[發明專利]鋁導體復合材料芯增強電纜及其制備方法

有效

• 申請號: 201010543515.8
• 申請日: 2004-10-22
• 公開（公告）號: CN102139545A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 克萊門特·希爾;喬治·科齊尼奧夫斯基;戴維·布賴恩特
• 申請（專利權）人: CTC電纜公司
• 主分類號: B32B15/08
• 分類號: B32B15/08;B32B15/20;B32B27/04;H01B5/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 吳俊

本申請是申請號為200480038529.7、申請日為2004年10月22日、發明名稱為“鋁導體復合材料芯增強電纜及其制備方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種鋁導體復合材料芯(ACCC)增強電纜及其制備方法。更具體地，本發明涉及一種用于供電的電纜，其具有由能夠承載增加的載流容量并在高溫下工作的鋁導線圍繞的復合材料芯，該復合材料芯由纖維增強體(fiber?reinforcement)和基體構成。

背景技術

人們曾經嘗試開發由單一類型的纖維和熱塑性樹脂構成的復合材料芯。其目的在于提供利用增強塑料復合材料芯作為電纜中的承重構件的輸電電纜，及提供通過利用內部增強塑料芯的輸電電纜傳輸電流的方法。所述單一纖維/熱塑性復合材料芯未能實現這些目的。一種纖維/熱塑性系統不具有在防止電纜下垂的同時有效地傳遞載荷所需的物理特性。其次，包含玻璃纖維和熱塑性樹脂的復合材料芯未能滿足載流容量增加所需的工作溫度，即，90℃和240℃之間，或者更高的溫度。

熱塑性復合材料芯物理性能還受處理方法限制。以前的處理方法不能實現高的纖維與樹脂體積或重量比例。這些方法不會產生將實現電纜所需強度的富纖維芯。而且，以前的處理方法的處理速度受到方法本身的固有特性限制。例如，常規的擠出/拉擠成型模具長為大約36英寸，其具有恒定的橫截面。較長的模具引起復合材料和模具之間的摩擦力增加，延緩了處理時間。在用于熱塑性/熱固性樹脂的這種系統中的處理時間為約3～12英寸/分鐘。利用聚酯和乙烯基酯樹脂的處理速度能夠以高達72英寸/分鐘生產復合材料。在需要數千英里的電纜的情況下，這些緩慢的處理速度未能以經濟上可以接受的方式滿足需要。

因此需要設計經濟上可行的電纜，其使得載流容量容易增加，而不會產生相應的電纜下垂。還需要利用這樣的方法處理復合材料芯，即，使復合材料芯在處理過程中成形和調整，并且能夠以高達或超過60英尺/分鐘的速度進行處理。

發明內容

技術問題

在常規鋁導體鋼增強電纜(ACSR)中，鋁導體傳輸電能，鋼芯提供強度構件(strength?member)。導體電纜受到組分的固有物理特性抑制；這些組分限制載流容量。載流容量為通過電纜送電力的量度。電纜中電流或功率增加引起導體的工作溫度的相應增加。過多的熱將引起常規電纜下垂至低于允許的水平，因為結構芯較高的熱膨脹系數引起構件膨脹，導致電纜下垂。一般的ACSR電纜能夠在至多75℃的溫度下連續工作，而不使與下垂有關的導體的物理性能發生重大變化。在高于100℃下工作任何長的時間，ACSR電纜經受塑性的(plastic-like)和永久性的伸長，以及強度的大幅降低。這些物理變化引起過多的線下垂。線下垂被認為是2003年美國東北停電的主要原因之一。溫度限制將用795kcmil?ACSR‘Drake’導體架設的一般230-kV線的電力負載額定值抑制至約400MVA，相應于1000A的電流。因此，為了增加輸電電纜的負荷能力，必須利用具有允許載流容量增加而不引起過多線下垂的固有特性的組分設計電纜本身。

雖然載流容量增益可以通過增加圍繞輸電電纜的鋼芯的導體面積獲得，但是導體體積增加會提高電纜的重量并有助于下垂。而且，重量提高需要電纜在電纜支架基礎結構中使用增加的張力。這種重量大幅提高一般會需要輸電塔和電線桿的結構加強或替換。基礎結構變更在經濟上一般是不可行的。因而，在利用現有的輸電結構和電線的同時，增加輸電電纜上的負荷容量，存在著經濟目的。

技術方案

鋁導體復合材料芯(ACCC)增強電纜能夠改善現有技術中的問題。ACCC電纜為具有復合材料芯的電纜，該復合材料芯包含一種或多種嵌入基體中的纖維類型增強體。所述復合材料芯包覆有電導線。ACCC增強電纜為高溫、低弛度導體，其能夠在高于100C的溫度下工作，同時具有穩定的拉伸強度和蠕變伸長性質。在示例性實施方案中，ACCC電纜能夠在高于100℃的溫度下工作，在一些實施方案中，在高于240℃的溫度下工作。具有相似外徑的ACCC電纜的線額定值(line?rating)可能比現有技術電纜增加至少50％，而不明顯改變導體的總重量。