CN103730191A - 紧密型铜铝混合结构电缆导体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧密型铜铝混合结构电缆导体，包括铝导体和铜导体，所述的铝导体为一柱体，所述的铜导体为一套体，所述套体的内表面与所述柱体的外表面之间紧密贴合；所述的铜导体由多根铜材导线紧密绞合而成，所述的铝导体由至少一根铝材导线组成。所述的各导线之间的缝隙里均填充有阻水材料。本发明的铜铝混合结构电缆导体，防腐蚀、耐磨，电缆导体不易破损露铝，散热性好，抗蠕变，成本低，工作安全可靠，应用广泛。

Description

紧密型铜铝混合结构电缆导体

技术领域

本发明涉及电缆导体，尤其涉及一种铜铝混合结构电缆导体。

背景技术

目前，随着科技的进步，新型材料在电缆领域的应用也愈加广泛。传统的电缆导体主要采用铜材，但铜材由于紧缺成本过高，于是人们逐渐用铝材来代替铜材，尤其是电力行业。但是，铝材最大的缺点就是容易氧化和腐蚀，热辐射性能较差。

专利号为CN200620073616.2公开了一种铜铝复合导体电缆，绞合导体中心区域由铝导体绞合而成，外围绞合有铜导体或由铜、铝导体混合绞制。该技术存在以下缺陷：以节约铜材为唯一目的，并没有充分考虑到要保障产品的性能，由于构成导体的各导线之间存在缝隙，容易引起电化学腐蚀，并且，铜材和铝材之间面积比不确定，会造成导体发热不均匀。因此，上述复合导体电缆存在较大的安全隐患，无法进一步普及应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铝混合结构电缆导体，防腐蚀、耐磨，电缆导体不易破损露铝，散热性好，抗蠕变，成本低，工作安全可靠，应用广泛。

本发明的技术方案是：一种紧密型铜铝混合结构电缆导体，包括铝导体和铜导体，所述的铝导体为一柱体，所述的铜导体为一套体，所述套体的内表面与所述柱体的外表面之间紧密贴合；所述的铜导体由多根铜材导线紧密绞合而成，所述的铝导体由至少一根铝材导线组成。所述的各导线之间的缝隙里均填充有阻水材料。

进一步的，所述的铜导体的电阻与铝导体的电阻相同。

进一步的，所述的铝导体由多根铝材导线紧密绞合而成。

进一步的，构成所述铝导体的铝材导线中，至少与铜导体相邻的铝材导线为经辊压而成的异型线；构成所述铜导体的铜材导线均为经辊压而成的异形线。

进一步的，所述的铝导体呈圆柱状，相应的，所述的铜导体单元呈圆筒状。

进一步的，所述经辊压过的铜材导线的横截面呈扇面形。

进一步的，所述经辊压过的铝材导线的横截面呈扇面形、扇形、多边形中的一种或一种以上的组合。

进一步的，所述的电缆导体为紧压线芯式结构，所述的铝导体为由多根铝材导线紧压而成的柱体，所述的铜导体为由多根铜材导线紧压而成的套体。

进一步的，所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的铝导体为一层或一层以上的铝材导线紧密绞合而成的柱体。

进一步的，所述的铜导体为一层或一层以上的铜材导线紧密绞合而成的套体。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的紧密型铜铝混合结构电缆导体，包括柱形铝导体和铜导体外套，结构紧凑，构成导体的各导线紧密排布，不留空隙。因此，本导体在电缆生产和使用过程中，耐磨性好，不容易划伤而露出铜铝表面。

（2）防腐性强，由于本电缆导体的各导线之间的缝隙里均填充有阻水材料，有效避免在铜铝两种材料之间发生电化学腐蚀的情形。

（3）散热性好，抗蠕变，铜材是一种温度辐射性极差的金属，如铝箔是良好的隔热保温材料，由于本电缆导体的表层为铜，因此大大提升了以铝材为中心的混合结构电缆导体的散热性能。

