CN101625911A - 高导电性抗冰导线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电性抗冰导线及其制造方法，要解决的技术问题是提高电缆的导电性和抗覆冰能力。本发明的高导电性抗冰导线具有钢绞线芯，钢绞线外围同心包覆有绞合有软铝线，软铝线的横截面为瓦形，短边向内紧凑排列形成包覆层。本发明的方法包括以下步骤：拉制瓦形硬铝单线，退火，同心绞合。本发明与现有技术相比，导电率可达到63％IACS，与普通钢芯铝绞线相比可以大大降低线路的损耗，提高导电率3.3％以上，瓦形软铝线，结构紧凑，铝线股间的间隙小，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面，比常规钢芯铝绞线的运行温度高30℃，自身具有足够的融冰能力，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀环境的污染，导线的使用寿命也更长。
Description
技术领域
本发明涉及一种输变电线路用的电缆及其制造方法，特别是一种输变电线路的导线及其制造方法。
背景技术
现有技术的输变电线路上所采用的导线有普通钢芯铝绞线、铝合金导线等，均无法满足30年一遇的冰雪灾害天气，部分输电线路中虽使用了抗冰雪导线，但结构与普通钢芯铝绞线基本相同，主要是通过提高导线的抗拉强度来防止导线覆冰而被拉断，但在重冰雪地区，经常由于导线覆冰较厚，虽然导线未拉断，但易造成导线电杆铁塔倒塌的事故，我国2008年初发生在南方的冰雪灾害中，70％以上的线路均是由于导线覆冰较厚而引起导线金具脱落、电杆铁塔倒塌，造成大面积停电，给国家造成巨大经济损失。同时，常规结构的普通钢芯铝绞线及抗冰导线的导电率均为61％IACS，例如申请日为2008年10月21日的中国发明专利申请200810194862.7所公开的技术方案中采用了软铝线来提高导电率，但不具备抗冰性能；申请日为2007年11月12日的中国实用新型专利200720306925.4所公开的技术方案中采用的是在钢芯与铝导体间增加一绝缘层，当导线遭遇覆冰或雪时向钢芯通电，使钢芯发热而实现融冰，此种方案虽能达到融冰效果，但需在钢芯与铝线之间增加绝缘层，同时需要在钢芯与铝体导之间切换电流，其采用现有技术的架空导线，导线的导电率只能达到61％IACS。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导电性抗冰导线及其制造方法，要解决的技术问题是提高电缆的导电性和抗覆冰能力。
本发明采用以下技术方案：一种高导电性抗冰导线，具有钢绞线芯，所述钢绞线外围同心包覆有绞合有软铝线，所述软铝线的横截面为瓦形，短边向内紧凑排列形成包覆层。
本发明的软铝线包覆层为一层以上。
本发明的软铝线的包覆层为两层或三层。
本发明的瓦形软铝线绞合节径比内层节径比大于外层节径比。
本发明的瓦形软铝线绞合节径比内层在10～15倍之间，外层在11～13倍之间。
本发明的钢绞线为七根。
一种高导电性抗冰导线的制造方法，包括以下步骤：一、采用A2～A6系列型号电工圆铝杆在拉丝机上拉制瓦形硬铝单线，共7～9次，前面的拉丝模具采用常规普通圆形截面拉丝模，倒数第二道及第三道拉丝模具采用椭圆形拉丝模，最后一道定型模采用截面如瓦形的成型拉丝模拉制，普通圆形模具拉丝延伸系数控制在1.35以下，椭圆形及最后一道瓦形定型模具延伸系数控制在1.30以下，拉丝线速度控制在15m/s以下；二、将瓦形硬铝单线以每分钟不超过10℃的升温速度进行升温，温度为320℃～380℃退火，时间150～210分钟后，自然冷却到环境温度；三、以规格G3A型特高强度钢绞线7根为承载芯线，由1～3层瓦形软铝线同心式绞合构成高导电性抗冰导线，导线绞合过程中，内层节径比大于外层节径比。
本发明方法的拉丝润滑油温度为室温至60℃。
本发明方法的瓦形软铝线绞合最外层绞向为右向，相邻层绞向应相反，且内层节径比应大于外层节径比。
本发明方法的瓦形软铝线绞合节径比内层在11～15倍之间，外层在10～13倍之间。
本发明与现有技术相比，导线具有优良导电性，导电率可达到63％IACS，与普通钢芯铝绞线相比可以大大降低线路的损耗，提高导电率3.3％以上；导线充分利用特高强度钢丝具有的高强度性能和软铝线具有的高导电率性能，采用特殊结构的瓦形软铝线，结构紧凑，铝线股间的间隙小，表面光洁，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面，导线的通常设计运行温度在100℃，比常规钢芯铝绞线的运行温度高30℃，自身具有足够的融冰能力，同时导线载流量可提高约40％左右；由于软铝线层结构紧凑，铝线层形成良好的密封性能，与普通钢芯铝绞线相比，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀环境的污染，因此具有良好的防腐性能，导线的使用寿命也更长。
