CN101625909B - 复合导线的发热单丝的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合导线的发热单丝的制造方法。其中，该方法是将居里点为-5℃～4℃的低居里点铁磁材料与导线材料混合，然后制成发热单丝。该制造方法包括如下步骤：拉制形成带槽的由导线材料制成单丝和由低居里点铁磁材料制成的单丝；然后通过连续压紧工艺将由低居里点铁磁材料制成的单丝压入由导线材料制成的单丝的槽内，从而形成发热单丝。采用本发明的方法，不但能够有效防止输电线路上的导线表面的覆冰，并且不会产生复杂的安装过程，也几乎不会增加导线的载荷。

Description

复合导线的发热单丝的制造方法

技术领域

本发明涉及输电线路导线，具体地讲，涉及一种复合导线及该复合导线的发热单丝的制造方法。

背景技术

现有常规钢芯铝绞导线的长期运行温度在70℃，但在冬季常规钢芯铝绞线的长期运行温度会更低，在冬季的雨雪天气时导线表面温度一般在0℃以下，特别是在冰雪灾害来临的时候，室外输电电路上的导线会因表面温度低于0℃而造成导线覆冰。导线上产生覆冰后，会加重导线的负载，对输电电路造成破坏。例如在2008年年初，中国南方大部分地区和西北地区出现的冰冻灾害，给当地的电网就造成了严重破坏，导致大面积停电。

为解决在温度低于结冰点时在输电电路的导线上产生覆冰的问题，有人提出利用低居里点高磁感应强度的铁磁材料低温发热的特性来解决导线覆冰的问题。居里点也称居里温度或磁性转变点，是指磁性材料中自发磁化强度将到零的温度，即磁性材料在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，在低于居里点时，该磁性材料称为铁磁体，而在温度高于居里点时，该磁性材料为顺磁体。根据电磁学原理可知，当架空输电线缆有电流通过时，输电线上的导线将产生感应交变磁场。铁磁性材料在交变磁场作用下将产生磁损耗，磁损耗由磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗三个部分组成。鉴于输配电条件下(工频、低磁场条件)剩余损耗较小，不予考虑；仅考虑利用材料的磁滞损耗和涡流损耗。这些损耗以热的形式表现出来，最终实现了转化为热能的目的。当单位时间产生的热量足够大时，使导线上的覆冰融化从而达到除冰的目的。

架空输电线防冰的实质是利用输电线上的电能加热导线，维持导线在0℃以上。如果只考虑防冰而不顾及线路的损失，那么问题就非常简单，例如只要用一种电阻大的钢导线，利用线路损耗功率(I2R)就可达到防冰的目的。不难看出这种办法有两个缺点：

线路电阻(R)是随温度升高而增加，气温越高损耗越大，一年四季都在消耗能量，到了夏季，损耗最大。

为了防冰，输电线路电阻(R)必须根据最小电流进行设计，当线路上电流(I)增大时，损耗功率(I²R)是以电流的平方(I²)关系增加，这种多余损耗如此猛增是非常不经济的。

如果将低居里点材料以各种方式附在输电线上，利用在居里点以下铁磁材料由顺磁性转变为铁磁性的特性，就能较为理想地克服以上缺点，进行防冰的自动调节。

在居里点附近，气温越低铁磁材料磁性越高，发热量增加，防冰能力加强。当气温升高，不存在结冰危险时，磁性急骤下降，线路损耗也就急剧减小。以居里点为0℃为例，气温降低到冰点以下时，传输电流导线上铁磁材料磁感应强度或磁滞损失和涡流损失很大；在常温时，即不需要熔冰时，其损失很小。这就达到了覆冰温度时铁磁材料能产生较高的热量，从而维持导线表面的温度在冰点以上，而不需要防冰时不产生额外的能量损耗的要求。

当输电线路上电流较大时，由于磁性饱和，导磁率随线路电流(I)进一步增加而下降，功率消耗增加就不太多；相反，线路电流减小时，由于磁导率提高，使得功率损耗减少得也不太多。这样，导线就不因负荷小时发生结冰，也不因负荷大时过多地消耗能量。

而采用普通导线材料制成的普通导线不具备在这样低温条件下发热的性能，因此不具备防覆冰能力。目前，将低居里点的铁磁材料应用到解决导线覆冰问题的方式是，先采用低居里点铁磁材料制成防冰器件，例如铁磁线、预绞线或防冰套筒等，然后用手工或专用机械将该防冰器件固定螺距缠绕或套在导线的表面上。这种方式由于存在有如下诸多问题，而目前无法得到推广和应用。其存在的问题主要如下：

