架空電力線路為加大檔距，傳統(tǒng)上廣泛采用鋼芯鋁絞線。為進(jìn)一步加大輸電流量，人們謀求開發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)、低弛度、耐腐蝕、低線損的新型電纜。上世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)、日本先后開發(fā)成功碳纖維復(fù)合材料芯架空導(dǎo)線，現(xiàn)已在工程上應(yīng)用。我國(guó)已從美國(guó)進(jìn)口這種導(dǎo)線用于輸電工程。目前江蘇、北京、遼寧等地先后開始進(jìn)行自主研發(fā)。
鋼芯鋁絞線充分利用鋁的導(dǎo)電性和鋼的高機(jī)械強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)系鋁絞線包裹單股或多股鋼絲或鋼絞線。鋁絞線使鋼芯不受大氣中有害氣體(如氮氧化物、二氧化硫)的侵蝕。鋼芯承擔(dān)機(jī)械應(yīng)力，鋁絞線承擔(dān)輸送電能的功能。由于鋁絞線分布在導(dǎo)線外層，由集膚效應(yīng)原理可知，這種導(dǎo)線效率較高。有芯材的鋁絞線風(fēng)吹時(shí)擺動(dòng)幅度小，導(dǎo)線打連的故障幾率較小，其垂度比無(wú)芯鋁絞線小近50%，有利于電路的安全運(yùn)行。
碳纖維復(fù)合材料芯的制造工藝系采用拉擠成型。碳纖維可選擇T700S(拉伸強(qiáng)度4900MPa，拉伸模量230GPa，斷裂伸長(zhǎng)率2.1%，密度1.80g/cm3），基體可采用低黏度、耐熱與韌性好的環(huán)氧樹脂。武漢理工大學(xué)開發(fā)生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂，黏度低，玻璃化溫度為Tg190℃。
為絕緣及防止電化學(xué)腐蝕，在碳纖維復(fù)合材料芯外表面需纏繞玻璃纖維增強(qiáng)塑料或玄武巖纖維增強(qiáng)塑料。
據(jù)分析，碳纖維復(fù)合材料芯鋁絞線的強(qiáng)度為普通導(dǎo)線的2倍，因采用碳纖維復(fù)合材料芯比重僅為鋼芯的1/4，可降低架線鐵塔負(fù)荷，大大縮短安裝工期，提高安全性。尤其是不存在鋼絲引起的磁損或發(fā)熱，輸電損失小，節(jié)能效果可觀。碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的開發(fā)將成為復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
今年年初，我國(guó)南方雪災(zāi)給國(guó)計(jì)民生帶來(lái)重大災(zāi)難和經(jīng)濟(jì)損失，有些地區(qū)的輸電鐵塔扭曲變形甚至倒塌傷人。有鑒于此，我國(guó)正在研發(fā)一種可加大載流量并減輕鐵塔荷載的新型碳纖維復(fù)合材料芯架空導(dǎo)線。
