一种高强度轻型架空绝缘电缆的制作方法

本实用新型涉及电缆技术领域，具体涉及一种高强度轻型架空绝缘电缆。

背景技术：

目前在城网和农网线路中广泛应用的架空绝缘电缆，通常采用硬铝线芯导体、钢芯铝绞线芯或高强度铝合金芯导体，外部挤包半导电内屏蔽和耐候性绝缘材料，近年来，随着气候变化异常，架空绝缘电缆因受到不平衡冲击而疲劳损伤，甚至不胜重荷而断裂的事故时有发生，对供电系统以及人们的安全造成了一定隐患，其次，随着大跨距线路的日益增多，为提高架空绝缘电缆的使用寿命，其在使用过程中所能承受拉断力及有效的绝缘性能都亟需提高。现有部分架空绝缘电缆的线芯中设置了钢丝，虽一定程度上增强了电缆的抗拉强度，但也产生了磁滞损耗和涡流损耗的线损问题，降低了电缆的载流量，同时由于钢丝的加入，还会大幅增加电缆的重量，为承受住较大的空中负荷，不得不减小架设的跨距及加大架设铁塔的地基、深度，引起工程量和工程造价的倍增，综上所述，目前的架空绝缘电缆还存在着抗拉强度低、传输容量小、线路损耗大、架设跨距小和运行故障率高问题。因此，研制开发一种线路损耗小，自身重量轻，经久耐用的高强度轻型架空绝缘电缆是客观需要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种线路损耗小，自身重量轻，经久耐用的高强度轻型架空绝缘电缆。

本实用新型的目的是这样实现的，包括碳纤维芯棒和碳纤维板，碳纤维板为长条形结构，碳纤维板的长度方向与碳纤维芯棒的长度方向平行，多块碳纤维板沿碳纤维芯棒的圆周均布，相邻两块碳纤维板之间的空间内设置有线芯，线芯包括铝合金导体、半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层，铝合金导体包括多根绞合在一起的铝合金线，半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层依次包覆在铝合金导体的外部，线芯的外部依次设置有pbo纤维编织层和耐候性绝缘层。

进一步的，pbo纤维编织层和耐候性绝缘层之间设置有加强层，加强层内沿圆周均布有多根碳纤维加强棒，pbo纤维编织层和耐候性绝缘层之间的空隙内浇筑有环氧树脂。

进一步的，耐候性绝缘层的材料为交联聚乙烯或尼龙。

进一步的，铝合金线的截面形状为圆形、z形、s形或扇形。

进一步的，耐候性绝缘层截面的外轮廓线为正多边形。

进一步的，半导电屏蔽层为石墨烯复合热塑型半导电屏蔽层。

本实用新型结构紧凑，在电缆的中心位置设置了碳纤维芯棒，并在碳纤维芯棒上设置了碳纤维板，该材料的抗拉强度为普通钢芯的2～2.5倍，比重为普通钢芯的六分之一，具有较高的抗拉强度，其最高耐高温度为160℃，具有高强度轻质量的优点，满足架空绝缘电缆的需求，且电缆中避免了钢芯的使用，不存在磁滞损耗和涡流损耗，可大幅降低电缆的载流量线损；其次，线芯的外部依次设置了pbo纤维编织层，pbo纤维被业界号称“世界超级纤维之冠”，是有机高性能纤维中力学性能和耐热性能最高的品种，其抗拉强度和模量几乎是对位芳纶的两倍，耐热性比对位芳纶高100℃，极限氧指数达68，属不燃纤维，而其密度仅为1.54～1.56g/cm³，比碳纤维还轻，使用该材料大大提高了电缆的抗拉强度和耐磨耐弯曲疲劳性能，并提高了电缆的使用寿命。本实用新型中综合利用了碳纤维和pbo纤维的性能，使得电缆兼具线路损耗小，自身重量轻，经久耐用，强度高的优点，具有显著的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图中：1-碳纤维芯棒，2-碳纤维板，3-铝合金线，4-半导电屏蔽层，5-交联聚乙烯绝缘层，6-pbo纤维编织层，7-耐候性绝缘层，8-加强层，9-碳纤维加强棒，10-环氧树脂。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括碳纤维芯棒1和碳纤维板2，碳纤维板2为长条形结构，碳纤维板2的长度方向与碳纤维芯棒1的长度方向平行，多块碳纤维板2沿碳纤维芯棒1的圆周均布，相邻两块碳纤维板2之间的空间内设置有线芯，本实用新型中碳纤维板2的设置，不仅可以对线芯起到支撑和稳定的作用，还隔绝了各线芯之间的相互作用，能较好的提高电缆的抗拉能力，线芯包括铝合金导体、半导电屏蔽层4和交联聚乙烯绝缘层5，铝合金导体包括多根绞合在一起的铝合金线3，半导电屏蔽层4和交联聚乙烯绝缘层5依次包覆在铝合金导体的外部，线芯的外部依次设置有pbo纤维编织层6和耐候性绝缘层7。

