CN101060024A - 铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆 - Google Patents
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Abstract
一种铜包铝导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，为多芯电缆，绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，铜包铝导体或铜包钢导体邻外层和外层为铜导体，多个绝缘线芯成缆后包以无纺布，无纺布外为内护套，内护套外具有铠装，铠装外为护套。导体的直流电阻能完全符合产品标准对导体直流电阻的要求，并使电缆的载流量满足使用要求。
Description
一、所属技术领域
本发明涉及一种电线电缆，尤其是指铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆。
二、背景技术
导体是电线电缆产品进行电流或电磁波信息传输功能的最基本的必不可少的主要构件。铜、铝等金属材料导电性能优良，因此，目前电线电缆均采用铜、铝作为导体材料。电线电缆制造行业是一个材料精加工和组装的行业。一是材料用量巨大，线缆产品中的材料费用要占制造总成本的70-90％；二是所用材料的类别、品种非常多，性能要求特别高，如导体用铜，要求铜的纯度要在99.95％以上，有的产品要采用无氧高纯铜；而导体材料又占了整个电缆材料成本的70～80％。近年来世界铜价持续上涨，目前已经达到53220元/吨，致使铜导体材料占总材料成本的比例上升到80～95％。电缆制造成本居高不下，采用新型材料替代纯铜势在必行。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，导体的直流电阻能完全符合产品标准对导体直流电阻的要求，并使电缆的载流量满足使用要求。
为达到上述目的，本发明采取的解决方案是：
方案一：对电力电缆产品，采用铜包铝或铜包铝材料进行导体的生产，对于70mm2以上截面规格导体，内芯采用铜包铝或铜包钢材料，邻外层和外层采用纯铜材料，根据导体的集肤效应和临近效应理论，通过计算，确定代用材料的结构尺寸，在导体中，部分采用铜包铝材料替代纯铜，适当增加铜包铝或铜包铝线的体积，同时通过绝缘材料的选用来提高导体的工作温度，使制造出的电缆在相同的使用条件和环境下，电缆的载流量能满足使用要求。
方案二：对于布电线产品，全部用铜包铝或铜包钢导体线代替纯铜线，根据实际检测数据，47*0.24结构的铜包铝线导体的直流电阻为13.3Ω/km，与纯铜丝组成的1.5mm2的导体的直流电阻相同，完全可以替代纯铜丝1.5mm2导体，剔除由于铜包铝线导体造成的外径增大造成的绝缘材料增加因素，可比原来的生产成本降低20％，而使用性能与纯铜线导体电线相同。
方案三：对于50mm2以下截面规格导体，全部用铜包铝或铜包钢导体线代替纯铜线。
方案四：用于频率高于50Hz的电线电缆，还可以采用空心或使用非金属材料填充。
方案五：对于150mm2以上截面规格导体，采用多个非金属隔离结构，例如一变二芯，以降低集肤效应的影响。
本发明的优点是：
1、直流电阻率：铜包铝线的电阻率比纯铜线大，约为纯铜线的1.5倍，在阻值相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效应计算，在5MHz以上高频时，电阻率与纯铜线相同。
2、良好的焊接性：铜包铝线由于其表面同心的包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜线一样的可焊性。
3、重量轻：铜包铝线的比重仅为纯铜线的37％-40％，在线径、重量相等的情况下，其长度是纯铜线的2.5倍，由此大大降低了生产成本，购买1吨铜包铝线相当于购买了2.5吨纯铜线；使用1000kg铜包铝线和使用2500kg纯铜裸线相比，可节约成本约70000元(53.2元/kg×1000kg×2.5倍-63元/kg×1000kg＝70000元)。所以，使用铜包铝线替代纯铜线，能够大幅度节约原材料成本。是替代纯铜导线的理想产品。
4、降低交流电阻：
(1)交流电阻是电缆载流量的主要依据，根据集肤效应的原理，单根导线的表面，其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大，也就是说，大截面导体的圆心，在相同导体组成的圆面积内，圆心比圆周通过的电流要小，所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。
(2)影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外，还有邻近效应，与相同直流电阻的铜导体相比，采用铜包铝材料后，会使导体总截面增加一部分，因此也改善了电缆的散热条件，增加了散热面积，而铝的导热系数与铜相近，在同等的材料成本条件下，交流电阻的指标要经济得多。
5、具有良好的耐腐蚀性，铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝材料已经完全冶金化，铝完全被铜所包覆，不会被水、空气接触，完全达到与铜一样的性能。
6、铜和铝都是非磁性材料，不需要隔磁，也不会产生涡流。
7、铜包铝与铜相比，重量轻，线质柔软，易于加工，方便运输。
8、成本低，与相同技术指标的铜芯电缆相比，约节约成本25％。
9、纯铝的抗拉强度比铜差，但采用一种特殊的铜包铝材料和工艺上的改进，可以达到相同的指标。
铜包铝线较之纯铜导线相比，除具备纯铜导线的所有技术指标外，还具有重量轻，便于制造、运输、安装，大大降低了电缆的成本。
中国是世界上用铜第一大国(超过美国和日本)，中国的电缆产量是世界第一。近年来，使用铜导体电缆与铝导体电缆的比例由十年前的2∶8变为现在的8∶2，而中国的铜自给率只达到50％。按照目前中国电缆消耗300万吨计算，推广使用这项技术，使这种导体结构的电缆占到整个电缆市场的50％，可节约成本近300亿元，不仅可带来直接的经济效益，更重要的是会间接影响全国乃至世界的用铜量，减少中国的铜进口量，还可以绝对使铜的期货价格下跌。
四、附图说明
图1是一种单芯铜包铝导体的电线电缆结构示意图。
图2是另一种单芯铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆结构示意图。
图3是一种三加一芯铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆结构示意图。
图4是另一种三加一芯铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆结构示意图。
图5是集肤效应和邻近效应示意图。
图中：1、绝缘层，2、铜包铝导体或铜包钢导体，3、铜导体，4、无纺布，5、内护套，6、铠装，7、护套。
五、具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明再作描述。
