CN110033878A - 包括实心部分的电导体 - Google Patents

Abstract

电导体包括三个或更多个形状相同的实心部分。在横截面中，每个部分包括两个侧面，所述两个侧面构造成用于齐平地支承在另一部分上的相应的相对侧表面上。穿过电导体的所有组成部分的横截面可由具有无台阶特征的闭合曲线来描述。电导体的所有组成部分被合股组合。

Description

包括实心部分的电导体

技术领域

本发明涉及一种电导体，具体地，涉及一种用于大直流电流的电导体。

背景技术

电导体用于各种应用中，例如用于传输电能或用于传输由电信号表示的信息或数据。

用于分别以直流电流或交流电流和DC电压或AC电压形式传输电能的电导体必须适应于经由所述导体传输的最大功率。简单来说，电功率可以表示为电压和电流的乘积。在这种情况下，必须标出电导体的有效横截面(即实际可用于传输电流的导体的横截面)的尺寸，使得电导体由流过导体的电流导致的在导体两端之间的电阻处的电压降不会超过规定的最大允许值，相应地，电导体中的基本被转换成热量的功耗不会超过最大允许值。

出于技术生产的原因并且出于易管理性的原因，实心电导体的横截面(即，包括单根导线的电导体)不能随意扩大。在大横截面的实心电导体中，特别是在铺设期间，所需的任何潜在弯曲都是有问题的，这是因为导体材料在弯曲导体部分的外半径上被拉伸，并且在弯曲导体部分的内半径上被压缩。然而，拉伸和压缩改变了导体的横截面，并因此影响局部载流能力或局部电阻。此外，实心电导体的横截面越大，使其弯曲所必须施加的力越大。

因此，为了制造具有更大有效横截面的电导体，将多个单芯电导体组合以形成一个电导体。在图1中示出了包括多个单芯电导体101的示例性电导体100。这种类型的电导体也经常被描述为多芯电导体。用于构造电导体的常用方法是合股(stranding)。在合股期间，将各个导线扭曲在一起以形成第一导体束。根据所需的横截面，可以将多个第一导体束扭曲在一起以形成第二导体束等。扭曲确保了导体束中的各个导线的牢固结合，但仍允许导体弯曲，这例如在铺设期间可能是有利的。在多芯导体中，各个导线或导线束可以在纵向方向上相对于彼此移动，从而减小在弯曲期间施加的力。

通常，组合形成多芯导体的单芯电导体具有圆形的横截面。在这些圆形电导体被组合(在适用的情况下)并且也被压实的情况下，在各个单芯电导体之间留有间隙，这不利于电流的传输。这些间隙在图1中由附图标记104标识。图2示出了图1的放大部分，其中间隙更清晰可见。由于存在不能用于电流传输的空隙，因此多芯导体的外径或周长变得大于具有相同有效横截面的实心电导体的外径或周长。因此需要更大量的绝缘材料。此外，流体(即气体、蒸汽或液体)可以在电导体的纵向方向上沿着各个单芯导体之间的间隙传导。具体地，在各个导体具有非常小的横截面的情况下，可能发生毛细效应，使得可以在非常大的距离上在所述导体内部输送流体。根据腐蚀风险和相关的导电性损害以及根据对绝缘性能的损害，导体内部的液体或蒸汽以及气体是不希望的。

因此，导体束中的各个导体之间的间隙必须填充有防止流体渗透或向内输送的材料。用于完全填充所述间隙的过程和控制或者用于所用材料的膨胀能力的过程和控制是复杂的。

该问题的部分解决方案是在合股之前，包裹(wrapping)绝缘层中的各个单芯电导体。因此，至少可以减少或防止各个电导体的腐蚀。然而，在上述结果的情况下，由于存在不能用于传输电流的额外区域，这种布置增加了导体束的直径。此外，在合股期间，所述绝缘经历了机械负载，并且可能遭受损坏。

对导体束或导体部分中的较小横截面的各个导体的绝缘对于交流电流的传输来说具有优势，这是因为电导体内部的与“趋肤效应”相关的不均匀电流分布在这里具有较小的影响。然而，在使用越来越多的DC传输中，特别是在e.h.v.范围中，趋肤效应不起作用，使得技术生产的必要复杂性和额外的材料支出更加重要。

