CN108538485A - 一种绝缘架空电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘架空电缆及其制备方法，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，所述电缆线芯由铝合金电导线芯和导电层组成，所述铝合金电导线芯设置于最内侧的导电层内，所述导电层包括若干个截面呈梯形或扇弧形的单丝并且各导电层自内至外依次绞合缠绕。本发明的电缆特别适用于110KV电路，其通过使用特定元素组成的铝合金导体作为线芯，并在线芯外包多层保护套材料，尤其是110KV聚乙烯绝缘层的使用，显著缩短了电缆与树枝及高层建筑的放电距离，从而使得该电缆的安全性和应用场景被极大地拓展了，这在目前的110KV电缆中是未见的技术。

Description

一种绝缘架空电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种绝缘架空电缆及其制备方法。
背景技术
110KV铝合金架空电缆多用于能接触到下面树支等导电体的架空电力输送，常常需要翻山越岭、用支撑塔架空电缆，同时电缆对于电缆结构要求抗拉、避水、耐候、耐盐务等；电缆对于导体的抗拉性能、抗蠕变性能和延伸率等方面也有着较高要求，同时重量要轻，而现有架空电缆在以上各方面的表现有待改进。
因此，针对现有技术不足，提供一种绝缘架空电缆以解决现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线径小、形体圆整、自重轻且绝缘性佳的绝缘架空电缆及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的方案是：
一种绝缘架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，电缆线芯用于传输电能而线芯防护套用于对电缆线芯起到绝缘和保护的作用。
所述电缆线芯由铝合金电导线芯和导电层组成，所述铝合金电导线芯设置于最内侧的导电层内，所述导电层包括若干个截面呈梯形或扇弧形的单丝并且各导电层自内至外依次绞合缠绕。即电缆线芯在截面上呈若干套设在一起的环形结构，最中心为铝合金电导线芯，往外具有若干层导电层，每层导电层有由若干个耐热铝合金线芯制成的截面呈梯形或扇弧形的单丝绞合缠绕而成，每层导电层均紧密地绞合缠绕于其内侧的铝合金电导线芯或导电层外表面上；铝合金电导线芯和导电层采用相同的材质制成，只是形状有所差异(更确切地说是截面形状不同)。
优选地，所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。
进一步地，所述耐候交联绝缘层为110KV聚乙烯绝缘层。
进一步地，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。
进一步地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。
优选地，所述耐热铝合金线芯的由下列质量分数的元素组成：Fe≤0.5～0.7，Si≤0.07，Re 0.01～0.15，Cu≤0.03，B≤0.03，，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。
进一步地，所述耐热铝合金线芯的截面为圆形。
进一步地，所述耐热铝合金线芯是按以下步骤制备的：
铝锭熔炼的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水；
保温添加的步骤：将熔炼后的铝水转入保温炉内，按配比添加其他原料并搅拌均匀；
轧制的步骤：将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆。
上述的绝缘架空电缆的制备方法，该方法包括以下步骤：
耐热铝合金杆轧制的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，并将熔炼后的铝水转入保温炉内，再按配比添加其他原料并搅拌均匀，最后将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；更佳地，耐热铝合金杆具有9.5mm的直径。
绞合缠绕的步骤：将轧制的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以将单丝绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层；
退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形导体于时效退火炉内500-550℃退火1-5h，而后冷却；更佳地，退火条件为550℃、2h以获得最佳的经济性能。
半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层；最佳为两层。
外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；最佳地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。
优选地，所述半导体层绕包的步骤中缠绕两层半导电层。
进一步地，所述方法还包括梯形型线拉丝的步骤，其是在绞合缠绕的步骤之前进行的；所述梯形型线拉丝的步骤是指将耐热铝合金杆轧制的步骤制得的耐热铝合金杆拉制成若干规格截面呈梯形(或扇弧形)的单丝备用。梯形单丝的规格被配置为使得同一导电层的所有梯形单丝的形状有利于形成圆环形形状。
本发明的电缆特别适用于110KV电路，其通过使用特定元素组成的铝合金导体作为线芯，并在线芯外包多层保护套材料，尤其是110KV聚乙烯绝缘层的使用，显著缩短了电缆与树枝及高层建筑的放电距离，从而使得该电缆的安全性和应用场景被极大地拓展了，这在目前的110KV电缆中是未见的技术。并且利益于其线芯材质改进，同样导电性能情况下，所需的电缆的重量亦有所降低。
附图说明
图1是本发明实施例的电缆的电缆线芯的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例的架空电缆的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明如下。
