CN104752004A - 一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆，包裹有绝缘层的数根导体之间设有弹性体，弹性体截面为四边内凹成弧形的四边形；弹性体内侧设有碳纤维增强芯；包裹有绝缘层的四根导体的外侧依次包裹有包带层、护套层，护套层内沿环形分布有数个通孔，通孔截面为椭圆形；在导体和包带层之间的空隙中设置一根光单元，至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤。本发明的有益效果是：强度更大，且能较好的代替铜导体电缆，不仅能够通信，还能实时监测电缆温度。

Description

一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆

技术领域

 本发明涉及电缆，具体地说是一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆。

背景技术

铝合金导体的电力电缆主要适用于额定电压35kV及以下电力输配电系统中、供输配电能之用，广泛应用于电力、建筑、工矿、冶金、石油化工、交通等部门。在当今电缆需求量不断加大之时，铜资源呈现逐渐枯竭，铜价也持续走高，产品使用成本较高。

这种电力电缆由于在加工过程中、安装过程中受到外界挤压，导致电缆的绝缘层之间相互作用，容易破损，使得导体相互接触，从而影响电缆的信息传输。

此外，现有的电缆抗拉强度还不够，对冰冻雨雪等自然灾害承受力低；现在出现了光电复合电缆，具有光纤通信功能和电力传输功能，可以实现各种控制信号、网络信号以及电力的传输，适应电信网、广电网、互联网、电力网多网融合的使用需要。但是，这种光电复合电缆在运行中温升情况无法监测，容易发生因电力导线负载增加引起升温导致整个电缆损坏的现象。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆，结构简单，有效地解决由于外界挤压造成电缆导体受损并相互接触的不良后果，同时电缆具有与铜芯电缆同样的电气性能，成本低廉，节约铜资源，性价比高，并且能自行监测运行中电缆的温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆，其特征在于，包括数根导体，数根导体的外侧分别包裹有绝缘层，包裹有绝缘层的数根导体之间设有弹性体，弹性体截面为四边内凹成弧形的四边形；弹性体内侧设有碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝，通过将成股的碳纤维丝和陶瓷纤维丝绞合后，采用树脂浸渍，而后采用烘箱固化而成；包裹有绝缘层的四根导体的外侧依次包裹有包带层、护套层，护套层内沿环形分布有数个通孔，通孔截面为椭圆形；所述的包带层为多层无纺布重叠绕包构成；在包裹有绝缘层的导体和包带层之间的空隙中设置一根光单元，所述的光单元包括多根光纤和从内到外依次设置的松套管、非金属加强层和护套，所述的松套管套在所述的光纤外，所述的松套管内填充满干式阻水物，所述的非金属加强层内设置有多根均匀分布的阻水纱，所述的非金属加强层与所述的护套之间嵌有撕裂绳；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。

本发明的有益效果是：

本发明结构新颖，在数根导体的绝缘层之间设有弹性体，护套层内沿环形分布有通孔，减缓外界压力，保护了电缆的导体不受损伤、绝缘层破损不会直接接触，保证了信息传递的通畅，导体采用铝合金材料，安全性能优于铜芯线缆，此外，这种铝电缆的反弹性能比铜电缆小40%，柔韧性能比铜电缆高24%，因为铝合金电缆的重量仅为铜电缆的50%，还可有效降低安装成本。在实现同样的电气性能基础上，铝合金电缆直接采购成本比铜电缆低40%，一般建筑安装施工费用可节约20%以上。在铜资源逐渐枯竭、电缆需求不断加大之时，铝制合金电缆可节省大量投资。

采用了陶瓷纤维和碳纤维复合结构，不仅具有碳纤维材料的优点，而且强度更大。

实际生产中如使用本发明的电缆，既可以正常输送电能，又能进行通讯，还能自身进行温度测量。这样就节省了为了电力通讯而增加的ADSL、OPGW等设备，也能减少因为OPGW引起的雷击等事故威胁。另外还能节省目前工作中采取的使用很高成本的GPS导线测温设备，节省巨大的成本。在将本发明的电缆作为传输电力的线路时，工作人员可以根据所述导线测量到线路温度来直接确定线路的实际承载状况。 

本发明对加强导线在线监测、掌握温度变化、提高导线传输容量、降低线损、提高电网运行安全、增加通信备份、解决全方位通信方案等等方面都显示出具大的经济效益和社会效益，尤其在当下国家全力建设环保型、经济型社会的主潮流中更加显示出强大的现实意义。 

附图说明

图1为本发明的横截面示意图；

图2为本发明中光单元的横截面示意图。 

具体实施方式

如图1所示，一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆，包括数根导体1，数根导体1的外侧分别包裹有绝缘层2，包裹有绝缘层2的数根导体1之间设有弹性体3，弹性体3可以隔离导体同时缓解外界挤压力，弹性体3截面为四边内凹成弧形的四边形。

