CN106205832A - 具有增大表面积的导线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有增大表面积的导线及其制造方法。所述具有增大表面积的导线，包括：导线芯部，所述导线芯部由金属制成；导线表面部，其上具有表面花纹部。本发明通过在接地导线表面轧制出花纹，能够增大导线的表面积，从而在不增加金属导线用量的情况下，降低了接地电阻值。此外，表面具有花纹的接地导线，在与埋入土壤中时，能够更紧密地与周围土壤接触，便于快速放电。

Description

具有增大表面积的导线及其制造方法

技术领域

本发明涉及接地导线制造领域，特别涉及一种具有增大表面积的接地导线及其制造方法。

背景技术

无论是工作接地、防雷接地还是保护接地，都会使用金属导线。在接地施工过程中，需要考虑接地电阻。接地电阻值与土壤电导率、接地体形状、尺寸和布置方式、电流频率等因素有关。以防雷接地为例，为了满足接地电阻值的要求，通常需要确定应埋置的接地体形状、尺寸、数量及其布置方式，对于土壤电阻率高的地区(如山区)，为了节约金属材料，需要采取改善土壤电导率的措施，在接地体周围土壤中填充电导率高的物质或在接地体周围填充一层降阻剂(含有水和强介质的固化树脂)等，以降低接地电阻值。接地体流入雷电流时，由于雷电流幅值很大，接地体上的电位很高，在接地体周围的土壤中会产生强烈的火花放电，土壤电导率相应增大，相当于降低了散流电阻。

但是现有技术中，为了改善土壤电导率，需要进行额外的施工，尤其在山区等施工环境恶劣的地方，施工比较麻烦，成本高。因此，亟需一种能够提高接地电阻值的新型接地导线。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有增大表面积的接地导线。由于在其土壤电阻率一定的时候，接地导线的表面积越大，接地电阻值越小。本发明通过在接地导线的表面形成花纹部，增大接地导线的表面积，从而在不增加金属导线用量的情况下，降低接地电阻值。

本发明提供一种具有增大表面积的导线，包括：导线芯部，所述芯部由金属制成；导线表面部，其上具有表面花纹部。

所述导线芯部和所述导线表面部可以由相同的材料或者不同的材料制成。优选地，所述导线芯部和所述导线表面部为铜一体成型。由铜形成的接地导线导电率高，导电性能好，而且便于在表面轧制较深的花纹，从而更有效的增大导线的表面积。

但是，纯铜的导线成本较高，为了降低成本，目前接地导线普遍采用铜包钢导线，所述导线芯部为钢芯，所述导线表面部为铜层。铜层较软，容易在铜层表面轧制出花纹部，增大接地导线的表面积。

优选地，所述表面花纹部为通过轧制形成的一条或多条花纹。例如，所述花纹为彼此平行的多条直线花纹、彼此平行的多条螺旋状花纹或者彼此交叉的多条螺旋形花纹等。为了便于轧制，采用上述直线形或者螺旋形花纹，但是本发明并不限于此，任何形式的花纹都是可以使用的，其主旨是为了增大导线的表面积。

此外，所述表面花纹部可以覆盖整个所述导线表面部，或者仅覆盖部分的所述导线表面部。

此外，本发明提供一种具有增大表面积的导线的制造方法，其特征在于，包括：表面轧制步骤，在导线的表面轧制出表面花纹部。

在采用铜包钢导线时，在表面轧制步骤之前还包括：纵向包覆步骤，将铜带纵向包覆在钢芯线外面；焊接步骤，将铜带的对接纵缝焊接起来；轧制步骤，将焊接后的铜带和钢芯线轧制成所需外径的铜包钢线。

