第4章碳纤维复合芯导线机械性能试验

第 4 章碳纤维复合芯导线机械性能试验

4.1 碳纤维复合芯导线做的试验及数据

4.1.1 碳纤维复合芯铝合金绞线握力试验

碳纤维复合芯导线与配套的耐张线夹连接成组合体试样共 3组,且耐张线夹之间导线的长度 L 不小于导线直径的 100 倍,将试样安装在 100t 电液伺服卧式拉力机上,当施加的初张力达到导线计算拉断力的 17%-18%时,在耐张线夹出口处的导线上作滑移标识, 然后按 GB/T2317.1-2000《电力金具机械试验方法》7.1款的要求进行握着力试验,试验连接方式如图所示，将试样装于夹具之上，用100t 拉力试验机进行拉断力试验，当做高温拉力试验时，可以用升流器对导线进行升温。

（1）常温握力试验：

导线与压接式金具的常温握力为 169kN，比计算拉断力高 41%。

（2）高温握力试验：

导线与压接式金具的 120℃握力为 152kN，比计算拉断力高 27%；比常温握力降低 10%(试验过程：初始张力 5 kN，保持 20min；然后加热至 120℃，到120℃后将导线张力提高至 60 kN；4 小时后对导线进行拉断力试验)。试验布置如图 4-1 所示：

图 4-1 碳纤维复合芯导线握力试验

4.1.2 碳纤维复合芯铝合金绞线高温拉力试验

(1) 高温拉断力

铝合金导线 ACCC/LH-240/35 和软铝导线 ACCC/LR-240/35 所用复合芯的常温抗张强度为 2800MPa；铝合金导线 ACCC/LH-300/50 所用复合芯 150℃的抗张强度为 2656MPa。因此，该碳纤维复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度仅为 5.2%。

一般技术产品的复合芯 160℃抗张强度仅为 1400MPa。按其产品经验数据：每升高 1℃，抗张强度下降 10MPa 计算，复合芯 150℃抗张强度约为 1500MPa，30℃抗张强度约为 2700MPa。因此，国外技术产品的复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度大于 40%。

碳纤维复合芯导线的重要优势之一是能够提高线路输送能力，而提高输送能力的关键是允许导线高温运行，即要求导线在高温运行时保持较高的机械强度，因此高温拉断力是碳纤维导线的最重要指标之一。上述数据表明：在关键性的高温拉断力指标上，该碳纤维复合芯导线完全满足挂网运行要求。碳纤维复合芯导线拉断力试验如图 4-3 所示：

图 4-3 ACCC 拉断力试验

4.1.3 碳纤维复合芯铝合金绞线热膨胀试验

导线弧垂-温度特性试验及线膨胀系数测试是涉及导线弧垂设计的主要参数之一，反映导线弧垂随温度变化的特性。碳纤维复合芯导线存在迁移点温度(温度拐点)，在迁移点以下，碳纤维导线的线膨胀系数与常规导线相近，其中碳纤维铝合金绞线 ACCC/LH-300/50 为12.8×10-6(1/℃) ，碳纤维软铝绞线ACCC/LR-240/35 为 12.7×10-6(1/℃)；在迁移点以上，碳纤维导线的线膨胀系数大幅度下降，ACCC/LH-300/50 为2.0×10-6(1/℃) ， ACCC/LR-240/35 为1.9×10-6(1/℃)，确保导线在高温运行时弧垂基本不再增大。因此，迁移点温度是碳纤维复合芯导线的关键指标之一。

众所周知，碳纤维丝的线膨胀系数接近于零，但与树脂结合形成复合芯、再与铝股结合形成碳纤维导线后，导线整体的线膨胀系数由碳纤维丝、树脂、铝股共同决定，随着树脂、铝股参数的变化，导线迁移点温度也呈现显著差异。

( 1 ) 铝合金股的采用将抬高碳纤维导线的迁移温度，如碳纤维铝合金绞线ACCC/LH-300/50的迁移点温度约为110℃决定碳纤维导线迁移点温度高低的决定因素。本项目研发的碳纤维软铝绞线ACCC/LR-240/35的迁移点温度为60℃，而国外技术产品的碳纤维软铝绞线的迁移点温度约为80℃。温度弧垂试验如图4-2所示：

图 4-2 ACCC 温度-弧垂试验

4.1.4 碳纤维复合芯铝合金绞线微风振动疲劳试验

4.1.4.1 导线微风振动疲劳简介

4.1.4.1.1 导线微风振动的数学描述

当导线受到稳定的横向风作用时，在导线的背风面将形成按一定频率上下交替出现的气流漩涡，它的依次出现和脱离就会使得导线受到同一频率的上下交变的冲击力。该冲击力的频率w f 与风速 v 和导线的直径 d 有关。根据试验可按下式计算：

w v f d

= (4-1) 各点漩涡的脱离导线是随机的，故作用在导线上的力，沿着导线长度上的相位也是随机的。因此不是一有风，导线就有振动。如果导线按一定的频率振动，且w f 和相近在c f 的范围内，则漩涡的脱离受导线频率的控制，同时沿导线各点脱离并形成同步，结果导线的微风振动就开始了。这种现象通常称为“同步效应” [2024]-振动开始后，如果振动频率保持在“同步”范围内，作用在导线上的升力就会增加，振幅同时增加，一直到达饱和振幅为止。导线的微风振动通常以驻波的型式表示，可以看成是两端固定的弦振动问题。故导线的振动频率可按下式计算：

c f = (4-2) 微风振动的型式有驻波，拍频波和行波等。其中拍频波振幅周期性的有最大值变为零，行波仅在发生的初期看到档间某点出现间歇性的振动，即振动在档内往返移动。研究微风振动通常以简单的驻波谐振函数来表述。

sin(2/)sin 2y A x ft πλπ= (4-3) y ——导线任意一点离开平衡位置的位移，mm ；

A ——导线振动点波幅的最大振幅，mm ；

x ——自振动节点到导线上任意一点的距离，m ；

λ , f ——导线振动的波长和频率，m,Hz ；

t ——计算时间，s 。

当振幅最大的时候，振动最强，因此，振动最强时候只须：

sin 21ft π=

20202020

20202020A R l R m L l ρδ=

?=?

