專利名稱：一種智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型應(yīng)用于智能電網(wǎng)方面，尤其涉及電力傳輸用架空導(dǎo)線。
背景技術(shù)：
利用分布式光纖傳感器，檢測導(dǎo)線實(shí)時運(yùn)行過程中受到的溫度和應(yīng)力應(yīng)變的影響，此種導(dǎo)線稱為智能電力傳輸導(dǎo)線。分布式光纖傳感器，如布里淵散射光時域反射測量技術(shù)，是國際上最近幾年才發(fā)展成熟的一項(xiàng)尖端技術(shù)，應(yīng)用非常廣泛。光纖是一種很靈敏的分布式傳感器，它能顯示出士0.ore及約數(shù)百1 級的微應(yīng)力變化。其主要特點(diǎn)是，利用一根普通的光纖，類似于神經(jīng)系統(tǒng)分布的方式，按照需要，植入被檢測物之中，檢測范圍可以達(dá)到幾公里。其利用光纖沿線受到溫度和應(yīng)力應(yīng)變的作用時，頻率的漂移量和光纖應(yīng)力應(yīng)變及溫度的變化呈良好的線性關(guān)系，所以通過測量光纖中的背向自然布里淵散射光的頻率漂移量就可以得到光纖沿線溫度和應(yīng)力應(yīng)變的分布信息，即在某一點(diǎn)上，被檢測物所發(fā)生的異常溫度和應(yīng)力應(yīng)變的變化。這項(xiàng)技術(shù)，能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，精度很高，動態(tài)范圍廣，是目前應(yīng)用廣泛、最先進(jìn)成熟的檢測控制技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用上，光纖植入的合理可靠及安全穩(wěn)定影響到監(jiān)測的結(jié)果，如果植入光纖不合理，甚至?xí)?dǎo)致錯誤的測試結(jié)果，或者導(dǎo)致不穩(wěn)定、重復(fù)性不好的測試數(shù)據(jù)。在智能架空導(dǎo)線的應(yīng)用中，尤其是纖維復(fù)芯架空導(dǎo)線上，以往的技術(shù)是簡單將光纖植入到復(fù)合芯棒的中心，即光纖和纖維同時進(jìn)行無捻環(huán)氧樹脂浸漬復(fù)合加工，光纖被視為纖維一樣，相同于一般的纖維復(fù)合加工方式。這樣形成光纖一纖維復(fù)合芯棒，其有優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，直接在復(fù)合芯棒制造過程中，將光纖作為一個單元，置于中心，形成光纖-纖維復(fù)合芯棒。這種光纖-纖維復(fù)合芯棒，當(dāng)芯棒受到拉應(yīng)力或溫度改變時，纖維在光纖周圍排列均勻及合理與否，對電力傳輸架空導(dǎo)線故障點(diǎn)處檢測數(shù)據(jù)可靠性有較大的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的復(fù)合芯棒檢測數(shù)據(jù)可靠性差的缺陷，提供一種增加傳感器結(jié)構(gòu)的均勻性和穩(wěn)定性、提高檢測的精度和靈敏度、減小內(nèi)部彎曲帶來的測試誤差的智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其包括一碳纖維編織傳感光纖單元、一在該碳纖維編織傳感光纖單元的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層、一在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層；該碳纖維編織傳感光纖單元包括傳感光纖以及形成在該傳感光纖的外部的碳纖維編織層；該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層、該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是在環(huán)氧樹脂溶液中均勻浸漬而形成的，環(huán)氧樹脂形成在該碳纖維編織層、環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層和環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層之間。[0009]對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步限定在于，該碳纖維編織層是用若干根第一碳纖維在傳感光纖的外部進(jìn)行編織而形成的。對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步限定在于，該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層是用若干根第二碳纖維在該碳纖維編織層的外部形成的。對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步限定在于，該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是用若干根玄武巖纖維在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的。對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步限定在于，該碳纖維編織層是用若干根第一碳纖維在傳感光纖的外部進(jìn)行編織而形成的，該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層是用若干根第二碳纖維在該碳纖維編織層的外部形成的，該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是用若干根玄武巖纖維在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的。本實(shí)用新型獲得的有益效果是用碳纖維在傳感光纖外部編織而形成均勻的碳纖維編織層，具有以下三方面優(yōu)勢1、增加傳感器結(jié)構(gòu)(實(shí)質(zhì)上就是碳纖維編織傳感光纖單元)的均勻性和穩(wěn)定性；2、提高檢測的精度和靈敏度；3、減小內(nèi)部彎曲帶來的測試誤差。