可选地，在纵向包覆步骤，本发明的方法还可以包括清洗步骤，将铜带和钢芯线清洗干净。清洗步骤有助于铜带更紧密的包覆在钢芯线上，提高包覆界面之间的结合质量。

优选地，在轧制步骤前，还包括拉制步骤，将焊接后的铜带和钢芯线预先拉制。

本发明的方法可以执行总截面收缩率为5～25％的拉制步骤。

可选地，可以在加热条件下执行纵向包覆步骤，例如可以采用感应加热的方法，将铜带和钢芯线加热到800℃以上，在高温下促使铜层接合面通过原子扩散进行冶金接合，可以提高铜带和钢芯线之间的结合强度。

可选地，可以在惰性气氛下执行纵向包覆步骤。例如可以采用氩气保护进行纵向包覆，以避免在铜带和钢芯线之间的包覆界面之间形成氧化层，降低二者之间的结合质量。特别地，如果将铜带和钢芯线加热到800℃以上进行纵向包覆时，特别需要惰性气氛保护，以避免在铜带和钢芯线之间出现氧化层。

可选地，可以在轧制步骤之后，执行退火步骤。例如在真空充气退火炉中进行退火处理，在高温下促使铜层接合面通过原子扩散进行冶金接合，并消除拉制时产生的加工硬化现象。例如，可以将铜包钢线加热至700℃-800℃进行退火。

优选地，执行多次表面轧制步骤，轧制出所需的花纹。

通过本发明的方法，能够在接地导线表面轧制出花纹，从而增大导线的表面积，从而在不增加金属导线用量的情况下，降低了接地电阻值。此外，表面具有花纹的接地导线，在与埋入土壤中时，能够更紧密地与周围土壤接触，便于快速放电。此外，本发明的接地导线受雨季和非雨季的季节影响较小，能够比较实现稳定的接地电阻值。

附图说明

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。

图1A为本发明第一实施例的接地导线的示意图。

图1B为本发明第一实施例的接地导线的剖面示意图。

图2A为本发明第二实施例的接地导线的示意图。

图2B为本发明第二实施例的接地导线的剖面示意图。

图3A为本发明第三实施例的接地导线的示意图。

图3B为本发明第三实施例的接地导线的剖面示意图。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

防雷接地的目的使雷电流顺利入地。为了减小地面电压，接地电阻在可能条件下不宜大于10Ω。本发明通过增加接地导线的表面积来降低接地电阻值。具体地，本发明通过在接地导线的表面形成花纹部，增大接地导线的表面积，从而在不增加金属导线用量的情况下，降低接地电阻值。本发明的接地导线表面具有花纹，在与埋入土壤中时，能够更紧密地与周围土壤接触，便于快速放电。此外，本发明的接地导线受雨季和非雨季的季节影响较小，能够比较实现稳定的接地电阻值。

本发明提供一种具有增大表面积的导线，包括：导线芯部，所述芯部由金属制成；导线表面部，其上具有表面花纹部。表面花纹部可以覆盖整个导线表面部，也可以只设置在导线表面部的一部分上。

优选地，所述导线芯部和所述导线表面部为铜一体成型。由铜形成的接地导线导电率高，导电性能好，而且便于在表面轧制较深的花纹，从而更有效的增大导线的表面积。

但是，纯铜的导线成本较高，为了降低成本，目前接地导线普遍采用铜包钢导线，所述导线芯部为钢芯，所述导线表面部为铜层。铜层较软，容易在铜层表面轧制出花纹部，增大接地导线的表面积。

优选地，所述表面花纹部为通过轧制形成的一条或多条花纹。例如，所述花纹为彼此平行的多条直线花纹、彼此平行的多条螺旋状花纹或者彼此交叉的多条螺旋形花纹等。为了便于轧制，采用上述直线形或者螺旋形花纹，但是本发明并不限于此，任何形式的花纹都是可以使用的，例如正弦波花纹、锯齿波型花纹等，其主旨是为了增大导线的表面积。此外，所述花纹可以是连续的或者不连续的，例如可以是间断的直线型花纹、间断的螺旋形花纹、间断的正弦波花纹、间断的锯齿波型花纹。或者，所述花纹为按照一定规律或者完全随机排列的点状或者斑块状花纹，例如可以是等间距排列在导线表面的圆点状凹坑，或者等间距排列在导线表面的各种形状的斑块花纹。