附图说明
图1-1是本发明实施例的结构示意图(一)。
图1-2是本发明实施例的结构示意图(二)。
图2是本发明实施例的瓦形软铝线的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1-1、1-2所示，本发明的高导电性抗冰导线，由巩义市恒星金属制品公司G3A型特高强度钢丝七根绞合构成钢绞线1芯，在钢绞线1外围同心包覆有绞合的符合GB/T3954-2008标准的高导电性软铝线2。如图2所示，高导电性软铝线2的横截面为瓦形，短边向内紧凑排列形成包覆层，该高导电性瓦形软铝线2的包覆层为一层以上，最佳为两层或三层，以确保良好的导电性。
本发明的高导电性抗冰导线的制造方法，包括以下步骤：
一、采用符合GB/T3954-2008标准的A2～A6系列型号电工圆铝杆，在江苏弘科电工LHD-450/13模铝大拉丝机上拉制，共7～9次，拉制过程中，前面的拉丝模具采用常规普通圆形截面拉丝模，倒数第二道及第三道拉丝模具采用椭圆形拉丝模，最后一道定型模采用截面如瓦形的成型拉丝模拉制，制成瓦形硬铝单线，定型模截面尺寸按各规格成品导线工艺要求控制，普通圆形模具拉丝延伸系数控制在1.35以下，椭圆形及最后一道瓦形定型模具延伸系数控制在1.30以下，拉丝线速度控制在15m/s以下，拉丝润滑油温度不超过60℃，以确保拉丝油使用寿命。
二、将瓦形硬铝单线在普宁赤岗电炉厂Φ500型井式退火炉内进行软化退火处理，以每分钟不超过10℃的升温速度进行升温，温度为320℃～380℃退火，时间150～210分钟后，自然冷却到环境温度，得到高导电性瓦形软铝线。
三、用合肥合宁电工机械JLK500/54型框式绞线机，以G3A型特高强度钢绞线7根为承载芯线，由1～3层瓦形软铝线同心式绞合构成高导电性抗冰导线。导线绞合过程中，瓦形软铝线绞合节径比：内层控制在11～15倍，外层控制在10～13倍，最外层绞向为右向，相邻层绞向应相反，且内层节径比应大于外层节径比，采用纳米金刚石涂层钻石模作为并线模，确保绞合紧密，表面光洁。
本发明的方法制造的铝单线，与特高强度钢绞线绞合至成品后，根据GB4909-85及GB/T3048-2007进行测试。采用上海精密科学仪器有限公司QJ57型电桥测试导体电阻率，采用广州试验仪器厂LJ-200型拉力机测试软铝线抗拉强度。
实施例1，选用符合GB/T3954-2008标准的A4型Φ9.5mm电工圆铝杆，铝杆抗拉强度为113MPa，伸长率为12％，20℃时电阻率为27.86nΩ·m，拉制润滑油温度不高于60℃，(1)拉制标称截面为9.992mm2瓦形铝单线15根，拉丝线速度控制在9m/min，共采用8道模具拉制，前面5道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.29～1.30之间，第6、7道模具采用椭圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.27，模具近似截面积15.2mm2、12.0mm2，第8道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.18，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第8道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为10.14mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为9.992mm2瓦形硬铝线。(2)拉制标称截面为10.429mm2瓦形铝单线9根，同样采用8道模具拉制，拉丝线速度控制在9m/min，前面5道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.29～1.30之间，第6、7道模具采用椭圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.26，模具近似截面积15.8mm2、12.5mm2，第8道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.18，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第8道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为10.585mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为10.429mm2瓦形硬铝线。