CN102222873A - 一种节能螺栓型耐张线夹 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能螺栓型耐张线夹，该线夹包括有线夹本体、U形螺丝以及压块，其特征在于：线夹本体中形成有线槽，其中沿线夹本体的压槽穿过导线，压块在导线上方通过U形螺丝锁紧固定在线夹本体上，其中线夹本体采用铸钢或铸铁制成，所述U形螺丝采用奥氏体钢制成，压块采用奥氏体钢或铝合金制成，U形螺丝采用奥氏体钢制作，所述的奥氏体钢按重量百分比含有：锰21.5～25％，铝3～5％，铬2～4％，钒2～3％，碳0.14～0.2％，镧铈复合稀土0.2～0.3％，硅0.5～0.8％，硫＜0.05％，氮＜0.03％，磷＜0.04％，其余为铸钢。通过上述方式生产的耐张线夹，各项指标满足电力金具GB/T2315-2000《电力金具标称破坏载荷系列形式尺寸及联结方式》的相关规定。产品耗能低，能耗只有传统线夹的10～20％，体现出产品经济性高的优势，具有很强的推广价值。

Description

一种节能螺栓型耐张线夹

技术领域

本发明涉及一种电力金具，具体来讲涉及一种节能螺栓型耐张线夹。

背景技术

早在20世纪40年代，国外就开始对金具进行试验和研究，英国曼切斯特大学、美国Ohio Brass公司曾对铁磁金具和铝合金金具进行过能耗对比试验，发现线路中的铁磁金具相当于一个昼夜开着的灯泡，每年的耗量惊人，而铝合金金具基本没有能耗。我国直到上世纪70年代，由于涉外电力线路过程中，外方在技术要求中提出使用节能金具，才引起国家有关部门的重视。国家电力建设研究所、清华大学、南京线路器材厂、上海线路器材厂等单位开展过实验测试工作，当时的测试结果表明：铝合金金具节能效果明显，但铝合金金具的机械强度达不到金具的使用要求，而且铝合金金具的成本远高于传统铁磁金具，使得铝合金金具的推广受到限制。改革开放以后，随着冶炼技术和生产工艺的提高，铝合金金具的机械强度已能满足有关技术要求。由于铝合金金具造价高，目前仅用于500kV以上输电线路，而220kV及以下等级的输配电线路仍大量采用耗能较大的铸铁(铸钢)金具，虽然线路一次性投资小，但却在每时每刻消耗电能，给国家、电网企业造成巨大的损失，更不符合全寿命周期建设的理念。

目前，输电线路金具已使用了一些有别于铸钢(铸铁)的材料，如聚碳酸脂金具、无磁性球铁金具、铝合金金具等。聚碳聚酯金具出于电网可靠性、生产成本等因素，没有得到大面积推广。无磁性球铁金具由于材料加工工艺复杂也没有得到大面积推广。铝合金金具由于造价高，目前仅限于500kV及以上高电压等级线路的使用。

Fe-Mn奥氏体钢在电力金具(仅限于悬垂线夹、耐张线夹、防振锤)中的应用，既解决了铁磁金具的耗能，又降低了线路投资成本，并解决了铝合金金具价格高，消耗大量有色金属的难题。适合在输配电线路中进行全面推广应用，取代传统铁磁金具。

导致缺点的原因：

1、磁滞损耗

当导线中通过交变电流时，铸铁(铸钢)会受到交变磁化，其磁感应强度滞后于磁场强度的变化(物质的磁滞性)。由于磁畴的反复转向，导致磁畴壁(各个磁畴之间的交界面)之间摩擦发热而造成能量损耗，即磁滞损耗。金具材料不同时，金具内部产生的磁感应强度相差很大，铸铁、铸钢的相对磁导率是Fe－Mn奥氏体钢的250～1000倍，相对应的磁感应强度也相差250～1000倍。

2、涡流损耗

当导线通过电流时，铁磁材料会产生感应电动势和感应电流(涡流)。根据楞次定律和法拉第电磁感应定律，感应电动势与通过电流的大小、材料的相对磁导率、材料截面(厚度和长度)成正比。当通过电流相同，金具几何尺寸一致时，影响感应电动势的是材料的相对磁导率。铁磁金具的相对磁导率高，产生的感应电动势比Fe－Mn奥氏体钢金具大250～1000倍，因此产生的涡流损耗大。