1、由于铁磁材料防冰器件一般需要做得比较纤细，例如磁热线的直径需要做到1.5-3mm，且结构复杂，外层覆有较薄的覆层，安装时容易拉断或变形不利于架空线路高空作业。并且，在安装时主要依靠人工操作，在地形复杂的山地，人工装配防冰器件需要消耗大量的人力、物力和财力，且装配效率比较低。同时野外架空作业有很大的危险性。

2、在导线上加装铁磁防冰器件后，会增加导线本身载荷，从而给导线带来不利的影响。

因此，有必要提供一种新型的具有低温发热功能的导线来取代现有防冰装置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种复合导线及该复合导线的发热单丝的制造方法，不但能够有效防止输电线路上的导线覆冰，并且不会产生复杂的安装过程，也几乎不会增加导线的载荷。

本发明的上述目的可采用如下技术方案来解决，一种复合导线，由多根单丝绞制而成，其中一根以上单丝为发热单丝，该发热单丝至少部分由低居里点的铁磁材料制成，该发热单丝能够在导线表面温度低于居里点温度时产生热量，从而将导线表面的温度维持在结冰温度以上；所述铁磁材料的居里点为-5℃～4℃。

这样，由于复合导线中的部分单丝是发热单丝，该发热单丝至少部分由低居里点的铁磁材料制成，在输电线路上的导线温度达到结冰温度时，利用低居里点的铁磁材料在居里点的磁性转变特性，该复合导线中的发热单丝能够产生热量，从而将导线表面的温度维持的结冰温度以上，起到防止输电线路上的导线覆冰或者融化覆冰的作用，解决了冬季导线覆冰的问题。并且，由于本发明中的发热单丝本身就是导线的一部分，在制作导线时，已经与其它由导线材料制成的普通单丝绞制在一起，从而不需要复杂的安装过程，不但节省了安装成本和大量的人力，而且不用考虑安装效率的问题，并且也不会在输电线路导线上增加额外的载荷，为该复合导线的推广应用提供了有利条件。

本发明还提供了一种上述复合导线的发热单丝的制造方法，将低居里点铁磁材料与导线材料混合，然后通过连续挤压或拉制等工艺而形成发热单丝。

在本发明的发热单丝的制造方法的一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：拉制形成带槽的由导线材料制成单丝和由低居里点铁磁材料制成的单丝；然后通过连续压紧工艺将由低居里点铁磁材料制成的单丝压入由导线材料制成的单丝的槽内，从而形成发热单丝。

在本发明的发热单丝的制造方法的一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：先拉制成带槽的由导线材料制成的单丝；然后将低居里点铁磁材料粉末填充到该槽内；再通过连续拉拔工艺制出发热单丝。

在本发明的发热单丝的制造方法的一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：先将矩形的由导线材料制成的单丝通过成型滚压模具制成带槽的导线材料单丝，然后将低居里点铁磁材料粉末添加到该导线材料单丝的槽内，再通过连续挤压工艺或焊接工艺或旋转挤压工艺制成发热单丝。

在本发明的发热单丝的制造方法的一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：通过连铸连轧工艺，在导线材料连铸后将进入连轧设备之前，通过加装带槽装置在导线材料上形成凹槽，同时向该凹槽内倾倒低居里点铁磁材料粉末颗粒，通过连轧设备制成复合低居里点铁磁材料和导线材料的杆，最后通过拉丝设备制成发热单丝。

本发明还提供了一种复合导线的发热单丝的制造方法，先拉制形成导线材料单丝，然后通过喷涂设备将低居里点铁磁材料粉末喷涂到导线材料单丝表面，从而形成发热单丝。

本发明还提供了一种复合导线的发热单丝的制造方法，通过拉丝设备或挤压设备将低居里点铁磁材料拉制或挤压而形成发热单丝。

采用本发明的上述制造方法，制造出具有低居里点铁磁材料的发热单丝，并将该发热单丝与由导线材料直接制成的单丝绞制成复合导线，从而利用该复合导线中的发热单丝能够在低温发热的特点，在输电线路的导线表面温度较低时，通过发热单丝发热能够将导线的表面温度维持在结冰温度以上，从而有效解决导线覆冰问题。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而并不代表以任何方式来限制本发明公开的范围的意图。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明的一种复合导线结构示意图；

图2为本发明的另一种复合导线结构示意图；

图3为本发明的再一种复合导线结构示意图；

图4为本发明的又一种复合导线结构示意图；

图5-图12为本发明的复合导线的混合形发热单丝的几种结构示意图；

图13-图14为本发明的在导线材料制成的单丝表面涂敷低居里铁磁材料而形成的发热单丝结构示意图；

图15-图18为本发明的全部由低居里点铁磁材料制成的发热单丝的结构示意图；

图19-图21为拉制而成的混合形发热单丝形成结构示意图；

图22-图26为通过连续拉拔工艺制成的混合形发热单丝形成结构示意图；

图27-图28为通过喷涂工艺制成发热单丝的形成结构示意图；

图29-图38为本发明的几种复合导线结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方式的细节。但是，需要说明的是，下面的描述本质上仅为示例性的，而不意图限制本发明公开、应用或使用。