2ln 30.3

(1)U E H r r

E m r δδδδ=

=+

此时驻波函数可以简化为：

sin(2/)sin 2y A x ft πλπ= (4-5) 此时可对 y 求导，可得到振动角度与波幅振幅的关系为：

02tan()'()

x y x A πθλ=== (4-6)

图 4-5 架空导线的疲劳振动角

因此控制波幅振幅，就可以控制振动在所要求的角度内。但是导线的疲劳振动试验发展到七十年代的时候出现的累积损伤疲劳理论逐渐代替了简单的振动角度理论。接下来，我们简单介绍下累积疲劳损伤理论。

4.1.4.1.2 导线累积损伤理论

近年来架空输电线路的微风振动一直颇受人们的关注，由于它是线路事故的主要原因之一，需及时测量并评估线路的振动状态，这对于掌握线路的运行状态、预防疲劳断股事故具有积极作用。此外，对于其进行深入的研究就显得非常必要。架空导线往往能够承受较大的静态力，但在较小的交变应力下却很容易受到破坏。疲劳振动试验就是模拟架空导线运行中承受的微风振动，以考察导线承受这种交变应力的能力。

近年来，Miner 累积损伤理论及 Wohler 安全曲线得到越来越多的国际关注，因为这个比之前的简单的以振动角来评判导线的受交变应力的能力更为精确，更为切合实际。这是因为导线动弯应力(应变)是判断振动强度的是最直接的指标，而他与导线的结构、材质、铝股和碳纤维复合芯的比例，悬点高度以及张力等因素都有关联,而振动角的试验方法不能直接表征导线在线夹出口处的动弯应力(应变),所以这个试验方法越来越遭到国际学术届的弃用。鉴于这种情况,国际上普遍采用累积损伤理论,来估算架空导线的疲劳寿命。“累积损伤”常常 用来描述在周期性载荷重复作用下结构元件的逐步损伤。假设损伤函数为 D ，其值由 0 增至 1 时，在此期间，结构元件的全部使用寿命将消耗殆尽。D 函数与金属受到周期性载荷作用出现应变时的内部复杂变化有关。在经过载荷系列作用以后,可根据函数 D 对结构元件的剩余使用寿命的百分数作出估计。就理论本身及其需要的试验数据而论，对于任何一种累计损伤理论,Miner 假说都是最简单和最容易被采用的。它属于所谓“与应力级无关”和“无互相作用”的类型。它认为损伤函数 D 是线性的,并可用以下方程表示：

/i i i D n N =

式中i D ——循环比；

i n ——作用于运行导线的或在试验室模拟试验中对导线施加规定的应力级ai σ 下的循环次数；

i N ——在 S-N 曲线(振动应力与振动疲劳次数关系曲线)相应应力下的循环次数。按照 Miner 假说,在下列情况下,损伤必然产生

/1i i n N =∑“与应力级无关”意味着不管应力分量的大小如何,损伤表达式/i i n N ∑总是符合规律的。

“无互相作用”意味着假定各种应力分量作用的顺序是无关紧要的。张紧导线在交变应力ai ?的作用下与耐振次数i N 存在着Wohler 给出的曲线关系(见图),此曲线是很保守的。在无导线疲劳试验数据时,可用它来估算导线的疲劳寿命,但它的保守程度太大。但是用实测导线的疲劳数据来估算线路导线的疲劳寿命是合理的,这是因为波幅振幅与线夹出口出导线的应变有如下的关系：

max b σπ=

其中

max σ：线夹出口动弯应变（峰-峰值）；

d ：导线最外层线股直径；

m ：到按下单位长度质量；

EI ：导线动弯刚度；

b Y ：导线波幅振幅（峰-峰值）。

因此可以通过控制波幅振幅来推算线夹出口处导线的应变，从而根据导线的应变推算出导线的应力，利用 Wohler 安全曲线可得到一个更为合理的安全曲线图用于导线的防振研究。也正是由于波幅振幅和线夹出口出的导线有这样的对应关系，所以只需设定一定的振幅来对导线进行激振，就可以提出比 Wohler 安全曲线更为适合某种规格导线的安全曲线。Wohler 利用累计损伤理论及各种导线的疲劳验结果，提供了导线表面最大动弯应力max σ与振动次数 N 关系的安全范围曲线，即 Wohler 安全边界曲线，其表达式如下：

一层铝股：

0.2007max 0.1687max 730,210430,210N N N

N σσ--?=

0.2007max 0.1687max 450,210263,210N N N

N σσ--?=

图4-6 -N多层铝股安全曲线图

4.1.4.2 碳纤维复合芯铝合金绞线振动方案的确定

导线以 25%RTS 张力架设，一端悬垂，一端固定。振动台在导线某个共振频率(一般取 20～40 Hz)下振动，并控制试验的振动角 25′～30′，当振动30000000 次后，打开悬垂线夹。观察悬垂线夹处导线是否发生断股。大多数研究导线的振动都是以单根导线为研究对象，我们这次试验主要是以 4 根相同型号的碳纤维复合芯导线来一起振动，因此可以利用有限的时间做出更好多试验效果，试验的过程大致是：将 4 根导线编号为 1，2，3，4.

（1）将激振台的激振幅度调为 0.5mm，激振频率为 39Hz，此时导线与激振器发生谐振，然后先振 30000000 次。

（2）取下其中的编号为 1 的碳纤维复合芯导线，换上新的同型号的碳纤维复合芯导线 5 继续振动，再振动 30000000 次，取下编号为 2 的导线继续振动。

（3）继续振动直到编号为 3，4 的导线有断股为止。记下此时的断股时候的导线的振动次数。

图4-7 碳纤维复合芯导线的振动试验

图4-8 激振设置

4.1.4.3 碳纤维复合芯铝合金绞线振动试验参数分析

通过振幅来利用理论知识计算出线夹出口出的应变，然后利用应变再根据碳纤维复合芯导线的弹性模量推算出线夹出口的应力，该点是应力集中的地方，疲劳断股往往先从这里发生。但是导线的振动角不便于测量和控制，试验中一般测量导线振动的波幅振幅，并换算到振动角。从而利用振幅也可以将导线的振动控制在标准要求的范围内。

由测振仪测得导线在该 39Hz,0.5mm 激振器下振动的波幅为 0.72mm，有公式(4-8)可得此时碳纤维复合芯导线的应变，1 号导线振动 30000000 次无断股，2 号碳纤维复合芯导线振动 60000000 次无断股，3，4 号导线振动 7200 多万次有断股。

由于碳纤维复合芯导线 240 为多层铝股，所以应用公式(4-10)可以得出铝

股的耐振次数如公式（4-11）所计算的。

图4-9 ACCC-300/50规格的碳纤维复合芯导线

()()ai lg /263/0.168i N =10

σ- (4-11)