将拉制后的瓦形硬铝单线放入退火炉内进行软化退火处理，升温速度每分钟7℃，退火温度为320℃，热处理时间为200分钟，自然冷却24小时到环境温度后，得到高导电性瓦形软铝线，以7根直径为2.40mm的G3A型特高强度钢丝绞制成的特高强度钢绞线作为芯线，铝线内层为9根，标称截面为10.429mm2瓦形软铝线，绞合节径比内层控制在15倍，外层为15根标称截面为9.992mm2瓦形软铝线，绞合节径比内层控制在13倍，进行同心绞合，框式绞线机各段绞笼均配有现有技术采用的横向预变形装置，变形装置导轮采用尼龙棒加工而成，确保绞合紧密。生产绞合过程中，采用直径为19.5mm纳米金刚石涂层钻石模作为并线模，确保导线表面光洁、紧密。制成的高导电性抗冰导线经测试铝线导体电阻率平均值为27.31nΩ·m，导电率为63.1％IACS，导电率优于现有普通导线61％IACS的3.4％。测量抗拉强度平均值为90MPa。在120℃、240小时条件下处理，抗拉强度残存率为99.8％，而普通硬铝线在此条件下的抗拉强度残存率为97％以下。瓦形铝线层形成良好的密封性能，与普通钢芯铝绞线相比，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀环境的污染，使导线使用寿命延长，导线结构紧凑，表面光洁圆整，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面，防止导线覆冰现象发生，软铝线良好的抗拉强度残存率，可使导线长期运行温度在100℃，具有足够的融冰能力，也大大提高了导线载流量，满足导线同时具有高导电性和抗冰能力的要求。
实施例2，选用符合GB/T3954-2008标准的A4型Φ9.5mm电工圆铝杆，铝杆抗拉强度为110MPa，伸长率为12％，20℃时电阻率为27.81nΩ·m，拉制润滑液温度不高于60℃，(1)拉制标称截面为9.745mm2瓦形铝单线18根，拉丝线速度控制在9m/min，共采用8道模具拉制时，前面5道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.29～1.30之间，第6、7道模具采用椭圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.26，模具近似截面积14.8mm2、11.7mm2，第8道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.18，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第8道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为9.891mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为9.745mm2瓦形硬铝线。(2)拉制标称截面为10.429mm2瓦形铝单线15根时，拉丝线速度控制在11m/min，采用9道模具拉制，前面6道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.27，第7、8道模具采用椭圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.27，模具近似截面积13.6mm2、10.7mm2，第9道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.19，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第9道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为9.017mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为8.884mm2瓦形硬铝线。(3)拉制标称截面为9.228mm2瓦形铝单线10根，拉丝线速度控制在9m/min，采用8道模具拉制，前面5道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.29～1.30之间，第6、7道模具采用椭圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.27，模具近似截面积14.1mm2、11.1mm2，第8道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.19，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第8道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为9.366mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为9.228mm2瓦形硬铝线。