CN108511129A - 一种耐热压紧型架空电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐热压紧型架空电缆及其制备方法，该电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，所述电缆线芯包括铝合金电导线芯和导电层，所述导电层具有若干个耐热铝合金线芯并且其从内至外依次绞合缠绕，铝合金电导线芯设置于最内层导电层内。本发明的电缆具有紧压系数高、导电性能稳定、耐腐蚀性好并且自重轻等优点，特别是其在导电性能方面具有突出的优势。

Description

一种耐热压紧型架空电缆及其制备方法

技术领域

本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种紧压系数高、导电性能稳定、耐腐蚀性好并且自重轻的耐热压紧型架空电缆及其制备方法。

背景技术

110KV铝合金架空电缆多用于能接触到下面树支等导电体的架空电力输送，常常需要翻山越岭、用支撑塔架空电缆，所以电缆对于导体传输的稳定性、抗拉性能、抗蠕变性能和延伸率等方面也有着较高要求；同时，气候干燥的环境下，电缆线芯的温度会急剧升高，普通的电缆线芯由于温度过高而引发失火，电缆线悬挂于高空，重量要轻，而现有架空电缆不能满足。

因此，针对现有技术不足，提供一种耐热紧压架空电缆以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧压系数高、导电性能稳定、耐腐蚀性好并且自重轻的耐热压紧型架空电缆及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的方案是：

一种耐热压紧型架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，电缆线芯用于传输电能而线芯防护套用于对电缆线芯起到绝缘和保护的作用；所述电缆线芯包括铝合金电导线芯和导电层，所述导电层具有若干个耐热铝合金线芯并且其从内至外依次绞合缠绕，铝合金电导线芯设置于最内层导电层内；即电缆线芯在截面上呈若干套设在一起的环形结构，最中心为铝合金电导线芯，往外具有若干层导电层，每层导电层有由若干个耐热铝合金线芯绞合缠绕而成，每层导电层均紧密地绞合缠绕于其内侧的铝合金电导线芯或导电层外表面上。

优选地，所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；所述耐候交联绝缘层为110KV聚乙烯绝缘层。

进一步地，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。

进一步地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。

优选地，耐热铝合金线芯的截面为圆形。

优选地，所述耐热铝合金线芯的由下列质量分数的元素组成：Fe≤0.145，Si≤0.04，Re 0.01～0.15，Cu≤0.001，Mn≤0.001，Mg≤0.001，Cr≤0.0012，Ni≤0.004，Zr≤0.004，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。最佳地为，Fe 0.145，Si 0.04，Re 0.1，Cu≤0.001，Mn≤0.001，Mg≤0.001，Cr≤0.0012，Ni≤0.004，Zr≤0.004，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。(均以质量分数计)。

进一步地，所述耐热铝合金线芯是按步骤制备的：

铝锭熔炼的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水(即转化为融熔状态)。

保温添加的步骤：将熔炼后的铝水转入保温炉内，按配比添加其他原料并搅拌均匀；更佳地，其他中间合金被粉碎至低于200目的粒径，从而可以使其他合金可以更均匀地分配于铝水中。

轧制的步骤：将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；更佳地，耐热铝合金杆具有9.5mm的直径。

上述的耐热压紧型架空电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：

耐热铝合金杆轧制的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，并将熔炼后的铝水转入保温炉内，再按配比添加其他原料(中间合金)并搅拌均匀，最后将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；更佳地，其他中间合金被粉碎至低于200目的粒径，从而可以使其他合金可以更均匀地分配于铝水中；最佳地，所述中间合金为含有4.4～5％Re的Al-Re-Cu-Si-Mn-Ni-Mg-Cr-Zr合金。

绞合缠绕的步骤：将轧制的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以将耐热铝合金线芯绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层。

退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形导体于时效退火炉内500-550℃退火1-5h，而后冷却；最佳地，所述退火条件为500℃、2h。

半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层；最佳地，所述半导电层厚度为0.5mm，并且其被配置为缠绕两层。

外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。

本发明的电缆的耐腐蚀性、耐盐雾性、耐酸性、耐碱性、抗氧化性、稳定性、抗拉性能、抗蠕变性能、延伸率、热传导效果以及自重率等指标符合相关标准和法规要求；而在导电性能方面，其应用于110KV电路时，相较于传统电缆本发明的电缆的电阻率温度系数更小，本发明的电缆在20～60摄氏度的范围内其电阻率温度系数不变，而在60～90摄氏度的范围内其电阻率温度系数的增加也远小于传统的110KV电缆。从而使得发明的电缆在110KV大电流电路的应用中具有极佳的使用效果。

