。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空骨架的內(nèi)層和外層均由增強(qiáng)纖維和樹脂基體構(gòu)成，增強(qiáng)纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維等高強(qiáng)纖維中的一種或幾種，樹脂基體為環(huán)氧樹脂體系、酚醛樹脂體系、氰酸酯樹脂體系、聚氨酯樹脂體系等熱固性樹脂或聚苯硫醚、聚醚醚酮等熱塑性樹脂中的一種或幾種，內(nèi)層和外層的纖維體積含量為40%?80%。外層導(dǎo)體為銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，截面為圓形或者異形。采用環(huán)形截面纖維復(fù)合材料骨架，能夠提高導(dǎo)線的直徑、增加導(dǎo)線的外表面積，從而減輕導(dǎo)線在特高壓情況下的電暈放電現(xiàn)象。而纖維復(fù)合材料作為骨架，重量輕、力學(xué)性能好，能夠使導(dǎo)線的質(zhì)量輕、性能好、弧垂小，適合在特高壓環(huán)境中運(yùn)行。
[0028]實施例1
[0029]纖維復(fù)合材料骨架內(nèi)徑9.5cm，外徑為10.5cm ;纖維復(fù)合材料骨架內(nèi)層采用拉擠工藝制備，增強(qiáng)纖維為單向T700碳纖維，基體樹脂為環(huán)氧樹脂，纖維含量為60%，內(nèi)層外徑為10.1cm;外層采用在內(nèi)層外表面編織工藝制備，作為外層增強(qiáng)纖維，玻璃纖維雙向(軸向和徑向)增強(qiáng)，基體樹脂為環(huán)氧樹脂，纖維的體積含量為60%。最外層導(dǎo)體采用截面為T型的軟鋁導(dǎo)線，導(dǎo)線為兩層，內(nèi)層16根，外層25根。
[0030]實施例2
[0031]纖維復(fù)合材料骨架內(nèi)徑10