專利名稱：：制造架空輸電鋁絞線用智能復(fù)合芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型架空輸電鋁絞線用的智能復(fù)合芯，屬于智能結(jié)構(gòu)材料及傳感檢測(cè)領(lǐng)域的新材料開發(fā)。
背景技術(shù)：
：伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，電網(wǎng)作為現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)、工業(yè)和信息化社會(huì)的脊梁，其發(fā)展越來越受到重視。架空輸電導(dǎo)線作為輸送電路的載體，在輸電線路中占有十分重要的地位。隨著我國(guó)電力需求的大幅度攀升，原有輸電線路已經(jīng)不堪承受傳輸容量快速擴(kuò)容的需求。雖然電力部門已通過加大對(duì)發(fā)電設(shè)施的投資來增加額外的發(fā)電能力，但目前使用的輸電線路已滿負(fù)荷運(yùn)行，有些甚至過載，輸電線路的輸電能力已成為電力供求的瓶頸問題。此外，隨著我國(guó)城市化建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源越來越緊張，架空輸電線路走廊的選擇已受到較大的制約。因此，為解決這些瓶頸問題，一方面需要增加新的輸電線路以滿足輸送更多電能，但新建輸電線路需要新增用地和基礎(chǔ)設(shè)施投資，所以該方法受到資金，規(guī)劃等多方面制約。另一方面，要對(duì)老輸送電路進(jìn)行改造，即利用原有線路走廊使其最大限度地發(fā)揮作用，提高輸電能力和土地資源利用，降低對(duì)新建輸電線路的投資，減少輸送電力過程中的電力損耗，建設(shè)有我國(guó)特色的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的新型電網(wǎng)，已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域迫切需要解決的問題。再者，自然災(zāi)害頻發(fā)，容易對(duì)電網(wǎng)造成大面積停電事故，如何進(jìn)行自監(jiān)測(cè)、自診斷，及時(shí)開展斷電線路的檢查維修和檢測(cè)，并優(yōu)化配置電力資源，以提高供電線路的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率也是一個(gè)需要迫切解決的問題。長(zhǎng)期以來，我國(guó)架空導(dǎo)線主要使用傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線(ACSR)或鋼芯自承式鋁絞線(ACSS)，國(guó)外3M公司憑借其在陶瓷纖維領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)了高耐熱、低弧垂鋁基陶瓷纖維復(fù)合芯架空鋁絞線(AluminumConductorCompositeACCR)。20世紀(jì)90年代，日本學(xué)者研究用碳纖維增強(qiáng)樹脂芯代替鋼芯，并已被實(shí)際應(yīng)用。新型復(fù)合材料芯研究比較成功的是美國(guó)CTC(CompositeTechonologyComporation)公司，推出了以碳纖維和玻璃纖維為增強(qiáng)材料與耐高溫樹脂復(fù)合的碳纖維復(fù)合芯鋁絞線(AluminumConductorCompositeCore簡(jiǎn)稱ACCC)。ACCC導(dǎo)線具有重量輕、強(qiáng)度高、線損低、弛度低、耐腐蝕和載流量大等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來，ACCC導(dǎo)線在我國(guó)進(jìn)行了掛網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，并且經(jīng)過上海電纜研究所、國(guó)網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院等檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)等完成了全性能型式試驗(yàn)。