本发明涉及电网材料，具体公开了一种绝缘光单元、其制备方法及在光纤复合架空地线中的应用。
背景技术：
1、由于极寒天气的频繁发生，对于电力电网产生了诸多不利影响，如高铁线路因接触网覆冰导致大量列车晚点甚至取消，输电线路由于表面覆冰遭到严重破坏，造成巨大的人员及财产损失等。面对这一问题，工程师们采取了多种措施应对。
2、面对冰雪灾害对电力电网产生的不利影响，直流融冰是目前主要的融冰手段。直流电流融冰将覆冰线路作为负载施加直流电源，用较低电压提供短路电流加热导线使覆冰融化。500kv及以上远距离、大容量输电线路，其直流电阻只有交流阻抗的1/10，采用直流融冰需要的电源容量显著低于交流融冰，在融冰过程中具有显著优势，在我国得到大量应用。
3、光纤复合架空地线(opgw)同时兼具避雷线和通信通道的功能，在高压输电线路中具有广泛应用。与处于通电状态的架空导线不同，光纤复合架空地线在正常运行情况下通过的电流很小，气象条件恶劣时更容易覆冰。架空地线及光纤复合架空地线覆冰仅次于相线覆冰，成为制约线路正常运行的重要因素。为满足直流融冰要求，需对光纤复合架空地线进行绝缘化改造，在每年冬季冰雪来临前将光纤复合架空地线全线绝缘运行，满足直流融冰要求；雷雨季节后、冬季来临前将经过绝缘改造的光纤复合架空地线转到接地，满足线路防雷击和感应过电压要求。
4、为了节能降耗和更利于光纤复合架空地线融冰，现有技术是把常规光纤复合架空地线接地的金具、引下线部分和接续盒通过绝缘串与杆塔隔离。光纤复合架空地线在整个融冰过程中，整缆外层温度超过100℃，光缆内部温度超过80℃。现有的绝缘光单元一般采用聚四氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物等耐高温有机聚合物作为外套管，但也仍存在融冰过程中绝缘光单元强度下降，表面受高温影响发生变形导致服役寿命变短的问题。
5、基于此，研发一种综合性能优异，服役寿命长，光单元强度稳定和且可承受较长时间高温的绝缘光单元对于光纤复合架空地线的融冰具有重大进步意义。
技术实现思路
1、针对现有融冰过程中受高温影响的绝缘光单元强度下降，表面易发生变形导致服役寿命变短的问题，本发明提供了一种绝缘光单元、其制备方法及在光纤复合架空地线中的应用。本发明设计了一种新型的绝缘光单元外套管，以塑性聚合物为基材，辅以碳纤维和金属氧化物为横向增强材料，以连续玻璃纤维或连续碳纤维材料为纵向增强材料，大大改善了持续高温下绝缘光单元外套管的耐高温性能。
2、为达到这一发明目的，本发明提供了如下的技术方案：
3、本发明第一方面提供了一种绝缘光单元，由内向外依次包括光纤、阻水油膏和外套管；
4、其中，所述外套管包括如下质量百分含量的原料：1％-3％的第一纤维材料，1％-2％的金属氧化物，20％-30％的第二纤维材料和余量的塑性聚合物基材。
5、相比于现有技术，本发明以塑性聚合物为基材，以第一纤维材料和金属氧化物为横向增强材料，以第二纤维材料为纵向增强材料制备了一种新型绝缘光单元外套管。其中，第一纤维材料的加入可以显著提高绝缘光单元外套管的导热性能，且第一纤维材料可以吸收部分紫外线，延长绝缘光单元的服役寿命；而金属氧化物可以提高绝缘光单元外套管的横向抗压性能，使绝缘光单元外套管在融冰产生的高温下即便发生轻微软化也能够保持较高的抗压能力。而第二纤维材料的加入可以提升绝缘光单元外套管的轴线抗拉性能和抗收缩性能。与现有的绝缘光单元外套管采用聚四氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物相比，本发明的绝缘光单元外套管具有良好的抗压抗拉伸抗收缩性能以及长服役寿命，使所得绝缘光单元在融冰时可承受较长时间高温作用，避免高温引发光单元强度下降。同时，阻水油膏能够保持绝缘光单元内部光纤的稳定性，极大程度上支持电网地线融冰操作。利用本发明提供的绝缘光单元有效解决了现有融冰过程中受高温影响的绝缘光单元强度下降，表面易发生变形导致服役寿命变短的问题。
6、优选的，所述第一纤维材料的长度为3mm-5mm，直径为5μm-10μm。
7、优选的，所述金属氧化物的粒径为5μm-75μm。
8、进一步优选的，所述金属氧化物为氧化铝或氧化镁中的任意一种或两种。
9、优选的，所述第二纤维材料的直径为5μm-75μm。
10、所述第二纤维材料的长度由绝缘光单元长度决定，根据实际情况确定。
11、优选的，所述聚合物基材为聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯或聚醚醚酮中的任意一中或多种。
