CN106448842A - 一种无芯材绝缘架空电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无芯材绝缘架空电缆，其采用铝线作为导电材料，导电材料外层包覆有绝缘材料，所述绝缘材料以导电材料为中心分为2层，内层为绝缘材料，外层为掺杂有5‑15％的石墨烯/碳复合纤维。本发明的石墨烯/碳纤维复合材料掺入绝缘材料外出层，使得绝缘层同时起到绝缘、承受拉力的作用，因此绝缘架空电缆可以取消掉芯材，芯材带来的发热、电阻增加引起电力损耗等缺陷，被一并克服。

Description

一种无芯材绝缘架空电缆
技术领域
本发明涉及电力输送技术领域，尤其涉及一种无芯材绝缘架空电缆。
背景技术
目前，10kV电缆随着农网改造的深入开展、城网改造的启动，10kV电缆以其施工维护方便、供电可靠性高，在农网箱变、城网配电线路中得到越来越广泛的应用。
由于10kV需要跨越民居、树丛等障碍物，为安全计，其外端包覆绝缘材料，以保障人员安全，减少意外短路造成火灾。同时，在农网和城网线路广泛应用的铝导体架空绝缘电缆，由于铝的强度低，通常需要用加强线芯来提高输电铝绞线的强度，开始采用的加强材料主要是普通钢绞线，例如典型的钢芯铝绞线，由铝线和钢线绞合而制成的，中心钢线起承力作用，外层铝线起载流作用。
经过不断发展，目前的加强材料线种包括热镀锌钢线(镀纯锌或锌-5％铝-稀土的Galfan合金)、热镀Galfan合金高强度殷钢(INVAR-Fe-5％Ni)线、铝包殷钢线、碳纤维加强线、碳纤维和聚合物复合的加强线、铝包钢线、热镀铝钢线、Bezinal镀锌钢线等。
但是，钢芯铝绞线架空绝缘电缆在使用过程中钢芯并不能发挥应有的作用，因为敷设时夹具是夹在绝缘外面，并不是直接夹在钢芯上，所以钢芯承受拉力的作用被削弱。尤其是钢芯的接头，由于钢芯包在电缆中心，更没有好的连接办法。
因此如何解决铝导体架空绝缘电缆强度，以改善架空绝缘电缆的敷设效果，是本领域所面临的难题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种绝缘架空电缆，能够提供更高的强度和较小的电路损耗。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种无芯材绝缘架空电缆，其采用铝线作为导电材料，导电材料外层包覆有绝缘材料，所述绝缘材料以导电材料为中心分为2层，内层为绝缘材料，外层为掺杂有5-15％的石墨烯/碳复合纤维。
优选的，所述绝缘架空电缆，为10kV绝缘架空电缆。
本发明的无芯绝缘架空电缆，取消掉中间起加强作用的芯材，绝缘层内层是纯绝缘材料，因此其绝缘性能有保证。绝缘材料的外层掺杂入石墨烯纤维与碳纤维复合形成的复合纤维，由于该复合纤维具备拉伸强度高于钢材至少50倍以上，同时足够柔软，不改变电缆的允许弯曲半径。且在电缆的架设过程中，夹具是夹在绝缘层外面，因此所述绝缘外层直接承受拉力，相较于设置芯材的铝绞线，其承受拉力直接，因此性能得到提高。
同时，本发明的所述绝缘材料同时起到绝缘、承受拉力的作用，因此绝缘架空电缆可以取消掉芯材，芯材带来的发热、电阻增加引起电力损耗等缺陷，被一并克服。
石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，它的拉伸强度测量值在1060Gpa，比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。因此采用石墨烯纤维作为加强线，不仅能够提高架空输电线的强度，同时由于其本身相较于金属轻，同样体积下，能大幅减少自身重量，因此能间接减少架空线的载荷。
但由于石墨烯目前纤维长度较短，价格较高，因此与碳纤维复合使用。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700Gpa，密度约为1.5到2.0克每立方厘米。
通过石墨烯纤维和碳纤维的复合，所述石墨烯纤维与碳纤维的复合方式是已知技术，本领域技术人员可以根据具体工艺要求及生产条件，自由选择，本发明不再赘述。
石墨烯纤维和碳纤维的复合比例，以体积计，石墨烯纤维:碳纤维为2:1～1:3，从目前的成本考虑，优选1:2。
优选的，外层掺杂有7-12％的石墨烯/碳复合纤维，优选8-10％。
本发明的无芯材绝缘加工电缆采用的绝缘材料是本领域任何已知的材料，例如选用乙烯基树脂，包括交联聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LLDPE)/低密度聚乙烯(LDPE)/(乙烯/乙酸乙烯酯)共聚物(E/VAC)、E/VAC、LDPE/(E/VAC)等体系。
本发明的石墨烯/碳纤维复合材料掺入绝缘材料外出层，使得绝缘层同时起到绝缘、承受拉力的作用，因此绝缘架空电缆可以取消掉芯材，芯材带来的发热、电阻增加引起电力损耗等缺陷，被一并克服。
具体实施方式
实施例1
其采用铝线作为导电材料，导电材料外层包覆有绝缘材料，所述绝缘材料以导电材料为中心分为2层，内层为绝缘材料，外层为掺杂有5％的石墨烯/碳复合纤维，其复合比例为1:2。
实施例2
其采用铝线作为导电材料，导电材料外层包覆有绝缘材料，所述绝缘材料以导电材料为中心分为2层，内层为绝缘材料，外层为掺杂有10％的石墨烯/碳复合纤维，其复合比例为2:1。
实施例3
其采用铝线作为导电材料，导电材料外层包覆有绝缘材料，所述绝缘材料以导电材料为中心分为2层，内层为绝缘材料，外层为掺杂有15％的石墨烯/碳复合纤维，其复合比例为1:3。
试验验证表明，实施例1-3的结构，使得该无芯材绝缘架空电缆的拉伸强度比传统钢芯铝绞线高出至少2倍，但其省略掉芯材之后，芯材引起的传输能量损失，也得到降低。

Claims (4)

1.一种无芯材绝缘架空电缆，其采用铝线作为导电材料，导电材料外层包覆有绝缘材料，所述绝缘材料以导电材料为中心分为2层，内层为绝缘材料，外层为掺杂有5-15％的石墨烯/碳复合纤维。
2.根据权利要求1所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述无芯材绝缘架空电缆，为10kV绝缘架空电缆。
3.根据权利要求1或2所述的无芯材绝缘架空电缆，其特征在于，石墨烯纤维和碳纤维的复合比例，以体积计，石墨烯纤维:碳纤维为2:1～1:3，优选1:2。
4.根据权利要求1-3之一所述的无芯材绝缘架空电缆，其特征在于，外层掺杂有7-12％的石墨烯/碳复合纤维，优选8-10％。
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