发明内容

承上所述，本发明的目的是提供一种具有大的有效横截面的电导体，其具体用于传输大的直流电流，其消除了单芯实心导体的缺点。

为了实现该目的，本发明提出了一种包括三个或更多个形状相同的实心部分的电导体。每个部分(segment)包括至少两个侧表面，所述侧表面构造成用于齐平地支承另一部分上的相应的相对侧表面。在这种情况下，术语“齐平”表示除了由表面粗糙度或制造公差决定的间隙或空隙之外，沿彼此贴靠的侧表面不存在间隙或空隙。穿过电导体的所有组成部分的横截面可通过具有基本无台阶(stepless)特征的闭合曲线来描述。在该上下文中，术语“无台阶”表示描述横截面的包络曲线理想地在两个部分之间的过渡区中没有台阶。与制造公差相关的边缘倒角或非常小的台阶并不重要。电导体的各组成部分被合股组合(stranded in combination)，并因此围绕中心轴缠绕。

各部分的合股使得例如在电导体的弯曲期间，各部分即使在没有任何额外的护套的情况下，也不能长距离地彼此分离。此外，根据合股并且取决于相关的铺设长度，即直到给定部分恢复其原始取向的距离，在弯曲所述电导体的情况下，每个部分在其内半径和外半径的一个或多个点处处于弯曲，并因此假定压缩和膨胀的比例。结果，每个单独的部分仅经受有限的应变(strain)，并且各部分的横截面基本保持不变，并因此电导体的横截面基本保持不变。

在上文或下文所述的一个或多个示例性实施例中，合股方向可以部分地交替，即以规定间隔交替。

在一个示例性实施例中，包括多个部分的电导体的横截面是圆形的。

在一个示例性实施例中，形状相同的实心部分被构造为以齐平布置围绕形状不同的中心元件。中心元件可以由导电材料或非导电材料组成，例如由与所述各部分相同的材料构成。其可以是实心的设计，或者也可以由空心体构成。在极端情况下，中心元件是无壁的空隙，其仅由各部分的组合构成。

在一个示例性实施例中，分离层布置在三个或更多个形状相同的部分之间，或者布置在形状相同的各部分与中心元件之间，这防止各部分和中心元件的任何材料的接合(bonding)。例如，由于在弯曲所述布置期间产生的与摩擦相关的局部温度升高，可能会发生材料接合，或者由于在弯曲期间的冷焊，也可能会发生材料接合。分离层可以以实心或半实心的导电层或非导电层的形式构成，例如织物或带有金属颗粒的润滑膏(greasepaste)。通过所述分离层，可以有效地防止甚至是仅由所述各部分的局部材料接合而导致的、所述布置的任何柔性降低。

在一个示例性实施例中，层布置在各部分之间，所述层在与流体(例如，一般来说，气体、液体或任何湿气)接触时膨胀，并因此防止所述流体的任何进一步的渗透或向内输送。所述材料在与特定流体接触时可以经历特别明显的膨胀，而与其他流体接触则不膨胀，或仅产生有限的膨胀。这种类型的选择性膨胀材料可以例如在与水接触时膨胀得很明显，而与基于油的流体接触时不膨胀，或仅产生有限的膨胀。与流体接触时膨胀的层可以同时防止所述各部分的任何材料接合。以与分离层相同的方式，与流体接触时膨胀的层可以以实心层或半实心层的形式构成。

分离层和与流体接触时膨胀的层可以构造为呈现(assume)两种功能的单层，并因此可以是导电的或不导电的。

在一个或多个示例性实施例中，电导体的各部分的组装布置由包裹物(wrapping)包围。包裹物可以包括例如绝缘的、导电的或半导电材料。额外地或替代地，各部分的组装布置可以被包围在与蒸汽或液体接触时膨胀的材料的包裹物中。所述包裹材料可以是导电的或半导电的，并且同时，在与流体接触时膨胀。

可以通过用条带材料螺旋缠绕所组装的电导体来进行包裹，或者可以通过连续无缝的护套来施加包裹，例如，通过挤压。

采用与流体接触时膨胀的材料的分离层和/或护套有效地防止了流体沿着电导体的纵向轴线的任何输送，从而防止例如在铺设电导体后无法接触的各点处的任何腐蚀，或者防止流体通过导体传输到另一个空间的任何传输。

在一个或多个示例性实施例中，在彼此贴靠的表面上的各部分包括轮廓(profile)或特定形状的区域，在非合股状态，其允许相互可拆卸的布置，并且在合股状态下，其使各部分以连续、永久且形式匹配的方式接合。所述轮廓可以构造成在不具有优选的组装方向的情况下,使得多个部分可以相对于彼此布置，而最后的部分仅可以在一个优选方向上被添加到剩余部分。因此，各部分在纵向方向上的相互位移仍是可能的，特别是在未合股状态下，使得待施加的用于弯曲电导体的力保持为低于在横截面相同的单芯实心导体的情况下的力。在合股状态下，可以限制或减小纵向方向上的任何位移。