附图说明

图1是本发明实施例的架空电缆的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明如下。

一种耐热压紧型架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，电缆线芯用于传输电能而线芯防护套用于对电缆线芯起到绝缘和保护的作用；所述电缆线芯由铝合金电导线芯和导电层组成，所述导电层具有若干个耐热铝合金线芯并且其从内至外依次绞合缠绕，铝合金电导线芯设置于最内层导电层内；即电缆线芯在截面上呈若干套设在一起的环形结构，最中心为铝合金电导线芯，往外具有若干层导电层，每层导电层有由若干个耐热铝合金线芯绞合缠绕而成，每层导电层均紧密地绞合缠绕于其内侧的铝合金电导线芯或导电层外表面上。更佳地，耐热铝合金线芯的截面均为圆形。

在另一些实施例中，所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；所述耐候交联绝缘层可以采用110KV聚乙烯绝缘层。更佳地，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。最佳地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。

在另一些较佳实施例中，所述耐热铝合金线芯的由下列质量分数的元素组成：Fe≤0.145，Si≤0.04，Re 0.01～0.15，Cu≤0.001，Mn≤0.001，Mg≤0.001，Cr≤0.0012，Ni≤0.004，Zr≤0.004，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。其中，其它不可避免的杂质元素由可原料带入，成品中总量控制在范围内即可。

更佳地，所述耐热铝合金线芯是按步骤制备的：

铝锭熔炼的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，

保温添加的步骤：将熔炼后的铝水转入保温炉内，按配比添加其他原料并搅拌均匀，

轧制的步骤：将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆，更佳地，耐热铝合金杆具有9.5mm的直径。

上述的耐热压紧型架空电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：

耐热铝合金杆轧制的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，并将熔炼后的铝水转入保温炉内，再按配比添加其他原料并搅拌均匀，最后将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；

绞合缠绕的步骤：将轧制的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以将耐热铝合金线芯绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层；

退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形导体于时效退火炉内500-550℃退火1-5h，而后冷却；

半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层；

外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。

实施例

1、耐热铝合金杆的制备

原料准备：原材料包括铝锭，铁剂、硅剂、铜剂、稀土铝合金剂，具体来说，铝锭，铁剂、硅剂、铜剂分别为工业级的铝锭、铁块、非晶或单晶硅、铜块，而稀土铝合金剂则可以为含有4.4～5％的铼(Re)的铼铝合金，例如含有4.4～5％Re的Al-Re-Cu-Si-Mn-Ni-Mg-Cr-Zr合金。

耐热铝合金杆的制备步骤为：首先，在连铸连轧生产线上对铝锭进行加热熔炼使其熔化成液态(更确切地说是熔融态)的铝水；再将铝水流到保温炉中，添加其他中间合金(即铁剂、硅剂、铜剂和稀土铝合金剂)并搅拌均匀，最后轧成耐热铝合金杆；更佳地，其他中间合金是被粉碎后过200目筛后的细料；最佳地，所述耐热铝合金杆被配置为具有9.5mm的直径。

该耐热铝合金杆成品的各元素含量被控制为：Fe≤0.145，Si≤0.04，Re 0.01～0.15，Cu≤0.001，Mn≤0.001，Mg≤0.001，Cr≤0.0012，Ni≤0.004，Zr≤0.004，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。最佳地为：Fe 0.145，Si 0.04，Re 0.1，Cu≤0.001，Mn≤0.001，Mg≤0.001，Cr≤0.0012，Ni≤0.004，Zr≤0.004，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。(均以质量分数计)

需要说明的是，所述稀土铝合金剂具体包括的Re含量和其他元素含量并没有十分苛刻的要求，只需要保证最终成品的元素含量在规定范围内即可(最佳地，铼含量控制在4.4～5wt％之间)。除铝之外的其他元素一方面来源于各原料的直接添加，另一方面也来源于作为其他元素原料的不可避免引入。

2、架空电缆的组装

很显然，最终成品的耐热铝合金线芯的成分受原料组成、原料比例和制备工艺等方面因素控制；以样品4的成品耐热铝合金杆为基础，并按以下方法组装架空电缆。

绞合缠绕的步骤：将上述轧制得到的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层。最佳地，所述导电层具有三层，且导电层自内而外分别由6、12、19个耐热铝合金杆组成。