雖然ACCC導(dǎo)線能夠很好的解決上述問題，但其由于使用碳纖維材料，價(jià)格昂貴，對(duì)于大量的線路更換，僅僅依靠進(jìn)口，需要非常巨大的投資，因而受到資金等條件限制。此外，如何開展自主創(chuàng)新，形成有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型復(fù)合芯架空鋁絞線也是迫切需要關(guān)注和解決的問題?；诖丝紤]，本發(fā)明采用高性能連續(xù)玄武巖纖維、高強(qiáng)鋼絲以及分布式連續(xù)光纖傳感器通過拉擠復(fù)合形成復(fù)合芯，其中高強(qiáng)鋼絲、一根連續(xù)光纖傳感器和玄武巖纖維與耐高溫樹脂復(fù)合分布在復(fù)合芯中央，再將玄武巖纖維、另一根連續(xù)光纖傳感器與耐高溫樹脂復(fù)合分布在中央內(nèi)芯周圍形成外芯，最后在外芯上涂覆耐高溫阻燃涂層。以該智能復(fù)合芯為核心將鋁導(dǎo)體線材通過扭絞方式可形成輸電的架空鋁絞線。本發(fā)明和同樣外徑的傳統(tǒng)鋼芯鋁導(dǎo)線相比，具有自重輕，運(yùn)行溫度高，輸電能力大，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠高效經(jīng)濟(jì)的解決輸電線路增容的瓶頸問題；和同樣外徑的ACCC導(dǎo)線相比，其輸電能力，承載能力和耐久性能都較為接近，但其價(jià)格上卻有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且由于引入了分布式連續(xù)光纖傳感器，具有自監(jiān)測(cè)、自診斷功能。ACCC導(dǎo)線還存在碳纖維脆性較大，玻璃纖維抗環(huán)境腐蝕，抗蠕變性能較差、耐溫性明顯不如玄武巖纖維等問題。因而，本發(fā)明是一種能夠滿足更大輸電容量并具有較低價(jià)格的輸電導(dǎo)線，且具有自監(jiān)測(cè)、自診斷，并具有優(yōu)化配置電能的智能功能。本智能復(fù)合芯中的增強(qiáng)材料——玄武巖纖維(basaltfiber)，是一種以純天然火山巖(玄武巖為主)為原料，在1450150(TC高溫熔融后拉絲而成的連續(xù)纖維。連續(xù)玄武巖纖維在我國(guó)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，目前世界上只有烏克蘭、俄羅斯、中國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠工業(yè)化生產(chǎn)。該纖維具有性價(jià)比高、比強(qiáng)度、比模量高、耐高溫、耐低溫(-26965(TC)、抗水損害性能好、耐紫外線光照、電絕緣、纖維表面呈極性、純天然環(huán)保、防火阻燃等特點(diǎn)。從力學(xué)性能角度，玄武巖纖維與玻璃纖維相比，具有更高的抗拉強(qiáng)度，更高的彈性模量和更高的耐溫性，從而能夠滿足架空鋁絞線的承載要求。從化學(xué)性能講，玄武巖纖維比玻璃纖維具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性能，能抵抗各種環(huán)境腐蝕，使用壽命長(zhǎng)；而且具有-26965(TC耐低溫、耐高溫的性能(玻璃纖維-60250°C)，可以保證輸電線路在更高溫度下安全傳輸電力。此外，玄武巖纖維具有和玻璃纖維相似絕緣性能，可以避免導(dǎo)電而引起的線損。本智能復(fù)合芯中的另一增強(qiáng)材料——高強(qiáng)鋼絲，是一種廣泛應(yīng)用的承載材料，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前高強(qiáng)鋼絲具有高強(qiáng)度、高彈性模量和低松弛、耐疲勞等特性。但是，完全采用高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線作為導(dǎo)線復(fù)合芯，由于其較高熱膨脹系數(shù)和高彈性模量，在高溫下，應(yīng)力松弛較大，會(huì)造成導(dǎo)線過大的弧垂，從而影響周邊環(huán)境甚至造成斷電的危險(xiǎn)。