CN102709072A - 一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排，包括外层和与该外层无间隙连接的内芯，所述外层采用铜材，所述内芯采用铝材，所述外层的截面积占所述外层和内芯的总截面积的15～25％。本发明还公开了中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的制备方法。本发明铜铝复合排制作中压隔离开关的载流导体，代替了传统的铜母线和铝母线，它兼有铝的成本低、重量轻、与铜一样有较低的接触电阻等特点，且由于趋肤效应的影响载流能力大，接近电工铜排，是替代电工铜排的最佳选择。

Description

一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排及其制备方法。

背景技术

如图1所示，中压隔离开关包括底座6、拉杆绝缘子4、两个支柱绝缘子3、进线接线板2、出线接线板7、联结5和导电部件1，所述出线接线板7和进线接线板2分别通过一支柱绝缘子3安装于所述底座6上，所述导电部件1跨接与所述两个支柱绝缘子3的顶部，该导电部件1包括静触头12和触刀11，所述静触头12固定于于装有出线接线板7的支柱绝缘子3的顶部，所述触刀11的一端轴接于装有进线接线板2的支柱绝缘子3的顶部，其另一端搭接于所述触头12上。

由于铜具有电化学性能稳定、电导率高、电阻率低等优点，目前，公知技术中中压隔离开关中的载流导体(即触刀)通常由铜排加工成槽形制成。

现有市场上使用的隔离开关如GW9-12型用于额定电压为10kV的电力系统中，额定电流400A或600A，作为有电压无负载的情况下接通或隔离电源之用，其触头由铜母线折弯90°，触刀直接用铜母线加工而成。

但是铜在全世界范围的储藏量稀少，在我国更是非常贫乏。使用铜导体成本高，不利于解约资源，影响输配电行业的发展。铝也是良好的导电体，且在我国储藏量丰富，价格稳定。自上世纪七十年代起，以铝代铜在我国就是一项重要的经济政策，但因铝导电率较低，机械强度低，刚性差，焊接性能差，接触电阻大，而且在空气中极易氧化，生成具有绝缘性质的氧化铝膜，导致电阻增大，载流量降低，在连接处易出现故障，使用中存在一些技术难题，故长期以来用量较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排及其制备方法，该铜铝复合排充分利用铜铝材料各自优势，同时其载流量接近于铜排，弯曲性能优于铜排。

本发明的目的是这样实现的：

本发明之一的一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排，包括外层和与该外层无间隙连接的内芯，所述外层采用铜材，所述内芯采用铝材，所述外层的截面积占所述外层和内芯的总截面积的15～25％。

上述的中压隔离开关载流导体用铜铝复合排，其中，所述外层的厚度均匀。

本发明之二的一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的制备方法，包括以下步骤：

1)将铝熔化保温至700～800℃，通过密闭流槽浇铸到铜管内，冷却形成铜铝复合铸锭；

2)在惰性气体保护下，将加热后的铜铝复合铸锭进行轧制，经过初轧、精轧和整型，制成铜铝复合排。

本发明铜铝复合排制作中压隔离开关的载流导体，代替了传统的铜母线和铝母线，它兼有铝的成本低、重量轻、与铜一样有较低的接触电阻等特点，且由于趋肤效应的影响载流能力大，接近电工铜排，是替代电工铜排的最佳选择。

由于铜铝复合排中铜占的体积比很小，可以大量节约稀缺的铜资源，而且比重小，可以减轻成套电气设备的重量，减小自身重量所引起的弯曲应力，安装方便。其载流量接近于铜排，弯曲性能比铜排好，其抗拉强度、延伸率、硬度都可满足成套电气设备等产品的要求。提高了有色金属资源的综合利用，提高了产品的性能，降低了产品的成本。

铜铝复合排采用连铸连钆直接成型法工艺，铜、铝界面通过溶合形成一定厚度的结合层，真正达到了“冶金结合”，界面结合强度高，在剪切、弯曲、冲孔加工时铜铝不分层。铜铝复合排的机械性能和电性能，如抗拉强度、延伸率、电阻率等性能优越。铜铝复合排的性能如下表所示。

