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碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)

产品类别:新型绞线产品
产品名称:碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)
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摘要:
碳纤维复合芯铝绞线是传统钢芯铝绞电缆的更新换代产品,这种新型电缆有多种系列优异性能, 能够提高电力传输容量一倍以上,同时减少电损和杆塔数各约20%,对电路增容、扩容具有重要意义

碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)的参数和性能:

碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)简介

碳纤维和玻璃纤维复合芯铝绞电缆,英文是Alu-minum conductor composite core reinforced cable,简称ACCC,主要采用连续拉挤法。

碳纤维复合芯铝绞线在200℃高温下能有效运行,而常规钢芯铝绞线的使用温度为100℃。实际上消除弧垂,也不受铝的长期蠕变影响。

碳纤维复合芯导线由碳纤维芯棒、玻璃纤维包覆层、铝线外层组成,外层与邻外层铝线股为梯形截面,与常规的钢芯铝绞线相比,在外径相同的情况下,碳纤维复合芯导线外层允许缠绕超过28%的导电铝型线;在相同铝截面时,成品重量比常规的钢芯铝绞线轻10%~20%。碳纤维复合芯导线载流量可达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。它在120-160℃高温下可以长期运行,而常规钢芯电缆的使用温度为70℃。碳纤维复合芯导线还消除了线路弧垂,不受铝的长期蠕变影响,避了传统钢芯导线的热膨胀弧垂。碳纤维复合材料导线与同等外径的传统电缆相比可以大幅度减重。并且通过使用较少的塔、杆,降低了建造成本。由于强度高,可增加塔杆之间的跨度,减少16%以上的塔、杆。碳纤维复合芯导线的耐环境老化性能好,不与铝导线或其他部件产生电解反应,可以循环利用。其较高的运行效率有助于降低发电成本,可以满足传输标准。在相同传输容量下,线损失减少28%,能减少发电容量,节约能源成本。

总之,在输电线路中应用碳纤维复合芯导线,具有明显的经济效益和社会效益。

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,碳纤维占35%,玻璃纤维占35%,高温韧性环氧树脂占30%。所用碳纤维的拉伸强度高和断裂伸长大,例如采用日本东丽公司生产的T700S;玻璃纤维采用耐碱的E型,即E-GF。E-GF的断裂伸长值大于T700S,因而为所制芯棒提供韧性和耐冲击性能。同时,E-GF的价格低于T700S,可降低生产成本。E-GF为绝缘体,为芯棒提供绝缘层。所用环氧树脂为高温型的韧性树脂。这是制造复合芯棒的又一技术核心。这种树脂固化温度高达260℃,一般环氧树脂648或AG80的固化温度都低于此值。换言之,这种高温固化型环氧树脂具有特殊的耐热结构。

此外,还需要增韧改性,使所制芯棒具有韧性,而不是硬棒。否则不会通过放线滑轮试验。连续拉挤成型是成熟工艺。但制造碳纤维复合芯棒具有一定的特殊性。简单的工艺流程是:将碳纤维筒放在整理架上,单向(0°)集束,包覆玻璃纤维,浸渍环氧树脂胶液,通过钢制模口,以控制直径,然后通过固化炉,固化成型。芯棒直径可在0.19~19mm范围内调节,拉挤速度可在2.7-18m/min范围内调节

碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)是传统钢芯铝绞电缆(ACSR)的更新换代产品,也是目前唯一能取代传统钢芯铝绞线并投入商业运行的产品。

碳纤维复合芯铝绞电缆与现有的各种架空导线相比,这种新型电缆具有耐高温、热膨胀系数小、耐腐蚀、输送容量大、线损小等一系列优异性能, 能够提高电力传输容量一倍以上,同时减少电损和杆塔数各约20%,对电路增容、扩容具有重要意义。

随着近年来电力负荷的飞速发展,电力需求大幅上升,要求承担电力输送的导线能输送更多的电能。今后电网可能选用的导线截面成倍放大,相应的铁塔、基础用料急剧上升,导致费用增加,工程造价高。

采用碳纤维复合芯铝绞电缆输电可以大幅度提高线路的载流量,且原有的杆塔、基础均无需改造。碳纤维导线在新建电力输电线路或老线路的改造上都有明显经济价值和社会效益。

碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)技术关键

碳纤维和玻璃纤维复合芯铝绞电缆,主要采用连续拉挤法。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,碳纤维占 35%,玻璃纤维占35%,高温韧性环氧树脂占30%。所用碳纤维的拉伸强度高和断裂伸长大,因而为所制芯棒提供韧性和耐冲击性能。所用环氧树脂为高温型的韧性树脂。这是制造复合芯棒的又一技术核心。这种树脂固化温度高达260℃,一般环氧树脂648或AG80的固化温度都低于此值。换言之,这种高温固化型环氧树脂具有特殊的耐热结构。此外,还需要增韧改性,使所制芯棒具有韧性,而不是硬棒。否则不会通过放线滑轮试验。连续拉挤成型是成熟工艺。但制造碳纤维复合芯棒具有一定的特殊性。

碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)工艺流程

将碳纤维筒放在整理架上,单向(0°)集束,包覆玻璃纤维,浸渍环氧树脂胶液,通过钢制模口,以控制直径,然后通过固化炉,固化成型。芯棒直径可在0.19~19mm范围内调节,拉挤速度可在2.7-18m/min范围内调节。

碳纤维复合芯铝绞电缆(ACCC)性能分析

1. 与ACSR电缆相比,可有效提高29%载流容量,减少输电损失6%

一方面,由于碳纤维复合芯强度高于钢芯,因而芯棒直径比钢芯细,可容纳的铝线多,加之,ACCC的梯形截面,导线排列更紧密,因此总体上导电截面更大。与传统的ACSR相比,载流量提高29%左右的载流量。此外,ACCC不存在传统钢丝的磁损和热效应,可有效减少输电损失6%。

2. 线膨胀系数小、弛度小

首先,ACCC导线具有显著的低弛度特性,ACCC的线膨胀变化仅为ACSR的9.6%,下垂度不到ACSR的1/2;其次,ACCC复合芯可在急冷急热的环境中工作,例如,上至200℃,下至-180℃的极寒低温,任然可以用于输电载体的设计和制造。因此,碳纤维复合芯不仅能够适应温差变化,还有效减少架空电缆的绝缘空间,提高导线运行的安全性。

3. 重量轻、强度高、破断力大

ACCC的复合芯的密度约为1.9g/cm3 ,而ACSR的芯材密度要高出4倍(约为7.8 g /cm3 ),同时,ACCC的拉伸强度为2399MPa,是ACSR的1.97倍。要知道,电缆的承载外力主要由芯材承担。而碳纤维复合芯相比钢丝不仅具有重量轻、强度高的优势,还大大提高了30%的破断力。

4. 耐腐蚀性

ACCC复合芯可以避免ACSR线芯的双金属间腐蚀的问题。更重要的是,ACCC芯棒外层包覆着玻璃纤维层,该层能起到绝缘功能,有的产品还在玻璃纤维外层包覆四氟乙烯使芯棒与铝线完全绝缘,免受电腐蚀(见图2:碳纤维复合芯铝绞电缆的界面图)①。

 

图示:1、碳纤维环氧树脂复合材料内芯;2、玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外芯;3、第一层梯形铝导线;4、第二层梯形铝导线;5、保护性涂层。

碳纤维复合芯导线规格系列表

标称截面mm2 复合芯直径 mm 计算面积 mm2 外径mm 20℃直流电阻Ω/km 计算拉断力 N 计算重量kg/km 线膨胀系数×10-6 1/℃ 弹性模量GPa
铝面积 复合芯面积 总计 2100系 2400系 80℃以内 80℃以上 80℃以内 80℃以上
150/30 6.0 151.4 28.27 179.7 15.60 0.1843 68092 76573 469.4 17.1 1.1 64 122
185/30 6.0 187.3 28.27 215.5 17.10 0.1491 70155 78636 568.0 17.1 1.1 63 122
200/30 6.0 202.5 28.27 230.8 17.70 0.1379 71033 79515 610.0 17.1 1.1 63 122
240/30 6.0 240.1 28.27 268.4 19.10 0.1163 73201 81682 713.6 17.5 1.1 60 122
300/40 7.0 301.8 38.48 340.3 21.50 0.0925 98192 109735 902.4 17.6 1.1 61 122
315/40 7.0 317.7 38.48 356.2 22.00 0.0879 99106 110650 946.1 17.6 1.1 61 122
360/40 7.0 360.7 38.48 399.2 23.30 0.0774 101584 113128 1064.6 17.6 1.1 60 122
400/50 8.0 402.4 50.26 452.7 24.80 0.0694 128725 143803 1201.3 17.6 1.1 61 122
450/50 8.0 450.8 50.26 501.0 26.10 0.0619 131508 146586 1334.4 17.6 1.1 61 122
500/55 8.5 503.6 56.74 560.3 27.60 0.0554 148155 165177 1491.8 17.6 1.1 62 122
560/65 9.0 563.6 63.61 627.2 29.20 0.0498 166040 185123 1677.3 17.6 1.1 59 122
630/70 9.5 631.4 70.87 702.3 30.90 0.0444 185203 206465 1878.6 17.6 1.1 60 122
800/80 10.0 801.3 78.53 879.8 34.60 0.0350 211067 234626 2362.8 17.6 1.1 59 122
900/80 10.0 905.3 78.53 983.8 36.60 0.0310 217058 240617 2650.7 17.6 1.1 59 122

说明:1、铝截面系列参照GB/T1179-2008推荐值;导线按2100系、2400系提供两种强度;并且按120度、160度提供两种工作温度。

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