圖1為本實(shí)用新型智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒的橫截面圖。圖2為本實(shí)用新型碳纖維編織傳感光纖單元的橫截面圖。圖3為本實(shí)用新型碳纖維編織傳感光纖單元的結(jié)構(gòu)圖。圖4為碳纖維編織傳感光纖單元受到本實(shí)用新型復(fù)合芯棒應(yīng)力影響的示意圖。圖5為碳纖維編織傳感光纖單元彎曲情況的示意圖。圖6是本實(shí)用新型智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒的制備方法流程圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1至圖6，本實(shí)用新型提出一種智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒， 其包括一碳纖維編織傳感光纖單元1、一在該碳纖維編織傳感光纖單元1的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2、一在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3。該碳纖維編織傳感光纖單元1包括傳感光纖12以及碳纖維編織層14。該碳纖維編織層14是用若干根第一碳纖維142在傳感光纖12的外部進(jìn)行編織而形成的。該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2是用若干根第二碳纖維22在該碳纖維編織層14的外部形成的。該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3是用若干根玄武巖纖維32在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2的外部形成的。在該碳纖維編織層14的周圍、若干根第二碳纖維22的周圍、若干根玄武巖纖維32 的周圍浸漬環(huán)氧樹脂(圖未示)之后，形成環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2和環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3。[0029]環(huán)氧樹脂通過均勻浸漬而形成在該碳纖維編織層14、環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2和環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3之間。所述環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3，起到絕緣材料性能，以避免電力傳輸過程中，碳纖維本身的導(dǎo)電性引起的電力消耗。本實(shí)用新型智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒的制備方法，包括以下步驟 步驟1 對第一碳纖維142進(jìn)行表面處理，然后用第一碳纖維142對傳感光纖12進(jìn)行編織，制備得到碳纖維編織傳感光纖單元1 ；步驟2 對第二碳纖維22和玄武巖纖維32進(jìn)行表面處理；步驟3 同時將碳纖維編織傳感光纖單元1、所需量的第二碳纖維22、所需量的玄武巖纖維32引入環(huán)氧樹脂浸漬區(qū)域中進(jìn)行浸漬，然后經(jīng)過拉擠工藝，在碳纖維編織傳感光纖單元1的外部依次形成環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2、環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3，而環(huán)氧樹脂形成在該碳纖維編織層14、環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層2和環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層3 之間，從而得到該所述復(fù)合芯棒。進(jìn)行纖維復(fù)合時，按照通常的拉擠法即可，可以對各類材料進(jìn)行改性處理，以增強(qiáng)芯棒的性能。圖6是本實(shí)用新型智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒的制備方法流程圖。首先選擇合適的耐高溫單模光纖，其各種性能請參見表1 “一種耐高溫光纖性能指標(biāo)一覽表”。表2表示的是碳纖維編織參數(shù)。按照參數(shù)對傳感光纖12進(jìn)行編織；編織機(jī)應(yīng)選擇小型適合于極細(xì)線編織的機(jī)器。半臥式編織機(jī)合適本實(shí)用新型的編織工序。在編織工序中，碳纖維編織張力的大小及均勻性有著重要的作用，直接影響到整體芯棒的性能，即光纖傳感器(實(shí)質(zhì)上就是碳纖維編織傳感光纖單元1)的植入對應(yīng)力應(yīng)變和溫度檢測的影響。選擇合適的傳感光纖放纖張力，達(dá)到碳纖維編織與光纖應(yīng)力的匹配。在本實(shí)用新型中，碳纖維選用T700型號產(chǎn)品。對傳感光纖12編織的第一碳纖維142應(yīng)事先進(jìn)行表面處理，以達(dá)到優(yōu)化的復(fù)合界面性能，同時減少后期處理對傳感光纖12的影響。因傳感光纖12本身涂覆層已經(jīng)是環(huán)氧樹脂類材料，其與后期環(huán)氧樹脂的復(fù)合具有很好的相容性。其余工藝流程部分按照常規(guī)的纖維復(fù)合拉擠工藝進(jìn)行。編織后，芯棒進(jìn)入除濕區(qū)域，以去除水分對復(fù)合性能的影響。在浸漬之前，應(yīng)對第二碳纖維22、玄武巖纖維32進(jìn)行表面預(yù)處理，以達(dá)到良好的界面性能。芯棒經(jīng)過浸漬區(qū)域，進(jìn)入預(yù)成型及其后的固化區(qū)域，然后經(jīng)過引取和收線軸，最終完成本實(shí)用新型復(fù)合芯棒的制造。圖3是碳纖維編織傳感光纖單元1的結(jié)構(gòu)圖。碳纖維的線膨脹系數(shù)具有負(fù)的溫度效應(yīng)，即隨溫度的升高，碳纖維有收縮的趨勢。碳纖維的線膨脹系數(shù)沿纖維軸向約為-O. 072X10_8/°C 0.9X10_6/°C ；包括環(huán)氧涂層的光纖的線膨脹系數(shù)為1.8Xl(r7°C ； 而基體樹脂即環(huán)氧樹脂的線膨脹系數(shù)約為45 X 10-6/oC，當(dāng)基體樹脂與碳纖維復(fù)合時，綜合線膨脹系數(shù)為1.7X10_6/°C。這樣采用碳纖維、環(huán)氧樹脂、帶有涂層的光纖三相復(fù)合結(jié)構(gòu)，能夠確保光纖與碳纖維之間在溫度變化時有近似相同的伸長或者縮短，不會對光纖產(chǎn)生不良的附加影響。