附图说明

图1是现有中压隔离开关的结构示意图；

图2是本发明之一的中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的截面示意图。

图3是本发明之一的中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的结合层扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图2，图中示出了本发明中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的截面示意图，该铜铝复合排包括外层81和与该外层81无间隙连接的内芯82，外层81采用铜材，内芯82采用铝材，外层81的截面积占外层81和内芯82的总截面积的15～25％，且外层81的厚度均匀，本发明铜铝复合排的导电率大于70％IACS。

本发明中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的制备方法，包括以下步骤：

1)将铝熔化保温至700～800℃，通过密闭流槽浇铸到铜管内，冷却形成铜铝复合铸锭；

2)在惰性气体保护下，将加热后的铜铝复合铸锭进行轧制，经过初轧、精轧和整型，制成铜铝复合排。

请参阅图3，图中示出了本发明中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的结合层扫描电镜图，从图中可以清晰的看出铜铝界面的扩散层共分为4层，经过测量，得到扩散层总宽度大约为30um。扩散层的形成，是因为在铜/铝固-液复合时，高温的铝液使铜表面发生熔化，铝向铜中发生了明显扩散，形成富铜区。在此过程中，铝与铜发生反应，生成金属间化合物，形成过渡层。由此可见铜铝结合面达到冶金结合。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

采用连铸连轧工艺制备了铜铝复合排，铜层截面积占总界面积的23％，复合排电导率为标准铜导电率的82％，复合排宽度60mm，厚度6mm，厚度均匀，结合面达到冶金结合，其性能指标如下表所示：

将铜铝复合排冲压成槽形，其内侧嵌设槽形的压紧板，且该压紧板的一端安装有螺钉和螺母进行固定。将铜铝复合排用于隔离开关的触刀，组装成的中压隔离开关。

铜铝复合排温升70℃时载流量为750A。

对上述中压隔离开关进行了性能测试，温升实验采用直流压降法，按照国家标准GB1985-2004进行。测试电流为630A，电流频率50Hz。测试结果为：性能满足要求。

机械寿命测试的机械操作按照上海市企业标准Q/JDAC-2010进行，实验操作频率每分钟6次，做了三个循环试验，总开关次数2000次。测试结果为：性能满足要求。

主回路电阻测量采用直流降压法，测试电流为100A。回路电阻满足企业标准规定。

实施例2

采用连铸连轧工艺制备了铜铝复合排，铜层截面积占总界面积15％，复合排电导率为标准铜电导率的73％，复合排宽度40mm，厚度4mm，厚度均匀，结合面达到冶金结合，其性能指标如下表所示：

将此铜铝复合排用于替代GW9-12型隔离开关的触刀，作为导电部件的触刀冲压成槽形，其内侧嵌设槽形的压紧板，且该压紧板的一端安装有螺钉和螺母进行固定。将铜铝复合排用于隔离开关的触刀，组装成的中压隔离开关。

铜铝复合排温升70℃时载流量为510A。

对上述中压隔离开关进行了性能测试，温升实验采用直流压降法，按照国家标准GB1985-2004进行。测试电流为630A，电流频率50Hz。测试结果为：性能满足要求。

机械寿命测试的机械操作按照上海市企业标准Q/JDAC-2010进行，实验操作频率每分钟6次，做了三个循环试验，总开关次数2000次。测试结果为：性能满足要求。

主回路电阻测量采用直流降压法，测试电流为100A。回路电阻满足企业标准规定。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种中压隔离开关载流导体用铜铝复合排，包括外层和与该外层无间隙连接的内芯，其特征在于，所述外层采用铜材，所述内芯采用铝材，所述外层的截面积占所述外层和内芯的总截面积的15～25％。

2.如权利要求1所述的中压隔离开关载流导体用铜铝复合排，其特征在于，所述外层的厚度均匀。

3.一种如权利要求1所述中压隔离开关载流导体用铜铝复合排的制备方法，包括以下步骤：

1)将铝熔化保温至700～800℃，通过密闭流槽浇铸到铜管内，冷却形成铜铝复合铸锭；

2)在惰性气体保护下，将加热后的铜铝复合铸锭进行轧制，经过初轧、精轧和整型，制成铜铝复合排。

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