碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜，包括電纜內(nèi)芯和包在電纜內(nèi)芯外的電纜外層，所述電纜內(nèi)芯包括三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線；所述電纜外層由內(nèi)向外依次為隔離層、屏蔽層和外護(hù)套；所述電纜內(nèi)芯與電纜外層之間設(shè)有填充料，在所述填充料中設(shè)置有一根光單元，所述的光單元包括多根光纖，至少一根光纖為刻寫有測(cè)溫光柵的光柵光纖；在所述填充料中還設(shè)置一根碳纖維增強(qiáng)芯，所述碳纖維增強(qiáng)芯包括碳纖維絲和陶瓷纖維絲。本發(fā)明的有益效果是：鋁合金導(dǎo)體具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕性和緊密性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可替代銅電纜，節(jié)約資源；采用了碳纖維增強(qiáng)芯，極大地增強(qiáng)了電纜抗拉強(qiáng)度；不光能夠通信，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜溫度。
【專利說明】碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電纜領(lǐng)域，具體是一種碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜。

【背景技術(shù)】
[0002]變頻調(diào)速技術(shù)因其顯著的節(jié)能(25-33%)效果、調(diào)速范圍寬、具有恒功率、恒轉(zhuǎn)速特性、功率大、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、占地面積小、設(shè)備投資低，制造容易、可實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化控制等優(yōu)異特性，而具有廣闊的市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景，變頻電纜作為變頻調(diào)速重要組成部分，已得到了大范圍的推廣使用。但是這類電纜由于采用傳統(tǒng)的銅質(zhì)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，不但制造工序復(fù)雜，而且導(dǎo)體絞合緊壓系數(shù)低，導(dǎo)體單線間存有較大縫隙，不但易遇水滲透，致導(dǎo)體氧化，增大導(dǎo)體直流電阻，影響電纜的載流性能。更重要的是，銅導(dǎo)體造價(jià)昂貴(當(dāng)前銅價(jià)高達(dá)近6萬元/噸的高位)，而作為電纜導(dǎo)體的另一種主材，鋁卻相對(duì)低廉(期貨價(jià)僅為
1.6萬元/噸左右)。
[0003]能否用鋁代銅，一直是困擾業(yè)內(nèi)的世紀(jì)難題，就其原因?yàn)?雖然鋁是僅次于銅的優(yōu)良導(dǎo)體(銅的電阻率:0.017241鋁的電阻率:0.028264 Ω.πιπι2/πι)，但由于鋁存在氧化、組織成份不緊密、易蠕變等缺點(diǎn)，在用鋁替代銅做電纜時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)接頭氧化和松動(dòng)，造成在輸送電能時(shí)往往出現(xiàn)發(fā)熱而產(chǎn)生故障點(diǎn)，考慮到變頻調(diào)速系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全可靠性，故這類電纜以往一直都采用銅質(zhì)導(dǎo)體，隨著現(xiàn)代合金材料技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)體用鋁合金代銅，技術(shù)已成熟，已是當(dāng)前的變頻電力電纜技術(shù)發(fā)展所趨。就其原因如下:鋁合金導(dǎo)體與銅鋁導(dǎo)體相比，不但提高了導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度(鋁合金拉力是鋁的1.3倍)、耐腐蝕性(鋁合金的抗腐蝕性能大大優(yōu)于銅鋁)和緊密性(鋁合金抗蠕變性能在鋁基礎(chǔ)上提高300%，徹底避免了由于冷流或蠕變引起的電纜接頭松弛問題)，而且具有很好的柔韌性(鋁合金比銅柔韌性高30%，反彈性比銅低40%。一般銅纜的彎曲半徑為10?20倍外徑，而鋁合金電纜彎曲半徑僅為7倍外徑，更容易進(jìn)行端子連接)，在具備銅導(dǎo)體相同性能的情況下，鋁合金電纜成本降低了 40%左右，電纜重量要比銅導(dǎo)體電纜輕一倍以上，并降低20%左右安裝敷設(shè)費(fèi)用。
[0004]銅質(zhì)導(dǎo)體的變頻電纜的經(jīng)濟(jì)性和適用性，已越來越不適用時(shí)代要求，需作進(jìn)一步的改進(jìn)。