（4）发热均匀，在保证两种导体的电阻相同的前提下，铜、铝两种导体材料按一定比例组合而成，只要确定两种材料的电阻率，那么通过计算可以得出二者的混合面积比例也是确定的，不会发生正常工作电流荷载下，两种导体材料发热不均匀的现象，整体导电率可以控制在铜材和铝材的导电率之间（详见计算方法）。

（5）生产成本低，仅使用小部分铜材，并且应用本电缆导体的电缆接头及附件与传统的铜芯电缆相同，相同的载流量比纯铝或铝合金电缆导体截面积小，大大降低了生产成本，可有效节约铜材60%左右，本发明可广泛用于各种类型电缆导体的制造。

下面通过计算本发明的紧密型铜铝混合结构电缆导体的各项指标数据，进一步验证本发明的有益效果。

若铝导体电阻率百分值A₁=61%IACS（IACS为国际退火铜标准），体积电阻率ρ₁=0102826mΩ×mm²/m（A₁范围为58～64.94%）。

铜导体电阻率百分值A₂=100%IACS，体积电阻率ρ₂=0101724mΩ×mm²/m（A₂范围为98～100%）。

假设本发明的紧密型铜铝混合结构电缆导体，电芯(线芯)面积S=S₁+S₂为一个单位面积，长度L为一个单位长度。（S=1，L=1),那么，由于混合结构的两种材料电阻必须相同，才能保证导体均匀发热。

即：铝导体电阻

铜导体电阻 $R_2=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×L}{S_2}$

$R_1=R_2=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×L}{S_1}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2\×L}{S_2}$

有 $S_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\×S_2$

铝导体占混合结构导体面积比 $\frac{S_1}{S_1+S_2}\×100\%$

$=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_1+{\mathrm{\ρ}}_2}\×100\%$

$=\frac{0.02826}{0.02826+0.01724}\×100\%$

$=62.11\%$

铜导体占混合结构导体面积比 $\frac{S_1}{S_1+S_2}\×100\%$

$=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2}{{\mathrm{\ρ}}_1+{\mathrm{\ρ}}_2}\×100\%$

$=\frac{0.01724}{0.02826+0.01724}\×100\%$

$=37.89\%$

实际混合结构导体电阻率

$\mathrm{\ρ}=R\×S/L=\left(\frac{R_1\×R_2}{R_1+R_2}\right)\×S/L,(S=1,L=1,R_1=R_2)$

$=\frac{{R_1}^2\×S}{{2R}_1\×L}$

$=\frac{R_1\×S}{2\×L}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×S\×L}{2\×L{\×S}_1}=\frac{0.02826}{2\×0.6211}=0.02275\mathrm{m\Ω}\×{\mathrm{mm}}^2/m$