如图1-图4所示，本发明提供了一种复合导线1，该复合导线1由多根单丝绞制而成，其中一根以上的单丝为发热单丝11，该发热单丝11至少部分由低居里点的铁磁材料制成，其它单丝为由导线材料制成的普通单丝12，该发热单丝11能够在复合导线1表面温度达到结冰温度时产生热量，从而将复合导线1表面的温度维持在结冰温度以上。这样，在输电线路上的导线温度达到结冰温度时，利用低居里点的铁磁材料在居里点的磁性转变特性，该复合导线1中的发热单丝11能够产生热量，从而将导线表面的温度维持的结冰温度以上，起到防止输电线路上的导线覆冰或者融化覆冰的作用，解决了冬季导线覆冰的问题。并且，由于本发明中的发热单丝11本身就是复合导线1的一部分，在制作复合导线1时，已经与其它由导线材料制成的普通单丝12绞制在一起，从而不需要复杂的安装过程，不但节省了安装成本和大量的人力，而且不用考虑安装效率的问题，并且也不会在输电线路导线上增加额外的载荷，为该复合导线1的推广应用提供了有利条件。

在本发明中，根据需要，绞制成复合导线的发热单丝11和普通单丝12的形状可以根据需要设置成多种结构形式，例如圆形单丝、扇形单丝、“Z”字形单丝、反“Z”字形单丝等，只要能够绞制成所需的复合导线1，其发热单丝11和普通单丝12的具体形状可不作限制。在本发明中，制成单丝所需的导线材料可以是任一一种导线材料，如软铝、硬铝、电工铝或铝合金等，只要能够复合导线的导电传输要求，其具体材料在此不作限制。

在本发明中，为了能够在外界温度达到结冰温度或结冰温度以下时，使复合导线1能够借助其中发热单丝11的产生的热量，而将复合导线1表面的温度维持在结冰温度以上，并且在复合导线1处于正常工作温度时减小复合导线1的损耗，该发热单丝11中的铁磁材料的居里点最好在结冰温度附近。作为一个具体例子，该复合导线1的发热单丝11的铁磁材料的居里点可以为-5℃～4℃中的任一值，例如-5℃，-3℃，0℃，1℃，2℃，2.5℃，4℃等。在本发明中，所述铁磁材料的单重发热值≥20W/Kg。

如图1-图4中，在本发明中，该发热单丝11可位于复合导线1的表面层上，从而便于解决复合导线1表面的覆冰问题。

在本发明中，为保证融冰或防止覆冰的效果，所述的发热单丝总面积最好为为复合导线1总面积的10％-20％。

如图5-图12所示，在本发明的一个可选实施方式中，所述发热单丝11可由导线材料制成的单丝111包络低居里点铁磁材料112而形成。

为形成上述具有发热单丝11的复合导线1，本发明还提供了一种上述复合导线1的发热单丝的制造方法，将低居里点铁磁材料112与导线材料混合，然后连续挤压或拉制而形成发热单丝11。将形成发热单丝11于普通的导线材料制成的普通单丝12绞制在一起，从而形成本发明的复合单丝1。

如图19-图21所示，在本发明的发热单丝11的制造方法的一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：拉制形成带槽1110的由导线材料制成单丝111和由低居里点铁磁材料112制成的单丝；然后通过连续压紧工艺将由低居里点铁磁材料112制成的单丝压入由导线材料制成的单丝111的槽1110内，从而形成发热单丝11。

如图22-图26所示，在本发明的发热单丝的制造方法的一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：先拉制成带槽1110的由导线材料制成的单丝11；然后将低居里点铁磁材料粉末112填充到该槽1110内；再通过连续拉拔工艺制出发热单丝11。

在本发明的发热单丝的制造方法的另一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：先将矩形的由导线材料制成的单丝通过成型滚压模具制成带槽的导线材料单丝，然后将低居里点铁磁材料粉末添加到该导线材料单丝的槽内，再通过连续挤压工艺或焊接工艺或旋转挤压工艺制成发热单丝。

在本发明的发热单丝的制造方法的再一个可选实施方式中，该制造方法包括如下步骤：通过连铸连轧工艺，在导线材料连铸后将进入连轧设备之前，通过加装带槽装置使导线材料上形成凹槽，同时向该凹槽内倾倒低居里点铁磁材料粉末颗粒，通过连轧设备制成复合低居里点铁磁材料和导线材料的杆，最后通过拉丝设备制成发热单丝。