发明内容

因此本发明的目的在于克服现有方式中的缺陷，在此提供一种节能螺栓型耐张线夹，既大大降低输配电线路传输过程中的电能损耗，又减少对有色金属的消耗，有利于节约社会资源，降低碳排放，建设绿色环境。

本发明是这样实现的，构造一种节能螺栓型耐张线夹，该线夹包括有线夹本体、U形螺丝以及压块，线夹本体中形成有线槽，其中沿线夹本体的压槽穿过导线，压块在导线上方通过U形螺丝锁紧固定在线夹本体上，螺栓与绝缘子金具串联结，其中U形螺丝的下端通过螺帽、平垫圈、弹簧垫圈固定在线夹本体上，其中线夹本体1采用铸钢或铸铁制成， 所述U形螺丝采用奥氏体钢制成，压块采用奥氏体钢或铝合金制成，U形螺丝采用奥氏体钢制作，所述的奥氏体钢按重量百分比含有：

锰21.5～25％，铝 3～5％，铬 2～4％，钒2～3％，碳 0.14～ 0.2％，镧铈复合稀土0.2～0.3％，硅0.5～0.8％，硫＜0.05％，氮＜0.03％，磷＜0.04％，其余为铸钢。

根据本发明所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的奥氏体钢按重量百分比：锰：22 ～24.6 ％，铝 3.5～4.8％，铬2.3～3.7％，钒2.1～ 2.9％，碳0.14～0.19％，镧铈复合稀土0.21～0.28％，硅0.55～0.78％，硫＜0.04％，氮＜0.028％，磷＜0.035％。

根据本发明所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的奥氏体钢按重量百分比：锰：23 ～24％，铝3.8 ～4.6％，铬2.5～3.5％，钒2.3～2.8％，碳0.15～0.18％，镧铈复合稀土0.24～0.27％，硅0.6～0.75％，硫＜0.035％，氮＜0.026％，磷＜0.033％。

根据本发明所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的奥氏体钢按重量百分比含量：锰：23％，铝4.0％，铬 2.5％，钒 2.3％，碳0.15％，镧铈复合稀土0.25％，硅0.6％，硫＜0.035％，氮＜0.026％，磷＜0.033％。

根据本发明所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种或多种。

根据本发明所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的稀土元素为镧和铈中的一种或2种。

根据本发明所述的节能螺栓型耐张线夹，其特征在于:其中奥氏体无磁钢按照下列冶炼工艺完成：

（1）奥氏体钢的熔炼选用10 T加压感应炉；

（2）、按照上述配方重量比准备好各类原料，先将铸钢在感应电炉中熔化，当温度接近1600℃时，加入锰铁，然后依次加入铬铁、钒及稀土，铝最后加入以防止坩埚的烧损，继续加热钢液使其过热，当炉内温度达到1700-1750℃时，准备好铸型，其中铸型采用水玻璃砂烘干制成，成本较低，浇铸前应除渣，浇铸时要快，防止钢液氧化。

a、锰

锰是Fe-Mn合金中的主要合金元素，在钢中加入的锰能使合金相图中的共析转变线下降，扩大奥氏体相区，稳定奥氏体组织，提高合金强度。合金中含碳量一定时，随着含锰量增加，钢的组织逐渐从珠光体到马氏体并进一步转变为奥氏体。通过试验分析，锰的含量控制在21.5～25％左右，可以保证铸态的单相奥氏体组织和适当变形后不致引发大量的形变马氏体出现。

b、铝

铝可以阻碍碳原子在奥氏体中扩散，稳定碳化物。铝易使奥氏体形成有序固溶体，增强奥氏体的稳定性。铝的加入，对于控制加工过程中加工硬化和形变诱发马氏体非常关键，但必须控制好合金中的含氮量。奥氏体钢中的铝，是改善合金的抗氧化性、耐腐蚀性的重要元素。获得稳定的奥氏体组织和良好力学性能的铝含量为3～5％。

