智能架空绝缘电缆结构的设计

十二五”期间，国家电网加大投资力度，建成连接大型能源基地与主要负荷中心的“三横三纵”的高压骨干网架和长距离支流输电工程，初步建设成核心的世界一流的坚强智能电网。这就要求电线或电缆具有很长的跨距及在输电的同时能实现在线监测，即起到预警的作用，针对这种情况，本文就长距离支流输电工程用电缆展开论述。

一、加强芯的选取

由于是长距离、大跨度用架空电缆，我们首先要想到该电缆要具有较大的抗拉强度，在普通的导线中，我们会用钢绞线作为加强芯，可是近年来钢绞线作为加强芯的种种弊端日益凸显，如重量重、耐腐蚀性差等缺点;经研究检测，最终我们选择了以碳纤维棒作为加强芯，这种碳纤维芯棒有以下优点：

1.强度高。同等截面下，碳纤维芯棒是的强度是钢芯的两倍，而质量却是钢芯的1/3倍;

2.耐腐蚀。碳纤维芯棒作为绝缘材料，与铝导体不会发生任何反应，避免了通电时铝线与其的电化学腐蚀问题;

3.成本低。由于强度比较高，可以增大敷设档距，减少杆塔的数量，提高敷设施工的效率，总的塔杆费用、附件费用等会降低。

可是，碳纤维芯棒也有其缺点，最显著的就是其径向抗压能力比较低，在和普通圆铝线绞合时，经过紧压时很容易造成碳纤维芯棒径向的“裂痕”，最终对其强度造成影响，所以在设计时我们采用以下结构，如下图1：

这种结构，既可以减少径向对碳纤维加强芯的压力，又可以在同等外径的情况下增大填充系数，提高载流量。

二、光单元

智能架空绝缘电缆其主要靠光单元中的光纤来传递信号，来感知绝缘温度的变化，所以光纤要确定完好。我们采用的光单元为不锈钢管式，主要是因为这种结构形式能填充油膏保护光纤不受腐蚀，又能为光纤提供较大的余长，同时为光纤提供径向抗压保护，由于不锈钢管和铝线表面接触时不会产生电位差，所以不用考虑腐蚀等情况的发生，不过当导体是铜线时，不锈钢管外要涂覆一层铜层，来消除电位差，如下图所示，图2为铝导体的情况，图3为铜导体的情况。

三、绝缘的选取

对于架空绝缘电缆来说，绝缘起着非常重要的作用，一般常用的绝缘材料有聚氯乙烯和聚乙烯绝缘是不能满足长期日照、酸碱等苛刻条件的，所以该智能电缆应采用辐照交联聚烯烃，这种绝缘材料具有耐热性好、不溶、不融、不燃烧、机械强度高、耐热变形、耐开裂性好等优异性能。

四、成品结构及分析

在此次设计中，我们暂且采用铝或铝合金作为导体，如下图4所示。

采用这种结构的原因：

1)不锈钢管为圆形，所以外层铝导体只能也采用圆形结构，并且绞制时不能紧压;

2)由于光单元中的光纤要起到测温监视绝缘的作用，所以光单元要处于外层和绝缘接触，时刻对绝缘的温度进行监测;

3)内层采用型线对碳纤维芯棒也是一种保护，同时又提高了导线的载流量。

随着工业自动化水平日益提高，架空电缆用量日益增多，电缆火灾事故的发生几率也随之增大。目前常用传统的电缆都是作为电力传输用的，本文介绍这种智能架空电缆和后台软件的结合应用，能及时感应绝缘温度、导体拉力的变化，同时作出报警的提醒，对线路起到保护的作用，同时，智能架空电缆是光电复合结构，又避免了二次施工，节约了成本。随着智能化的深入，我相信这种电缆的需求量会大量增加。