实际混合结构电导率百分值

$A=\frac{{\mathrm{\ρ}}_2}{\mathrm{\ρ}}\×100\%=\frac{0.01724}{0.02275}\×100\%$

$=75.78\%$

本发明的混合结构电缆导体与传统铜芯电缆电阻相同时，截面面积比

S:S₂=ρ:ρ₂即1.32:1。

若1000mm²的铜铝混合结构电缆导体

铝导体部分的半径

混合结构导体整体半径 $r=\sqrt{\frac{S}{\mathrm{\π}}}=\sqrt{\frac{1000}{3.14}}=17.845$

铜导体外套部分径向厚度Δr_铜=r-r_铝=17.845-14.06

                      =3.785mm

各项指标的有关价格对比列表如下：

若铜单价52000元/T,即52元/kg,比重8.9克/cm³

铝单价17000元/T,即17元/kg,比重2.7克/cm³

那么纯铜800mm²电缆，每米导体材料价格：

800mm²×1000mm²×8.9克/cm³×52元/kg=370.24元/米

用铝合金1000mm²电缆，每米导体材料价格：

1000mm²×1000mm²×2.7克/cm³×17元/kg=45.90元/米

用铝合金1200mm²电缆，每米导体材料价格：

1200mm²×1000mm²×2.7克/cm³×17元/kg=55.08元/米

用铝合金1400mm²电缆，每米导体材料价格：

1400mm²×1000mm²×2.7克/cm³×17元/kg=64.26元/米

若按1000mm²铜铝混合结构电缆，每米铜铝混合导体材料价格：

1000mm²×37.89%×1000mm×8.9克/cm³×52元/kg+1000mm²×62.11%×2.7克/cm³×17元/kg=203.86元/米

将上述有关数据作如下列表对比：

三种导体的截面规格与短路电流容量、价格对照表

注：根据实用电线电缆手册，关于220KV以内，电缆导体使用条件：导体工作最高温度90℃，短路5秒，短路温度≤250℃，k在允许拉力范围内落差敷设。

那么，导体短路电流容量计算公式：

其中，Id—短路电流容量A,

S—载流体截面积mm²,

K—载流体相关的常数，K_铜=226，K_铝=148，

θt—短路后最终温度t=250℃,

θi—短路起始温度90℃，

β—载流体电阻温度系数的倒数，β_铜=234.5，β_铝=228，

t——短路电流持续时间，t=5秒。

附图说明

图1为本发明的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意简图；

图2为本发明实施例1的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图3为本发明实施例2的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图4为本发明实施例3的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图5为本发明实施例4的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图6为本发明实施例5的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图7为本发明实施例6的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图8为本发明实施例7的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图9为本发明实施例8的紧密型铜铝混合结构电缆导体的截面示意图；

图10为本发明实施例9的紧密型铜铝混合结构电缆导体制成电缆后的截面示意图之一；

图11为本发明实施例9的紧密型铜铝混合结构电缆导体制成电缆后的截面示意图之二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

实施例1

本发明的具体实施例1如图1、图2所示，一种紧密型铜铝混合结构电缆导体，包括铝导体1和铜导体2，铝导体1为一柱体，铜导体2为一套体，套体的内表面与柱体的外表面之间紧密贴合；铜导体2由多根铜材导线紧密绞合而成，铝导体1由一根铝材导线组成；各导线之间的缝隙里均填充有阻水材料。阻水材料可以采用阻水油膏，也可以采用其它阻水材料。铜导体2为由多根经辊压成异形线的铜材导线紧密绞制而成的套体，并且，该套体由一层铜材导线组成。本实施例中，铜导体的电阻与铝导体的电阻相同。

实施例2

本发明的具体实施例2如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例中，铝导体1由多根铝材导线紧密绞合而成。具体为：铝导体1为由三根经辊压成异型线的铝材导线紧密绞合而成的柱体，铜导体2为由多根经辊压成异形线的铜材导线紧密绞合而成的套体。参见图2，经辊压过的三根铝材导线的横截面分别呈120度扇形，紧密排布从而构成圆柱体状的铝导体1；经辊压过的铜材导线的横截面呈扇面形，紧密排布从而构成圆筒状的铜导体2。

实施例3

本发明的具体实施例3如图4所示，与实施例2不同的是，：铝导体1为由四根经辊压成异型线的铝材导线紧密绞合而成的柱体，经辊压过的四根铝材导线的横截面分别呈90度扇形，紧密排布从而构成圆柱体状的铝导体1。

实施例4

本发明的具体实施例4如图5所示，与实施例3不同的是，铝导体1包括内外两层，其中，内层为一根未经辊压的铝材导线，即横截面呈圆形；铝导体1外层与铜导体2相邻，由多根经辊压成扇形截面的铝材导线构成。

实施例5

本发明的具体实施例5如图6所示，与实施例4不同的是，铝导体1为两层铝材导线紧密绞合而成的柱体，其中，内层为一根经辊压成多边形截面的铝材导线，外层由多根经辊压成扇形截面的铝材导线构成，内外两层铝材导线之间无缝排布。

