碳纤维复合芯铝绞线应用于天津老旧线路改造
By www.carbonfiber.com.cn
天津市电力公司表示，该公司将国际先进技术应用于老旧线路改造。截至目前，总长度为11.26km的景卫220kV碳纤维复合芯铝绞线线路已安全运行2年多，成为目前国内正在运行的同类线路中最长的一条。
据悉，这种新型导线具有电阻孝耐高温、耗能低、重量轻等优点，与同截面常规导线相比，可提高输送能力50%以上，大大提高了用电高峰时段的供电稳定性。
2008年，天津电网部分老旧线路实施改造，天津市电力公司在景顺路到卫国道220kV双回线路改造工程中首次使用了碳纤维复合芯铝绞线。随着城市的发展，用电需求不断增大，城市及周边地区的架空送电线路走廊越来越紧张。
该条线路改造工程的施工人员告诉记者，碳纤维复合芯铝绞线在送电线路上的应用，不占用更多土地，实现了在不改动原有杆塔情况下对老旧线路增容改造，节省了造价。2年来，该条线路运行状况良好，天津市电力公司已具备碳纤维复合芯铝绞线在设计、施工、运行、检修维护等方面的经验，为天津市电网线路增容改造提供了技术支撑。
碳纤维复合材料在电线电缆中的应用
碳纤维以其固有的特性赋予了其复合材料优异的性能，它具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，从而为其在电线电缆行业中的应用提供了可能和必然。
（一）碳纤维加热电缆的开发和应用
人们早就知道，以金属材料为发热体的电加热技术已在各个领域得到了广泛的应用。但是金属丝在高温状态下表面易氧化，由于氧化层不断的增厚，造成了有效通过电流的面积减小，增大了电流的负荷，因此易烧断。在相同的允许的电流负荷面积下，金属丝的强度比碳纤维低6－10倍，在使用过程中易折断。
碳纤维是一种石墨的六方晶格层状结构组成，是一种全黑体材料，因此在电热应用中，表现出来的电热转换效率高。在特定的条件下，高温不氧化，单位面积的电流的负荷强度和机械强度不发生改变。
目前碳纤维加热电缆的应用如下：
低温辐射发热电缆地板采暖系统。
恒温育雏箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保温采暖。
道路化雪、机场跑道化雪：用于混凝土结构中楼面加热的理想产品，也可以用在融雪装置中，对屋面雨水和排水管进行防霜，还可以用于土壤加热。
管道、罐体保温防冻：电伴热产品近几年在中国得到了大力的推广和广泛的应用。其应用领域主要集中在石油、化工、电力、铁路和民用或商业建筑等。随着中国电力工业的发展，以清洁、无二次污染的电能为主要能源的电伴热产品市场前景非常广阔，同时，也为电伴热产品的性能提出了更高的要求。
足球场草坪、公共绿地土壤保温：太阳能热水器电能补充加热器，主要用于在长期阴雨天或寒冬季节，因光照不足而导致太阳能热水器水温不能满足生活、工程需要时，为补充热能而设计的。它具有较强的耐酷暑、严寒和高温潮湿环境的性能，并具有防干烧的功能。即使偶尔水箱缺水误通电，也不至于烧坏电加热器和水箱，故能确保安全使用。
（二）碳纤维复合芯导线的开发和应用
我国是个缺电的国家，不仅发电业的发展滞后，输电业的弊端也凸现出来，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线，碳纤维复合芯导线由此应运而生。
与钢芯铝绞线相比，碳纤维复合芯导线具有以下优点：
１．和同样直径的ACSR电缆相比，可以提供双倍的载流容量。
２．有效解决电缆下垂问题。
３．可以在更高的温度下工作，最高可达200摄氏度。
４．线芯可以抗腐蚀，而且没有双金属间腐蚀问题。
５．因为可以提供更高的载流容量，所以同时也有效的降低了工程成本。
６．与相同直径传统电缆相比可以多容纳28%的导体。
７．高强度线芯可以有效减少电缆架的数量，或降低电缆架的高度。
８．有效减少电缆下垂，使地面生物更加安全 。