例如，2003年8月美國(guó)東海岸地區(qū)的電力中斷，就是因?yàn)橐桓^熱的架空鋁絞線下垂與樹短路，導(dǎo)致在數(shù)秒內(nèi)沖擊整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)。因此，結(jié)合上述兩種材料的特點(diǎn)，本發(fā)明以玄武巖纖維作為導(dǎo)線承載芯材的主體，復(fù)合一定量的高強(qiáng)鋼絲，以達(dá)到整體更加優(yōu)良的力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)等方面的性能。本智能復(fù)合芯中的分布式連續(xù)光纖傳感器是一種智能材料?，F(xiàn)階段，應(yīng)用較多的傳統(tǒng)傳感器有電阻應(yīng)變片和振弦傳感器，它們除了在穩(wěn)定性、耐久性及測(cè)量精度上遠(yuǎn)不能滿足工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)的需要外，測(cè)試時(shí)傳感器的布設(shè)也很不方便，無法大規(guī)模的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。光纖傳感器的出現(xiàn)為解決工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)問題提供了一種新的途徑。它可以測(cè)量如應(yīng)變、應(yīng)力、溫度等很多物理量，與傳統(tǒng)的電測(cè)傳感器相比，它有許多的優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、抗電磁干擾、體積小、重量輕、精度高等。但是裸纖和緊套光纖比較脆，極易折斷，給布設(shè)帶來了很多不便。為解決這一問題，如何在不改變光纖傳感器優(yōu)良的傳感性能的前提下對(duì)光纖進(jìn)行封裝同時(shí)開發(fā)研制方便易用的光纖傳感系統(tǒng)十分必要。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者都對(duì)光纖傳感器的封裝技術(shù)做過研究，如將傳感器封裝于薄金屬套管中或是埋于FRP纖維層間，但封裝后的傳感性能的穩(wěn)定性還有待研究，生產(chǎn)工藝還不成熟，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和運(yùn)輸?；诖?，本發(fā)明提出了一種將分布式連續(xù)光纖傳感器隨高強(qiáng)鋼絲和玄武巖纖維無捻粗紗一起與耐高溫樹脂拉擠成型復(fù)合"埋入"于芯材中，其中筋材兩端要預(yù)留出一定長(zhǎng)度的光纖傳感器以備測(cè)試接線用，從而形成一種具有自監(jiān)測(cè)、自診斷功能的新型智能復(fù)合芯。它具有優(yōu)良的力學(xué)和傳感性能，能夠適應(yīng)各種惡劣氣候條件的架空鋁絞線輸電線網(wǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種新型架空輸電鋁絞線用的智能復(fù)合芯。所述的智能復(fù)合芯是由玄武巖纖維_高強(qiáng)鋼絲_分布式連續(xù)光纖傳感器、耐高溫樹脂和耐高溫阻燃涂料構(gòu)成。其主要結(jié)構(gòu)是將玄武巖纖維、高強(qiáng)鋼絲和分布式連續(xù)光纖傳感與耐高溫樹脂一次性拉擠復(fù)合形成復(fù)合芯，其中高強(qiáng)鋼絲，少部分玄武巖纖維和一根光纖傳感器分布在復(fù)合芯中央內(nèi)芯，其余玄武巖纖維和另一根光纖傳感器分布在復(fù)合芯周圍外芯，最后在復(fù)合芯外制備上一層耐高溫阻燃涂層。。以復(fù)合芯為核心將鋁導(dǎo)體線材通過扭絞方式形成輸電鋁絞線。該新型復(fù)合芯，其玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲的體積比例為4:ii:i，復(fù)合芯材中耐高溫樹脂基體體積占整個(gè)復(fù)合芯材的體積不大于50%。