c、铬

铬可以提高钢的屈服强度，可以提高Fe-Mn基合金的抗氧化性和耐蚀性。固溶处理后，碳化物中的铬大部分固溶到奥氏体中，铬原子扩散速度慢，它与碳原子的交互作用又使碳原子扩散速度降低，所以铬的加入还可提高奥氏体的稳定性。铬含量控制在2～4％为宜。

d、钒

奥氏体无磁钢在冷加工过程中产生形变时，奥氏体组织变形严重而产生形变马氏体组织，损害了奥氏体钢的无磁性。为了提高奥氏体组织的稳定性，保证奥氏体钢形变后不产生形变马氏体组织，在合金中加入2～3％的钒，使其保证奥氏体钢的无磁特性。

e、碳

碳是奥氏体化元素，使Fe-Mn系合金的奥氏体扩大，并且稳定奥氏体。另一方面，碳有促进加工硬化的作用，当合金中的锰、铝含量一定时，合金强度随着含碳量升高而增强，但韧性随之下降。综合考虑碳元素的利弊，采取适当提高含碳量，允许组织中有少量的碳化物存在但避免形成网状碳化物，将碳含量控制在0.14～0.2％之下，这样不仅能减少锰的加入量，而且使奥氏体的稳定性提高。

f、镧铈复合稀土

镧铈复合稀土在奥氏体钢中可加剧合金凝固的成分过冷现象，降低钢液的表面张力，提高结晶形核率，有效地细化奥氏体晶粒。加入镧铈复合稀土的量考虑在0.2～0.3％左右。

g、硅的影响

硅在冶炼中主要作用是脱氧。硅在钢中是非碳化物形成元素，硅能降低碳在奥氏体中的溶解度而促进锰钢中碳化物析出。在钢里加入少量的硅，能够提高材料的电阻率以减少涡流。硅含量应严格控制在0.5～0.8％。

h、氮

氮主要用于扩大钢的奥氏体相区，是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素，其效力远远大于镍或锰。渗入钢表面的氮与铬、铝、钒等元素可化合成极稳定的氮化物，氮可以强化奥氏体钢的固溶强化作用。氮在奥氏体钢中的含量应＜0.03％。

i、硫、磷的影响

钢中的硫以FeS形式存在。由于高锰铁中含有大量的锰，锰和硫的亲和力大于铁，因而能夺取FeS中的S形成不溶于钢液中的MnS。

磷在钢中是有害元素。磷主要由冶炼过程中加入的锰铁带入，锰铁中磷含量较高必然导致含磷量增加。降低磷含量主要从提高原材料质量入手，提高加入锰铁的纯度。

硫、磷在通常情况下对合金钢的磁性影响不大，但含量较高时由于大量共晶体的产生，会使磁导率有所提高。因此，硫、磷应严格控制在＜0.04％以下。

本发明的优点在于：a、线夹本体采用铸钢或铸铁生产。砂模采用壳型机加热覆膜砂生产工艺，具有用砂量小、只有传统砂模用砂量的1/3～1/5；粉尘少，对厂区污染小；制模成品率高；铸造产品精度高，表面光滑，可有效降低电晕损耗等优点。

b、压块采用奥氏体无磁钢或铝合金制作

如使用奥氏体无磁钢制作，采用锻造工艺，保证压块表面光滑，减少电晕损耗。

c、如使用铝合金制作，采用低温铸造工艺，工艺简单，表面光滑，有效降低电晕损耗。

d、U形螺丝采用奥氏体无磁钢制作。将冶炼好的钢锭热轧成圆钢后，进行相应的切削、冲压成型后，即制成U形螺丝。

上述生产工艺同传统生产工艺相比较，整个生产制作过程干净、环保、污染小。

通过上述方式生产的耐张线夹，各项指标满足电力金具GB/T2315-2000《电力金具标称破坏载荷系列形式尺寸及联结方式》的相关规定。

产品耗能低，能耗只有传统线夹的10～20％，产品经济性高。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明的节能试验原理图。