退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形的导体于时效退火炉内于500-550℃退火1-5h，而后冷却至室温；最佳地，所述退火条件为500℃、2h，该条件具有最佳的能耗和性能。

半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层，所述半导电层可采用由混有炭黑或极细金属微粒的高分子材料XLPE制成，其厚度可以为0.5-1.0mm；最佳地，所述半导电层厚度为0.5mm，并且其被配置为缠绕两层。

外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；所述交联屏蔽层和耐候交联绝缘层可以分别采用交联聚乙烯屏蔽材料和110KV聚乙烯绝缘层制成。

最佳成品耐热铝合金杆(即具有上述的最佳元素比例)为原料，并按上述工艺并按不同工艺制备若干个电缆样品；很显然，按上述工艺制备的电缆具有如下结构：

一种耐热压紧型架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，电缆线芯用于传输电能而线芯防护套用于对电缆线芯起到绝缘和保护的作用；所述电缆线芯由铝合金电导线芯和导电层组成，所述导电层具有若干个耐热铝合金线芯并且其从内至外依次绞合缠绕，铝合金电导线芯设置于最内层导电层内；即电缆线芯在截面上呈若干套设在一起的环形结构，最中心为铝合金电导线芯，往外具有若干层导电层，每层导电层有由若干个耐热铝合金线芯绞合缠绕而成，每层导电层均紧密地绞合缠绕于其内侧的铝合金电导线芯或导电层外表面上。

更佳地，位于最中心的耐热铝合金线芯的截面为圆形；最佳地，所述导电层具有三层且各层分别由6、12、19个耐热铝合金线芯组成。所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；所述耐候交联绝缘层可以采用110KV聚乙烯绝缘层。更佳地，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。最佳地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。

3、电缆的测试

对上述的各电缆样品进行性能测试，主要测试其导电性能、耐腐蚀性、耐盐雾性、耐酸性、耐碱性、抗氧化性、稳定性、抗拉性能、抗蠕变性能、延伸率、热传导效果以及自重率等指标；测试结果表明，该电缆的各项指标符合相关标准和法规要求。

此外，将本发明的电缆应用于110KV电路，测试结果表示：相较于传统电缆，本发明的电缆的电阻率温度系数更小，本发明的电缆在20～60摄氏度的范围内其电阻率温度系数不变，而在60～90摄氏度的范围内其电阻率温度系数的增加也远小于传统的110KV电缆。

这可能利益于其线芯的特定组成和电缆制备的特殊工艺，从而使得该电缆在应用于110KV电路时，其发热情况可以受到明显控制，因此可以适应于大电流电路中；传统电缆在应用于大电流电路时会导致其发热量增加而使得电缆温度升高，而电缆的电阻值则会随着温度升高而增大，从而导致其发热量进一步显著增加而产生火灾隐患和电能消耗。

Claims (10)

1.一种耐热压紧型架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，其特征在于，

所述电缆线芯包括铝合金电导线芯和导电层，所述导电层具有若干个耐热铝合金线芯并且其从内至外依次绞合缠绕，铝合金电导线芯设置于最内层导电层内。

2.根据权利要求1所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。

3.根据权利要求2所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述耐候交联绝缘层为110KV聚乙烯绝缘层。

4.根据权利要求2所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。

5.根据权利要求2所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。

6.根据权利要求1所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述耐热铝合金线芯的由下列质量分数的元素组成：Fe≤0.145，Si≤0.04，Re 0.01～0.15，Cu≤0.001，Mn≤0.001，Mg≤0.001，Cr≤0.0012，Ni≤0.004，Zr≤0.004，不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。

7.根据权利要求6所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述耐热铝合金线芯的截面为圆形。

8.根据权利要求7所述的耐热压紧型架空电缆，其特征在于，所述耐热铝合金线芯是按步骤制备的：

铝锭熔炼的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，

保温添加的步骤：将熔炼后的铝水转入保温炉内，按配比添加其他原料并搅拌均匀，

轧制的步骤：将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆。

9.权利要求1-8任一项所述的耐热压紧型架空电缆的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

耐热铝合金杆轧制的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，并将熔炼后的铝水转入保温炉内，再按配比添加其他原料并搅拌均匀，最后将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；

绞合缠绕的步骤：将轧制的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以将耐热铝合金线芯绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层；

退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形导体于时效退火炉内500-550℃退火1-5h，而后冷却；

半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层；

外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述半导电层具有两层。