除了上述提及的优点外，还可减少传输中电力的损耗，减少20%的塔杆，节省用地，减少有色金属资源消耗，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。
目前世界上只有美国和日本开发出这种新型导线，他们还达成默契：不向第三国输出，日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右。
目前我国电线电缆研究所、电力建筑研究院以及国家电网有限公司都已经开始了对ACCC导线的试验研究工作。国内电缆厂家也加大与外方合作，将这种新型电缆引进到中国生产，积极推动我国架空输电线路的技术革命。最近福建电网已经将该新型导线架设运行。
（三）在高低温、腐蚀等苛刻环境应用的可能
碳纤维细如蛛丝，三型碳纤维比强度是钢的62倍以上，成形工艺性好，是一代新型工程材料，其弹性量高，抗变性能力比钢大2倍多，抗拉强度30～40t/cm2pa,而比重还不到钢的四分之一，是铝合金的二分之一，高弹模量比钢铁大16倍，比铝合金大12倍。且碳纤维比钢等柔软。因此，碳纤维可用于要求能承重、不易损伤内部元件的电缆的加强芯，如海底光缆等。
碳纤维可以耐－180℃的低温，在此条件下，许多材料都变的很脆，连坚固的钢铁也变的比玻璃还容易碎，而碳纤维在此条件下依旧很柔软。因此，碳纤维复合芯可用于极寒（如南极考察研究等）条件下输电载体的设计和制造。
碳纤维又可以耐3000℃～3500℃的高温，在此高温下最好的耐热钢也变成钢水，但在没有氧气的情况下，碳纤维没有变化。碳纤维即使从3000℃的高温快速冷却到室温也不会炸裂，因而可在急冷急热的环境中工作。这为钢铁、冶金、锅炉等行业中高温特高温场合电缆的设计提供了可能。此外，碳纤维纱、碳纤维绳、碳纤维布都可用于消防电缆产品的设计选用。
碳纤维有超强的耐腐蚀性。金属中耐腐蚀性最强的是黄金和铂，在一份硝酸（浓度70％）和三份硫酸（浓度39％）配成的称“王水”的溶液中黄金、铂会被腐蚀的千疮百孔，而“王水”中的碳纤维却安然无恙。为各种化学环境下轻型耐化学腐蚀电缆的设计提供了新的思路。
天津市电力公司表示，该公司将国际先进技术应用于老旧线路改造。截至目前，总长度为11.26km的景卫220kV碳纤维复合芯铝绞线线路已安全运行2年多，成为目前国内正在运行的同类线路中最长的一条。
据悉，这种新型导线具有电阻孝耐高温、耗能低、重量轻等优点，与同截面常规导线相比，可提高输送能力50%以上，大大提高了用电高峰时段的供电稳定性。
2008年，天津电网部分老旧线路实施改造，天津市电力公司在景顺路到卫国道220kV双回线路改造工程中首次使用了碳纤维复合芯铝绞线。随着城市的发展，用电需求不断增大，城市及周边地区的架空送电线路走廊越来越紧张。
该条线路改造工程的施工人员告诉记者，碳纤维复合芯铝绞线在送电线路上的应用，不占用更多土地，实现了在不改动原有杆塔情况下对老旧线路增容改造，节省了造价。2年来，该条线路运行状况良好，天津市电力公司已具备碳纤维复合芯铝绞线在设计、施工、运行、检修维护等方面的经验，为天津市电网线路增容改造提供了技术支撑。
碳纤维复合材料在电线电缆中的应用
碳纤维以其固有的特性赋予了其复合材料优异的性能，它具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，从而为其在电线电缆行业中的应用提供了可能和必然。
（一）碳纤维加热电缆的开发和应用
人们早就知道，以金属材料为发热体的电加热技术已在各个领域得到了广泛的应用。但是金属丝在高温状态下表面易氧化，由于氧化层不断的增厚，造成了有效通过电流的面积减小，增大了电流的负荷，因此易烧断。在相同的允许的电流负荷面积下，金属丝的强度比碳纤维低6－10倍，在使用过程中易折断。
碳纤维是一种石墨的六方晶格层状结构组成，是一种全黑体材料，因此在电热应用中，表现出来的电热转换效率高。在特定的条件下，高温不氧化，单位面积的电流的负荷强度和机械强度不发生改变。
目前碳纤维加热电缆的应用如下：
低温辐射发热电缆地板采暖系统。