[0005]此外，智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色環(huán)保的新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)外正加快速度發(fā)展，目前我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)已全面啟動(dòng)。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的電纜，在傳輸電能的同時(shí)又能傳輸信號(hào)，不僅要考慮電性能和安全性能，同時(shí)還要考慮綠色環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性等因素，帶光纖的復(fù)合電纜將成為建筑用電纜的發(fā)展方向。
[0006]此外，現(xiàn)有的電纜抗拉強(qiáng)度還不夠，對(duì)冰凍雨雪等自然災(zāi)害承受力低；現(xiàn)有光電復(fù)合電纜，具有光纖通信功能和電力傳輸功能，可以實(shí)現(xiàn)各種控制信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)以及電力的傳輸，適應(yīng)電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)多網(wǎng)融合的使用需要。但是，這種光電復(fù)合電纜在運(yùn)行中溫升情況無法監(jiān)測(cè)，容易發(fā)生因電力導(dǎo)線負(fù)載增加引起升溫導(dǎo)致整個(gè)電纜損壞的現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜，其特征在于，包括電纜內(nèi)芯和包在電纜內(nèi)芯外的電纜外層，所述電纜內(nèi)芯包括三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線，所述三相主線鋁合金絕緣線呈120°相位角圓周分布，所述鋁合金接地線均分成三等份，并呈120°相位角與三相主線鋁合金絕緣線同圓心圓周分布于三相主線鋁合金絕緣線周圍；所述電纜外層由內(nèi)向外依次為隔離層、屏蔽層和外護(hù)套；所述電纜內(nèi)芯與電纜外層之間設(shè)有填充料，在所述填充料中設(shè)置有一根光單元；所述的光單元包括多根光纖和從內(nèi)到外依次設(shè)置的松套管、非金屬加強(qiáng)層和護(hù)套，所述的松套管套在所述的光纖外，所述的松套管內(nèi)填充滿干式阻水物，所述的非金屬加強(qiáng)層內(nèi)設(shè)置有多根均勻分布的阻水紗，所述的非金屬加強(qiáng)層與所述的護(hù)套之間嵌有撕裂繩；至少一根光纖為刻寫有測(cè)溫光柵的光柵光纖，光柵光纖上每間隔預(yù)定的距離形成一個(gè)光柵測(cè)溫點(diǎn)，預(yù)定的距離為300-500米；在所述填充料中還設(shè)置一根碳纖維增強(qiáng)芯，所述碳纖維增強(qiáng)芯由碳纖維絲和陶瓷纖維絲組成。
[0009]所述三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線的鋁合金導(dǎo)體均是由若干單元梯形塊鋁合金導(dǎo)體拼絞而成圓形導(dǎo)體，單元梯形塊鋁合金導(dǎo)體之間采用無縫拼接。
[0010]所述三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線的鋁合金導(dǎo)體均是由若干單元扇形塊鋁合金導(dǎo)體拼絞而成圓形導(dǎo)體，單元扇形塊鋁合金導(dǎo)體之間采用無縫拼接。
[0011]所述屏蔽層采用鋁合金帶螺旋卷繞、環(huán)環(huán)相扣的自鎖結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明與銅質(zhì)導(dǎo)體變頻電纜相比，降低40%的成本，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性高。
[0013]本發(fā)明有良好的機(jī)械保護(hù)作用，能承受相當(dāng)?shù)耐獠繅毫?、拉力和碰撞、埋地敷設(shè)無需穿管，可以直接埋入地下。本發(fā)明有很好的防塵、防腐和防止潮氣入侵電纜的功能。本發(fā)明不僅電場(chǎng)分布均勻，而且變頻電纜的電容電流和屏蔽層的感應(yīng)電壓降至最低，電能傳輸中的損耗降至最低，使電纜的載流量和安全操作都得到有效的保障。
[0014]采用了陶瓷纖維和碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，不僅具有碳纖維材料的優(yōu)點(diǎn)，而且強(qiáng)度更大，極大地增強(qiáng)了電纜抗拉強(qiáng)度。
[0015]實(shí)際生產(chǎn)中如使用本發(fā)明的電纜，既可以正常輸送電能，又能進(jìn)行通訊，還能自身進(jìn)行溫度測(cè)量。這樣就節(jié)省了為了電力通訊而增加的ADSL、OPGW等設(shè)備，也能減少因?yàn)镺PGW引起的雷擊等事故威脅。另外還能節(jié)省目前工作中采取的使用很高成本的GPS導(dǎo)線測(cè)溫設(shè)備，節(jié)省巨大的成本。在將本發(fā)明的電纜作為傳輸電力的線路時(shí)，工作人員可以根據(jù)所述導(dǎo)線測(cè)量到線路溫度來直接確定線路的實(shí)際承載狀況。
