碳纤维增强型自测温铜导线电缆.pdf

本发明涉及一种碳纤维增强型自测温铜导线电缆，包括由金属管制成的护套以及位于护套内部的缆芯，所述护套为波纹铜管，所述缆芯包括云母带绝缘层及其内部的数根相互绞合的线芯和无碱玻璃填充物，所述线芯由铜线绞合而成的导体和绕包在其外部的绝缘层构成，所述导体与绝缘层间设有一层铜包铝合金丝编织屏蔽层，所述缆芯与护套间设有一层铝合金丝包裹层；在所述线芯中央的空隙中设置有一根碳纤维增强芯,在所述无碱玻璃填充物中设置有一根光单元，所述的光单元包括多根光纤，至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤。本发明的有益效果是：强度更大，弯曲、绝缘、屏蔽性能好；不光能够通信，还能实时监测电缆温度。

权利要求书1.   一种碳纤维增强型自测温铜导线电缆，其特征在于，包括由金属管制成的护套以及位于护套内部的缆芯，所述护套为波纹铜管，所述缆芯包括云母带绝缘层及其内部的数根相互绞合的线芯和无碱玻璃填充物，所述线芯由铜线绞合而成的导体和绕包在其外部的绝缘层构成，所述导体与绝缘层间设有一层铜包铝合金丝编织屏蔽层，所述缆芯与护套间设有一层铝合金丝包裹层；在所述线芯中央的空隙中设置有一根碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝；在所述无碱玻璃填充物中设置有一根光单元，所述的光单元包括多根光纤和从内到外依次设置的松套管、非金属加强层和护套，所述的松套管套在所述的光纤外，所述的松套管内填充满干式阻水物，所述的非金属加强层内设置有多根均匀分布的阻水纱，所述的非金属加强层与所述的护套之间嵌有撕裂绳；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。

