[精品]选用先进的环氧材料生产碳纤维复合增容导线.doc

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1、选用先进环氧材料生产的碳纤维复合电缆芯供电力传输和配电使用摘要：利用传统的钢芯铝狡线（ACSR）从发电厂向最终用户输电时，其容量会受到限制，容量限制取决于用来承载导体的电缆钢芯的重量、强度和热膨胀系数，以拉挤技术生产的碳纤维增强环氧复合材料电缆芯具有重量轻、强度高的特点一最重要的是它在高温下的热膨胀系数较低，从而使传输电缆可在较高温度下工作，而且弛度更小。与传统的钢芯传输电缆相比，相同截面的导体传输的电流容量可提高28乱要承载220kV的电压，电缆需要耐受160°C的工作温度；而承载550kV的电压时，电缆的工作温度就要提高到230°C。由于复合材料电缆芯要承受如此之高的工作温度，所以

2、为其选择合适的树脂系统就变得至关重要。一般来说，通过选择适合的固化剂与普通的双份A液态树脂混合，玻璃化转变温度（Tg）可达到160。C,却无法达到230。C；要使其玻璃化转变温度达到230。C,就必须使用特殊的环氧树脂——多功能环氧树脂，它是实现上述玻璃化转变温度的解决方案之一。本文中我们介绍了美国亨斯迈公司的多功能环氧树脂、固化剂和催化剂的组合，它们可以通过拉挤加工工艺，生产出满足上述严格温度要求的复合材料电缆芯。本文还讨论了这些树脂系统在不同温度下的机械特性。关键词：复合材料电缆芯；拉挤技术；钢芯铝较线（ACSR）1引言随着近年来对电力需求的人幅度增长，输电能力不能跟上生产和消费的

3、增长速度。这种形势造成电网在某些时段超负荷运行。由于夏季居民用电需求的猛烈增加，这个问题变得更加糟糕。电阻损耗和高温天气使得高架电缆产生热膨胀，从而发生电缆下垂。这种下垂会成为安全隐患，因为高架电缆下垂的高度超过安全高度，触及树梢，可能造成短路和停电。以往，为避免这种停电的解决办法是降低输电电流，使电缆保持较低温度，以此来减少电缆下垂的程度。但是这个办法也降低了要输送的电流。输电的另一个问题是超长距离的线路输电产生的电阻损耗。我们知道，电阻损耗是和电流载体的电缆长度成正比。输电线路可能经过山谷、河流和湖泊。由于受到输电铁塔塔距（即350米）的限制，必须采用，之,字形线路以避开这种地形，

4、这样就人人增加了从电站到用户之间的输电距离。在美国，由于采用超长线路，这种损耗估计占总电能损耗的I5%。使用下垂程度较小的电缆，就可以减少电阻损耗。为了提高输电能力，可以架设新输电线路，也可以提升现有线路以捉高输电效率。在某些情况下，采用第一种方法较为困难，因为这需要经过州议会的批粧。路权、健康和安全考量往往是阻碍新线路架设的主要问题。相比而言，提升现有线路的输电效率成为一个更可行的方案，因为新的高架输电电缆仍是架在原有的铁塔上。这种解决方案可以避开路权和征地问题，因此成本更低。2复合材料缆芯输电/配电电缆无论采用哪种方案，新线路一定要更有效率，能够承载更高安培容量。为了达到这个效率，

5、必须采用复合材料技术。传统输电电缆为钢芯铝线（ACSR）,由起支撐线路作用的圆形钢芯和输送电流的铝导线组成。ACSR有两个缺点：重量重和耐温性低。如果采川复合材料技术，这两个缺点就可以克服。一种新研发的输电电缆使用了碳纤维复合材料，用复合材料缆芯和梯形铝线组成，称为复合材料缆芯铝线（ACCC）。这种ACCC设计是美国CTC公司（注释I）的专利技术。梯形铝线设计消除了线间空隙，使得铝线截面积增28%o这种电缆比相同外径的ACSR可以承载更大安培容量（注释2,3）。不仅如此，复合材料缆芯的密度比ACSR钢芯密度低很多。缆芯节省的重暈可以让承载电流的铝线横截面积增人，反过来进一步提到了电缆的

6、安培容量。使用碳纤维环氧树脂复合材料的另一个优点，是这种纤维具有负热膨胀性能。材料的热膨胀可以从其热膨胀系数（CTE）来判定。CTE越高，材料在高温下膨胀得越厉害。ACCC中由玻璃与碳环氧树脂复合材料组成的混合缆芯的热膨胀系数只有传统ACSR屮钢芯的六分之一（注释5）。以ACCC电缆代替传统ACSR电缆后出现的这种明显差别，有助于减轻电缆的下•垂现彖。应该指出，这里更低的CTE性质是指比这种复合材料缆芯屮使用的环氧慕树脂玻璃化更低的温度下的CTE性质。利川了这种复合材料缆芯的低CTE件质，缆芯的环氧树脂体系的玻璃化温度必须尽可能高，这样电缆就可以在高温下运行，从而承载更高的电流。总而言

7、之，ACCC复合材料缆芯比起ACSR钢芯所具有的优点是重量更轻，CTE更低耐热性高，刚性高和不锈蚀，传递给电缆后获得重暈低、高安培容暈、低下垂度、更高的运行温度、更高的输电电丿玉和更少维护等优点。ACCC的缺点是复合材料的生产成本更高。4.热固树脂体系的选择六十多年来，环氧材料广泛用在了重型电力设备上。环氧材料可以用来制造热固树脂体系，以提供以下性能：・易加工性具有不同加工窗口的热固树脂体系可以用来制造不同组合的树脂、硬化剂与催化剂。•良好的粘