参见图1，一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，绝缘层内为铜包铝导体或铜包钢导体。
参见图2，一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，铜包铝导体或铜包钢导体邻外层和外层为铜导体。
参见图3，一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，为多芯电缆，绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，多个绝缘线芯成缆后包以无纺布，无纺布外为内护套，内护套外具有铠装，铠装外为护套。
参见图4，一种铜包铝导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，为多芯电缆，绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，铜包铝导体或铜包钢导体邻外层和外层为铜导体，多个绝缘线芯成缆后包以无纺布，无纺布外为内护套，内护套外具有铠装，铠装外为护套。
如图5所示，直流电可以在导体中作为均匀分布，并在导体外建立了均匀分布的电磁场，在交流情况下，电流则集中在导体表面流动，导体中心，电流密度很小，称集肤效应。
从图5中可见，ΔI左向增量时，磁通用×·表示，为了阻止磁通增大，就建立了反向电流I1，该电流是导体表面电流增变化，就建立了反向电流I2，该电流仍使导体表面电流增大，导体中心电流减小，对小截面电缆集肤效应并不严重，对大截面电缆，就一定要采取分割导体结构了。邻近效应是由于三相导体中电流不同相、正负方向电流有互相吸引的作用，由于三芯电缆导体间距离很近，就必须考虑邻近效应而使交流电阻增大的因素。
实施例只举了电缆的单芯结构和3+1芯结构，还有2芯、3芯、4等芯、4+1芯、5等芯结构以及扁形结构和同芯导体结构(对5芯电缆而言)，导体的形状除了圆形和扇形外，还有瓦型结构，铠装有钢丝铠装和钢带铠装。
集肤效应系数的计算：
如将YJV 8.7/10kV电缆有关参数带入计算见表1。
表1 集肤效应系数的计算
| 导体截面mm2 | 25以下 | 35 | 50 | 300 | 400 | 500 | 630 | |
| 集肤效应系数(Ys) | 铜 | 0.0001 | 0.0002 | 0.0003 | 0.0135 | 0.0225 | 0.0367 | 0.0601 |
| 铝 | 0.0000 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0050 | 0.0082 | 0.0135 | 0.0223 | |
从表1中可见，铜、铝芯电缆25mm2及以下导体截面时，集肤效应系数ys在0.0001及以下，及万分之一以下，应该可以忽略了，电缆截面达到630mm2时，ys已达到6％(铜)和2.2％(铝)，对铜导体已很大了，故800mm2及以上的铜导体最好采用分割导体。
邻近效应系数的计算：
如将8.7/10kV，铜、铝芯、单芯、三芯电缆有关参数带入计算：见表2
表2 8.7/10kV邻近效应系数的计算
| 导体截面mm2 | 25以下 | 35 | 50 | 300 | 400 | 500 | 630 | |
| 单芯电缆邻近效应系数(Ys) | 铜 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0026 | 0.0046 | 0.0079 | 0.0137 |
| 铝 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0010 | 0.0017 | 0.0030 | 0.0055 | |
| 三芯电缆邻近效应系数(Ys) | 铜 | 0.0000 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0140 | 0.0251 | 0.0431 | 0.0735 |
| 铝 | 0.0000 | 0.0001 | 0.0001 | 0.0051 | 0.0094 | 0.0166 | 0.0293 | |
从表2中可见，单芯电缆的邻近效应很小，630mm2单芯电缆可达1.37％也不是很大，三芯电缆的邻近效应较大，但对25mm2及以下导体可以忽略，对630mm2三芯铜导体电缆的邻近效应已高达7.35％，铝芯要好些，故三芯电缆由于邻近效应大，交流电阻就比单芯电缆大。
Claims (4)
1、一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，其特征在于：绝缘层内为铜包铝导体或铜包钢导体。
2、一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，其特征在于：绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，铜包铝导体或铜包钢导体邻外层和外层为铜导体。
3、一种铜包铝导体的或铜包钢导体电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，为多芯电缆，其特征在于：绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，多个绝缘线芯成缆后包以无纺布，无纺布外为内护套，内护套外具有铠装，铠装外为护套。
4、一种铜包铝导体或铜包钢导体的电线电缆，它包括绝缘层，一层绝缘层为一芯，为多芯电缆，其特征在于：绝缘层内导体中心为铜包铝导体或铜包钢导体，铜包铝导体或铜包钢导体邻外层和外层为铜导体，多个绝缘线芯成缆后包以无纺布，无纺布外为内护套，内护套外具有铠装，铠装外为护套。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102222544A (zh) * | 2011-06-05 | 2011-10-19 | 张阳 | 一种本质安全型五线式电缆 |
| CN102280194A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-12-14 | 无锡市曙光电缆有限公司 | 一种分割导体结构的交联聚乙烯绝缘电力电缆 |
| CN102568680A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-07-11 | 四川川东电缆有限责任公司 | 一种风能电缆及制造方法 |
| CN114453199A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-05-10 | 常州恒益轻工机械有限公司 | 一种包含多段式输送系统的高速点胶机及点胶工艺 |
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2006
- 2006-04-20 CN CN 200610050502 patent/CN101060024A/zh active Pending
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