实施例6

本发明的具体实施例6如图7所示，与实施例4不同的是，铝导体1为两层铝材导线紧密绞合而成的柱体，其中，内层由三根经辊压成120度扇形截面的铝材导线构成圆柱体，外层由多根经辊压成扇形截面的铝材导线构成圆形套体，内外两层铝材导线之间无缝排布。

实施例7

本发明的具体实施例7如图8所示，铝导体1为多层铝材导线紧密绞合而成的柱体，铜导体2为由两层铜材导线紧密绞制的而组成的套体。

上述的所有实施例中，电缆线芯采用规则绞合，即所有导线有规则，同心、且相邻各层依不同方向的绞合。

实施例8

本发明的具体实施例8如图9所示，为了提高电缆线芯填充系数，节约材料，降低成本，本电缆导体还可以采用紧压线芯式结构，铝导体1为由多根铝材导线紧压而成的柱体，铜导体2为由多根铜材导线紧压而成的套体。线芯经紧压后，没根导线不再是圆形，而且呈不规则形状，原来的导线间空隙被导体变形而填充。。

本实施例中，电缆线芯采用不规则绞合，即所有导线都依同一方向绞合，又称为束绞。

实施例9

本发明的具体实施例9如图10、图11所示，对于大截面导体，为了减少集肤效应，本电缆导体还可以采用扇形线芯结构或弓形线芯结构，即电缆内部包含两个或两个以上的铜铝混合导体单元。在每个扇形或弓形的铜铝混合导体单元中，铝导体1的截面呈不规则柱体截面，相应的，铜导体2的截面为不规则套体，铜导体2外部还设有线芯绝缘层3。

参见图10所示，扇形三芯电缆包括三个扇形导体单元，外护套4的内壁设有绝缘层5。

参见图11所示的弓形双芯电缆包括两个弓形导体单元，紧密布置于外护套4内，外护套4的内壁设有绝缘层5。

上述的实施例中，导体的具体结构可以灵活设计，经辊压过的铝材导线的横截面呈扇面形、扇形、多边形中的一种或一种以上的组合。铜导体2可以采用纯铜或铜合金，铝导体1可以采用纯铝或铝合金。

上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于包括铝导体（1）和铜导体（2），所述的铝导体（1）为一柱体，所述的铜导体（2）为一套体，所述套体的内表面与所述柱体的外表面之间紧密贴合；所述的铜导体（2）由多根铜材导线紧密绞合而成，所述的铝导体（1）由至少一根铝材导线组成；所述的各导线之间的缝隙里均填充有阻水材料。

2.根据权利要求1所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的铜导体（2）的电阻与铝导体（1）的电阻相同。

3.根据权利要求2所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的铝导体（1）由多根铝材导线紧密绞合而成。

4.根据权利要求3所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于构成所述铝导体（1）的铝材导线中，至少与铜导体（2）相邻的铝材导线为经辊压而成的异型线；构成所述铜导体（2）的铜材导线均为经辊压而成的异形线。

5.根据权利要求4所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的铝导体（1）呈圆柱状，相应的，所述的铜导体（2）呈圆筒状。

6.根据权利要求5所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述经辊压过的铜材导线的横截面呈扇面形。

7.根据权利要求6所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述经辊压过的铝材导线的横截面呈扇面形、扇形、多边形中的一种或一种以上的组合。

8.根据权利要求3所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的电缆导体为紧压线芯式结构，所述的铝导体（1）为由多根铝材导线紧压而成的柱体，所述的铜导体（2）为由多根铜材导线紧压而成的套体。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的铝导体为一层或一层以上的铝材导线紧密绞合而成的柱体。

10.根据权利要求9所述的紧密型铜铝混合结构电缆导体，其特征在于所述的铜导体为一层或一层以上的铜材导线紧密绞合而成的套体。

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