图中：1、本体、2、U形螺丝、3、压块、4、平垫圈，5、弹簧垫圈，6、螺帽，7、线槽，8、螺栓，9、绝缘子金具。

具体实施方式

下面结合附图对发明做出详细说明：

在电力输送过程中，减少线损、降低能耗是电力输送研究的课题。金具是输电线路的重要组成部件，由于某些铁磁或铸铁金具与导线直接接触，在交变电流产生的交变磁场作用下产生磁滞和涡流损耗造成输送能量损失，使输配电线路每年产生几亿kwh的电能损耗。因此，发展节能金具是降低线损的有效措施和必然方向。虽然铝合金金具节能效果明显，但是线路建设投资成本太大，消耗大量的铝，不利于建设“资源节约型，环境友好型”输配电线路。因此本发明的目的在于提供一种节能螺栓型耐张线夹，既大大降低输配电线路传输过程中的电能损耗，又减少对有色金属的消耗(目前国内铝的生产通常采用电解铝工艺，电解铝属于高耗能行业)，有利于节约社会资源，降低碳排放，建设绿色环境。

一种节能螺栓型耐张线夹，如图所示：该线夹包括有线夹本体1、U形螺丝2以及压块3，线夹本体1中形成有线槽7，其中沿线夹本体1的压槽7穿过导线，压块3在导线上方通过U形螺丝2锁紧固定在线夹本体1上，螺栓8与绝缘子金具9串联结，其中U形螺丝2的下端通过螺帽6、平垫圈4、弹簧垫圈5固定在线夹本体1上，其中线夹本体1采用铸钢或铸铁制成， 所述U形螺丝2采用奥氏体钢制成，压块3采用奥氏体钢或铝合金制成，U形螺丝2采用奥氏体钢制作。所述的奥氏体钢按下列重量百分比含量实施：

实施例1：所述的奥氏体钢按重量百分比含量：锰：23％，铝3.8％，铬2.5％，钒2.3％，碳 0.15％，镧铈复合稀土0.24％，硅0.6％，硫＜0.035％，氮＜0.026％，磷＜ 0.033％。

实施例2：所述的奥氏体钢按重量百分比含量：锰：23％，铝4.0％，铬 2.5％，钒 2.3％，碳0.15％，镧铈复合稀土0.25％，硅0.6％，硫＜0.035％，氮＜0.026％，磷＜0.033％。

实施例3：所述的奥氏体钢按重量百分比含量：锰：23％，铝 4％，铬2.5％，钒2.5   ％，碳 0.15％，镧铈复合稀土0.25％，硅0.6％，硫＜0.03％，氮＜0.02％，磷＜0.03％。

实施例4：所述的奥氏体钢按重量百分比含量，锰：23％，铝4％，铬2.5％，钒3.0   ％，碳0.13％，镧铈复合稀土0.25%，硅0.5％，硫＜0.03％，氮＜0.02％，磷＜0.028％。

所述的稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种或多种。

上述的节能螺栓型耐张线夹的奥氏体无磁钢的冶炼工艺为：

（1）奥氏体钢的熔炼选用10 T加压感应炉；

（2）、按照上述配方重量比准备好各类原料，先将铸钢在感应电炉中熔化，当温度接近1600℃时，加入锰铁，然后依次加入铬铁、钒及稀土，铝最后加入以防止坩埚的烧损，继续加热钢液使其过热，当炉内温度达到1700-1750℃时，准备好铸型，其中铸型采用水玻璃砂烘干制成，成本较低，浇铸前应除渣，浇铸时要快，防止钢液氧化。在加入的各种原材料中，含有碳、硅、硫、磷。因此在加入铸钢中，选择含碳量低的；锰铁中，选择含磷量较低的；铬的加入，通常选择铬铁合金，应控制其含硅量。采用加压感应炉的原因，便于在冶炼过程中通入氮气。

其中经过测试本发明所述奥氏体无磁钢的各项试验指标如下：

抗拉强度≥530Mpa，屈服强度≥300MPa，磁导率≤1.05高/奥

节能螺栓型耐张线夹的节能试验如下：

a、试验方法

依据 CQC 3102-2009《电力金具节能产品认证技术规范》中第6条之规定，采用差值法。

差值法是在相同的条件下，测量带电力金具时模拟线路的总稳定电能损耗和不带电力金具运行时模拟线路的总稳定电能损耗；两者的差值就是该电力金具的电能损耗。试验在环境温度一定，较为不通风的室内进行。试验布置应避免其他铁磁行物质对模拟线路和试验样品的电能损耗的影响。试验的导线宜选用与规定截面相同的导线。奥氏体无磁钢的各项试验指标：

