绞合碳纤维复合材料芯导线高温强度损失和使用寿命研究.pdf

1、南方电网科学研究院有限责任公司廖永力2023年8月碳纤维导线耐高温试验碳纤维复合材料使用寿命研究目录010203碳纤维导线1 1国家工信部发布重点新材料首批次应用示范指导目录（2018年版）碳纤维复合芯导线（导电率63.0%IACS，抗拉强度2100MPa，线膨胀系数2.010-6/，玻璃化转变温度150，弹性模量110GPa，芯棒卷绕半径满足50D 不开裂、不断裂。）碳纤维复合材料芯导线与现有的架空导线相比，具有重量轻、拉伸强度大、耐高温、弧垂小、损耗小等特点。碳纤维导线碳纤维导线纤维保护层碳纤维+树脂棒型碳纤维导线绞合型碳纤维导线1 1碳纤维导线碳纤维导线国家电网、南方电网试点应用了碳纤维

2、导线，主要应用于老旧线路增容改造工程，可以实现倍容，尽量少的改造现有杆塔，利用现有线路走廊，成倍增加输送容量。碳纤维导线拉重比大，在大跨越线路、覆冰区线路应用也存在优势。01电力需求增加，新建征地难度大，老旧线路增容改造工程量大0203特大跨越线路区段建设费用高，导线选型难度大低温覆冰条件下，中重冰区线路导线弧垂增大导致跳闸、断线1 1碳纤维导线碳纤维导线存在玻璃化转变温度是高分子聚合物的特征温度之一。以玻璃化温度为界，高分子聚合物呈现不同的物理性质：在玻璃化温度以下，高分子材料为塑料；在玻璃化温度以上，高分子材料为橡胶。玻璃化转变温度是绞合型碳纤维复合材料芯的使用温度上限，决定了碳纤维复合芯

3、导线的耐温等级和长期运行温度。橡胶塑料环氧树脂热分解性能下降寿命终止碳纤维导线耐高温试验碳纤维复合材料使用寿命研究目录010203碳纤维导线2 2碳纤维导线耐高温试验碳纤维导线耐高温试验1 1高温持续负载试验绞合型碳纤维导线（JLRX1/JF1B-300/40）导线长度：12m施加张力：15%RTS（额定拉断力）持续温度：160持续时间：168h试验后测得常温拉断力：106.6kN，105%RTS（额定拉断力）2 2碳纤维导线耐高温试验碳纤维导线耐高温试验2 2短路电流试验绞合型碳纤维导线（JLRX1/JF1B-300/40）耐温等级：160试验电流：22.3kA，2s施加张力：15%RTS（

4、额定拉断力）导线温度：192.3193.3（最高）试验后测得常温拉断力：99.22kN，97.8%RTS（额定拉断力）高温持续负载试验2 2碳纤维导线耐高温试验碳纤维导线耐高温试验3 3短时高温试验绞合型碳纤维导线（JLRX1/JF1B-300/40）试验温度：300持续时间：136h施加张力：25%RTS（额定拉断力）试验后测得高温拉断力：92.68kN，91.4%RTS（额定拉断力）耐张线夹铝管部位持续加热，模拟高温发热绞合型碳纤维复合材料芯导线常温下应能承受不小于额定拉断力95%的拉力。绞合型碳纤维复合材料芯导线高温下应能承受不小于额定拉断力85%的拉力。*绞合型碳纤维复合材料芯架空导线

5、（NB/T 11023-2022）*热老化温度2 2碳纤维导线耐高温试验碳纤维导线耐高温试验4 4热老化加热后剩余抗拉强度与加热前初始抗拉强度比值温度加热5000h后的强度保持率（常温）应不小于复合芯抗拉强度规定值的90%。*架空导线用碳纤维增强复合材料芯（GB/T 29324XXXX修订）*碳纤维导线耐高温试验碳纤维复合材料使用寿命研究目录010203碳纤维导线3 3碳纤维复合材料使用寿命研究碳纤维复合材料使用寿命研究1 1热分解动力学方程 高分子聚合物热分解过程中遵循反应动力学方程反应速率反应机理函数使用寿命指前因子 活化能碳纤维丝束耐高温环氧树脂固化剂A Service Life Pre

6、diction Method of Stranded Carbon Fiber Composite Core Conductor for Overhead Transmission Lines（Polymers 2022,14,4431.https:/doi.org/10.3390/polym14204431）3 3碳纤维复合材料使用寿命研究碳纤维复合材料使用寿命研究2 2活化能 活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。热失重测试曲线碳纤维复合材料芯样品的热失重过程（常温900）主要是环氧