将拉制后的瓦形硬铝单线放入退火炉内进行软化退火处理，升温速度每分钟7℃，退火温度为380℃，热处理时间为170分钟，自然冷却24小时到环境温度后，得到高导电性瓦形软铝线，以7根直径为3.07mm的G3A型特高强度钢丝绞制成的特高强度钢绞线作为芯线，铝线内层为10根，绞合节径比内层控制在14倍，标称截面为9.228mm2瓦形软铝线，邻外层为15根，绞合节径比内层控制在12倍，标称截面为8.884mm2瓦形软铝线，外层为18根，绞合节径比内层控制在10倍，标称截面为9.745mm2瓦形软铝线进行同心绞合，制成高导电性抗冰导线，框式绞线机各段绞笼均配有横向预变形装置，变形装置导轮采用尼龙棒加工而成，确保绞合紧密。生产绞合过程中，采用直径为25.05mm纳米金刚石涂层钻石模作为并线模，确保导线表面光洁、紧密。经测试铝线导体电阻率平均值为27.18nΩ·m，导电率为63.4％IACS，导电率优于现有普通导线61％IACS的3.9％。抗拉强度平均值为75MPa。在120℃、240小时条件下处理，抗拉强度残存率为100％，而普通硬铝线在此条件下的抗拉强度残存率为97％以下。瓦形铝线层形成良好的密封性能，与普通钢芯铝绞线相比，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀环境的污染，使导线使用寿命延长，导线结构紧凑，表面光洁圆整，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面，防止导线覆冰现象发生，软铝线良好的抗拉强度残存率，可使导线长期运行温度在100℃，具有足够的融冰能力，也大大提高了导线载流量，满足导线同时具有高导电性和抗冰能力的要求。
实施例3，选用符合GB/T3954-2008标准的A2型Φ9.5mm电工圆铝杆，铝杆抗拉强度为105MPa，伸长率为14％，20℃时电阻率为27.79nΩ·m，在拉制润滑油温度不高于60℃，(1)拉制标称截面为12.471mm2瓦形铝单线15根，拉丝线速度控制在7m/min，共采用7道模具拉制，前面4道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.31～1.32之间，第5、6道模具采用椭圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.27，模具近似截面积19.0mm2、15.0mm2，第7道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.19，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第7道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为12.658mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为12.471mm2瓦形硬铝线。(2)拉制标称截面为12.810mm2瓦形铝单线9根，拉丝线速度控制在7m/min，采用7道模具拉制，前面4道模具采用普通圆形截面拉丝模，拉丝延伸系数控制在每道1.29～1.30之间，第5、6道模具采用椭圆形截面拉丝模拉丝延伸系数控制在每道1.27，模具近似截面积19.5mm2、15.4mm2，第7道模具为瓦形拉丝模，拉丝延伸系数控制在1.18，考虑到拉丝延伸以及绞制过程会使铝线截面减小，第7道模具有效截面比实际要求单丝截面大1.5％，选择计算截面为13.002mm2的瓦形拉丝模拉制成标称截面为12.810mm2瓦形硬铝线。将拉制后的瓦形硬铝单线放入退火炉内进行软化退火处理，温速度每分钟7℃，退火温度为350℃，热处理时间为180分钟，自然冷却24小时到环境温度后，得到高导电性瓦形软铝线，以7根直径为2.66mm的G3A型特高强度钢丝绞制成的特高强度钢绞线作为芯线，铝线内层为9根，绞合节径比内层控制在13倍，标称截面为12.810mm2瓦形软铝线，外层为15根，绞合节径比内层控制在10倍，标称截面为12.471mm2瓦形软铝线进行同心绞合，制成高导电性抗冰导线，框式绞线机各段绞笼均配有横向预变形装置，变形装置导轮采用尼龙棒加工而成，确保绞合紧密。