碳纤维导线的特性及应用

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1、碳纤维导线的特性及应用韩国聚1赵功展2齐文灿1、2(1.平顶山电力设计院;2.平顶山供电公司;河南平顶山市,467001)摘要:主要论述了碳纤维导线的特性及在老线路改造工程中的应用。关键词:碳纤维导线特性拐点ACCC/TWACSRPropertiesandApplicationsofAluminumConductorCompositeCoreHANGuo-juetal(PingdingshanElectricPowerDesignInstitute,Pingdingshan467001,HenanProvince,Chi

2、na)Abstract:ThispaperdiscussesthecharacteristicsofAluminumConductorCompositeCoreandthetransformationoftheold-lineengineeringKeywords:AluminumConductorCompositeCoreFeaturesKneeACCC/TWACSR0引言随着我国电力需求的不断增长,许多电力线路面临增容的压力。线路增容最经济的办法之一是利用原有杆塔只更换导线。而利用原有杆塔的前提条件是,更换的导线荷载

3、不能超过原有杆塔的设计条件。为此,新更换的导线一般不能采用普通的钢芯铝绞线ACSR(AluminumConductorSteelReinforced),而是采用新型的增容导线。这种新型导线一般具备这样三个特点:一是弧垂随温度的变化小;二是质量轻、外径小;三是具有输送大电流的能力。而碳纤维复合芯软铝绞线(以下简称碳纤维导线)ACCC/TW(AluminumConductorCompositeCore/TrapezoidalWire)是典型的品质优良的增容导线品种之一。1.碳纤维导线的结构碳纤维导线ACCC/TW的结构独特,

4、内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯,外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。碳纤维复核芯承担导线总的力学性能,具有强度高、密度小、膨胀系数小、耐腐蚀等特点。外层软铝具有导电率高、电阻小、自阻尼性能强的特点。碳纤维复合芯与软铝线绞制而成的导线,便具有优良的性能:导线重量轻,电阻小,表面光滑不易舞动,拉力质量比大,弧垂随温度的变化小等[1]。因此,可作为电力部门老旧线路改造、电力增容导线使用。其结构如图1-1所示。外层软铝碳纤维复核芯图1-1碳纤维导线结构2.碳纤维导线的特性2.1.抗拉强度高目前各设计院广

5、泛采用的钢芯铝绞线基本上仍为GB1197-83标准中的型式,该标准导线中使用的钢芯绞合后强度为1244N/mm24,而碳纤维导线ACCC/TW的复合芯抗拉强度最小值可以达到2150N/mm2,为前者的1.73倍。例如,直径9.53mm的复合芯抗拉强度达到2414N/mm2,是钢芯铝绞线中钢芯强度的1.94倍。2.2.拐点以后弧垂随温度的变化量小根据试验,当温度达到80℃附近,碳纤维导线的线膨胀系数α和弹性模量E出现拐点,80℃及以下α=12.5~14X10-6/℃,E=64000~68000N/mm2;在80℃以上α=1

6、.6X10-6/℃,E=117000N/mm2。由于碳纤维导线具有的这样的特点,因此在同样档距下弧垂随温度的变化比钢芯铝绞线要小。例如我院原设计的220千伏线路尊平线路改造工程中,比较了碳纤维导线JRLX/T-310/40和钢芯铝绞线2XLGJ-300/40两种方案,并把碳纤维导线与钢芯铝绞线档距400米下的弧垂进行了比较。计算条件及结果分别见表2-1、2-2、2-3。表2-1工程设计气象条件计算条件气温(℃)风速(m/s)覆冰(mm)最高气温+4000最低气温-2000最大风速-5300最大覆冰-51010安装情况-1

7、0100年平均气温+1500外过电压+15100内过电压+15150表2-2碳纤维导线和普通钢芯铝绞线参数表导线型号碳纤维导线JRLX/T-310/40钢芯铝绞线LGJ-300/40总截面mm2349.5338.99铝截面mm2309.5300.09直径(mm)21.7823.94保证计算拉断力95%AT(N)9785087600弹性系数(N/mm2)拐点前65000,拐点后11700073000膨胀系数(10-6/℃)拐点前13.0,拐点后1.619.6单位重量(kg/m)0.9271.133安全系数2.52.5表2-

8、3400米档距时碳纤维导线和普通钢芯铝绞线弧垂表单位:m温度℃导线型号20406080100120140160LGJ-300/4011.48612.33713.15313.937JRLX/T-310/407.9288.5909.2439.8839.96810.05310.13710.220由上表可知,400米档距时温

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