所以6i N =10.710? 所以，70/10.7 6.54i i n N ==∑

这个结果的意义在于利用疲劳振动试验数据可以将安全曲线放大到 6.5 倍左右，因此利用该数据就可以更为合理对碳纤维复合芯导线寿命进行更为精确的评估。当然对导线进行疲劳寿命的评估必须结合现场测振的数据，现场测振数据的周期一般为 14 天，因为这样在这样的周期内才可以捕捉到各种频率的微风振动，当然也有日本的科学家指出 14 天是一个很不准确的数字，更为精确的要测振 16 天，而且要分冬季和夏季来分别进行测振，然后根据这种情况在进行对碳纤维复合芯导线的实际使用寿命进行更为准确的评估。由于我国的发展水平限制，碳纤维复合芯导线在我国还没有得到有效的推广，更不用说要得到现场测振数据了。所以这个试验也仅仅是对碳纤维复合芯导线的疲劳曲线更为精确话，提供一个更为合理的标准。

4.1.5 碳纤维复合芯铝合金绞线棒材试验

（1）复合芯抗弯性能与抗压性能是针对导线芯杆的测试项目，碳纤维复合芯

的型号为 ACCC/LH-300/50：将碳纤维复合芯杆放于三点弯曲的夹具上，然后设定压计算压力值进行压弯试验，然后再逐渐加大压力值，直到芯杆有断裂，读出试验机上的数字即可。

（2）更换夹具，将做碳纤维复合芯导线芯杆压扁的试验放于平盘上，然后利用试验机先预加载一个数值将芯杆压紧，然后逐渐加大压力值直到芯杆压扁，读出此时的数值。

图 4-10 复合芯抗弯试验

图 4-11 复合芯抗压试验

试验结果为：

复合芯最大弯曲负荷为 4.7kN；

复合芯最大抗压负荷为 34.7kN；

相对于常规的钢芯铝绞线的钢芯，碳纤维复合芯属于脆性材料。当施加的压力过大时，复合芯存在碎裂的危险，特别是以压接式接续金具替代目前碳纤维导线所用的楔接式金具时，更应该注意复合芯的特点进行测定。

（3）复合芯卷绕试验：

复合芯卷绕试验是针对碳纤维复合芯导线提出的检测项目，卷绕圆的直径越小，越不易折断，可施工性越好。研发单位所做 ACCC/LH-300/50 复合芯(直径 9 mm)卷绕圆的直径达到 55mm，ACCC/LH 和 LR-240/35 复合芯(7.5 mm)卷绕圆的直径达到 40mm，这完全满足现场施工需要。对于直径 9 mm 的复合芯，破断力已可达到 150kN，能满足一般超高压、特高压线路的应用需求，更大破断力的复合芯将通过其它方式获得，不再采用单芯形式，以免复合芯卷绕性能下降过大。

图 4-12 复合芯卷绕试验

4.1.6 碳纤维复合芯导线过滑轮试验

试品为铝合金股碳纤维复合芯导线 ACCC/LH-300/50，复合芯直径为 9mm，滑车为高强度尼龙轮滑车。

(1)试验采用 660 滑车，导线通过滑车的包络角为 32 度，导线试品大于10m，导线张力 10kN。导线在滑车上往返 20 次(即通过 40 次)，铝股未发现明显破坏，将铝股剥开检查复合芯，芯杆无断裂、无损伤。此外，导线铝股与复合芯之间无明显位移，即无明显缩芯现象。

(2)试验采用 660 滑车，导线通过滑车的包络角为 32 度，导线试品大于10m，导线张力 15kN。导线在滑车上往返 12 次(即通过 24 次)时导线有断裂声，铝股未发现明显破坏，将铝股剥开检查复合芯，芯杆有断裂点。

(3)试验采用 822 滑车，导线通过滑车的包络角为 45 度，导线试品大于10m，导线张力 15kN。导线在滑车上往返 30 次(即通过 60 次)，铝股未发现明显破坏，将铝股剥开检查复合芯，芯杆无断裂、无损伤。此外，导线铝股与复合芯之间无明显位移，即无明显缩芯现象。

(4)试验采用 822 滑车，导线通过滑车的包络角为 45 度，导线试品大于10m，导线张力 20kN。导线在滑车上往返 24 次(即通过 48 次)时导线有断裂声，铝股未发现明显破坏，将铝股剥开检查复合芯，芯杆有断裂点。

综上所述：对于复合芯直径为 9mm 的碳纤维复合芯导线(包括铝合金股导线ACCC/LH-300/50 和准软铝导线 ACCC/RL-300/50)，张力放线应选用直径不小于822mm 的滑车且导线通过滑车的包络角(约等于线路转角)应不大于 30 度；张力机轮轴直径不小于 1300mm。对于复合芯直径小于 9mm 的碳纤维复合芯导线的施工机具可参考上述参数进行选择。此外，铝合金股碳纤维复合芯导线和准软铝股复合芯导线均未出现明显的缩芯现象。

图 4-13 碳纤维复合芯导线过滑轮试验

4.2 小结

通过对碳纤维复合芯导线进行各种综合试验，得出了一些有益的结论。

(1)通过对碳纤维复合芯铝合金绞线握力，高温拉断力等试验，验证了碳纤维复合芯铝合金绞线完全符合挂网运行所能承受的拉力，以及在高温大电流运行下也可以有效的承受张力。

(2)通过碳纤维复合芯铝合金绞线弧垂特性，线膨胀和应力应变试验，我们得到了在关键性的指标上满足导线挂网运行的一般要求。而且由于碳纤维复合芯导线比较轻，所以对导线的抗覆冰性能有着很重要的意义。

(3)碳纤维复合芯铝合金绞线的耐振疲劳试验对导线挂网运行产生的疲劳断股有着重要的意义，同时可根据导线的疲劳数据得出更为合理的耐振疲安全曲线，然后结合现场测振数据，对碳纤维复合芯铝合金绞线的寿命预测提供依据。

(4)通过碳纤维复合芯棒的试验我们更我直接的比较了碳纤维和钢芯的优缺点。

(5)通过碳纤维复合芯铝合金绞线过滑轮的试验，我们得知对于复合芯直径为 9mm 的碳纤维复合芯导线，张力放线应选用直径不小于 822mm 的滑车且导线通过滑车的包络角(约等于线路转角)应不大于 30 度；张力机轮轴直径不小于1300mm。对于复合芯直径小于 9mm 的碳纤维复合芯导线的施工机具可参考上述参数进行选择。

