石墨復(fù)合架空地線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力防雷接地技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨復(fù)合架空地線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力接地系統(tǒng)是保證電力設(shè)備安全可靠運(yùn)行、保障電力運(yùn)行人員人身安全的重要電力設(shè)施。保護(hù)架空輸電線路免遭雷閃襲擊的裝置，又稱避雷線，簡(jiǎn)稱地線。輸電線路跨越廣闊的地域，在雷雨季節(jié)容易遭受雷擊而引起送電中斷，成為電力系統(tǒng)中發(fā)生停電事故的主要原因之一。高壓及超高壓變電所占地面積廣，要求防直擊雷的區(qū)域大，安裝避雷針會(huì)有困難，因而有時(shí)也在導(dǎo)線上方架設(shè)架空地線。當(dāng)出現(xiàn)雷云對(duì)地面放電時(shí)，雷閃通道容易首先擊中架空地線，使雷電流進(jìn)入大地，以保護(hù)導(dǎo)線正常送電。同時(shí)，架空地線還有電磁屏蔽作用，當(dāng)線路附近雷云對(duì)地面放電時(shí)，可以降低在導(dǎo)線上引起的雷電感應(yīng)過電壓。架空地線必須與桿塔接地裝置牢固相連，以保證遭受雷擊后能將雷電流可靠地導(dǎo)入大地，并且避免雷擊點(diǎn)電位突然升高而造成反擊。因此，安裝架空地線可以減少雷害事故，提高線路運(yùn)行的安全性。架空地線也是高壓輸電線路結(jié)構(gòu)的重要組成部分。
[0003]架空地線由于不負(fù)擔(dān)輸送電流的功能，所以不要求具有與導(dǎo)線相同的導(dǎo)電率和導(dǎo)線截面，通常多采用鋼絞線組成。線路正常送電時(shí)，架空地線中會(huì)受到三相電流的電磁感應(yīng)而出現(xiàn)電流，因而增加線路功率損耗并且影響輸電性能。此外，由于架空地線一般掛于鐵塔最高處，截面過大重量增大會(huì)給鐵塔帶來較大的力學(xué)負(fù)荷，所以一般用作架空地線的鋁包鋼絞線或鍍鋅鋼絞線截面相較電纜而言更小，電阻更大，但這限制了傳統(tǒng)鋼絞線架空地線的應(yīng)用范圍。
[0004]當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生雷擊故障時(shí)，雷電流幅值多集中在10~200kA，根據(jù)實(shí)際采集到的雷電流波形可知，大部分雷電流幅值都超過20kA。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，由于電流幅值高達(dá)幾十千安且持續(xù)時(shí)間一般為微秒級(jí)。而架空地線多為鋼絞線，其電阻、感抗相對(duì)較高，高頻雷電流難以在短時(shí)間內(nèi)向遠(yuǎn)處傳播，極大限制了鋼絞線架空地線及避雷器的保護(hù)范圍，導(dǎo)致實(shí)際工程中一個(gè)避雷器只能有效保護(hù)一級(jí)桿塔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有架空地線存在的問題，本發(fā)明提供了一種重量輕、電阻小、感抗小、低集膚效應(yīng)的石墨復(fù)合架空地線及其制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種石墨復(fù)合架空地線，包括由第一復(fù)合石墨線構(gòu)成的內(nèi)芯、由第二復(fù)合石墨線繞內(nèi)芯外側(cè)縱向排列構(gòu)成的次外層和由金屬纖維繞次外層編織獲得的最外層，次外層完全包裹內(nèi)芯，最外層完全包裹最外層；其中，第一復(fù)合石墨線由復(fù)合石墨帶捻合獲得，第二石墨線由復(fù)合石墨帶繞金屬纖維捻合獲得，復(fù)合石墨帶包括兩層蠕蟲石墨層和敷設(shè)于兩層石墨層間的骨架纖維、碳纖維，骨架纖維和碳纖維包覆有粘合劑層；骨架纖維為無機(jī)纖維，金屬纖維為銅纖維或鋁纖維，第二復(fù)合石墨線和最外層中的金屬纖維相同或不相同。
[0007]位于兩層蠕蟲石墨層間的骨架纖維主要起“骨架”支撐作用，可以為玻璃纖維、硼纖維、凱芙拉纖維或陶瓷纖維，但不限于此。
[0008]銅纖維和鋁纖維具有良好的導(dǎo)電性和不導(dǎo)磁性，可有效減少架空地線的電阻和高頻電流下的感抗。
[0009]作為優(yōu)選，第二復(fù)合石墨線中金屬纖維直徑為0.5mm~0.8mm。
[0010]作為優(yōu)選，最外層中金屬纖維直徑為0.