如图13-图14所示，在本发明的发热单丝11另一个可选实施方式中，所述的发热单丝11由导线材料制成的单丝111表面涂敷低居里点铁磁材料112而形成。如图27-图28所示，该种发热单丝11的制造方法是，先拉制形成导线材料单丝111，然后通过喷涂设备将低居里点铁磁材料粉末112喷涂到导线材料单丝表面，从而形成发热单丝11。

如图15-图18所示，在本发明的发热单丝11再一个可选实施方式中，所述的发热单丝11可直接由低居里点铁磁材料制成。该种发热单丝11的制造方法可以通过拉丝设备或挤压设备将低居里点铁磁材料拉制或挤压而形成发热单丝11。

如图1、图3所示，在本发明中，一根复合导线1中的发热单丝11也可以采用同一种制造方法和结构形式，当然如图2和图4所示，也可以在一根复合导线1中采用多种制造方法和结构形式的发热单丝11，只要能够起到防止覆冰的作用，该复合导线1中的发热单丝11的具体设置方式可不作限制。

在本发明中，所述低居里点铁磁材料的粉末颗粒为0.001mm-0.1mm。

在本发明中，所述的复合导线1可以采用钢芯、殷钢芯、铝包钢芯、碳纤维芯或铝基陶瓷芯为承力芯。

在本发明中，具有上述各种发热单丝11的复合导线1的结构形式可以为多种形式，例如均由圆形单丝绞制而成(如图1所示)，或者外层部分为扇形截面单丝的形式(如图2所示)；或者外层全部为等高的扇形截面单丝的结构形成(如图3所示)；或者外层为高度渐变的扇形截面单丝的结构形式(如图4所示)等，作为示例，该复合导线1还可以是如图29-图38所示的任一一种结构形式，当然也可以是图1-图4以及图29-图38中没有示出的其它结构形式，只要能够作为输电线路导线使用，其具体结构形式在此也不作限制。其中，每根复合导线1中的发热单丝11也可以是一种结构形式，也可以是多种结构形式的组合，在此不再一一详述。图1-图4以及图29-图38所示的复合导线1的形式仅为示例，并不限制该复合导线1的结构形式，本领域技术人员根据需要还可以给出多种变形结构。

本发明的复合导线1可以在低温环境时发热从而增强导线的抗冰能力。当本发明的复合导线1应用在输电线路上时，在小于结冰温度时发热单丝11的低居里点铁磁材料在交变磁场作用下产生磁损耗发热，从而防止覆冰。当环境大于结冰温度时发热单丝的低居里点铁磁材料的磁感应强度几乎降为零，几乎不产生或者产生很小的额外的能量损耗。本发明复合导线由于能够有效解决覆冰问题，从而可以应用在我国覆冰地区的输电线路上，来达到融冰减灾的效果。

本公开的描述仅为示例性的属性，因此没有偏离本公开要旨的各种变形理应在本公开的范围之内。这些变形不应被视为偏离本公开的精神和范围。

Claims (4)

1.一种复合导线的发热单丝的制造方法，其中，将居里点为-5℃～4℃的低居里点铁磁材料与导线材料混合，然后制成发热单丝，该制造方法包括如下步骤：拉制形成带槽的由导线材料制成单丝和由低居里点铁磁材料制成的单丝；然后通过连续压紧工艺将由低居里点铁磁材料制成的单丝压入由导线材料制成的单丝的槽内，从而形成发热单丝。

2.一种复合导线的发热单丝的制造方法，其中，将居里点为-5℃～4℃的低居里点铁磁材料与导线材料混合，然后制成发热单丝，该制造方法包括如下步骤：先拉制成带槽的由导线材料制成的单丝；然后将低居里点铁磁材料粉末填充到该槽内；再通过连续拉拔工艺制出发热单丝。

3.一种复合导线的发热单丝的制造方法，其中，将居里点为-5℃～4℃的低居里点铁磁材料与导线材料混合，然后制成发热单丝，该制造方法包括如下步骤：先将矩形的由导线材料制成的单丝通过成型滚压模具制成带槽的导线材料单丝，然后将低居里点铁磁材料粉末添加到该导线材料单丝的槽内，再通过连续挤压工艺或焊接工艺或旋转挤压工艺制成发热单丝。

4.一种复合导线的发热单丝的制造方法，其中，将居里点为-5℃～4℃的低居里点铁磁材料与导线材料混合，然后制成发热单丝，该制造方法包括如下步骤：通过连铸连轧工艺，在导线材料连铸后将进入连轧设备之前，通过加装带槽装置在导线材料上形成凹槽，同时向该凹槽内倾倒低居里点铁磁材料粉末颗粒，通过连轧设备制成复合低居里点铁磁材料和导线材料的杆，最后通过拉丝设备制成发热单丝。

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