本实用新型结构紧凑，在电缆的中心位置设置了碳纤维芯棒1，并在碳纤维芯棒1上设置了碳纤维板2，该材料的抗拉强度为普通钢芯的2～2.5倍，比重为普通钢芯的六分之一，具有较高的抗拉强度，其最高耐高温度为160℃，具有高强度轻质量的优点，满足架空绝缘电缆的需求，且电缆中避免了钢芯的使用，不存在磁滞损耗和涡流损耗，可大幅降低电缆的载流量线损；其次，线芯的外部依次设置了pbo纤维编织层6，pbo纤维被业界号称“世界超级纤维之冠”，是有机高性能纤维中力学性能和耐热性能最高的品种，其抗拉强度和模量几乎是对位芳纶的两倍，耐热性比对位芳纶高100℃，极限氧指数达68，属不燃纤维，而其密度仅为1.54～1.56g/cm³，比碳纤维还轻，使用该材料大大提高了电缆的抗拉强度和耐磨耐弯曲疲劳性能，并提高了电缆的使用寿命。

pbo纤维编织层6和耐候性绝缘层7之间设置有加强层8，加强层8内沿圆周均布有多根碳纤维加强棒9，pbo纤维编织层6和耐候性绝缘层7之间的空隙内浇筑有环氧树脂10，碳纤维加强棒9比重小、刚性好、强度高，刚度远远高于钢芯、钢带，使得电缆具有高比强度、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。

优选地，耐候性绝缘层7的材料为交联聚乙烯或尼龙，交联聚乙烯和尼龙均具有较为优异的绝缘性能，不仅可以提高的电缆的抗拉力，而且使得电缆的防护效果更好，更适合在较为恶劣的环境中架空使用。

铝合金线3的截面形状为圆形、z形、s形或扇形，在实际使用时，铝合金线3的截面形状可根据需要确定，必要时，铝合金导体也可由多种截面形状的铝合金线3组合绞合而成。

耐候性绝缘层7截面的外轮廓线为正多边形，根据流体学原理，电缆外表面形状为多边形后能够降低风吹时电缆前后压力差，刮风时，电缆产生的阻力可以降低65%左右，风力越大，降低越多，进而降低了风吹造成线缆往复摆动所产生的张力破坏，因此可以增大电缆架设的跨度，减少支撑结构件的数量，进而可以降低电缆的架设成本。

优选地，半导电屏蔽层4为石墨烯复合热塑型半导电屏蔽层，石墨烯是一种新型碳纳米材料，与传统半导电料相比，其具有更高的导热性和高韧性，可以更好的降低体积电阻率、提高均化电场、实现导体屏蔽和绝缘光滑无间隙的效果。

技术特征：

1.一种高强度轻型架空绝缘电缆，其特征在于：包括碳纤维芯棒（1）和碳纤维板（2），所述碳纤维板（2）为长条形结构，碳纤维板（2）的长度方向与碳纤维芯棒（1）的长度方向平行，多块碳纤维板（2）沿碳纤维芯棒（1）的圆周均布，相邻两块碳纤维板（2）之间的空间内设置有线芯，所述线芯包括铝合金导体、半导电屏蔽层（4）和交联聚乙烯绝缘层（5），所述铝合金导体包括多根绞合在一起的铝合金线（3），半导电屏蔽层（4）和交联聚乙烯绝缘层（5）依次包覆在铝合金导体的外部，所述线芯的外部依次设置有pbo纤维编织层（6）和耐候性绝缘层（7）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度轻型架空绝缘电缆，其特征在于:所述pbo纤维编织层（6）和耐候性绝缘层（7）之间设置有加强层（8），加强层（8）内沿圆周均布有多根碳纤维加强棒（9），所述pbo纤维编织层（6）和耐候性绝缘层（7）之间的空隙内浇筑有环氧树脂（10）。

3.根据权利要求1所述的一种高强度轻型架空绝缘电缆，其特征在于:所述耐候性绝缘层（7）的材料为交联聚乙烯或尼龙。

4.根据权利要求1所述的一种高强度轻型架空绝缘电缆，其特征在于:所述铝合金线（3）的截面形状为圆形、z形、s形或扇形。

5.根据权利要求1所述的一种高强度轻型架空绝缘电缆，其特征在于:所述耐候性绝缘层（7）截面的外轮廓线为正多边形。

6.根据权利要求1所述的一种高强度轻型架空绝缘电缆，其特征在于:所述半导电屏蔽层（4）为石墨烯复合热塑型半导电屏蔽层。

技术总结
本实用新型公开了一种高强度轻型架空绝缘电缆，包括碳纤维芯棒和碳纤维板，碳纤维板为长条形结构，碳纤维板的长度方向与碳纤维芯棒的长度方向平行，多块碳纤维板沿碳纤维芯棒的圆周均布，相邻两块碳纤维板之间的空间内设置有线芯，线芯包括铝合金导体、半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层，铝合金导体包括多根绞合在一起的铝合金线，半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层依次包覆在铝合金导体的外部，线芯的外部依次设置有PBO纤维编织层和耐候性绝缘层。本实用新型中综合利用了碳纤维和PBO纤维的性能，使得电缆兼具线路损耗小，自身重量轻，经久耐用，强度高的优点，具有显著的经济价值和社会价值。

技术研发人员：焦成敏;汤树芳;徐蓉
受保护的技术使用者：曲靖昆缆东电线缆有限公司
技术研发日：2020.04.30
技术公布日：2020.11.24