通过该放线试验，为碳纤维复合芯导线的推广应用以及实际的放线工程提供了试验基础。

碳纤维复合芯导线自主研发及施工技

碳纤维复合芯导线自主研发及 施工技术研究 1前言中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，提高单位走廊传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力；近年来，随着大风、覆冰等恶劣气候的增多和加剧，导线风偏、舞动引发的线路故障频繁发生，严重影响电网安全稳定运行，更换低弧垂、高强度导线可有效抑制相地、相间放电及导线损伤。碳纤维复合芯导线因具有重量轻、高强度、高弹性模量、低线胀系数、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等技术优势，既能够用于提高输送能力，又可有效提高线路安全运行水平，将成为最具发展潜力的新型导线品种，国家电网公司于2006 年将其列入重点推广技术目录。 碳纤维导线的核心是高性能碳纤维材料，我国T700及以上高性能碳纤维基本依赖进口，国家科 技部将T-700碳纤维攻关列入十五、十一五规划。目前仅有美国、日本等少数发达国家掌握碳纤维及碳纤维导线技术，国内仅有与国外合作生产碳纤维导线的形式，但原材料及配方、工艺等核心技术完全掌握于外方，不具备自主知识产权。发达国家垄断高性能碳纤维及碳纤维导线核心技术与价格的局面已成为制约国内发展、应用碳纤维复合芯导线的瓶颈。 此外，不能连续张力放线是长久以来制约碳纤维导线应用的瓶颈。如不能有效解决，碳纤维导线将难以广泛推广应用。 2碳纤维复合芯导线研发华北电网面对碳纤维复合芯导线的发展机遇与挑战，提出在国内高性能碳纤维实验室研究取得重大突破后，实施第一个具有完全国内自主知识产权的碳纤维复合芯导线的研发与应用。 碳纤维复合芯导线的生产过程主要包括以下三部分：①碳纤维原丝及碳纤维丝的制备。②碳纤维复合芯的生产。③碳纤维复合芯铝绞线的生产。 2.1 碳纤维丝研发碳纤维复合芯铝绞线的核心是高强度碳纤维丝。碳纤维丝的强度、等级越高，则相同规格导线的芯径越小，重量越轻，导线的卷绕性能、施工性能越佳。目前，华北电网研发的碳纤维复合芯导线采用T-700型碳纤维丝。 经过数十年研发，国内研究单位近年来认识到硝酸一步法制备碳纤维原丝的传统技术路线是错误的，在实验室实现了T700型碳纤维的成功试制，并在与华北电科院有长期技术合作关系的河北硅谷化工有限公司建设国内第一条T-700碳纤维原丝的工业化生产线。 碳纤维丝的生产包括两步：①制备碳纤维原丝；②碳纤维原丝经预氧化、炭化处理形成碳纤维 丝。原丝生产中的30多个参数、60多个影响因素以及碳纤维生产中的20多个参数、50多个影响因素将影响、决定最终的碳纤维性能。

碳纤维复合芯架空导线施工工艺及验收导则范本

附件2 碳纤维复合芯架空导线施工工艺 及验收导则（试行）

目次 1 范围 (3) 2 规范性引用文件 (3) 3 术语和定义 (3) 4 总则 (4) 5 施工预备 (5) 6 张力放线 (8) 7 连接 (8) 8 紧线 (11) 9 附件安装 (11) 10 验收 (12) 附录A （规范性附录）碳纤维复合芯导线施工机具技术条件 (13) 附录B （规范性附录）装配式牵引器安装 (18) 附录C （规范性附录）接续管爱护装置安装 (20) 附录D （规范性附录）网套连接器安装 (22) 附录E （规范性附录）接续管连接 (24) 附录F （资料性附录）直线外压接管液压施工检查及评级记录表. 27附录G （规范性附录）耐张线夹连接 (28) 附录H （资料性附录）耐张线夹联结套液压施工检查及评级记录表31

编制讲明 (32)

碳纤维复合芯架空导线施工工艺及验收导则（试行） 1 范围 本导则规定了架空输电线路碳纤维复合芯架空导线的施工工艺及验收标准。 本导则适用于架空输电线路用铝导体标称截面积不大于710mm2的碳纤维复合芯架空导线在新建和改建工程的施工及验收。 2 规范性引用文件 下列文件关于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 50233 110kV～750kV架空输电线路施工及验收规范 GB/T 2317.1 电力金具机械试验方法 GB/T 2314 电力金具通用技术条件 GB/T 15632 带电作业用提线工具通用技术条件 DL 5009.2 电力建设安全工作规程第2 部分：架空电力线路 DL/T371 架空输电线路放线滑车 DL/T 1109 输电线路张力架线用张力机通用技术条件 DL T 875 架空输电线路施工机具差不多技术要求

碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义

碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义 摘要: 笔者分析了当前输电线路用导线的发展状况、趋势和特点, 重点阐述了新型碳纤维复合导线的特点, 以及广阔的市场前景, 建议尽快在输电线路特别是高压输 电线路中推广使用。 关键词: 碳纤维复合导线;特性；应用 1 碳纤维复合芯导线的应用现状 复合导线是使用在输电线路增容中的特种导线（如图1所示）,它是针对在相 同导体截面的情况下,相对于传统钢芯铝绞线 ACSR(AluminumConductorSteelReinforecd)能传递更多电能的若干种类导线的总称。行业内也有将其俗称为“倍容量导线”或“高温导线”。目前,增容导线包括耐热铝合 金导线(TAC-SR)、殷钢芯耐热铝合金导线(ZTACSR)、间隙型钢芯耐热铝合金(GTACSR)、铝基陶瓷纤维铝绞线ACCR(AlaminumConductorCompositeRe-inforced)、碳纤维芯复合材料合成芯软铝导线(JRLX/T)等种类。在电力工业发展史上,作为输 电线路输送电能的主要载体,传统钢芯铝绞线占据统治地位的历史已有一个多世纪。随着电力需求的增长和材料科学技术的不断进步,各种增容导线应运而生。碳纤维 复合芯软铝绞导线是特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线,外层铝 采用拱形软铝绞合而成。2002年,美国CTC开发了先期复合芯T型绞线并在美国 几条线路上试用,美国在2004年开始挂网商业运行。碳纤维复合导线已在我国深圳、辽阳、神州、无锡、常州、厦门、南平、盘锦、抚顺等地挂网运行,到目前未 发生过如通用导线已发生的驰度明显下降、导线发热、断股、断线等任何异常现象,其耐张线夹和接续管也运行正常。 图1 碳纤维复合导线 碳纤维复合芯导线具有500kV级以上输电线路运行能力,抗拉强度较高,单位长度重量较轻的特点,使得应用该种导线的线路能够降低杆塔间的导线垂弧度,可提 高线路运行的安全性和可靠性。同时,可减少输电线路中支撑杆塔数量,减少工程 占地,节约土地资源,降低工程建造成本。碳纤维复合芯导线相对于传统导线,在相 同外径尺寸下,增加了导电截面,增大了线路的输送容量,能较好地满足目前国内对 输电线路提出的增容的要求。且新型碳纤维复合芯导线相对于传统导线,提高了导 体的导电率,在长距离输电线路上应用,能起到较好的节能效果。由于碳纤维材料 替代传统的铜芯作为加强件,该导线具有更好的耐腐蚀性能,可提高导线的运行寿命。 2 碳纤维复合芯导线的特点简介 碳纤维复合材料的比重为钢的1/4，强度为钢的2倍，线膨胀系数为钢的 1/10。由于其优异的力学特性和热稳定性，首先应用于军事领域的航天、航空器 和武器减重;随后用于民用飞机、竞技体育的器材。随着碳纤维大规模生产技术的 解决，价格的下降，碳纤维复合材料开始进入工业和生活领域。长期以来，架空 输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输 电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研究开发各种新型导线。在20 世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，改 善导线的弧垂特性，以提高线路输送容量。碳纤维复合芯导线的型号为 JRLX/T(J—架空导线，RL—软铝，X—形线，T—碳纤维复合材料)，规格用软铝型线 标称截面和复合芯标称截面表示;国际上的通用型号为