與同等規(guī)格截面的傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線(ACSR)和鋼芯自承式鋁絞線(ACSS)相比，本發(fā)明導(dǎo)線具有重量輕，強(qiáng)度高，耐高溫，線損低，弧垂小、智能化等優(yōu)點(diǎn)；與碳纖維復(fù)合芯鋁絞線(ACCC)相比，輸電性能，承載性能以及耐久性等方面都較為接近，能避免碳纖維的脆性、延伸率小以及抗剪切強(qiáng)度低等問題，并且價(jià)格上具有明顯優(yōu)勢(shì)。該智能復(fù)合芯材也是一種具有自監(jiān)測(cè)、自診斷功能的智能筋，可以為智能電網(wǎng)的建設(shè)和供電線路的可靠性和安全性，尤其是可以為因自然災(zāi)害或突發(fā)事故對(duì)電網(wǎng)造成大面積停電的線路實(shí)施檢查維修提供了檢測(cè)手段。本發(fā)明的目的是為滿足輸電線路增大容量，提供了一種絞制架空鋁絞線用的高效經(jīng)濟(jì)實(shí)用的復(fù)合芯材，此外，為智能電網(wǎng)的建設(shè)和供電線路的可靠性和安全性，尤其是可以為因自然災(zāi)害或突發(fā)事故對(duì)電網(wǎng)造成大面積停電的線路實(shí)施檢查維修提供了自檢測(cè)、自診斷的智能手段，此外，可以為電力的優(yōu)化配置提供了智能手段。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)是采用拉擠成型工藝，首先將高強(qiáng)鋼絲、玄武巖纖維無捻粗紗和一根分布式光纖傳感器封裝制品通過中心的集束孔(1)，然后將其余玄武巖纖維無捻粗紗和另一根分布式光纖傳感器從均勻分布于中心集束孔周圍的若干穿紗孔中通過，與高強(qiáng)鋼絲、分布式連續(xù)光纖傳感器一起在一定的預(yù)張力下通過浸膠槽(2)浸入耐高溫樹脂，然后進(jìn)入隧道式烘箱(3)予以固化成型，在預(yù)成型后通過涂料槽孔(4)將防火阻燃涂料均勻涂覆在復(fù)合芯材上，在進(jìn)入后道設(shè)置的隧道式烘箱(5)最后固化成型進(jìn)入巻裝盤(6)收巻。固化成型及檢驗(yàn)合格的復(fù)合芯提供給電纜生產(chǎn)企業(yè)用于在其上絞制成架空鋁絞線。以下對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念，導(dǎo)線構(gòu)成以及制作工藝流程進(jìn)行描述。1.設(shè)計(jì)思路針對(duì)傳統(tǒng)鋼芯鋁導(dǎo)線(ACSR)對(duì)溫度敏感，無法在高溫下輸送電能而導(dǎo)致輸電容量有限，不能滿足日益增長(zhǎng)的用電需求的問題。為了確保本發(fā)明智能復(fù)合芯能夠滿足絞制成鋁絞線后的各項(xiàng)性能要求，尤其是要通過復(fù)合芯材的彎曲試驗(yàn)、撓度試驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、復(fù)合芯鋁絞線導(dǎo)體的壓扁試驗(yàn)、徑向沖擊負(fù)荷試驗(yàn)、應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)、斷裂負(fù)荷試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、弧垂特性試驗(yàn)、電氣特性試驗(yàn)、自阻尼試驗(yàn)的各項(xiàng)要求。設(shè)計(jì)采用具有高強(qiáng)度，耐高溫性能突出，化學(xué)性能穩(wěn)定，抗環(huán)境腐蝕能力強(qiáng)的連續(xù)玄武巖纖維作為復(fù)合芯的主要材料，考慮到連續(xù)玄武巖纖維的彈性模量(89110GPa)比碳纖維(230Gpa以上)低，同時(shí)混雜少量具有良好耐疲勞和低松弛的高強(qiáng)鋼絲，以提高承載復(fù)合芯的剛度。導(dǎo)線承載復(fù)合芯主體材料選用玄武巖纖維，不建議采用玻璃纖維，因?yàn)樾鋷r纖維的各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于E玻璃纖維，尤其是玄武巖纖維耐溫的優(yōu)異特性、纖維表面呈極性，與樹脂的結(jié)合力強(qiáng)、吸濕率低、耐候性和耐腐蝕性好，且純天然環(huán)保。