12、优选的，所述第一纤维材料为碳纤维。
13、优选的，所述第二纤维材料为连续玻璃纤维或连续第一纤维材料中的任意一种或两种。
14、优选的，所述阻水油膏为低析氢阻水油膏或吸氢阻水油膏中的任意一种。
15、本发明所用阻水油膏是将胶凝剂分散至基础油中，形成的一种粘稠型半固态物质。所述阻水油膏可以保护绝缘光单元内部的光纤形成保护作用，不仅可以防止潮气侵蚀光纤，还可以对光纤起到衬垫作用，可缓冲光纤受震动、冲击或弯曲等机械力的影响，维持光纤的稳定性。
16、优选的，所述光纤为着色光纤，制备方法包括如下步骤：在光纤表面涂覆有机-矿物复合颜料，在惰性氛围下，于80-130℃下干燥，得着色光纤。
17、本发明采用着色光纤是为了确保光纤涂覆后颜色清晰、鲜明、光纤外表无损伤，便于区分光纤类型。
18、优选的，所述有机-矿物复合颜料为聚丙烯-矿物复合颜料。
19、优选的，所述有机-矿物复合颜料的涂覆厚度为3μm-5μm。
20、优选的，所述干燥的时间为20min-35min。
21、本发明第二方面提供了一种项所述绝缘光单元的制备方法，包括如下步骤：
22、s1、在惰性氛围下，将第一纤维材料升温至120℃-160℃，保温1h-3h，得预处理的第一纤维材料；
23、s2、将所述金属氧化物和所述第二纤维材料分别升温至120℃-160℃，保温1h-3h，得预处理的金属氧化物和预处理的第二纤维材料；
24、s3、按照设计配比将聚合物基材、预处理的第一纤维材料、预处理的金属氧化物和预处理的第二纤维材料混合均匀，升温至350℃-400℃进行挤塑成管状，冷却，得所述绝缘光单元的外套管；
25、s4、在所述绝缘光单元的外套管内设置光纤，在所述绝缘光单元的外套管与光纤之间填充阻水油膏，得绝缘光单元。
26、本发明第三方面提供了一种光纤复合架空地线，由内至外依次包括中心层，次外层和最外层；其中，所述中心层和次外层均包括所述的绝缘光单元。
27、优选的，所述中心层由内至外依次由绝缘光单元，铝套管层和绞合铝包钢线层构成。
28、优选的，所述次外层采用绝缘光单元和铝包钢线绞合而成。
29、优选的，所述最外层为绞合铝线层。
30、进一步优选的，所述次外层的绝缘光单元和铝包钢线的数量之和为5-10根。
31、进一步优选的，所述绞合铝包钢线层的铝包钢线数量为6-12根。
32、进一步优选的，所述绞合铝线层的铝线数量为12-18根。
33、本发明第四方面提供了所述光纤复合架空带线在电网融冰中的应用。
34、综上所述，针对现有融冰过程中受高温影响的绝缘光单元强度下降，表面易发生变形导致服役寿命变短的问题，本发明提供了一种绝缘光单元、制备方法及其在光纤复合架空地线中的应用。本发明设计了一种新型的绝缘光单元外套管，以塑性聚合物为基材，辅以短段碳纤维和金属氧化物为横向增强材料，以连续玻璃纤维或连续碳纤维为纵向增强材料，大大改善了持续高温下绝缘套管的性能。
1.一种绝缘光单元，其特征在于：由内向外依次包括光纤、阻水油膏和外套管；
2.如权利要求1所述的绝缘光单元，其特征在于：所述第一纤维材料的长度为3mm-5mm，直径为5μm-10μm；和/或
3.如权利要求1所述的绝缘光单元，其特征在于：所述塑性聚合物基材为聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯或聚醚醚酮中的任意一中或多种；和/或
4.如权利要求1所述的绝缘光单元，其特征在于：所述光纤为着色光纤，制备方法包括如下步骤：在光纤表面涂覆有机-矿物复合颜料，在惰性氛围下，于80-130℃下干燥，得着色光纤。
5.如权利要求4所述的绝缘光单元，其特征在于：所述有机-矿物复合颜料为聚丙烯-矿物复合颜料；和/或
6.一种如权利要求1-5任一项所述的绝缘光单元的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
7.一种光纤复合架空地线，其特征在于：由内至外依次包括中心层，次外层和最外层；其中，所述中心层和次外层均包括权利要求1-5任一项所述的绝缘光单元。
8.如权利要求7所述的光纤复合架空地线，其特征在于：所述中心层由内至外依次包括所述绝缘光单元、铝套管层和绞合铝包钢线层；和/或
9.如权利要求8所述的光纤复合架空地线，其特征在于：所述次外层的绝缘光单元和铝包钢线的数量之和为5-10根；和/或
10.权利要求7-9任一项所述的光纤复合架空带线在电网融冰中的应用。