[0011]上述石墨復(fù)合架空地線的制備方法，包括步驟:
步驟I，對(duì)螺蟲石墨進(jìn)打棍壓制成螺蟲石墨紙；
步驟2，將骨架纖維和碳纖維表面浸潤(rùn)粘合劑，并敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，經(jīng)熱固、輥壓得到復(fù)合石墨紙，裁切復(fù)合石墨紙得到復(fù)合石墨帶；
步驟3，對(duì)復(fù)合石墨帶進(jìn)行捻合獲得第一復(fù)合石墨線；
步驟4，將復(fù)合石墨帶繞第一金屬纖維捻合得到第二復(fù)合石墨線，第一金屬纖維為銅纖維或鋁纖維；
步驟5，以至少一根第一復(fù)合石墨線為內(nèi)芯，采用第二復(fù)合石墨線縱向包裹內(nèi)芯獲得至少一層第二復(fù)合石墨線層，采用第二金屬纖維繞第二復(fù)合石墨線層編織獲得至少一層金屬纖維編織層，第二金屬纖維為銅纖維或鋁纖維，與第一金屬纖維相同或不相同。
[0012]作為優(yōu)選，螺蟲石墨紙厚度為0.l~lmm。
[0013]作為優(yōu)選，骨架纖維和碳纖維等間隔敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間。
[0014]作為優(yōu)選，復(fù)合石墨帶寬度為10~25mm。
[0015]本發(fā)明對(duì)架空地線進(jìn)行絞線式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的石墨復(fù)合架空地線包括第一復(fù)合石墨線構(gòu)成的內(nèi)芯，第二復(fù)合石墨線構(gòu)成的次外層和金屬纖維構(gòu)成的最外層；內(nèi)芯主要負(fù)責(zé)架空地線的力學(xué)性能，次外層主要兼顧架空地線的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，最外層主要負(fù)責(zé)架空地線的導(dǎo)電性。
[0016]銅纖維和鋁纖維具有良好的導(dǎo)電性及不導(dǎo)磁性，可有效減小架空地線的電阻及高頻電流下感抗；碳纖維具有良好的抗拉性能并且具有輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，石墨具有良好的導(dǎo)電性、吸熱性和輕質(zhì)的特點(diǎn)。本發(fā)明將金屬纖維分布在架空地線的次外層及最外層，可最大限度減小高頻電流通過情況下的集膚效應(yīng)，有效利用了銅金屬和鋁金屬良好的導(dǎo)電性能和碳纖維的抗拉性能。
[0017]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
現(xiàn)有架空地線大多為鍍鋅鋼絞線或鋁包鋼絞線，由于重量大需要限制其尺寸，尺寸的限制導(dǎo)致電阻偏大。此外，鋼材的高磁導(dǎo)率導(dǎo)致高頻雷電流通過時(shí)存在較大感抗及集膚效應(yīng)，嚴(yán)重阻礙雷電流的傳播，導(dǎo)致架空地線及避雷器的防雷保護(hù)范圍有限，并增大了設(shè)備和維護(hù)的成本。
[0018]本發(fā)明提供了一種重量輕、低電阻、低感抗、低集膚效應(yīng)的石墨復(fù)合架空地線，可解決現(xiàn)有架空地線存在的上述問題，與避雷器配合可擴(kuò)大其防雷保護(hù)范圍；而且工藝簡(jiǎn)單，成本低，工程應(yīng)用效果顯著。
【附圖說明】
[0019]圖1為第一復(fù)合石墨線截面示意圖；
圖2為第二復(fù)合石