碳纤维在电缆中的应用有哪些?
2022-01-12 10:31:24

碳纤维复合芯铝绞线( Aluminum Conductor Composite Core, ACCC)电缆是传统钢芯铝绞线( Aluminum Conductor Steel Reinforced, ACSR)电缆的更新换代新产品。早在20世纪90年代,日本开始研制ACCC电缆。之后,美国复合材料技术公司( Composite TechnologyCorporation, CTC)也研制成功,成为ACCC的供应商。福建电网、天津电网已经将该新型导线架设运行,取得了明显效果。江苏远东集团2006年研制ACCC电缆,建立生产线,目前国内已有多条ACCC电缆生产线。

ACCC电缆与ACSR电缆比较有以下优点。

1)重量轻、密度小:碳纤维复合芯的密度仅为1. 90g/cm3,钢芯为7.8g/cm。前者比后者轻得多,因而可使杆塔间距增大,可减少杆塔数16%左右,相应地也减少了占地面积,节省投资。同时,密度小,增加了安全性。

2)强度高、拉断的破坏力大: ACCC的拉伸强度大约为2399MPa,是普通钢丝的1. 97倍,是高强度钢的1.7倍。同时试验结果表明;前者比后者的破坏力提高了30%左右。AC-CC的强度高,承载外力主要是碳纤维复合芯。铝绞线几乎不承受外力;因而大大提高了使用寿命。

3)电导率高、载流量大:在相同直径的条件下,ACCC中铝绞线截面积是常规ACSR的1.29倍,载流量提高了29%左右。这是基于以下原因:一是碳纤维复合芯的比强度比钢芯大,因而可使芯棒直径比较细,从而容纳更多的铝线和导电截面积大;二是ACCC的铝绞线截面形状为梯形,而ACSR铝线为圆形截面。前者容易紧凑密排,容纳更多铝导线,从而使导电截面积增加;三是ACCC外层铝线采用电导率为64% IACS软铝线,与硬铝线61%IACS相比,电导率可提高3. 3%。

4)线路损耗小:碳纤维复合材料是一种非磁性材料。当导线通过交流电时,不会产生磁滞损耗和涡流损耗,呈现出较小的交流电阻。-般来说,可减少输电损耗6%左右。同时,由于ACCC采用梯形铝绞线,使其表面比ACSR圆形铝线更为光滑,减小了表面粗糙数值,从而提高了导线的电晕起始点压,减少了电晕损耗。

5)耐腐蚀、使用寿命长:碳纤维复合芯棒避免了钢芯在通电时,铝线与芯钢丝之间的电化学腐蚀,使铝导线长期使用而不老化。同时,碳纤维复合芯棒外层是绝缘的玻璃纤维复合层,有的还在GFRP外层再包覆聚四氟乙烯膜或绝缘涂层,使铝线与芯棒完全绝缘,两者之间不存在接触电位差,使铝导线免受电腐蚀,延长了使用寿命。图9-5所示为ACCC截面结构示意图。

6)热膨胀系数小: ACCC 的热膨胀系数为1.6x10-6/9C,ACSR为11.5x10-*7C,两者之间相差甚远。条件试验表明,当温度由21.6C升高到186C时,ACSR导线的弛度由电线电缆材料-结构●性能●应用236mm增加到1422mm,增加5倍左右,而ACCC导线仅从198mm增加到312mm,仅仅增加0.57倍左右。显然,ACCC的弛度变化仅是ACSR的9.6%。所以,ACCC 电缆适应昼夜温差、冬夏温差等环境温差变化要比ACSR好得多,是一种安全型的新一代高端产 品。此外,ACCC的重量仅为ACSR的70%~80%,运输方便、操作性好。