本發(fā)明涉及電力輸送技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種架空輸電線。
背景技術(shù)：
架空線路輸電是電力工業(yè)采用的主要輸電方式，通過架空線路將不同地區(qū)的發(fā)電站、變電站、負(fù)荷點(diǎn)連接起來，輸送和交換電能，構(gòu)成各種電壓等級(jí)的電力網(wǎng)絡(luò)。架空輸電線路，尤其是大跨度導(dǎo)線是電能輸送的咽喉，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有重大的意義。作為理想的輸電線路導(dǎo)線材料，必須具有較高的導(dǎo)電性能、較高的比強(qiáng)度和好的弧垂特性，還要具有較好的抗高溫軟化能力和抗結(jié)變性能、較好的耐腐蝕性和耐氧化性，與此同時(shí)，還要求表面光潔度好、殘余應(yīng)力小、易于加工和連接。隨著輸電容量的增加和載流量的增大，對(duì)架空輸電線路的導(dǎo)線提出了更高的要求，不僅要有良好的電導(dǎo)率，以提高輸電容量和降低線損，還要具有一定的強(qiáng)度以支持其自身重量及外來的自然載重(風(fēng)荷載、冰荷載)。從節(jié)能環(huán)保方面考慮，要求導(dǎo)線使用壽命長、可回收性好和再利用率高。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，導(dǎo)線應(yīng)該盡可能的質(zhì)量輕、價(jià)格低。
架空輸電導(dǎo)線經(jīng)過百年的發(fā)展歷程，不斷更新?lián)Q代，品種日新月異，包括鋼絞線、鋼芯銅絞線、鋼芯鋁絞線、鋼芯鋁合金絞線、鋁包鋼絞線、鋼芯鋁包鋼絞線、全鋁合金絞線、碳纖維復(fù)合導(dǎo)線等。目前在大跨距高壓架空輸電線路上，使用圾多、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)最成熟的是鋼芯鋁絞線，常用的鋼芯鋁絞線由鋁線和鋼線絞合而制成的，中心鋼線起承力作用，外層鋁線起載流作用。
由于鋁的強(qiáng)度低，通常需要用加強(qiáng)線芯來提高輸電鋁絞線的強(qiáng)度，開始采用的加強(qiáng)材料主要是普通鋼絞線，經(jīng)過不斷發(fā)展，目前的加強(qiáng)材料線種包括熱鍍鋅鋼線(鍍純鋅或鋅-5％鋁-稀土的Galfan合金)、熱鍍Galfan合金高強(qiáng)度殷鋼(INVAR-Fe-5％Ni)線、鋁包殷鋼線、碳纖維加強(qiáng)線、碳纖維和聚合物復(fù)合的加強(qiáng)線、鋁包鋼線、熱鍍鋁鋼線、Bezinal鍍鋅鋼線等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種架空輸電線，能夠提高導(dǎo)電率，以提高輸電容量和降低線損，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種架空輸電線，其采用石墨烯和碳纖維的復(fù)合材料作為加強(qiáng)線。
石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，它的拉伸強(qiáng)度測量值在1060Gpa，比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料。因此采用石墨烯纖維作為加強(qiáng)線，不僅能夠提高架空輸電線的強(qiáng)度，同時(shí)由于其本身相較于金屬輕，同樣體積下，能大幅減少自身重量，因此能間接減少架空線的載荷。
但由于石墨烯目前纖維長度較短，價(jià)格較高，因此與碳纖維復(fù)合使用。碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維拉伸強(qiáng)度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700Gpa，密度約為1.5到2.0克每立方厘米。
通過石墨烯纖維和碳纖維的復(fù)合，所述石墨烯纖維與碳纖維的復(fù)合方式是已知技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體工藝要求及生產(chǎn)條件，自由選擇，本發(fā)明不再贅述。
石墨烯纖維和碳纖維的復(fù)合比例，以體積計(jì)，石墨烯纖維:碳纖維為2:1～1:3，從目前的成本考慮，優(yōu)選1:2。
本發(fā)明的石墨烯/碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)線，使得架空輸電線的拉伸強(qiáng)度比傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線高出至少50倍，但其重量只有傳統(tǒng)鋼芯的1/10，大大減輕了架空輸電線的總重量，也減少了其體積，因此其自重、風(fēng)載荷和冰載荷都得到大幅降低。
化學(xué)成分是影響鋁導(dǎo)體導(dǎo)電性能最重要的因素，因此控制雜質(zhì)元素的含量對(duì)提高鋁導(dǎo)體導(dǎo)電性能起著決定性的作用。鋁的電阻率隨著純度的降低而增加，雜質(zhì)含量越多，電阻率也就越高，而且電阻率的上升速度比純度的降低速度快得多。例如鋁純度為99.95％時(shí)，電阻率為2.749×10-8Ω·m，當(dāng)鋁純度下降到99.5％時(shí)，電阻上升到了2.839×10-8Ω·m。基于導(dǎo)電性能的考慮，本發(fā)明摒棄了各種摻雜元素，選擇純鋁作為導(dǎo)電材料，而將所有拉伸強(qiáng)度交由石墨烯/碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)線承載。
本發(fā)明通過采用高拉伸強(qiáng)度的石墨烯/碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)線，可以采用拉伸性能較差的純鋁作為導(dǎo)電材料，以獲得最優(yōu)的導(dǎo)電性能。同時(shí)，所述石墨烯/碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)線能夠提供高于鋼芯加強(qiáng)線至少50倍的拉伸強(qiáng)度，但其重量只有傳統(tǒng)鋼芯的1/10，其自重、風(fēng)載荷和冰載荷都得到大幅降低。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種架空輸電線，其采用石墨烯和碳纖維的復(fù)合材料作為加強(qiáng)線，純鋁作為導(dǎo)電線，所述石墨烯纖維:碳纖維為2:1。
實(shí)施例2
一種架空輸電線，其采用石墨烯和碳纖維的復(fù)合材料作為加強(qiáng)線，純鋁作為導(dǎo)電線，所述石墨烯纖維:碳纖維為1:1。
實(shí)施例3
一種架空輸電線，其采用石墨烯和碳纖維的復(fù)合材料作為加強(qiáng)線，純鋁作為導(dǎo)電線，所述石墨烯纖維:碳纖維為1:2。
實(shí)施例4
一種架空輸電線，其采用石墨烯和碳纖維的復(fù)合材料作為加強(qiáng)線，純鋁作為導(dǎo)電線，所述石墨烯纖維:碳纖維為1:3。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線為對(duì)照物，本發(fā)明實(shí)施例1-4的架空輸電線的拉伸強(qiáng)度比傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線高出至少50倍。