通过在导线表面轧制花纹，可以增大表面积。可以根据轧制花纹后的导线周长比没有轧制花纹前导线周长的增加比例，计算表面积增加率。通常根据轧制花纹的深度、密度、样式以及接地导线直径等不同因素，表面积增加率在20％-100％，甚至更多。

铜包钢线是将铜的优良导电性、耐蚀性和钢的高强度结合为一体的双金属复合材料。铜包钢线已经广泛用于电气化铁路、防雷接地系统、等各个领域。本发明也可采用铜包钢线作为接地导线，在铜包钢线的外层铜表面上轧制花纹部，从而增大接地导线与土壤的接触面积。

本发明的铜包钢接地导线，可以是采用电镀法制造的铜包钢线，通过将钢材放到电镀池里面，将铜通过电镀的方式附着在钢材表面。也可以是通过水平连铸法制造的铜包钢线，首先把钢材先抛光，再镀镍，炉子里面将铜或锌融化，将钢材从炉子下部孔进入炉子，从另一端出来，使铜附着在钢材表面。通常电镀工艺的铜层厚度比较薄，水平连铸工艺的铜层厚度比电镀工艺的铜层厚度更厚。由于铜层较薄，轧制时的深度不宜过大，通常只能轧制浅花纹。

为了轧制更深的花纹，进一步增大表面积，通常需要较厚的铜层。根据本发明的一个方面，提供一种铜包钢线的制造方法，该方法包括：纵向包覆步骤，采用铜带纵向包覆在钢芯线外面；焊接步骤，将铜带的对接纵缝焊接起来；轧制步骤，将焊接后的铜带和钢芯线轧制成所需外径的铜包钢线。通过本发明的方法，可以选择铜带的厚度，从而方便后续的表面花纹轧制。

可选地，在纵向包覆步骤，本发明的方法还可以包括清洗步骤，将铜带和钢芯线清洗干净。清洗步骤有助于铜带更紧密的包覆在钢芯线上，提高包覆界面之间的结合质量。

可选地，在轧制步骤前，本发明的方法还可以包括拉制步骤，将焊接后的铜带和钢芯线预先拉制，拉制后的外径大于最终产品的外径。本发明的方法可以执行总截面收缩率为5～25％的拉制步骤。通过拉制可以使铜带与钢芯线的接合面压紧。

可选地，可以在加热条件下执行纵向包覆步骤，例如可以采用感应加热的方法，将铜带和钢芯线加热到800℃以上，在高温下促使铜层接合面通过原子扩散进行冶金接合，可以提高铜带和钢芯线之间的结合强度。

可选地，可以在惰性气氛下执行纵向包覆步骤。例如可以采用氩气保护进行纵向包覆，以避免在铜带和钢芯线之间的包覆界面之间形成氧化层，降低二者之间的结合质量。特别低，如果将铜带和钢芯线加热到800℃以上进行纵向包覆时，特别需要惰性气氛保护，以避免在铜带和钢芯线之间出现氧化层。

可选地，可以在轧制步骤之后，执行退火步骤。例如在真空或充气退火炉中进行退火处理，在高温下促使铜层接合面通过原子扩散进行冶金接合，并消除拉制时产生的加工硬化现象。例如，可以将铜包钢线加热至700℃-800℃进行退火。

按照本发明的方法可以制造多种尺寸的铜包钢线，尤其适合制造直径尺寸较大的铜包钢线。本发明的方法可制造直径在Φ4mm-Φ20mm之间的铜包钢线。通过轧制方法制造直径尺寸较大的铜包钢线，能够提高生产效率，以及成品质量。

本领域技术人员可以根据所要求生产的成品铜包钢线的外径尺寸加上拉拔的截面缩减率切取铜带的宽度。

在轧制铜包钢线之后，再进行表面花纹部的轧制。可以根据需要轧制不同的花纹形式和密度，也可以进行一次或者多次轧制。轧制的时候需要考虑铜包钢线表面铜层的厚度，轧制的深度不能大于铜层的厚度，避免破坏表面铜层。

