一文讀懂碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（專業(yè)版）
Part1
碳纖維
碳纖維被尊稱為“材料之王”，
也譽(yù)為“黑色黃金”
正是因?yàn)樗穆暶谕猓?/p>
這個(gè)材料被國內(nèi)各種廠商給玩壞了：
比如：
199元錢一臺(tái)的碳纖維書桌
99.9一副的碳纖維眼鏡
19.9包郵的碳纖維頭盔：
但是看到“碳纖維”的制造過程后，
我和我的小伙伴們都驚呆了?。?/p>
因此，
網(wǎng)上也有了各種神評(píng)論，
這些神評(píng)論都以“眾所周知”開頭：
言歸正傳，
那么究竟什么是碳纖維材料？
碳纖維，
一種含碳量很高的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。
具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，耐高溫，和低熱膨脹的優(yōu)點(diǎn)。
這些特點(diǎn)在導(dǎo)線線芯看來完美契合，全是優(yōu)點(diǎn)。
Part2
導(dǎo)線的特點(diǎn)
架空輸電線路導(dǎo)線主要需要具備二個(gè)性能：
機(jī)械性能 和 電氣性能！
機(jī)械性能稱之為“剛”，
電氣性能稱之為“柔”。
所謂“剛?cè)岵?jì)”，
就是同時(shí)具備良好的機(jī)械性能和電氣性能！
以最常見的鋼芯鋁絞線為例：
鋼絞線機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能差，
因此主要承擔(dān)機(jī)械荷載，
鋁絞線機(jī)械性能較低，導(dǎo)電性能好，
因此主要傳送電能；
又因?yàn)榻涣麟姷募w效應(yīng)，
電流喜歡集中在導(dǎo)體表面，
所以鋼絞線布置在內(nèi)，
鋁絞線布置在外。
我們?cè)谶x擇鋼芯時(shí)有很多選擇：
考察的指標(biāo)主要有兩個(gè)：
1、強(qiáng)度高
2、重量輕
這樣的直接好處是導(dǎo)線弧垂小，
有利于減小塔高和塔數(shù)，
從而降低投資。
而上文提到碳纖維的主要特點(diǎn)即是：
質(zhì)量輕，強(qiáng)度高。
因此碳纖維作為鋼芯材料非常契合，
碳纖維導(dǎo)線的研發(fā)與推廣應(yīng)運(yùn)而生。
Part3
碳纖維導(dǎo)線及其特點(diǎn)
碳纖維導(dǎo)線全稱為：
碳纖維復(fù)合材料芯架空導(dǎo)線，
指由多根軟鋁單線或耐熱鋁合金單線
與碳纖維復(fù)合材料芯同心絞制而成的架空導(dǎo)線。
▲ 鋼芯鋁絞線（左）和碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線（右）
▲ 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線
碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的主要特點(diǎn)為：
一、重量輕、強(qiáng)度高、弧垂小。
普通鍍鋅鋼絲的密度為7.8kg/dm3，
強(qiáng)度在1240Mpa-1340Mpa之間，
而碳纖維復(fù)合芯的密度為2.0kg/dm3，
是鍍鋅鋼絲的1/4，
強(qiáng)度分為兩個(gè)等級(jí)：2100Mpa和2400Mpa。
可見碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的重量輕，強(qiáng)度高。
正是因?yàn)樘祭w維復(fù)合芯導(dǎo)線重量輕、強(qiáng)度高
所以線路弧垂小。
碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有顯著的低弧垂特性，
在高溫條件下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1/2，
能有效減少架空線的絕緣空間走廊。
▲碳纖維導(dǎo)線與其它導(dǎo)線弧垂對(duì)比圖
二、耐熱導(dǎo)線
碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線一般設(shè)計(jì)成耐熱導(dǎo)線，
主要有如下原因：