[0016]本發(fā)明對(duì)加強(qiáng)導(dǎo)線在線監(jiān)測(cè)、掌握溫度變化、提高導(dǎo)線傳輸容量、降低線損、提高電網(wǎng)運(yùn)行安全、增加通信備份、解決全方位通信方案等等方面都顯示出具大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尤其在當(dāng)下國(guó)家全力建設(shè)環(huán)保型、經(jīng)濟(jì)型社會(huì)的主潮流中更加顯示出強(qiáng)大的現(xiàn)實(shí)意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的橫截面示意圖；
圖2為本發(fā)明中光單元的橫截面示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明鋁合金導(dǎo)體截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，一種碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜，包括電纜內(nèi)芯和包在電纜內(nèi)芯外的電纜外層，所述電纜內(nèi)芯包括三相主線鋁合金絕緣線I和鋁合金接地線2，所述三相主線鋁合金絕緣線呈120°相位角圓周分布，所述鋁合金接地線均分成三等份，并呈120°相位角與三相主線鋁合金絕緣線同圓心圓周分布于三相主線鋁合金絕緣線周圍；所述電纜外層由內(nèi)向外依次為隔離層3、屏蔽層7和外護(hù)套6 ;所述電纜內(nèi)芯與電纜外層之間設(shè)有填充料4，在所述填充料中設(shè)置有一根光單元5。
[0020]在本實(shí)施例中，三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線均是采用鋁合金材料制作導(dǎo)體，采用鋁合金材料制作導(dǎo)體不但提高了導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度(鋁合金拉力是鋁的1.3倍)、耐腐蝕性(鋁合金的抗腐蝕性能大大優(yōu)于銅鋁)和緊密性(鋁合金抗蠕變性能在鋁基礎(chǔ)上提高300%，徹底避免了由于冷流或蠕變引起的電纜接頭松弛問題)，而且具有很好的柔韌性(鋁合金比銅柔韌性高30%，反彈性比銅低40%。一般銅纜的彎曲半徑為10?20倍外徑，而鋁合金電纜彎曲半徑僅為7倍外徑，更容易進(jìn)行端子連接)，在具備銅導(dǎo)體相同性能的情況下，鋁合金電纜成本降低了 40%左右，電纜重量要比銅導(dǎo)體電纜輕一倍以上，并降低20%左右安裝敷設(shè)費(fèi)用。在本實(shí)施例中，如圖2所示，三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線的鋁合金導(dǎo)體均是由若干單元扇形塊鋁合金導(dǎo)體拼絞而成圓形導(dǎo)體，單元扇形塊鋁合金導(dǎo)體之間采用無縫拼接，鋁合金導(dǎo)體外表面形成一光滑的圓柱體，機(jī)械性能得到了大幅提高、耐腐蝕性能也得到了增強(qiáng)，抗蠕變性能更是得到了有效的提升，具有廣泛的適用性。當(dāng)然，三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線的鋁合金導(dǎo)體也可以由若干單元梯形塊鋁合金導(dǎo)體拼絞而成圓形導(dǎo)體，單元梯形塊鋁合金導(dǎo)體之間采用無縫拼接。屏蔽層采用鋁合金帶螺旋卷繞、環(huán)環(huán)相扣的自鎖結(jié)構(gòu)，其鋁合金帶橫截面呈“…”形。這種結(jié)構(gòu)提供了良好的機(jī)械保護(hù)作用和優(yōu)異的彎曲及耐拖拽移動(dòng)使用性能，能有效抑制高次諧波的輻射和傳動(dòng)，減少了電機(jī)及各傳動(dòng)部位的軸承電流，從而提高了電機(jī)及設(shè)備的使用壽命。
[0021]在所述填充料4中還設(shè)置一根碳纖維增強(qiáng)芯8，所述碳纖維增強(qiáng)芯包括碳纖維絲和陶瓷纖維絲；通過將成股的碳纖維絲和陶瓷纖維絲絞合后，采用樹脂浸潰，而后采用烘箱固化而成。在本實(shí)施例中，所述碳纖維絲為一根，所述陶瓷纖維絲為六根。
[0022]如圖2所示，所述的光單元5包括多根光纖51和從內(nèi)到外依次設(shè)置的松套管52、非金屬加強(qiáng)層53和護(hù)套54，松套管52套在光纖51外，松套管52內(nèi)填充滿干式阻水物55，非金屬加強(qiáng)層53內(nèi)設(shè)置有多根均勻分布的阻水紗56，非金屬加強(qiáng)層53與護(hù)套54之間嵌有撕裂繩57 ;至少一根光纖為刻寫有測(cè)溫光柵的光柵光纖，光柵光纖上每間隔預(yù)定的距離形成一個(gè)光柵測(cè)溫點(diǎn)，預(yù)定的距離為300-500米。