下面参照图1A和图1B描述本发明的第一具体实施例。图1A和图1B中显示的接地导线包括导线芯部1和表面花纹部2，导线芯部1由铜制成，导线花纹部2覆盖了整个导线表面部。如图1A所示，导线花纹部2包括多条彼此平行的直线花纹，所述花纹沿着导线长度方向延伸。

本实施例中，导线的直径为Φ10mm，轧制后估算表面积增加率约为60％。在接地导线的大小(长度、粗细)、形状、数量、埋设深度、周围地理环境、土壤湿度、质地等条件都保持不变的情况下，对比测量具有轧制花纹和没有花纹的两种接地导线的接地电阻值。通过电压电流表法进行测量，具有轧制花纹的接地导线的地网的接地电阻值减小约15％。

如图1B所示，轧制的花纹截面图形为半圆形。作为可替代的实施例，轧制的花纹截面图形也可以为其他形状，例如三角形、梯形、波浪形等。

下面参照图2A和图2B描述本发明的第二具体实施例。图2A和图2B中显示的接地导线包括导线芯部1和表面花纹部3，导线芯部1由铜制成，导线花纹部3部分覆盖了导线表面部。如图2A所示，导线花纹部2包括多条彼此平行的螺旋状花纹，所述花纹沿着导线长度方向螺旋状延伸。

本实施例中，导线的直径为Φ8mm，轧制后估算表面积增加率约为35％。在接地导线的大小(长度、粗细)、形状、数量、埋设深度、周围地理环境、土壤湿度、质地等条件都保持不变的情况下，对比测量具有轧制花纹和没有花纹的两种接地导线的接地电阻值。通过电压电流表法进行测量，具有轧制花纹的接地导线的地网的接地电阻值减小约8％。

如图2B所示，轧制的花纹截面图形为半圆形。作为可替代的实施例，轧制的花纹截面图形也可以为其他形状，例如三角形、梯形、波浪形等。

下面参照图3A和图3B描述本发明的第三具体实施例。图3A和图3B中显示的接地导线包括导线芯部1和表面花纹部，导线芯部1由铜制成，导线花纹部部分覆盖了导线表面部。如图3A所示，导线花纹部包括多条彼此平行的螺旋状花纹4以及多条彼此平行的螺旋状花纹5，螺旋状花纹4和螺旋状花纹5彼此交叉。所述花纹4和5沿着导线长度方向螺旋状延伸。通过在螺旋状花纹4的基础上再次轧制螺旋状花纹5，进一步增大了导线的表面积。

本实施例中，导线的直径为Φ8mm，轧制后估算表面积增加率约为55％。在接地导线的大小(长度、粗细)、形状、数量、埋设深度、周围地理环境、土壤湿度、质地等条件都保持不变的情况下，对比测量具有轧制花纹和没有花纹的两种接地导线的接地电阻值。通过电压电流表法进行测量，具有轧制花纹的接地导线的地网的接地电阻值减小约12％。

如图3B所示，轧制的花纹截面图形为半圆形。作为可替代的实施例，轧制的花纹截面图形也可以为其他形状，例如三角形、梯形、波浪形等。

本发明的实施例给出了条形的花纹，是因为条形花纹便于轧制，但是本发明并不限于此，表面花纹部可以包括其他形状的花纹，例如方块状、圆形、其他不规则形状等。例如，可以是在图1所示的花纹基础上，再沿着导线圆周方向轧制圆环花纹，是的两种花纹相交叉，进一步增大表面。