另外，光纖的楊氏模量為72GPa，碳纖維復(fù)合環(huán)氧樹脂材料楊氏模量為120GPa，當(dāng)復(fù)合芯棒受到線性拉應(yīng)力的影響時，光纖受到碳纖維很強(qiáng)的保護(hù)作用，不會對光纖產(chǎn)生不利的附加影響。本實(shí)用新型中，用第一碳纖維142在傳感光纖12外部編織而形成均勻的碳纖維編織層14，具有以下三方面優(yōu)勢1、增加傳感器結(jié)構(gòu)(實(shí)質(zhì)上就是碳纖維編織傳感光纖單元1)的均勻性和穩(wěn)定性用第一碳纖維142編織可以產(chǎn)生良好均勻的包覆傳感光纖12的碳纖維編織層14， 這樣均勻的構(gòu)造，在芯棒應(yīng)用上，當(dāng)發(fā)生應(yīng)力變化及溫度變化時，也確保了在芯棒長度方向上，這種變化的均勻及可靠。而縱向碳纖維的縱向排列結(jié)構(gòu)這種均勻性不如編織結(jié)構(gòu)。2、提高檢測的精度和靈敏度如圖4所示的碳纖維編織傳感光纖單元1受到本實(shí)用新型復(fù)合芯棒應(yīng)力影響的示意圖，碳纖維軸向應(yīng)力X，芯棒的縱向應(yīng)力Y，徑向應(yīng)力Z。一般芯棒受應(yīng)力影響時，傾斜的碳纖維在碳纖維軸向上，受到拉力的影響，同時在傳感光纖徑向上產(chǎn)生應(yīng)力；因編織結(jié)構(gòu)的對稱性，造成編織的碳纖維向傳感光纖12的中心靠攏，加強(qiáng)了復(fù)合芯棒應(yīng)力傳遞給光纖傳感器(實(shí)質(zhì)上就是碳纖維編織光纖單元1)的能力，這樣具有較高和可靠的拉應(yīng)力檢測精度及靈敏度。而縱向碳纖維縱向排列結(jié)構(gòu)則沒有這個特點(diǎn)。3、減內(nèi)部小彎曲帶來的測試誤差如圖5所示的碳纖維編織傳感光纖單元1彎曲情況的示意圖。當(dāng)復(fù)合芯棒受到彎曲作用時，編織的碳纖維編織層14因?yàn)槌事菪隣?，其上部螺旋將被拉寬，下部螺旋將被縮窄，但是碳纖維本身變形很小，其內(nèi)部的傳感光纖12受到彎曲的影響較小，這樣測試光纖傳感數(shù)據(jù)精度高，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)外界因素的影響；和縱向碳纖維縱向排列相比，這種情況碳纖維本身被拉伸和被縮短較大，內(nèi)部的傳感光纖12受到光纖外部的碳纖維編織層14因彎曲而帶來的影響較大。表1 一種耐高溫光纖性能指標(biāo)一覽表
權(quán)利要求1.一種智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其特征在于，其包括一碳纖維編織傳感光纖單元、一在該碳纖維編織傳感光纖單元的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層、一在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層；該碳纖維編織傳感光纖單元包括傳感光纖以及形成在該傳感光纖的外部的碳纖維編織層；該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層、該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是在環(huán)氧樹脂中均勻浸漬復(fù)合而成的，環(huán)氧樹脂形成在該碳纖維編織層、環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層和環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其特征在于，該碳纖維編織層是用若干根第一碳纖維在傳感光纖的外部進(jìn)行編織而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其特征在于，該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層是用若干根第二碳纖維在該碳纖維編織層的外部形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其特征在于，該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是用若干根玄武巖纖維在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其特征在于，該碳纖維編織層是用若干根第一碳纖維在傳感光纖的外部進(jìn)行編織而形成的，該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層是用若干根第二碳纖維在該碳纖維編織層的外部形成的，該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是用若干根玄武巖纖維在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種智能架空電力傳輸導(dǎo)線用纖維復(fù)合芯棒，其包括一碳纖維編織傳感光纖單元、一在該碳纖維編織傳感光纖單元的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層、一在該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層的外部形成的環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層；該碳纖維編織傳感光纖單元包括傳感光纖以及形成在該傳感光纖的外部的碳纖維編織層；該環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層、該環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層是在環(huán)氧樹脂中均勻浸漬復(fù)合而成的，環(huán)氧樹脂形成在該碳纖維編織層、環(huán)氧樹脂復(fù)合碳纖維層和環(huán)氧樹脂復(fù)合玄武巖纖維層之間。本實(shí)用新型復(fù)合芯棒能夠增加傳感器結(jié)構(gòu)的均勻性和穩(wěn)定性、提高檢測的精度和靈敏度、減小彎曲內(nèi)部帶來的測試誤差。
文檔編號H01B9/00GK202217535SQ20112033792
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者代金濤, 劉軍, 劉輝, 劉連元, 盧供華, 吳永然, 唐橋梁, 曾永民, 王碩峰, 申芝蘭, 趙燕, 鄧任作, 鄭京紅, 聞期洋, 顏明 申請人:深圳市盟立電子有限公司