P=P_∑－P_l

P --电力金具的电能损耗

P_∑--含试验样品时回路的电能损耗

P_l --不含试验样品时回路的电能损耗

试验原理图如图3；

b、试验设备

试验中设备的选用：大电流发生装置选用400A升流变；功率表W选用低功率瓦特表，功率因数                                                

，量程选用150V*2.5A；ＣＴ变比为：６００/5；PT变比为：75/1。

C、试验结果

按照上述试验和测量方法，在一根LGJ-240/30型导线上保持试验线路的稳定电流为240A ，得出的试验结果如表1：

试样A－普通螺栓型耐张线夹,试样B－节能螺栓型耐张线夹。

下面对本发明所述螺栓式耐张线夹进行能耗试验,表2所示：

下面对本发明所述螺栓式耐张线夹进行握力试验，表3所示：

下面对本发明进行破坏载荷试验，表4所示：

其中下表5为检验的情况说明：

Claims (7)

1.一种节能螺栓型耐张线夹，该线夹包括有线夹本体（1）、U形螺丝（2）以及压块（3），其特征在于：线夹本体（1）中形成有线槽（7），其中沿线夹本体（1）的压槽（7）穿过导线，压块（3）在导线上方通过U形螺丝（2）锁紧固定在线夹本体（1）上，螺栓（8）与绝缘子金具（9）串联结，其中U形螺丝（2）的下端通过螺帽（6）、平垫圈（4）、弹簧垫圈（5）固定在线夹本体（1）上，

其中线夹本体（1）采用铸钢或铸铁制成， 所述U形螺丝（2）采用奥氏体钢制成，压块（3）采用奥氏体钢或铝合金制成，U形螺丝（2）采用奥氏体钢制作，

所述的奥氏体钢按重量百分比含有：

锰21.5～25％，铝 3～5％，铬 2～4％，钒2～3％，碳 0.14～ 0.2％，镧铈复合稀土0.2～0.3％，硅0.5～0.8％，硫＜0.05％，氮＜0.03％，磷＜0.04％，其余为铸钢。

2.根据权利要求1所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的奥氏体钢按重量百分比：锰：22 ～24.6 ％，铝 3.5～4.8％，铬2.3～3.7％，钒2.1～ 2.9％，碳0.14～0.19％，镧铈复合稀土0.21～0.28％，硅0.55～0.78％，硫＜0.04％，氮＜0.028％，磷＜0.035％。

3.根据权利要求2所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的奥氏体钢按重量百分比：锰：23 ～24％，铝3.8 ～4.6％，铬2.5～3.5％，钒2.3～2.8％，碳0.15～0.18％，镧铈复合稀土0.24～0.27％，硅0.6～0.75％，硫＜0.035％，氮＜0.026％，磷＜0.033％。

4.根据权利要求3所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的奥氏体钢按重量百分比含量：锰：23％，铝4.0％，铬 2.5％，钒 2.3％，碳0.15％，镧铈复合稀土0.25％，硅0.6％，硫＜0.035％，氮＜0.026％，磷＜0.033％。

5.根据权利要求1所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种节能螺栓型耐张线夹，其特征在于：所述的稀土元素为镧和铈中的一种或2种。

7.根据权利要求1所述的节能螺栓型耐张线夹，其特征在于:其中奥氏体无磁钢按照下列冶炼工艺完成：

（1）奥氏体钢的熔炼选用10 T加压感应炉； 

（2）、按照上述配方重量比准备好各类原料，先将铸钢在感应电炉中熔化，当温度接近1600℃时，加入锰铁，然后依次加入铬铁、钒及稀土，铝最后加入以防止坩埚的烧损，继续加热钢液使其过热，当炉内温度达到1700-1750℃时，准备好铸型，其中铸型采用水玻璃砂烘干制成，成本较低，浇铸前应除渣，浇铸时要快，防止钢液氧化。

Images