1、碳纖維芯最高使用溫度可以達(dá)到180 ℃，甚至更高，而硬鋁線的長期運(yùn)行溫度僅為70 ～ 80 ℃，因此碳纖維芯可選擇與更加耐受高溫的軟鋁相配合。普通的鋼芯鋁絞線電導(dǎo)率為61 % IACS，節(jié)能型復(fù)合導(dǎo)線的電導(dǎo)率63% IACS以上。
2、碳纖維導(dǎo)線不存在鋼絲材料引起的磁損和熱效應(yīng)，相同截面導(dǎo)線在輸送相同負(fù)荷的條件下，具有更低的運(yùn)行溫度，可以減少輸電損失6%。相同直徑(28.14mm)時(shí)碳纖維導(dǎo)線的鋁截面為常規(guī)ACSR導(dǎo)線的1.29倍，因此可提高載流量29%。
3、常規(guī)ACSR導(dǎo)線由于受軟化特性和弛度特性的局限，工作溫度的提高非常有限，提高載流量主要依靠增大導(dǎo)體截面；而碳纖維導(dǎo)線的軟化特性和低馳度特性與耐熱鋁合金導(dǎo)線及殷鋼耐熱鋁合金導(dǎo)線相當(dāng)，但其電阻相對(duì)較小，因此在相同的導(dǎo)線外徑尺寸下，由于鋁截面增大和提高導(dǎo)線工作溫度（150～180℃），導(dǎo)線的綜合載流量從理論上來說可以提高至2倍，碳纖維導(dǎo)線的短路允許溫度甚至可達(dá)200℃。
▲碳纖維導(dǎo)線弧垂隨溫度變化特性
因?yàn)樯鲜鲈颍?/p>
碳纖維導(dǎo)線特別適用于增容改造工程，
利用碳纖維導(dǎo)線弧垂特性好、輸送容量大，
導(dǎo)線荷載小等特點(diǎn)，
使得增容改造工程無須新建鐵塔，
減少了本體投資。
Part5
碳纖維導(dǎo)線的缺點(diǎn)
1、碳纖維線芯作為復(fù)合材料耐久性較差，
容易發(fā)生脆斷，
可靠性不如常規(guī)導(dǎo)線，
且斷線后后果嚴(yán)重。
▲碳纖維導(dǎo)線斷線現(xiàn)場
2、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線在生產(chǎn)、運(yùn)輸、
施工、運(yùn)行環(huán)境等相關(guān)環(huán)節(jié)中容易碳芯受損且不易檢測(cè)。
會(huì)直接影響線路安全運(yùn)行。
3、碳纖維線芯導(dǎo)線價(jià)格較高，
為同規(guī)格鋼芯鋁絞線價(jià)格的2-2.5倍。
Part4
碳纖維導(dǎo)線的連接
碳纖維導(dǎo)線線芯是碳纖維復(fù)合芯，
因此線芯的接續(xù)以及和耐張線夾的連接不同于普通導(dǎo)線，
連接設(shè)備和施工工藝相對(duì)復(fù)雜。
且如上文所述線芯容易受損且危害較大，
因此對(duì)施工水平和施工質(zhì)量要求相對(duì)較高，
以耐張線夾為例，
施工工藝和流程大致如下：
1、準(zhǔn)備材料
楔接式耐張線夾包括耐張線夾主體鋁管、
鋼錨、楔形夾、楔形夾座、內(nèi)襯管、引流管。
▲ 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線耐張線夾
2、畫印記
將預(yù)連接的導(dǎo)線端部用鋼鋸鋸齊，
在導(dǎo)線端頭處量取楔形夾+25mm的導(dǎo)線長度，
并畫好印記，
印記處導(dǎo)線側(cè)用膠布將導(dǎo)線纏繞，
防止剝除鋁股時(shí)散股。
▲用楔形夾量取導(dǎo)線畫印記
3、剝線
在印記處將鋁股分層鋸割，
去除鋁股，
不應(yīng)損傷碳纖維復(fù)合芯。
用潔布擦去碳纖維復(fù)合芯上的油污，
再用專用細(xì)砂紙輕輕打磨碳纖維復(fù)合芯表面，
然后用干布將粉末擦凈。
檢查芯棒表面應(yīng)完好，
端頭無劈裂。
4、穿管
用潔布將導(dǎo)線表面擦凈，
擦拭長度不小于主體鋁管長度的3倍，
將內(nèi)襯管、耐張線夾主體鋁管依次穿入導(dǎo)線端頭。
5、碳纖維復(fù)合芯連接方法
a）先將碳纖維復(fù)合芯穿入楔形夾座，
再穿入楔形夾，
且碳纖維復(fù)合芯露出楔形夾約5mm。
將夾住碳纖維復(fù)合芯的楔形夾整體推進(jìn)楔形夾座內(nèi)，
并回拉楔形夾座，
使楔形夾與楔形夾座配合緊，
▲碳纖維復(fù)合芯穿入楔形夾座、楔形夾
b）將鋼錨擰入楔形夾座，
并用扳手?jǐn)Q緊。
檢查鋁股端部與楔形夾座間應(yīng)露出碳纖維復(fù)合芯20mm；
檢查鋼錨絲扣與楔形夾座間應(yīng)有不少于2扣的剩余空扣。
▲安裝鋼錨
6、鋁管的壓接
由于鋁管的壓接與普通導(dǎo)線相同，
故此處不再贅述。