[0023]本發(fā)明采用直接在光纖上制作刻錄光柵的方法進(jìn)行測(cè)溫導(dǎo)體制造。用光纖刻錄成的光柵光纖是利用光纖材料的光敏性，通過特殊的加工方式，使纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，局部形成一個(gè)窄帶的反射鏡面，對(duì)特定波長(zhǎng)的光形成反射。當(dāng)光纖的溫度發(fā)生變化時(shí)，光柵的周圍會(huì)隨著光纖的熱脹冷縮發(fā)生變化，該變化會(huì)改變反射波長(zhǎng)，通過測(cè)量反射光的波長(zhǎng)變化，便可測(cè)量出光柵所處位置的光纖感應(yīng)溫度。同樣，通過測(cè)量反射光的延遲，可得知光柵的位置。這就是利用光柵光纖測(cè)溫的原理。
[0024]直接刻光柵的方式不產(chǎn)生附加損耗，不會(huì)影響測(cè)量距離，這種制作方式要好于熔接的制作方式。通過光纖刻錄成的光柵光纖測(cè)溫方式由于是特制有針對(duì)性的光纖，反射信號(hào)強(qiáng)，因此對(duì)設(shè)備的發(fā)射功率和接收靈敏度要求都低于拉曼反射測(cè)溫方式，且設(shè)備的穩(wěn)定性好。同時(shí)帶來的好處是測(cè)量距離遠(yuǎn)，測(cè)量距離可以在10km以上，測(cè)量精度在±2°C以內(nèi)。
[0025]這些光纖中的至少一根光纖上進(jìn)行刻寫光柵，在設(shè)定的位置進(jìn)行刻寫光柵，通過發(fā)射光信號(hào)測(cè)量不同位置光柵的感應(yīng)溫度。這就是實(shí)現(xiàn)了利用光柵光纖測(cè)溫。本發(fā)明不需要測(cè)量整條線路的連續(xù)溫度分布，可以選用每300?500米一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，或在弧垂最低點(diǎn)加大分布光柵點(diǎn)，選用光柵光纖的測(cè)溫方式監(jiān)控線路溫度變化，可隨時(shí)通過掌握的溫度調(diào)整輸傳容量。優(yōu)選地，可選擇300米、400米、500米作為相鄰測(cè)溫點(diǎn)的間隔距離。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，光單元內(nèi)部穿有24根光纖，在這24根光纖中的8根光纖上進(jìn)行刻寫光柵。在這8根光纖中的每根上都刻錄15個(gè)光柵，即每根上共15個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。在該實(shí)施例中，使用24根光纖中的16根光纖進(jìn)行通訊，利用24根光纖中的8根刻錄有光柵的光纖進(jìn)行測(cè)溫。實(shí)踐證明，該方法能夠達(dá)到較好的效果。
[0027]實(shí)際生產(chǎn)中如使用本發(fā)明的電纜，既可以正常輸送電能，又能進(jìn)行通訊，還能自身進(jìn)行溫度測(cè)量。這樣就節(jié)省了為了電力通訊而增加的ADSL、OPGW等設(shè)備，也能減少因?yàn)镺PGW引起的雷擊等事故威脅。另外還能節(jié)省目前工作中采取的使用很高成本的GPS導(dǎo)線測(cè)溫設(shè)備，節(jié)省巨大的成本。在將本發(fā)明的電纜作為傳輸電力的線路時(shí)，工作人員可以根據(jù)測(cè)量到的線路溫度來直接確定線路的實(shí)際承載狀況。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維增強(qiáng)型鋁合金導(dǎo)體自測(cè)溫變頻電纜，其特征在于，包括電纜內(nèi)芯和包在電纜內(nèi)芯外的電纜外層，所述電纜內(nèi)芯包括三相主線鋁合金絕緣線和鋁合金接地線，所述三相主線鋁合金絕緣線呈120°相位角圓周分布，所述鋁合金接地線均分成三等份，并呈120°相位角與三相主線鋁合金絕緣線同圓心圓周分布于三相主線鋁合金絕緣線周圍；所述電纜外層由內(nèi)向外依次為隔離層、屏蔽層和外護(hù)套；所述電纜內(nèi)芯與電纜外層之間設(shè)有填充料，在所述填充料中設(shè)置有一根光單元；所述的光單元包括多根光纖和從內(nèi)到外依次設(shè)置的松套管、非金屬加強(qiáng)層和護(hù)套，所述的松套管套在所述的光纖外，所述的松套管內(nèi)填充滿干式阻水物，所述的非金屬加強(qiáng)層內(nèi)設(shè)置有多根均勻分布的阻水紗，所述的非金屬加強(qiáng)層與所述的護(hù)套之間嵌有撕裂繩；至少一根光纖為刻寫有測(cè)溫光柵的光柵光纖，光柵光纖上每間隔預(yù)定的距離形成一個(gè)光柵測(cè)溫點(diǎn)，預(yù)定的距離為300-500米；在所述填充料中還設(shè)置一根碳纖維增強(qiáng)芯，所述碳纖維增強(qiáng)芯由碳纖維絲和陶瓷纖維絲組成。
【文檔編號(hào)】H01B5/08GK104425079SQ201310408523
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】韋強(qiáng)啟, 張洪濤, 韓愛芝, 劉守明, 李現(xiàn)春, 姜新斌, 祝炳臣, 史宏偉, 苗雪鵬, 梁曉東, 王桂花 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 河南省電力公司周口供電公司, 河南科信電纜有限公司