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电线都是金属的?以后可能不是了!我国建成碳纤维特高压输电线路

发布时间:2021-06-02 浏览次数:0

说到电线,我们首先都会想到铜线、铝线、铁丝等金属线,它们都是纯金属拉丝制作成的,之所以用金属,是因为所有的金属都有良好的导电性。而金属之所以有良好的导电性,又是因为金属原子的外层电子较少,在其组合成原子团之后,每个原子的外层也仅有一到两个电子和运转围绕,这样原子的外层就会存在较多的电子空位,那么外来的电子就很容易进入并移动了,金属也就易于导电了,所以我们见过的电线基本都是金属的。

由于金属良好的导电性,所以电流导线基本都是金属的,那么导线能用其他非接触材料代替吗?也是可以的,比如碳纤维。

2019年12月份,我国就建成了碳纤维复核材料导线的特高压输电线路——哈胜I线,为世界首条全线路应用碳纤维导线的特高压输电线路1000千伏(100万伏)。

哈胜Ⅰ线起于大唐锡林浩特电厂,止于1000千伏特高压胜利站,全长14.6千米,是锡盟—山东1000千伏特高压交流输变电工程的配套工程,它也是世界上首条应用了碳纤维复合材料导线的特高压试验性示范工程,它将检验碳纤维复合材料在长距离特高压应用中的表现。

很多朋友都知道碳纤维是韧性很高,却不知道某些碳纤维是导电的,这是因为这类纤维中有类似石墨的原子结构,而石墨就是一种良好的导体,它是碳元素的一种同素异形体,石墨中每个碳原子的周边连结了另外三个碳原子,排列方式是呈蜂巢式的多个六边形结构,其中每个碳原子均会放出一个自由电子,因此石墨导电性能很好,要比一般的非金属物质高一百倍左右。

不过即便如此,碳纤维复合材料导线中电流的传导也并非依靠的碳纤维,因为碳纤维的导电性还是不如金属,其使用的碳纤维复合芯的主要原材料为聚丙烯晴碳化而成的碳纤维和高温固化树脂,树脂将纵向排列的碳纤维丝整合成了一个整体,使得碳纤维的导电性更差,所以这里的碳纤维并不是用来导电的,而是用来承重的。碳纤维复合芯导线的结构与常规的钢芯铝绞线是类似的,也是分成内部的芯线和表面的铝线,其中芯线承担导线自身的绝大部分机械应力,而外部的铝线则承担电流的通流任务。

原来电线中的承重线都是钢丝,一般是7股钢丝拧成的钢丝绳,外面是几十股铝丝合成的铝导线,但是碳纤维复合材料导线则是中间一股碳纤维复合材料,外面是四边形的多股铝导线,如下图,左边为钢丝铝导线,右边为碳纤维复合芯导线。

我们知道钢铁虽然拉力和韧性都很好,但是它的密度很大,所以它本身就很沉,但是碳纤维复合材料的密度就小多了,只有钢铁的1/4,它的重量只有同体积的钢铁的四分之一左右然而碳纤维的拉力和任性却比钢铁还好,一般至少要相当于钢铁拉力的两倍,所以用碳纤维复合材料的主要目的,就是减轻导线的重量,而且同等粗细的碳纤维因为拉力更好,也可以承载更多的铝导线,使得电线或电缆变粗,以通过更大的电流。

由于碳纤维复合材料导线有着上述的密度小,重量轻,拉力大,韧性强的优异性能,所以如果这种材料在使用时长上可以保证的话,那么将来很可能会代替钢丝铝导线,成为输电线路中的常用导线,而且碳纤维丝通电后有发热效果,所以它也会被作为能发热的导线在某些行业被特殊应用,因此电流导线也并非一定是金属的,非金属导线也会在以后越来越多地出现。

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