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 ACCC碳纤维复合芯导线系列主要优点是： 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而AC CC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。 2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,A CCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规AC SR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。 5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义

碳纤维复合材料芯导线在新建与改造线路应用技术经济分析

碳纤维复合材料芯导线 在新建与改造线路应用技术经济分析[摘要]碳纤维复合材料芯导线的出现为线路增容和减少输电走廊等问题的解决提供了一种途径。本文分析了其优点并调研了其在国内外的科研、应用情况。本文结合我国220kV改造线路和500kV新建线路的典型参数，计算分析了应用碳纤维复合材料芯导线的技术经济性，从结果可见碳纤维复合材料芯导线的应用从技术上讲是可行的，从经济上讲是合理的。 [关键词] 碳纤维复合材料芯导线，500kV新建线路，220kV改造线路，技术经济比较； 1.前言 随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加。在土地资源日益稀缺、用电需求持续增长的情况下，如何使输电走廊尽可能少地占用土地资源，又能提高电网的输电能力，已经成为日益重要、亟待解决的难题，提高新建线路的单位输送容量和实施现有线路的扩容改造是两条有效的途径。 相比于同规格的钢芯铝绞线，碳纤维复合材料芯导线具有质量轻、抗拉强度大、线膨胀系数小、弧垂小、载流量大、耐高温、耐腐蚀等特点。[1]碳纤维复合材料芯导线的共同特点是芯主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。碳纤维是由含碳量较高且在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的特种纤维。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，同时沿纤维轴方向表现出很高的强度，具有很高的比强度。碳纤维增强环氧树脂复合材料比重

小、刚性好、强度高，其比强度、比模量等综合指标在现有结构材料中是最高的，能够满足输电导线在强度、刚度、重量、疲劳特性等方面的严格要求。 [2]碳纤维复合材料芯导线技术的工程应用推广，符合国家电网公司推动“两型三新”线路建设的精神，不仅对于提高输电线路的输送容量和电网的安全可靠性，以及降低架空输配电工程总造价具有非常重要的意义;还将促进新技术、新工艺、新材料的研究;也势必推动国内相关产业的技术升级与进步。 碳纤维复合材料芯导线能否在新建线路和扩容改造工程中应用，不仅要在技术上可行还要在经济上合理，因此要结合具体的工程进行技术经济比较。 2 国内外研究和应用现状 2.1 日本的概况 20世纪90年代，日本昭和电线电缆株式会社、东京制纲株式会社和东北电力株式会社共同开发了一种称为ACFR(碳纤维芯铝绞线)的低驰度导线，主要用于解决既有架空输电线路导线弧垂过大、对地净距不足的问题。其基本思想是用相同直径的碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)代替一般钢芯铝绞线(ACSR)中的钢芯，结构和外观如图2-1所示。复合材料芯的质量是常规钢芯的约1/5，线膨胀系数约为1/12。试验证明，这种新型复合材料芯导线的抗拉强度远远超过了ACSR，在常温下的应力——伸长特性呈现弹性体，没有塑性变性，断裂时的伸长量比钢绞线小，约为1.6%。耐热性基本与ACSR相同。ACFR在提高导线强度、降低导线重量和驰度方面具有突出的优点，其迁移点温度约为70℃，运行温度达150℃，重量比相同直径的ACSR导线轻30%。当导电体采用耐热铝时，可以得到耐热性能更好的TACFR导线，在降低导线驰度的同时，提高导线的载流量[3]。ACFR是ACSR 一对一的材料替换，导线外形、结构构造形式和尺寸与传统导线完全一样。

碳纤维导线的特性及应用

碳纤维复合芯导线的特性及应用 魏国彬 (华晋焦煤公司山西吕梁 033000） 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：碳纤维导线特性线路增容、 ACCC/TW Properties and Applications of Aluminum Conductor Composite Core Wei Guo-bin (Huajin Coking Coal Co.,Ltd.,Luliang 033000,Shanxi Province,China) Abstract: This paper discusses the characteristics of Aluminum Conductor Composite Core and the transformation of the old-line engineering Keywords: Aluminum Conductor Composite Core Features Line-compatibilizing ACCC/TW 0．引言 长期以来，架空输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研发各种新型导线。上世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的承载部件，改善导线的弧垂特性，采用软铝型线代替硬铝圆单丝，提高填充率和导电率，以达到提高线路输送容量的目的。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年成功专门从事复合芯软铝绞线的研发、生产和销售，经过近几年的产品质量提升及市场化。碳纤维复合芯导线在电力行业中得到了广泛的应用。 碳纤维复合芯软铝绞线的型号为JRLX/T(J-架空导线，RL-软铝，X-型线，T-碳纤维复合材料)，规格用软铝型线标称截面和复合芯标称截面表示；国际上的通用型号为ACCC/TW （Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal wire）。 碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火状态的软铝，软铝的截面设计成瓦型，可大幅减少导线的外径。 随着我国各行业电力需求的不断增长，部分老旧输电线路输送能力不足，面临增容改造的压力。线路改造中，投资最大的项目是杆塔的更换，最棘手的问题是村民的土地问题，一种新型的导线“碳纤维复合芯导线”的产生，使老线路在不更换杆塔的前提下达到增容的目的。从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全，经济，环保，高效输电网络。 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。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