恒温育雏箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保温采暖。
道路化雪、机场跑道化雪：用于混凝土结构中楼面加热的理想产品，也可以用在融雪装置中，对屋面雨水和排水管进行防霜，还可以用于土壤加热。
管道、罐体保温防冻：电伴热产品近几年在中国得到了大力的推广和广泛的应用。其应用领域主要集中在石油、化工、电力、铁路和民用或商业建筑等。随着中国电力工业的发展，以清洁、无二次污染的电能为主要能源的电伴热产品市场前景非常广阔，同时，也为电伴热产品的性能提出了更高的要求。
足球场草坪、公共绿地土壤保温：太阳能热水器电能补充加热器，主要用于在长期阴雨天或寒冬季节，因光照不足而导致太阳能热水器水温不能满足生活、工程需要时，为补充热能而设计的。它具有较强的耐酷暑、严寒和高温潮湿环境的性能，并具有防干烧的功能。即使偶尔水箱缺水误通电，也不至于烧坏电加热器和水箱，故能确保安全使用。
（二）碳纤维复合芯导线的开发和应用
我国是个缺电的国家，不仅发电业的发展滞后，输电业的弊端也凸现出来，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线，碳纤维复合芯导线由此应运而生。
与钢芯铝绞线相比，碳纤维复合芯导线具有以下优点：
１．和同样直径的ACSR电缆相比，可以提供双倍的载流容量。
２．有效解决电缆下垂问题。
３．可以在更高的温度下工作，最高可达200摄氏度。
４．线芯可以抗腐蚀，而且没有双金属间腐蚀问题。
５．因为可以提供更高的载流容量，所以同时也有效的降低了工程成本。
６．与相同直径传统电缆相比可以多容纳28%的导体。
７．高强度线芯可以有效减少电缆架的数量，或降低电缆架的高度。
８．有效减少电缆下垂，使地面生物更加安全 。
除了上述提及的优点外，还可减少传输中电力的损耗，减少20%的塔杆，节省用地，减少有色金属资源消耗，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。
目前世界上只有美国和日本开发出这种新型导线，他们还达成默契：不向第三国输出，日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右。
目前我国电线电缆研究所、电力建筑研究院以及国家电网有限公司都已经开始了对ACCC导线的试验研究工作。国内电缆厂家也加大与外方合作，将这种新型电缆引进到中国生产，积极推动我国架空输电线路的技术革命。最近福建电网已经将该新型导线架设运行。
（三）在高低温、腐蚀等苛刻环境应用的可能
碳纤维细如蛛丝，三型碳纤维比强度是钢的62倍以上，成形工艺性好，是一代新型工程材料，其弹性量高，抗变性能力比钢大2倍多，抗拉强度30～40t/cm2pa,而比重还不到钢的四分之一，是铝合金的二分之一，高弹模量比钢铁大16倍，比铝合金大12倍。且碳纤维比钢等柔软。因此，碳纤维可用于要求能承重、不易损伤内部元件的电缆的加强芯，如海底光缆等。
碳纤维可以耐－180℃的低温，在此条件下，许多材料都变的很脆，连坚固的钢铁也变的比玻璃还容易碎，而碳纤维在此条件下依旧很柔软。因此，碳纤维复合芯可用于极寒（如南极考察研究等）条件下输电载体的设计和制造。
碳纤维又可以耐3000℃～3500℃的高温，在此高温下最好的耐热钢也变成钢水，但在没有氧气的情况下，碳纤维没有变化。碳纤维即使从3000℃的高温快速冷却到室温也不会炸裂，因而可在急冷急热的环境中工作。这为钢铁、冶金、锅炉等行业中高温特高温场合电缆的设计提供了可能。此外，碳纤维纱、碳纤维绳、碳纤维布都可用于消防电缆产品的设计选用。
碳纤维有超强的耐腐蚀性。金属中耐腐蚀性最强的是黄金和铂，在一份硝酸（浓度70％）和三份硫酸（浓度39％）配成的称“王水”的溶液中黄金、铂会被腐蚀的千疮百孔，而“王水”中的碳纤维却安然无恙。为各种化学环境下轻型耐化学腐蚀电缆的设计提供了新的思路。
