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,China)Abstract:Thispaperdiscusses

2、thecharacteristicsofAluminumConductorCompositeCoreandthetransformationoftheold-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(AluminumConductorS

3、teelReinforced),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，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

4、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

5、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=1.6X10-6/℃，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4

6、00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-10100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

7、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2-3400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