《碳纤维复合芯导线的应用研究》报告

《碳纤维复合芯导线的应用研究》报告 1 项目概述和技术原理 1.1 项目背景 针对目前电网中部分输电线路输送能力不足、部分老旧线路技术改造困难的情况下，为有效利用目前电网的输电线路，考虑应用新型碳纤维复合芯导线，提高电网的输送能力。 1.2 国内外技术现状 我国是个缺电的国家，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线。 目前世界上只有美国、日本、韩国开发出新型殷钢芯倍容量导线和新型合成导线，国内的产品研制和应用开始起步。碳纤维合成芯导线在国外的应用不长，美国CTC公司生产的ACCC碳纤维合成导线于2004年8月开始试用和运行，国内运行经验还较少。 1.3 项目主要研究内容 结合常州电网现状，分析一些老线路的公司技改、基建和业扩工程，选择在现有导线截面小且需增容的线路上试用新型碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的安全运行。同时进行相关经济比较，用较少的投资取得理想的效益。 从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。 1.4 项目技术原理 碳纤维复合芯导线(ACCC)，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯材，具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。 (1)强度高。用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度是一般钢丝的1.9倍，允许提高杆塔间的跨距，以降低工程成本。 (2)线膨胀系数小，弧垂小。复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的1/10，减少架空线交跨距离。

碳纤维复合芯导线的研究和应用

碳纤维复合芯导线的研究和应用 导线作为输电线路最主要的部件之一，承担着线路最主要的电能传输功能。目前电力需求不断增长，电网中部分老旧线路导线线径过细、输送能力不足，需要更换导线进行线路增容改造。为有效利用现有杆塔等设施，大幅度提高输送容量，减少输送中电力的损耗，应用碳纤维导线，来提高电网的输送能力，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗，避免更换杆塔带来的民事协调和占地补偿，节约建设和运行总成本。 根据国网公司提出的输电线路“两型三新”要求，即“资源节约型、环境友好型、新材料、新技术、新工艺”，采用新型导线、节能金具等新材料，有利于统一建设标准和规范材料选择、降低钢材耗量和工程造价、提高输电线路建设效率和效益。碳纤维导线就是一种新型导线，可以满足输电线路节能环保、减少走廊占地、提高输送容量、降低建设运行总成本的要求。近年来，在多条线路改造中尝试使用碳纤维导线，从线路后期运行看，均达到了理想的效果。 一碳纤维导线与常规导线对比 碳纤维导线与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、热膨胀系数小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好等优点。 碳纤维导线截面钢芯铝绞线截面

碳纤维导线是一种新型导线，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。碳纤维导线在 机械性能和电气性能方面均优于钢芯铝 绞线。 使用碳纤维替代钢芯可以大量减少钢材等有色金属资源消耗，有利于实现生态环境的可持续发展。而且碳纤维导线比普通钢芯铝绞线线损低，降低了电能在传输过程中的损耗，减少了资源消耗和能源损失，属于节能环保型导线。 二碳纤维导线的应用 由于碳纤维导线价格过高，新架线路中应用造价优势不明显，故碳纤维导线主要应用在35kV及以上线路增容改造中。线路增容通常采取异地重建或者在原线路上更换大线径导线，在无新建通道、原线路又不能长时间停电改造的条件限制下，利用原线路通道和现有杆塔，选择合适的轻质大容量导线，确保安全可靠。 在输电线路工程中，走廊占地以及后期的维护、改造临时占地问题，一直是困扰着电力行业的难题。电力法权威性差，当出现与林业法、道路交通法等相关法律法规冲突的时候，往往是电力法让位。而且随着老百姓维权意识的逐年提高和获取赔偿经验的逐年丰富，使得协调工作难度逐年加大、赔偿费用逐年攀升。而在线路增容改造中使用碳纤维导线，可利用原有杆塔结构，还有线路走廊等资源，可大幅节省改造成本和协调赔偿。所以碳纤维导线在线路增容改造中的应用前景良好。 对于现有老旧线路增容改造，只需要把原线路上的钢芯铝绞线更换成铝截面基本相同的碳纤维导线，即可达到增容60-100%、缩短建设周期、提高安全系数、节约造价的目的。其次，在线路运行维护方面，尤其是线路高峰负荷期间的运行，碳纤维导线弧垂变化较小、允许工作温度高、载流量大的特点，比钢芯铝绞线具有明显的优势。 碳纤维导线的构造与钢芯铝绞线类似，但其机械性能和电气性能与钢芯铝绞线有差别。碳纤维导线梯形软铝层光滑易划伤、碳纤维复合芯抗弯曲性能差，所使用工器具要求与钢芯铝绞线有很大差别。需要厂家对施工

第4章碳纤维复合芯导线机械性能试验

第 4 章碳纤维复合芯导线机械性能试验 4.1 碳纤维复合芯导线做的试验及数据 4.1.1 碳纤维复合芯铝合金绞线握力试验 碳纤维复合芯导线与配套的耐张线夹连接成组合体试样共 3组,且耐张线夹之间导线的长度 L 不小于导线直径的 100 倍,将试样安装在 100t 电液伺服卧式拉力机上,当施加的初张力达到导线计算拉断力的 17%-18%时,在耐张线夹出口处的导线上作滑移标识, 然后按 GB/T2317.1-2000《电力金具机械试验方法》7.1款的要求进行握着力试验,试验连接方式如图所示，将试样装于夹具之上，用100t 拉力试验机进行拉断力试验，当做高温拉力试验时，可以用升流器对导线进行升温。 （1）常温握力试验： 导线与压接式金具的常温握力为 169kN，比计算拉断力高 41%。 （2）高温握力试验： 导线与压接式金具的 120℃握力为 152kN，比计算拉断力高 27%；比常温握力降低 10%(试验过程：初始张力 5 kN，保持 20min；然后加热至 120℃，到120℃后将导线张力提高至 60 kN；4 小时后对导线进行拉断力试验)。试验布置如图 4-1 所示： 图 4-1 碳纤维复合芯导线握力试验 4.1.2 碳纤维复合芯铝合金绞线高温拉力试验 (1) 高温拉断力 铝合金导线 ACCC/LH-240/35 和软铝导线 ACCC/LR-240/35 所用复合芯的常温抗张强度为 2800MPa；铝合金导线 ACCC/LH-300/50 所用复合芯 150℃的抗张强度为 2656MPa。因此，该碳纤维复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度仅为 5.2%。 一般技术产品的复合芯 160℃抗张强度仅为 1400MPa。按其产品经验数据：每升高 1℃，抗张强度下降 10MPa 计算，复合芯 150℃抗张强度约为 1500MPa，30℃抗张强度约为 2700MPa。因此，国外技术产品的复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度大于 40%。 碳纤维复合芯导线的重要优势之一是能够提高线路输送能力，而提高输送能力的关键是允许导线高温运行，即要求导线在高温运行时保持较高的机械强度，因此高温拉断力是碳纤维导线的最重要指标之一。上述数据表明：在关键性的高温拉断力指标上，该碳纤维复合芯导线完全满足挂网运行要求。碳纤维复合芯导线拉断力试验如图 4-3 所示：