但在耐高溫性能要求不高，系數(shù)部分力學(xué)和耐久性能的情況下，也可以采用玻璃纖維代替玄武巖纖維和其他材料形成復(fù)合芯。設(shè)計(jì)中不采用碳纖維作為智能復(fù)合芯的增強(qiáng)材料主要是其價(jià)格高昂，不具有經(jīng)濟(jì)性，而且碳纖維本身呈脆性，不利于導(dǎo)線彎折等。本發(fā)明采用玄武巖纖維、分布式連續(xù)光纖傳感器和高強(qiáng)鋼絲、耐高溫樹脂復(fù)合形成導(dǎo)線的復(fù)合芯，玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如圖1所示。兩者極限抗拉強(qiáng)度近似，利用玄武巖纖維線性力學(xué)性能可以有效的改善整體力學(xué)性能，使復(fù)合芯能夠保持穩(wěn)定的高強(qiáng)度，同時(shí)復(fù)合芯初期剛度也能有所提升。本發(fā)明中的高強(qiáng)鋼絲采用鋼琴線(Pianowire或Musicwire等)，由于鋼琴線直徑很小(0.10-0.8mm)，并且強(qiáng)度較普通高強(qiáng)鋼絲為高(1590-2750MPa)，采用鋼琴線不僅能夠很好的將纖維絲復(fù)合形成性能穩(wěn)定的整體復(fù)合芯，而且能夠保證整體高抗拉強(qiáng)度，兩者復(fù)合后的力學(xué)性能已通過實(shí)驗(yàn)證明，見圖2，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鋼琴線直徑越小，復(fù)合后的力學(xué)性能越好。玄武巖纖維的耐疲勞強(qiáng)度較高，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在55%最大疲勞荷載作用下(應(yīng)力幅值R=0.1，即5.5%55%的極限抗拉強(qiáng)度下循環(huán)加載)，玄武巖纖維布能夠保持兩百萬次循環(huán)而不發(fā)生破壞。不過由于玄武巖纖維應(yīng)用歷史不長(zhǎng)，其作為導(dǎo)線，拉索等受拉構(gòu)件的耐疲勞工程實(shí)踐還不夠充分，因而為安全起見，混雜少量高強(qiáng)鋼絲，可提高及穩(wěn)定整體耐疲勞強(qiáng)度。2.智能復(fù)合芯設(shè)計(jì)復(fù)合芯和鋁導(dǎo)體形成導(dǎo)線的示意圖如圖3，鋁導(dǎo)體直接絞合在復(fù)合芯周圍，鋁導(dǎo)體材料形狀和復(fù)合方式不局限于圖3所示。復(fù)合芯的設(shè)計(jì)見圖4。復(fù)合芯由三層結(jié)構(gòu)組成內(nèi)芯均勻分布高強(qiáng)鋼絲、分布式連續(xù)光纖傳感器、玄武巖纖維和耐高溫樹脂填充于鋼絲空隙內(nèi)；外芯由玄武巖纖維和耐高溫樹脂形成，外層可采用耐高溫阻燃涂層均勻涂覆復(fù)合芯外表面。通過這種截面設(shè)計(jì)，外層耐高溫阻燃涂層的作用是一方面保護(hù)復(fù)合芯在線路短路時(shí)造成的臨時(shí)高溫等災(zāi)害條件下不發(fā)生變形，另一方面耐高溫阻燃涂層在導(dǎo)線正常工作時(shí)能夠反射熱流，有利于承載復(fù)合芯的溫度控制。外芯玄武巖纖維和耐高溫樹脂形成的復(fù)合芯，不僅起到和內(nèi)層共同承擔(dān)荷載的作用，同時(shí)由于玄武巖纖維的絕熱性能和絕緣性能，外芯還起到隔絕外部導(dǎo)體和內(nèi)部高強(qiáng)鋼絲的作用。具體表現(xiàn)在如下四個(gè)方面一是由高強(qiáng)鋼絲、分布式連續(xù)光纖傳感器、玄武巖纖維和耐高溫樹脂復(fù)合形成的內(nèi)芯，不會(huì)與鋁導(dǎo)體直接接觸，保護(hù)鋁導(dǎo)體免受電腐蝕，減小輸電線路的線損，提高電能的輸送效率和鋁導(dǎo)線壽命；二是外芯可以阻燃隔熱，從而保證在火災(zāi)等臨時(shí)高溫條件下，高溫不能迅速傳遞至內(nèi)芯高強(qiáng)鋼絲和光纖傳感器，保證火災(zāi)條件下復(fù)合芯的承載能力和自監(jiān)測(cè)能力。