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碳纖維復合芯導線在電力工程中的應用 作者:超級管理員 發布時間:2020-10-14 已訪問:207 次
碳纖維以其固有的特性賦予了其復合材料優異的性能,它具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱和熱膨脹系數小等一系列優異性能,從而為其在電線電纜行業中的應用提供了可能和必然。
碳纖維加熱電纜的開發和應用:
人們早就知道,以金屬材料為發熱體的電加熱技術已在各個領域得到了廣泛的應用。但是金屬絲在高溫狀態下表面易氧化,由于氧化層不斷的增厚,造成了有效通過電流的面積減小,增大了電流的負荷,因此易燒斷。在相同的允許的電流負荷面積下,金屬絲的強度比碳纖維低6-10倍,在使用過程中易折斷。
碳纖維是一種石墨的六方晶格層狀結構組成,是一種全黑體材料,因此在電熱應用中,表現出來的電熱轉換效率高。在特定的條件下,高溫不氧化,單位面積的電流的負荷強度和機械強度不發生改變。
目前碳纖維加熱電纜的應用如下:
低溫輻射發熱電纜地板采暖系統。
恒溫育雛箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保溫采暖。
道路化雪、機場跑道化雪:用于混凝土結構中樓面加熱的理想產品,也可以用在融雪裝置中,對屋面雨水和排水管進行防霜,還可以用于土壤加熱。
管道、罐體保溫防凍:電伴熱產品近幾年在中國得到了大力的推廣和廣泛的應用。其應用領域主要集中在石油、化工、電力、鐵路和民用或商業建筑等。隨著中國電力工業的發展,以清潔、無二次污染的電能為主要能源的電伴熱產品市場前景非常廣闊,同時,也為電伴熱產品的性能提出了更高的要求。
足球場草坪、公共綠地土壤保溫:太陽能熱水器電能補充加熱器,主要用于在長期陰雨天或寒冬季節,因光照不足而導致太陽能熱水器水溫不能滿足生活、工程需要時,為補充熱能而設計的。它具有較強的耐酷暑、嚴寒和高溫潮濕環境的性能,并具有防干燒的功能。即使偶爾水箱缺水誤通電,也不至于燒壞電加熱器和水箱,故能確保安全使用。
碳纖維復合芯導線的開發和應用:
我國是個缺電的國家,不僅發電業的發展滯后,輸電業的弊端也凸現出來,輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求,由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發生,電力傳輸成為電力工業發展的“瓶頸”,各國均在研究新型架空輸電路用導線,以取代傳統的鋼芯鋁絞線,碳纖維復合芯導線由此應運而生。
與鋼芯鋁絞線相比,碳纖維復合芯導線具有以下優點:
1、和同樣直徑的ACSR電纜相比,可以提供雙倍的載流容量。
2、有效解決電纜下垂問題。
3、可以在更高的溫度下工作,最高可達200攝氏度。
4、線芯可以抗腐蝕,而且沒有雙金屬間腐蝕問題。
5、因為可以提供更高的載流容量,所以同時也有效的降低了工程成本。
6、與相同直徑傳統電纜相比可以多容納28%的導體。
7、高強度線芯可以有效減少電纜架的數量,或降低電纜架的高度。
8、有效減少電纜下垂,使地面生物更加安全 。
除了上述提及的優點外,還可減少傳輸中電力的損耗,減少20%的塔桿,節省用地,減少有色金屬資源消耗,有助于構造安全、環保、高效節約型輸電網絡。
目前世界上只有美國和日本開發出這種新型導線,他們還達成默契:不向第三國輸出,日本一家碳纖維導線企業的產量就占到世界40%左右。
目前我國電線電纜研究所、電力建筑研究院以及國家電網有限公司都已經開始了對ACCC導線的試驗研究工作。國內電纜廠家也加大與外方合作,將這種新型電纜引進到中國生產,積極推動我國架空輸電線路的技術革命。最近福建電網已經將該新型導線架設運行。
碳纖維細如蛛絲,三型碳纖維比強度是鋼的62倍以上,成形工藝性好,是一代新型工程材料,其彈性量高,抗變性能力比鋼大2倍多,抗拉強度30~40t/cm2pa,而比重還不到鋼的四分之一,是鋁合金的二分之一,高彈模量比鋼鐵大16倍,比鋁合金大12倍。且碳纖維比鋼等柔軟。因此,碳纖維可用于要求能承重、不易損傷內部元件的電纜的加強芯,如海底光纜等。
碳纖維可以耐-180℃的低溫,在此條件下,許多材料都變的很脆,連堅固的鋼鐵也變的比玻璃還容易碎,而碳纖維在此條件下依舊很柔軟。因此,碳纖維復合芯可用于極寒(如南極考察研究等)條件下輸電載體的設計和制造。
碳纖維又可以耐3000℃~3500℃的高溫,在此高溫下最好的耐熱鋼也變成鋼水,但在沒有氧氣的情況下,碳纖維沒有變化。碳纖維即使從3000℃的高溫快速冷卻到室溫也不會炸裂,因而可在急冷急熱的環境中工作。這為鋼鐵、冶金、鍋爐等行業中高溫特高溫場合電纜的設計提供了可能。此外,碳纖維紗、碳纖維繩、碳纖維布都可用于消防電纜產品的設計選用。
碳纖維有超強的耐腐蝕性。金屬中耐腐蝕性最強的是黃金和鉑,在一份硝酸(濃度70%)和三份硫酸(濃度39%)配成的稱“王水”的溶液中黃金、鉑會被腐蝕的千瘡百孔,而“王水”中的碳纖維卻安然無恙。為各種化學環境下輕型耐化學腐蝕電纜的設計提供了新的思路。


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