碳纤维复合芯导线的特性及应用

碳纤维复合芯导线的特性及应用 文章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。希望能够为相关行业的发展提供一些借鉴，并且为保护环境，节能减排，改善人类生态环境等方面做出应有的贡献。 标签：碳纤维导线；特性；线路增容；ACCC/TW 引言 长期以来，架空输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研发各种新型导线。上世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的承载部件，改善导线的弧垂特性，采用软铝型线代替硬铝圆单丝，提高填充率和导电率，以达到提高线路输送容量的目的。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年成功专门从事复合芯软铝绞线的研发、生产和销售，经过近几年的产品质量提升及市场化。碳纤维复合芯导线在电力行业中得到了广泛的应用。 碳纤维复合芯软铝绞线的型号为JRLX/T（J-架空导线，RL-软铝，X-型线，T-碳纤维复合材料），规格用软铝型线标称截面和复合芯标称截面表示；国际上的通用型号为ACCC/TW（Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal wire）。 碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火状态的软铝，软铝的截面设计成瓦型，可大幅减少导线的外径。 随着我国各行业电力需求的不断增长，部分老旧输电线路输送能力不足，面臨增容改造的压力。线路改造中，投资最大的项目是杆塔的更换，最棘手的问题是村民的土地问题，一种新型的导线“碳纤维复合芯导线”的产生，使老线路在不更换杆塔的前提下达到增容的目的。从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全，经济，环保，高效输电网络。 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。因此，可作为电力部门老旧线路改造、

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 简介 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 优点 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。 2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,ACCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规ACSR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。

5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC 碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义。 碳纤维复合材料的发展和战略地位 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位臵。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国

碳纤维及碳纤维复合芯导线施工手册

碳纤维及碳纤维复合芯导线施工手册 来源：输配电设备网时间：2010-09-21 阅读： 796次 标签：导线远东碳纤维 碳纤维复合材料具有优异力学特性和热稳定性，首先被应用于军事领域的航天、航空器和武器减重，随后被用于民用飞机、竞技体育的器材。随着碳纤维大规模生产技术的解决，碳纤维复合材料开始进入工业和生活领域。在上世纪90年代末，人们开始尝试用碳纤维复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，以实现突破架空导线的各项技术瓶颈。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年设立了全资子公司——远东复合技术公司，专门从事碳纤维复合芯导线的研发、生产和销售。 碳纤维复合芯导线的优越性能表现在：1、导线的重量轻、强度高，在相同的运行应力时弧垂小;2、导线的线膨胀系数小，在最低温到最高温的运行温度范围内弛度小;3、导线的外径小，导线运行时的风偏及覆冰载荷小;4、导线的直流电阻和交流电阻小，线路运行时线损小;5、导线允许运行温度180℃，可大幅度增容;6、导线耐腐蚀，使用寿命长;7、导线表面紧凑、光滑，电晕损耗小; 碳纤维复合芯导线的力学、热学、电学特性均优于传统导线，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，可广泛用于老线路增容改造、新线路建设、电站母线，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。 碳纤维复合芯导线JLRX/T(ACCC/TW)施工手册 1. 适用范围 本规范规定了架空输电线路架线工程施工中，JLRX/T(ACCC/TW)碳纤维复合芯软铝绞线(以下简称JLRX/T(ACCC/TW)导线)的施工工艺及验收方法。 本手册适用于架空输电线路JLRX/T(ACCC/TW)导线架线工程及验收工作。 2. 手册引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本手册的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本手册达成协议的各方面向社会是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本手册。 GB 50061 66KV及以下架空电力线路施工及验收规范 GB 50233 110~500KV架空电力线路设计规范信息来源:https://www.docsj.com/doc/5714919697.html, DL/T 741 架空送电线路运行规程 DL/T 5092 110~500KV 架空送电线路设计技术规程

碳纤维复合材料及其在电线电缆中的应用

碳纤维复合材料及其在电线电缆中 的应用 一、碳纤维复合材料的发展和战略地位 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分，并已逐步形成垄断优势。 我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。 二、碳纤维复合材料的性能和用途 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在

热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的强度，且碳纤维比重小。 1、碳纤维的化学性能 碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25％左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。 2、碳纤维的物理性能 （a）热学性质 碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而变化。 （b）导热性质 碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。 （c）电学性质 碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性

碳纤维导线

碳纤维导线技术性能及其施工要点 1、碳纤维导线的结构 碳纤维复合导线(ACCC-Aluminum Comductor Composite Core)是最早由美国、日本等国家开发的一种新型导线，主要用于航天设备及空间站。它的芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，其外层与邻外层铝线股为梯形截面，是一种性能优越的新型导线，如图所示。 碳纤维导线分为碳纤维棒芯铝绞线和耐热碳纤维棒芯铝合金绞线；其结构和常规钢芯铝绞线相同。 2、技术特点 强度高 一般钢丝抗拉强度1240MPa，高强度钢丝抗拉强度1410MPa,而碳纤维导线抗拉强度2399MPa，分别是前两者的1.9和1.7倍。抗拉强度的明显提高可增加杆、塔之间的跨距，降低工程成本。 导电率高、载流量大、耐高温 碳纤维导线不存在因钢丝所引起的磁损和热效应，且在相同负荷下，具有更低的运行温度，从而减少输电损失约6%。相同直径时碳纤维导线铝截面是钢芯铝绞线的1.29倍，因此可提高载流量29%。 常规导线受软化特性和弛度特性的影响，工作温度提高非常有限，提高载流量主要靠加大导线截面来实现；而碳纤维导线得耐高温和低弛度特性，使同直径导线工作温度可以达到150-180 ℃，短时许容温度可达到200℃以上。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 线膨胀系数小、弛度小