三高強(qiáng)鋼絲在復(fù)合芯內(nèi)部，與外部環(huán)境隔絕，使得高強(qiáng)鋼絲不受環(huán)境腐蝕，能夠保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的力學(xué)性能。四分布式光纖傳感器分布在復(fù)合芯內(nèi)芯和外芯，玄武巖纖維_高強(qiáng)鋼絲FRP能夠?qū)ζ淦鸬奖Ｗo(hù)作用。3.復(fù)合芯各部分材料1)玄武巖纖維作為承載復(fù)合芯的玄武巖纖維為連續(xù)玄武巖纖維無捻粗紗，如石金玄武巖纖維公司生產(chǎn)的GBF⑧連續(xù)玄武巖纖維，要求抗拉強(qiáng)度大于1800MPa。對(duì)于耐高溫要求不高的復(fù)合芯，并且犧牲部分耐久性的情況下，可采用玻璃纖維代替玄武巖纖維作為復(fù)合芯的主體承載材料和高強(qiáng)鋼絲復(fù)合。2)高強(qiáng)鋼絲作為承載復(fù)合芯的高強(qiáng)鋼絲，宜選用直徑為0.10.8mm的鋼琴線。鋼琴線直徑小，有利于均勻分布于纖維和樹脂中，并能和樹脂取得良好的粘結(jié)，從而使得整體玄武巖纖維-鋼絲復(fù)合復(fù)合芯力學(xué)性能穩(wěn)定。高強(qiáng)鋼絲和玄武巖纖維體積比為1:41:1。鋼琴線要求抗拉強(qiáng)度大于1400MPa。3)分布式連續(xù)光纖傳感器分布式連續(xù)光纖傳感器可參考"一種基于光纖傳感的分布式高精度自監(jiān)測(cè)FRP筋/索的規(guī)?；苽涔に?的發(fā)明專利制備。具體為將光纖傳光元件(裸光纖)外圍直接涂敷一層剛度和厚度相對(duì)較大的耐高溫樹脂涂層制成無滑移光纖，然后在其外圍無粘結(jié)編織/纏繞玄武巖纖維，最后在表面隔段涂敷一個(gè)標(biāo)距長(zhǎng)度的耐高溫隔膠層形成長(zhǎng)標(biāo)距光纖的封裝制品。該封裝制品可作為單束纖維直接用于芯材的拉擠成型工藝。4)耐高溫樹脂作為承載復(fù)合芯的耐高溫樹脂，宜選用適合拉擠成型的熱固性樹脂，樹脂占復(fù)合芯體積不大于50%，樹脂要求能和纖維材料粘結(jié)良好，具有較高的玻璃化溫度(150300°C)。5)耐高溫阻燃涂層作為承載復(fù)合芯外表面的耐高溫阻燃涂層，要求能良好均勻的噴涂在復(fù)合芯外表面，具有耐高溫(《400600°C)，反射熱流的能力。4.設(shè)計(jì)實(shí)例根據(jù)上述描述，為說明本發(fā)明的具體指標(biāo)，對(duì)發(fā)明智能復(fù)合芯做以下導(dǎo)線實(shí)例設(shè)計(jì)，但發(fā)明并不局限于以下實(shí)例。高強(qiáng)鋼絲占復(fù)合芯體積的20%，玄武巖纖維占復(fù)合芯體積的45%(分布式連續(xù)光纖傳感器極細(xì)，體積忽略不計(jì))，即玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲體積比2.25:l，耐高溫樹脂占復(fù)合芯體積的35%。復(fù)合芯外扭絞2層梯形鋁導(dǎo)體(如圖3)。暫定這種導(dǎo)線名稱為ACBSC導(dǎo)線。材料力學(xué)性能見表1和2。為便于說明，取傳統(tǒng)ACSR導(dǎo)線和ACCC導(dǎo)線作為比較，截面設(shè)計(jì)以原先ACSR導(dǎo)線為基準(zhǔn)，在不改變導(dǎo)線外徑和導(dǎo)線初始張力的條件下，截面參數(shù)，力學(xué)性能見下表表1.玄武巖纖維力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>[OO32]表2.高強(qiáng)鋼絲力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3.線芯截面設(shè)計(jì)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(1)初始張力在151:環(huán)境溫度下張拉30%的線芯破斷力，在15t:，85t:和15(TC溫度下，各導(dǎo)線垂度如下表4.