生产绞合过程中，最外层采用直径为21.6mm纳米金刚石涂层钻石模作为并线模，确保导线表面光洁、紧密。经测试铝线导体电阻率平均值27.11nΩ·m，导电率为63.6％IACS，导电率优于现有普通导线61％IACS的4.2％。测量抗拉强度平均值为78MPa，在120℃/240小时条件下处理，抗拉强度残存率为99.9％，而普通硬铝线在此条件下的抗拉强度残存率为97％以下。瓦形铝线层形成良好的密封性能，与普通钢芯铝绞线相比，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀环境的污染，使导线使用寿命延长，导线结构紧凑，表面光洁圆整，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面，防止导线覆冰现象发生，软铝线良好的抗拉强度残存率，可使导线长期运行温度在100℃，具有足够的融冰能力，也大大提高了导线载流量，满足导线同时具有高导电性和抗冰能力的要求。
本发明的高导电性抗冰导线，与同规格普通结构钢芯铝绞线相比，由于采用瓦形铝线紧密绞合，具有外径明显偏小，外表面圆整光滑，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面，紧凑的外形减小了空气阻力，降低风力对导线造成的振动和舞动危害，导线的运行温度在100℃，比常规钢芯铝绞线的运行温度高30℃，自身具有足够的融冰能力，导线运行温度的提高可使导线载流量可提高约40％；而普通钢芯铝绞线外表面有圆形铝单丝的圆弧沟槽，很容易引起雪或冰雨停留凝固，造成导线覆冰事故，普通钢芯铝绞线的运行温度为70℃，不具备自身融冰能力。本发明的导线中铝线采用退火软铝线，使导电率可达到63％IACS以上，而普能钢芯铝绞线的硬铝线导电率只能达到61％IACS；由于本发明的高导电抗冰导线是采用紧凑型绞制，铝股层形成良好的密封性能，与普通钢芯铝绞线相比，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀气氛的污染，因此，该导线具有良好的防腐性能，导线的使用寿命更长。
本发明的导线具有高导电性和良好的抗覆冰能力，不仅可以增加导线输电能力，同时可完全避免导线由于覆冰雪造成的断线或倒塔事故发生，保障线路的安全运行，由于特殊的铝线排列结构，使导线具有良好的耐腐蚀性能。所需原材料与生产设备均为现有常规设备，可以进一步降低投资和生产成本。
Claims (10)
1.一种高导电性抗冰导线，具有钢绞线(1)芯，其特征在于：所述钢绞线(1)外围同心包覆有绞合有软铝线(2)，所述软铝线(2)的横截面为瓦形，短边向内紧凑排列形成包覆层。
2.根据权利要求1所述的高导电性抗冰导线，其特征在于：所述软铝线(2)包覆层为一层以上。
3.根据权利要求2所述的高导电性抗冰导线，其特征在于：所述软铝线(2)的包覆层为两层或三层。
4.根据权利要求3所述的高导电性抗冰导线，其特征在于：所述瓦形软铝线(2)绞合节径比内层节径比大于外层节径比。
5.根据权利要求4所述的高导电性抗冰导线，其特征在于：所述瓦形软铝线(2)绞合节径比内层在10～15倍之间，外层在11～13倍之间。
6.根据权利要求5所述的高导电性抗冰导线，其特征在于：所述钢绞线(1)为七根。
7.一种高导电性抗冰导线的制造方法，包括以下步骤：一、采用A2～A6系列型号电工圆铝杆在拉丝机上拉制瓦形硬铝单线，共7～9次，前面的拉丝模具采用常规普通圆形截面拉丝模，倒数第二道及第三道拉丝模具采用椭圆形拉丝模，最后一道定型模采用截面如瓦形的成型拉丝模拉制，普通圆形模具拉丝延伸系数控制在1.35以下，椭圆形及最后一道瓦形定型模具延伸系数控制在1.30以下，拉丝线速度控制在15m/s以下；二、将瓦形硬铝单线以每分钟不超过10℃的升温速度进行升温，温度为320℃～380℃退火，时间150～210分钟后，自然冷却到环境温度；三、以规格G3A型特高强度钢绞线7根为承载芯线，由1～3层瓦形软铝线同心式绞合构成高导电性抗冰导线，导线绞合过程中，内层节径比大于外层节径比。
8.根据权利要求7所述的高导电性抗冰导线的制造方法，其特征在于：所述拉丝润滑油温度为室温至60℃。
9.根据权利要求8所述的高导电性抗冰导线的制造方法，其特征在于：所述瓦形软铝线绞合最外层绞向为右向，相邻层绞向应相反，且内层节径比应大于外层节径比。
10.根据权利要求9所述的高导电性抗冰导线的制造方法，其特征在于：所述瓦形软铝线绞合节径比内层在11～15倍之间，外层在10～13倍之间。
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