从上表可以看出相同条件下，温度从26.1℃增加到183℃ACSR导线弛度从236mm到1422mm,提高了5倍，而ACCC导线弛度仅从198mm增加到312mm，仅提高0.57倍。ACCC 导线变化量是ACSR导线9.6%，高温下弧垂不到ACSR导线的1/10，能有效减少架空线走廊的绝缘空间，提高导线的安全性和可靠性。在相同跨距下，缩小导线长度。 重量轻 常规LGJ-240/55导线重量1108Kg/Km（其中铝651Kg/Km，钢芯457Kg/Km）；而ACCC 导线（218mm2）重量653Kg/Km（其中碳纤维棒芯重量仅51Kg/Km）。ACCC导线重量约为常规ACSR导线重量的60-80%，这充分说明了重量轻的优点。计算表明，导线重量的减轻可使载荷减少约25%，因此承载能力增加约20%；导线重量减轻以及良好的低弛度特性可使铁塔高度降低，并使铁塔结构更趋紧凑，缩小基础跟开，缩短工期，降低综合成本。 耐腐蚀、使用寿命长 腐蚀是输电线路的一个很大的问题，大气中的有害物资会腐蚀铝线和钢芯，两种不同金属也会产生电腐蚀，腐蚀会降低导线强度，缩短导线寿命。而ACCC导线线芯是碳纤维棒，具有较高的耐腐蚀性，与绿线之间不存在电腐蚀性。可较好地解决常规导线运行的腐蚀性问题。 便于导线展放和施工 ACCC导线的放线完全可以按常规ACSR导线的方法进行，现有的杆、塔结构不必改造。所用卡线器与常规ACSR导线一样。 金具使用方便 耐张线夹比常规ACSR导线压接管略长；防震锤使用个数略有增加；其它悬垂线夹和护线条与常规ACSR导线一样。 3.施工操作要点 工器具试验 根据不同工况下分别对蛇皮网套、碳纤维芯固定夹具、紧线预绞丝(单层)、紧线预绞丝(双层)连接导线进行拉力试验，试验按负荷的1.25倍控制。综合考虑碳纤维芯内缩、外层软铝导线损伤等因素，确定放线时使用配套专用蛇皮套连接，并安装芯棒固定夹具，为了不损伤外层软铝导线，紧线张力时使用紧线预绞丝，张力小(张力小于30 kN)时可使用单层临锚预绞丝。张力大时预绞丝设计双层(加一层护线条)防止导线外层因紧线张力过大损伤。导线耐张线夹压接采用反压后进行握着力试验，试验结果均符合设计要求。

碳纤维复合芯导线

1、前言 现代经济的飞速发展加速了电力工业的发展，也大大推动了输电线路的技术进步。架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。为了安全可靠地多送电，各国有关科技工作者一直不断努力地寻求架空输电线路用导线，以取代各种传统的导线。长期以来，传统的架空输电导线主要使用钢芯铝绞线，为了提高防腐性能，开发了铝包钢芯铝绞线等。为了提高强度，开发了钢芯铝合金绞线，全铝合金绞线，铝包钢芯铝合金绞线等，为了提高导线的耐热性能和输送容量，开发了各种耐热铝合金导线；为了降低导线弛度，开发了用殷钢芯代替普通钢芯的低弛度导线等。 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。随着材料科学的不断进步，在上世纪90年代，人们尝试用碳纤维复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，并取得了一定的成果，已开发出几种复合材料合成芯导线。 这种新型复合材料合成芯导线充分发挥了有机复合材料的特长，与现有各种架空导线相比，具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度低等优点。可以说，新型复合材料合成型导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，它实现了电力传输的节能、环保与安全。 2、国际复合材料芯电缆产业现状及发展趋势 目前国际上在已取得一定成果的碳纤维复合材料芯导线中，日本的碳纤维芯铝绞线和美国的碳纤维和玻璃纤维混合芯铝绞线较为典型。其中日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右 日本是开发架空线路特种导线品种较多的国家。在新型复合合成芯导线方面，最早是作为一种改进型低弛度导线而提出的；而实际上新型复合材料合成芯导线的优点，远止低弛度一个方面。在架空输电线路中，由于周边环境的变化，有时会发生输电导线与线下被跨越物之间电气隔离距离不够的情况。为了确保隔离距离，通常需要迁移铁塔、改建或改造铁塔。但是，由于用地的制约以及铁塔造价等原因，解决电气隔离距离不够问题最好的办法是更换导线。早在20世纪70年代，在城网改造中，为了增加输电容量，对于架空送电旧线路导线对地距离和相间距离不够的问题，根据殷钢的线膨胀系数比普通钢小得多的特点，用殷钢芯代替普通钢芯，开发了作为低弛度导线的殷钢芯铝绞线。由于这种导线的结构与通常的钢芯铝绞线相同，原来的绝缘子和金具均可以照旧使用，施工工具也可以照旧使用，它能在于铁塔不变的情况下，仅更换导线就行。到了20世纪90年代，日本学者研究用碳纤维芯代替钢芯，开发出了一种新型复合材料合成芯导线，即碳纤维芯铝绞线。这种导线与通常的钢芯铝绞线具有相同的外径和强度，架线施工中不需要特殊的机具和方法。在这种导线中，通常的钢芯铝绞线的钢芯被用碳纤维制成的复合材料芯线所代替，这是一种重量轻、线膨胀系数小，具有良好弛度特性的

碳纤维复合芯导线作业指导书

碳纤维复合芯导线作业指导书

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。 碳纤维复合芯导线 JLRX/T(ACCC/TW) 施工作业 指导书 编制单位： 编制时间：

目录 碳纤维复合芯导线J LRX/T(ACCC/TW)施工作业指导书错误!未定义书签。 1、适用范围 ............................................................... 错误!未定义书签。 2、手册引用文件 ....................................................... 错误!未定义书签。 3、总则 ....................................................................... 错误!未定义书签。 4、张力放线前的准备工作 错误!未定义书签。 5、张力放线................................................................ 错误!未定义书签。 5.1张力场选择原则 错误!未定义书签。 5.2张力放线操作 错误!未定义书签。 5.3 张力牵引前导线端头的处理方法 ........................ 错误!未定义书签。 6、金具的安装............................................................ 错误!未定义书签。 7、紧线 ....................................................................... 错误!未定义书签。 8、平衡挂线的锚线、紧线的操作方法 .................... 错误!未定义书签。 8.5 注意事项 ............................................................... 错误!未定义书签。 9 、附件安装 .............................................................. 错误!未定义书签。 10、验收 ..................................................................... 错误!未定义书签。 11、补修措施： ......................................................... 错误!未定义书签。 12、工装器具 ............................................................. 错误!未定义书签。 13、运行维护 ............................................................. 错误!未定义书签。 3