不同溫度下各種導(dǎo)線垂度<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由此可見，由本發(fā)明復(fù)合芯扭絞而成的鋁絞線(ACBSC)雖然隨溫度升高，弧垂逐漸增大，但在200°C下仍然比ACSR導(dǎo)線在85°C下的垂度小，可見本發(fā)明導(dǎo)線能夠適用高溫下輸電的弧垂要求。(2)在外荷載作用下，垂度和線芯應(yīng)力變化根據(jù)圖5，ACBSC導(dǎo)線和傳統(tǒng)ACSR導(dǎo)線相比，在同樣的外荷載下能夠保持更小的弧垂，獲得更大的凈空。并且同樣外荷載下(圖6)，線芯內(nèi)的應(yīng)力比能一直保持在容許最大應(yīng)力40%以內(nèi)，導(dǎo)線更加安全。(參考荷載假設(shè)覆冰厚度20mm，冰密度0.9kg/cm2，則導(dǎo)線上冰的線重量為10.78kN/m)(3)ACBSR導(dǎo)線，ACCC導(dǎo)線和ACSR導(dǎo)線在各溫度下下線芯應(yīng)力比見下表。表5導(dǎo)線不同溫度下線芯應(yīng)力比導(dǎo)線種類線芯應(yīng)力比(應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度％)15°C85°C150°C200'CACBSC26.523.521.820.7ACCC21.721.321.221.1ACSR30.026.123.822.3由表可見，ACSBC導(dǎo)線在初始狀態(tài)和各溫度下，都能保持較低的工作應(yīng)力，滿足110500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程要求的正常運(yùn)行張力25%上限的要求。5.復(fù)合芯生產(chǎn)工藝復(fù)合芯的生產(chǎn)工藝為首先將高強(qiáng)鋼絲、分布式連續(xù)光纖傳感器和少部分玄武巖纖維無捻粗紗通過中心的集束孔(1)，然后將其余玄武巖纖維無捻粗紗從均勻分布于中心集束孔周圍的若干穿紗孔中通過，與高強(qiáng)鋼絲、分布式連續(xù)光纖傳感器封裝制品一起在一定的預(yù)張力下通過浸膠槽(2)浸入耐高溫樹脂，然后進(jìn)入隧道式烘箱(3)予以固化成型，在預(yù)成型后通過涂料槽孔(4)將耐高溫阻燃涂料均勻涂覆在復(fù)合芯材上，在進(jìn)入后道設(shè)置的隧道式烘箱(5)最后固化成型進(jìn)入巻裝盤(6)收巻。固化成型及檢驗(yàn)合格的復(fù)合芯材提供給電纜生產(chǎn)企業(yè)用于在其上絞制成架空鋁絞線。工藝流程如圖7所示。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明導(dǎo)線復(fù)合芯材料應(yīng)力_應(yīng)變關(guān)系。圖2是本發(fā)明玄武巖纖維_鋼絲復(fù)合后力學(xué)性能。圖3是本發(fā)明復(fù)合芯和外絞合鋁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意。圖4是本發(fā)明復(fù)合芯截面設(shè)計(jì)。圖5是本發(fā)明外荷載下導(dǎo)線弧/垂跨度比。圖6是本發(fā)明外荷載下導(dǎo)線線芯應(yīng)力比。圖7是本發(fā)明復(fù)合芯拉擠成型工藝示意。9權(quán)利要求一種新型的架空輸電鋁絞線用的復(fù)合芯，其特征在于通過玄武巖纖維、高強(qiáng)鋼絲和分布式連續(xù)光纖傳感器與耐高溫樹脂拉擠復(fù)合形成制造架空鋁絞線用的智能復(fù)合芯。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的復(fù)合芯，其特征在于其復(fù)合芯由玄武巖纖維、高強(qiáng)鋼絲和分布式連續(xù)光纖傳感器在預(yù)張力作用下通過拉擠成型工藝和耐高溫基體復(fù)合形成復(fù)合芯，且所述玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲的復(fù)合體積比為4:ii:i，耐高溫樹脂占所述復(fù)合芯材的體積不大于50%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合芯，其特征在于高強(qiáng)鋼絲，一根光纖傳感器和少部分玄武巖纖維分布在復(fù)合芯中央內(nèi)芯，其余玄武巖纖維和另一根光纖傳感器分布在復(fù)合芯周圍外芯，耐高溫基體材料填充在空隙部分。