一种绝缘架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，电缆线芯用于传输电能而线芯防护套用于对电缆线芯起到绝缘和保护的作用；所述电缆线芯由铝合金电导线芯和导电层组成，所述铝合金电导线芯设置于最内侧的导电层内，所述导电层具有若干个截面呈梯形或扇弧形的单丝并且各导电层自内至外依次绞合缠绕；即电缆线芯在截面上呈若干套设在一起的环形结构，最中心为铝合金电导线芯，往外具有若干层导电层，每层导电层有由若干个耐热铝合金线芯绞合缠绕而成，每层导电层均紧密地绞合缠绕于其内侧的铝合金电导线芯或导电层外表面上。更佳地，耐热铝合金线芯的截面均呈圆形形状。
在另一些实施例中，所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；所述耐候交联绝缘层可以采用110KV聚乙烯绝缘层。更佳地，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。最佳地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。
在另一些较佳实施例中，所述耐热铝合金线芯由下列质量分数的元素组成：Fe≤0.5～0.7，Si≤0.07，Re 0.01～0.15，Cu≤0.03，B≤0.03，，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。最佳地为：Fe 0.5，Si 0.07，Re 0.1，Cu 0.03，B 0.03，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量(均以质量分数计)。其中，其它不可避免的杂质元素由可原料带入，成品中总量控制在范围内即可。
更佳地，所述耐热铝合金线芯是按以下步骤制备得到的：
铝锭熔炼的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水(更确切地说是熔融态的铝液)。
保温添加的步骤：将熔炼后的铝水转入保温炉内，按配比添加其他原料(即中间合金)并搅拌均匀。
轧制的步骤：将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；更佳地，耐热铝合金杆具有9.5mm的直径。
上述的绝缘架空电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：
耐热铝合金杆轧制的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态(融熔态)的铝水，并将熔炼后的铝水转入保温炉内，再按配比添加其他原料(即中间合金)并搅拌均匀，最后将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；最佳地，耐热铝合金杆具有9.5mm的直径。
绞合缠绕的步骤：将轧制的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以将单丝(即轧制得到的耐热铝合金杆)绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层，每一导电层内具有若干个单丝，每一导电层绞合于其内侧的导电层外壁上。
退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形导体于时效退火炉内于500-550℃退火1-5h，而后冷却；更佳地，退火条件被配置为550℃、2h以期获得最佳的经济性。
半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层；最佳地，所述半导电层被配置为缠绕两层。
外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；更佳地，所述耐候交联绝缘层为110KV聚乙烯绝缘层。
实施例
1、耐热铝合金杆的制备
原料准备：原材料包括铝锭，铁剂、硅剂、铜剂、硼剂、稀土铝合金剂，具体来说，铝锭，铁剂、硅剂、铜剂和硼剂分别为工业级的铝锭、铁块、非晶或单晶硅、铜块以及非晶或单晶硼，而稀土铝合金剂则可以为含有4.4～5％的铼(Re)的铼铝合金，例如含有4.4～5％Re的Al-Re合金。
耐热铝合金杆的制备步骤为：首先，在连铸连轧生产线上对铝锭进行加热熔炼使其熔化成液态(更确切地说是熔融态)的铝水；再将铝水流到保温炉中，添加其他中间合金(即铁剂、硅剂、铜剂、硼剂和稀土铝合金剂)并搅拌均匀，最后轧成耐热铝合金杆；更佳地，其他中间合金是被粉碎后过200目筛后的细料；最佳地，所述耐热铝合金杆被配置为具有9.5mm的直径。
该耐热铝合金杆成品的各元素含量被控制为：Fe≤0.5～0.7，Si≤0.07，Re 0.01～0.15，Cu≤0.03，B≤0.03，，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。最佳地为：Fe 0.5，Si 0.07，Re0.1，Cu 0.03，B 0.03，其它不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量(下称最佳配方)。以上各元素含量均以质量分数(wt％)计。
2、架空电缆的组装
很显然，最终成品的耐热铝合金线芯的成分受原料组成、原料比例和制备工艺等方面因素控制；以最佳元素比例的成品耐热铝合金杆为基础，并按以下方法组装架空电缆。
梯形型线拉丝的步骤：将耐热铝合金杆拉制成若干规格截面呈扇弧形或梯形的单丝备用，梯形单丝的规格是指其被配置为使得同一导电层的所有梯形单丝的形状有利于形成圆环形或类圆环形的形状(即同一导电层所用的梯形单丝的规格相同且它们配合在一起组成类似圆环形的形状)，不同导电层所使用的梯形单丝相同或不同，最佳来说是不同的。
绞合缠绕的步骤：将上述轧制得到的耐热铝合金杆和梯形型单丝置于进行型线梯形绞线机上以绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层。最佳地，所述导电层具有三层，且导电层自内而外分别由6、8和10个单丝组成(相应地，各导电层内的单丝被配置成相应的规格)。