弹性体3内侧设有碳纤维增强芯4，所述碳纤维增强芯4包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝，通过将成股的碳纤维丝和陶瓷纤维丝绞合后，采用树脂浸渍，而后采用烘箱固化而成。在本实施例中，所述碳纤维丝为一根，所述陶瓷纤维丝为六根。

包裹绝缘层2的四根导体1的外侧依次包裹有包带层8、护套层6，护套层6内沿环形分布有数个通孔7，通孔7截面为椭圆形，所述的包带层8为多层无纺布重叠绕包构成，有效地缓解外界挤压对电缆带来的损伤。

在包裹有绝缘层的导体1和包带层8之间的空隙中设置一根光单元5，如图2所示，所述的光单元5包括多根光纤51和从内到外依次设置的松套管52、非金属加强层53和护套54，松套管52套在光纤51外，松套管52内填充满干式阻水物55，非金属加强层53内设置有多根均匀分布的阻水纱56，非金属加强层53与护套54之间嵌有撕裂绳57；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。

本发明采用直接在光纤上制作刻录光栅的方法进行测温导体制造。用光纤刻录成的光栅光纤是利用光纤材料的光敏性，通过特殊的加工方式，使纤芯内形成空间相位光栅，局部形成一个窄带的反射镜面，对特定波长的光形成反射。当光纤的温度发生变化时，光栅的周围会随着光纤的热胀冷缩发生变化，该变化会改变反射波长，通过测量反射光的波长变化，便可测量出光栅所处位置的光纤感应温度。同样，通过测量反射光的延迟，可得知光栅的位置。这就是利用光栅光纤测温的原理。 

直接刻光栅的方式不产生附加损耗，不会影响测量距离，这种制作方式要好于熔接的制作方式。通过光纤刻录成的光栅光纤测温方式由于是特制有针对性的光纤，反射信号强，因此对设备的发射功率和接收灵敏度要求都低于拉曼反射测温方式，且设备的稳定性好。同时带来的好处是测量距离远，测量距离可以在100km以上，测量精度在±2℃以内。 

这些光纤中的至少一根光纤上进行刻写光栅，在设定的位置进行刻写光栅，通过发射光信号测量不同位置光栅的感应温度。这就是实现了利用光栅光纤测温。本发明不需要测量整条线路的连续温度分布，可以选用每300～500米一个测量点，或在弧垂最低点加大分布光栅点，选用光栅光纤的测温方式监控线路温度变化，可随时通过掌握的温度调整输传容量。优选地，可选择300米、400米、500米作为相邻测温点的间隔距离。

根据本发明的一个具体实施例，光单元内部穿有24根光纤，在这24根光纤中的8根光纤上进行刻写光栅。在这8根光纤中的每根上都刻录15个光栅，即每根上共15个测温点。在该实施例中，使用 24根光纤中的16根光纤进行通讯，利用24根光纤中的8根刻录有光栅的光纤进行测温。实践证明，该方法能够达到较好的效果。 

实际生产中如使用本发明的电缆，既可以正常输送电能，又能进行通讯，还能自身进行温度测量。这样就节省了为了电力通讯而增加的ADSL、OPGW等设备，也能减少因为OPGW引起的雷击等事故威胁。另外还能节省目前工作中采取的使用很高成本的GPS导线测温设备，节省巨大的成本。在将本发明的电缆作为传输电力的线路时，工作人员可以根据测量到的线路温度来直接确定线路的实际承载状况。

Claims (1)

1. 一种碳纤维增强型铝合金导体自测温复合电缆，其特征在于，包括数根导体，数根导体的外侧分别包裹有绝缘层，包裹有绝缘层的数根导体之间设有弹性体，弹性体截面为四边内凹成弧形的四边形；弹性体内侧设有碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝，通过将成股的碳纤维丝和陶瓷纤维丝绞合后，采用树脂浸渍，而后采用烘箱固化而成；包裹有绝缘层的四根导体的外侧依次包裹有包带层、护套层，护套层内沿环形分布有数个通孔，通孔截面为椭圆形；所述的包带层为多层无纺布重叠绕包构成；在包裹有绝缘层的导体和包带层之间的空隙中设置一根光单元，所述的光单元包括多根光纤和从内到外依次设置的松套管、非金属加强层和护套，所述的松套管套在所述的光纤外，所述的松套管内填充满干式阻水物，所述的非金属加强层内设置有多根均匀分布的阻水纱，所述的非金属加强层与所述的护套之间嵌有撕裂绳；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。