本发明也可以采用铜包钢线作为接地导线。作为本发明的一个优选实施例，本发明提供一种铜包钢线的制造方法，该方法包括：采用Φ18mm的钢芯线，宽度为56.5mm、厚度为0.3mm的铜带。本实施例中所用的铜带和钢芯线预先经过清洗，去除表面杂质以及氧化层，以提高铜带和钢芯线之间的结合质量。将钢芯线放置在铜带上，通过纵向包覆装置将铜带轧制成圆管状包覆在钢芯线外面，然后用氩弧焊将铜带的对接纵缝焊接起来。纵向包覆过程中通过感应加热方式，将铜带和钢芯线加热到800℃以上，以提高结合质量，并采用氩气保护，以避免在结合界面之间出现氧化层。采用拉丝机将焊接后的铜带和钢芯线拉制总截面收缩率为10％左右，拉丝过程中由于金属放热，可使得铜带与钢芯线之间更好的结合。最后通过轧制装置，将焊接好的铜带和钢芯线轧制成Φ14mm的铜包钢线。

可选地，本发明的实施例还可以在轧制步骤后包括退火步骤。可以将铜包钢线加热至700℃-800℃进行退火，以便去除拉制和轧制过程中产生的硬化现象。退火过程中可采用真空退火炉或者采用氮气保护，例如在退火炉中使用NH₃气体，退火过程中分解成N₂和H₂气体，有效防止退火过程中铜包钢线被氧化。

本实施例中制造的是Φ14mm的铜包钢线。按照本发明的方法可以制造多种尺寸的铜包钢线，尤其适合制造直径尺寸较大的铜包钢线。本发明的方法可制造直径在Φ4mm-Φ20mm之间的铜包钢线。通过轧制方法制造直径尺寸较大的铜包钢线，能够提高生产效率，以及成品质量。

然后，在铜包钢线的基础上进行表面轧制步骤，在铜表面上轧制表面花纹部。表面花纹部的图形可具体参照上述第一至第三实施例，或者根据需要进行轧制其他的图形和方式。

通过本发明的方法制造铜包钢线，铜与钢之间为原子扩散冶金接合，界面完全牢固结合，成为单一复合体。轧制后的铜包钢线也可任意包覆不同材质，可制造不同铜层厚度的产品，能满足相关行业对产品质量和性能的要求。此外，本发明的方法和系统可生产大直径、大长度产品，能耗低且对环境无污染。

通过本发明的方法，能够在接地导线表面轧制出花纹，从而增大导线的表面积，从而在不增加金属导线用量的情况下，降低了接地电阻值。此外，表面具有花纹的接地导线，在与埋入土壤中时，能够更紧密地与周围土壤接触，便于快速放电。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种具有增大表面积的导线，其特征在于，包括：

导线芯部，所述导线芯部由金属制成；

导线表面部，其上具有表面花纹部。

2.根据权利要求1所述的具有增大表面积的导线，其特征在于，

所述导线芯部和所述导线表面部由相同的材料或者不同的材料制成。

3.根据权利要求1所述的具有增大表面积的导线，其特征在于，所述表面花纹部覆盖整个所述导线表面部，或者覆盖部分的所述导线表面部。

4.根据权利要求1所述的具有增大表面积的导线，其特征在于，所述导线芯部为钢芯，所述导线表面部为铜层。

5.根据权利要求1所述的具有增大表面积的导线，其特征在于，所述导线芯部和所述导线表面部为铜一体成型。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的具有增大表面积的导线，其特征在于，所述表面花纹部包括一条或多条花纹；

所述花纹为连续的或者不连续的。

7.根据权利要求6所述的具有增大表面积的导线，其特征在于，所述花纹为彼此平行的多条直线花纹、彼此平行的多条螺旋状花纹或者彼此交叉的多条螺旋形花纹。

8.一种具有增大表面积的导线的制造方法，其特征在于，包括：

表面轧制步骤，在导线的表面轧制出表面花纹部。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，执行多次表面轧制步骤。

10.根据权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，在表面轧制步骤之前还包括：

纵向包覆步骤，将铜带纵向包覆在钢芯线外面；

焊接步骤，将铜带的对接纵缝焊接起来；

轧制步骤，将焊接后的铜带和钢芯线轧制成所需外径的铜包钢线。