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合芯，其特征在于在復(fù)合芯外再涂覆一層耐高溫阻燃涂層，可反射熱能，并能耐40060(TC高溫。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合芯，其特征在于可以在不超過25(TC的高溫下正常工作。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合芯，其特征在于分布式連續(xù)光纖傳感器采用長(zhǎng)標(biāo)距光纖的封裝制品，數(shù)量為兩根，一根位于復(fù)合芯內(nèi)芯，一根位于復(fù)合芯外芯。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高溫基體，其特征在于基體材料的玻璃化溫度150300°C，基體能和纖維粘結(jié)良好，其流動(dòng)性和滲透性能適用于高溫固化拉擠成型工藝。8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的復(fù)合芯，其特征在于對(duì)于耐高溫要求不高，并且犧牲部分力學(xué)性能和耐久性的情況下，可采用玻璃纖維代替玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲，與分布式連續(xù)光纖傳感器和耐高溫樹脂拉擠復(fù)合形成復(fù)合芯。全文摘要本發(fā)明公開了一種新型制造架空輸電鋁絞線用的智能復(fù)合芯，所述的智能復(fù)合芯是由玄武巖纖維-高強(qiáng)鋼絲-分布式連續(xù)光纖傳感器、耐高溫樹脂和耐高溫阻燃涂層構(gòu)成。在犧牲部分性能的情況下，也可采用玻璃纖維代替玄武巖纖維和其他材料形成智能復(fù)合芯。其主要結(jié)構(gòu)是將玄武巖纖維、高強(qiáng)鋼絲和分布式連續(xù)光纖傳感與耐高溫樹脂一次性拉擠復(fù)合形成復(fù)合芯材，其中高強(qiáng)鋼絲、一根連續(xù)光纖傳感器和玄武巖纖維與耐高溫樹脂復(fù)合分布在復(fù)合芯材的內(nèi)芯，再將玄武巖纖維和另一根連續(xù)光纖傳感器與耐高溫樹脂復(fù)合分布在中央內(nèi)芯周圍形成外芯；最后在外芯上再涂覆一層耐高溫阻燃涂層。以復(fù)合芯材為核心將鋁導(dǎo)體線材通過扭絞方式可形成輸電鋁絞線。該新型復(fù)合芯材，其玄武巖纖維和高強(qiáng)鋼絲的體積比例為4∶1～1∶1，復(fù)合芯材中耐高溫樹脂基體體積占整個(gè)復(fù)合芯材的體積不大于50％。與同等規(guī)格截面的傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線(ACSR)和鋼芯自承式鋁絞線(ACSS)相比，本發(fā)明導(dǎo)線具有重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、線損低、弧垂小、智能化等優(yōu)點(diǎn)；與碳纖維復(fù)合芯鋁絞線(ACCC)相比，輸電性能、承載性能以及耐久性等方面都較為接近，能避免碳纖維的脆性、延伸率小以及抗剪切強(qiáng)度低等問題，并且價(jià)格上具有明顯優(yōu)勢(shì)。該智能復(fù)合芯也是一種具有自監(jiān)測(cè)、自診斷功能的智能筋，可以為智能電網(wǎng)的建設(shè)和供電線路的可靠性和安全性，尤其是可以為因自然災(zāi)害或突發(fā)事故對(duì)電網(wǎng)造成大面積停電的線路及時(shí)實(shí)施檢查維修提供了檢測(cè)手段；此外，還可以為電力的優(yōu)化配置、合理調(diào)度，提高線路的運(yùn)行效率提供智能手段。文檔編號(hào)H01B11/22GK101707077SQ20091010134公開日2010年5月12日申請(qǐng)日期2009年8月3日優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日發(fā)明者吳智深,汪昕,胡顯奇申請(qǐng)人:浙江石金玄武巖纖維有限公司;東南大學(xué)