退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形的导体于时效退火炉内于500-550℃退火1-5h，而后冷却至室温；最佳地，所述退火条件为550℃、2h，该条件具有最佳的能耗和性能。
半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层，所述半导电层可采用由混有炭黑或极细金属微粒的高分子材料XLPE制成，其厚度可以为0.5-1.0mm；最佳地，所述半导电层厚度为0.5mm，并且其被配置为缠绕两层。
外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层；所述交联屏蔽层和耐候交联绝缘层可以分别采用交联聚乙烯屏蔽材料和110KV聚乙烯绝缘层制成。
最佳的电缆由最佳成品耐热铝合金杆(即具有上述的最佳元素比例)为原料，并按上述较佳工艺制备而成；很显然，按该电缆具有如下结构：
一种绝缘架空电缆，所述电缆包括电缆线芯1和包裹于电缆线芯外的线芯防护套2，电缆线芯1用于传输电能而线芯防护套2用于对电缆线芯1起到绝缘和保护的作用；所述电缆线芯1由铝合金电导线芯11和导电层12组成，所述铝合金电导线芯11设置于最内侧的导电层12内，所述导电层12具有若干个截面呈梯形或扇弧形的单丝并且各导电层自内至外依次绞合缠绕；即电缆线芯1在截面上呈若干套设在一起的环形结构，最中心为铝合金电导线芯11，往外具有若干层导电层1，每层导电层有由若干个耐热铝合金线芯制成的单丝绞合缠绕而成，每层导电层12均紧密地绞合缠绕于其内侧的铝合金电导线芯或导电层外表面上。
更佳地，位于最中心的耐热铝合金线芯11的截面为圆形；最佳地，所述导电层12具有三层且各层分别由6、8、10个单丝组成。所述线芯防护套2包括自内而外依次设置的半导体电带21、交联屏蔽层22和耐候交联绝缘层23；所述耐候交联绝缘层可以采用110KV聚乙烯绝缘层。更佳地，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。最佳地，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。
3、电缆的测试
对上述的各电缆样品进行性能测试，主要测试其导电性能、耐腐蚀性、耐盐雾性、耐酸性、耐碱性、抗氧化性、稳定性、抗拉性能、抗蠕变性能、延伸率以及热传导效果等指标；测试结果表明，该电缆的各项指标符合相关标准和法规要求。
此外，本发明的电缆特别适用于110KV电路，其通过使用特定元素组成的铝合金导体作为线芯，并在线芯外包多层保护套材料，尤其是110KV聚乙烯绝缘层的使用，显著缩短了电缆与树枝及高层建筑的放电距离，从而使得该电缆的安全性和应用场景被极大地拓展了，这在目前的110KV电缆中是未见的技术。

Claims (10)

1.一种绝缘架空电缆，所述电缆包括电缆线芯和包裹于电缆线芯外的线芯防护套，其特征在于，
所述电缆线芯由铝合金电导线芯和导电层组成，所述铝合金电导线芯设置于最内侧的导电层内，所述导电层包括若干个截面呈梯形或扇弧形的单丝并且各导电层自内至外依次绞合缠绕。
2.根据权利要求1所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述线芯防护套包括自内而外依次设置的半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。
3.根据权利要求2所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述耐候交联绝缘层为110KV聚乙烯绝缘层。
4.根据权利要求2所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述半导体电带、交联屏蔽层和耐候交联绝缘层的剖截面均呈环形形状。
5.根据权利要求2所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述耐候交联绝缘层的厚度大于半导体电带和交联屏蔽层的厚度之和。
6.根据权利要求2所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述耐热铝合金线芯的由下列质量分数的元素组成：Fe≤0.5～0.7，Si≤0.07，Re 0.01～0.15，Cu≤0.03，B≤0.03，不可避免的杂质元素≤0.03，Al余量。
7.根据权利要求6所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述耐热铝合金线芯的截面为圆形。
8.根据权利要求6所述的绝缘架空电缆，其特征在于，所述耐热铝合金线芯是按步骤制备的：
铝锭熔炼的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，
保温添加的步骤：将熔炼后的铝水转入保温炉内，按配比添加其他原料并搅拌均匀，
轧制的步骤：将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆。
9.权利要求1-8任一项所述的绝缘架空电缆的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
耐热铝合金杆轧制的步骤：加热铝锭以使其熔化成为液态的铝水，并将熔炼后的铝水转入保温炉内，再按配比添加其他原料并搅拌均匀，最后将搅拌均匀的混合熔液轧成截面为圆形的耐热铝合金杆；
绞合缠绕的步骤：将轧制的耐热铝合金杆置于进行型线梯形绞线机上以将单丝绞制成紧压系数高的圆形导体，绞合缠绕时将一耐热铝合金杆置于中心后依次在其外侧绞合若干层导电层；
退火的步骤：将绞合缠绕得到的圆形导体于时效退火炉内500-550℃退火1-5h，而后冷却；
半导体层绕包的步骤：将冷却后的电缆线芯置于绕包机上，绕若干层半导电层；
外层绕包的步骤：将半导体层绕包的线芯置于三层共挤交联机上，分别绕包若干层交联屏蔽层和耐候交联绝缘层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述半导体层绕包的步骤中缠绕两层半导电层。
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