说明书碳纤维增强型自测温铜导线电缆
技术领域
 本发明属于电缆领域，具体是一种碳纤维增强型自测温铜导线电缆。
背景技术
目前广泛应用于发电机、石油、化工、冶金高温场所及污水处理等行业所使用的电缆均是由缆芯以及包裹于缆芯外的护套构成，这种电缆的防火及屏蔽性能差，而且由于制造上的原因，还受到由金属管制成的护套长度限制，电缆无法做到需要的任何长度，因此很难满足用户的使用需求。
此外，现有的电缆抗拉强度还不够，对冰冻雨雪等自然灾害承受力低；现在出现了光电复合电缆，具有光纤通信功能和电力传输功能，可以实现各种控制信号、网络信号以及电力的传输，适应电信网、广电网、互联网、电力网多网融合的使用需要。但是，这种光电复合电缆在运行中温升情况无法监测，容易发生因电力导线负载增加引起升温导致整个电缆损坏的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种碳纤维增强型自测温铜导线电缆。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种碳纤维增强型自测温铜导线电缆，其特征在于，包括由金属管制成的护套以及位于护套内部的缆芯，所述护套为波纹铜管，所述缆芯包括云母带绝缘层及其内部的数根相互绞合的线芯和无碱玻璃填充物，所述线芯由铜线绞合而成的导体和绕包在其外部的绝缘层构成，所述导体与绝缘层间设有一层铜包铝合金丝编织屏蔽层，所述缆芯与护套间设有一层铝合金丝包裹层；在所述线芯中央的空隙中设置有一根碳纤维增强芯，所述碳纤维增强芯包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝；在所述无碱玻璃填充物中设置有一根光单元，所述的光单元包括多根光纤和从内到外依次设置的松套管、非金属加强层和护套，所述的松套管套在所述的光纤外，所述的松套管内填充满干式阻水物，所述的非金属加强层内设置有多根均匀分布的阻水纱，所述的非金属加强层与所述的护套之间嵌有撕裂绳；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。
本发明的有益效果是：本发明中导体是多根铜线，护套是波纹铜管，都是软结构，使得电缆具有良好的弯曲性能，便于使用而且可以制造得很长，不满足不同长度的需要；波纹铜管在纯氧中也不会燃烧，只会阻燃，在一般火灾中不会熔化或者放出有害气体，云母是非常优异的绝缘材料，再配合无碱玻璃填充物，完全能满足电缆在火焰灼烧的情况下持续保持良好的绝缘性能，从而实现电缆处于火焰的灼烧中还能保持其性能；铜包铝合金丝编织屏蔽层以及铝合金丝包裹层既可以保证其屏蔽性能，又可消除涡流的产生。
采用了陶瓷纤维和碳纤维复合结构，不仅具有碳纤维材料的优点，而且强度更大。
实际生产中如使用本发明的电缆，既可以正常输送电能，又能进行通讯，还能自身进行温度测量。这样就节省了为了电力通讯而增加的ADSL、OPGW等设备，也能减少因为OPGW引起的雷击等事故威胁。另外还能节省目前工作中采取的使用很高成本的GPS导线测温设备，节省巨大的成本。在将本发明的电缆作为传输电力的线路时，工作人员可以根据所述导线测量到线路温度来直接确定线路的实际承载状况。 
本发明对加强导线在线监测、掌握温度变化、提高导线传输容量、降低线损、提高电网运行安全、增加通信备份、解决全方位通信方案等等方面都显示出具大的经济效益和社会效益，尤其在当下国家全力建设环保型、经济型社会的主潮流中更加显示出强大的现实意义。
附图说明
图1为本发明的横截面示意图；
图2为本发明中光单元的横截面示意图。
具体实施方式
如图所示，一种碳纤维增强型自测温铜导线电缆，包括由金属管制成的护套1以及位于护套1内部的缆芯，所述护套1为波纹铜管，所述缆芯包括云母带绝缘层2及其内部的三根相互绞合的线芯和无碱玻璃填充物4，所述线芯由铜线绞合而成的导体3和绕包在其外部的绝缘层6构成，所述导体3与绝缘层6间设有一层铜包铝合金丝编织屏蔽层7，所述缆芯与护套1间设有一层铝合金丝包裹层8。本发明中导体3是多根铜线，护套1是波纹铜管，都是软结构，使得电缆具有良好的弯曲性能，便于使用而且可以制造得很长，不满足不同长度的需要；波纹铜管在纯氧中也不会燃烧，只会阻燃，在一般火灾中不会熔化或者放出有害气体，云母是非常优异的绝缘材料，再配合无碱玻璃填充物4，完全能满足电缆在火焰灼烧的情况下持续保持良好的绝缘性能，从而实现电缆处于火焰的 灼烧中还能保持其性能；铜包铝合金丝编织屏蔽层7以及铝合金丝包裹层8既可以保证其屏蔽性能，又可消除涡流的产生。
在所述线芯中央的空隙中设置有一根碳纤维增强芯9，所述碳纤维增强芯9包括碳纤维丝和陶瓷纤维丝，通过将成股的碳纤维丝和陶瓷纤维丝绞合后，采用树脂浸渍，而后采用烘箱固化而成。在本实施例中，所述碳纤维丝为一根，所述陶瓷纤维丝为六根。
在所述无碱玻璃填充物4中设置有一根光单元5，所述的光单元5包括多根光纤51和从内到外依次设置的松套管52、非金属加强层53和护套54，松套管52套在光纤51外，松套管52内填充满干式阻水物55，非金属加强层53内设置有多根均匀分布的阻水纱56，非金属加强层53与护套54之间嵌有撕裂绳57；至少一根光纤为刻写有测温光栅的光栅光纤，光栅光纤上每间隔预定的距离形成一个光栅测温点，预定的距离为300-500米。
本发明采用直接在光纤上制作刻录光栅的方法进行测温导体制造。用光纤刻录成的光栅光纤是利用光纤材料的光敏性，通过特殊的加工方式，使纤芯内形成空间相位光栅，局部形成一个窄带的反射镜面，对特定波长的光形成反射。当光纤的温度发生变化时，光栅的周围会随着光纤的热胀冷缩发生变化，该变化会改变反射波长，通过测量反射光的波长变化，便可测量出光栅所处位置的光纤感应温度。同样，通过测量反射光的延迟，可得知光栅的位置。这就是利用光栅光纤测温的原理。 
直接刻光栅的方式不产生附加损耗，不会影响测量距离，这种制作方式要好于熔接的制作方式。通过光纤刻录成的光栅光纤测温方式由于是特制有针对性的光纤，反射信号强，因此对设备的发射功率和接收灵敏度要求都低于拉曼反射测温方式，且设备的稳定性好。同时带来的好处是测量距离远，测量距离可以在100km以上，测量精度在±2℃以内。 
这些光纤中的至少一根光纤上进行刻写光栅，在设定的位置进行刻写光栅，通过发射光信号测量不同位置光栅的感应温度。这就是实现了利用光栅光纤测温。本发明不需要测量整条线路的连续温度分布，可以选用每300～500米一个测量点，或在弧垂最低点加大分布光栅点，选用光栅光纤的测温方式监控线路温度变化，可随时通过掌握的温度调整输传容量。优选地，可选择300米、400米、500米作为相邻测温点的间隔距离。
根据本发明的一个具体实施例，光单元内部穿有24根光纤，在这24根光纤中的8根光纤上进行刻写光栅。在这8根光纤中的每根上都刻录15个光栅，即每根上共15个测温点。在该实施例中，使用 24根光纤中的16根光纤进行通讯，利用24根光纤中的8根刻录有光栅的光纤进行测温。实践证明，该方法能够达到较好的效果。 
实际生产中如使用本发明的电缆，既可以正常输送电能，又能进行通讯，还能自身进行温度测量。这样就节省了为了电力通讯而增加的ADSL、OPGW等设备，也能减少因为OPGW引起的雷击等事故威胁。另外还能节省目前工作中采取的使用很高成本的GPS导线测温设备，节省巨大的成本。在将本发明的电缆作为传输电力的线路时，工作人员可以根据测量到的线路温度来直接确定线路的实际承载状况。