这种类型的各部分以形式匹配(form-fitted)的方式连续且永久地接合，假如合股不能通过相反方向的旋转抵消(cancelled-out)，即使在没有任何包裹物的情况下，如果在纵向方向上逆着合股方向旋转，所述各部分将保持相互接合和相互接触。

在该示例性实施例中，包裹是可能的，并且其与异形(profiled)表面一起减少或防止了电导体在其弯曲时彼此抵靠的表面上的任何分离，并有助于通过设置在各部分之间的任何膨胀分离层来更有效地实现其功能。

根据本发明的电导体相对于其圆周或外径具有最佳的有效电横截面。同时，这种布置允许实现比横截面相同的单芯实心导体大的柔性(flexibility)。

附图说明

下面参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。所有附图都是纯示意性的，并未按比例绘制。在附图中：

图1示出了已知设计的电导体，其包括多个圆形截面的导线；

图2示出了图1中的包括多个圆形截面导线的已知电导体的放大细节；

图3示出了根据本发明的第一示例性电导体，其具有四个部分；

图4示出了根据本发明的第二示例性电导体，其具有由分离层分开的四个部分；

图5示出了根据本发明的第三示例性电导体，其具有围绕中心元件布置的六个部分；

图6示出了根据本发明的第四示例性电导体，其具有六个部分，这六个部分由分离层分开、围绕中心元件布置；以及

图7示出了根据本发明的第五示例性电导体，其具有包括异形接触表面的三个部分。

相同或相似的附图标记在附图中标识相同或相似的元件。

已经参考现有技术描述了图1和2中所示的已知设计的电导体，其包括多个圆形截面电导体，并且这里将不再描述。

具体实施方式

图3示出了根据本发明的第一示例性电导体300的横截面，其具有四个相同形状的实心部分302。尽管在该示例中，各部分具有相同的尺寸，但也可以考虑使用不同尺寸的各部分。在这种情况下，有利的是，执行初始接触(initial contacting)和端子接触(terminal contacting)，使得尽可能相对于每个部分的横截面积的电流密度相同，以便防止在沿电导体布置的各部分之间电气接触不良的情况下的不同的电流密度。

图4示出了根据本发明的第二示例性电导体400的横截面，其具有由分离层406分开的相同尺寸的四个实心部分402。如上所述，分离层可以是导电的或不导电的，并且可以由与流体接触时膨胀的材料构成。

图5示出了根据本发明的第三示例性电导体500的横截面，其具有围绕中心元件508布置的六个相同尺寸的实心部分502。中心元件508可由导电材料或非导电材料构成。在极端情况下，中心元件可以由空隙构成。例如，随后流体、气体或玻璃纤维可以根据空隙的横截面积而被引入至这种类型的空隙中，以便允许额外的数据传输。随后在铺设电导体之后可以引入另外的元件。在该图中，还示出了电导体500的外护套512，其由外部的双线表示。

图6示出了根据本发明的第四示例性电导体600的横截面，其具有由分离层606分开并且围绕中心元件608布置的六个相同尺寸的实心部分602。如在图5所示的示例，中心元件608可以由导电材料或非导电材料构成，或者可以由空隙构成。与图5中所示的示例不同，分离层606分别设置在各部分与中心元件之间。如参考图4所述，分离层可以是导电的或不导电的，并且可以由与流体接触时膨胀的材料构成。

图7示出了根据本发明的第五示例性电导体700的横截面，其具有包括异形接触表面的三个部分702。接触表面被异形化，使得在合股之前，任何给定部分702与所组装的电导体700的分离仅在特定方向上是可能的。合股用虚线箭头表示。对于每个部分，相应的箭头表示在未合股状态下可以其分离该部分的方向。在该图中，该轮廓由台阶710形成。可以容易地看出，在组合各部分702时，至少最后的部分702只能沿所指示方向被添加到剩余的各部分702。

在合股之前或者在电绝缘体或类似物中的设置护套(sheathing)之前，轮廓(profiling)可以促进电导体700的易管理性，因为它保持了各部分的完整性。在根据本发明的电导体的变型例中，也可以在各部分之间设置分离层(未示出)，或者可以围绕中心元件(未示出)进行布置。如参考图4所述，分离层可以是导电的或不导电的，并且可以由与流体接触时膨胀的材料构成。

附图标记列表

100 电导体

101 单芯导体

104 间隙

300 电导体

302 部分

400 电导体

402 部分

406 分离层/层

500 电导体

502 部分

508 中心元件

512 护套

600 电导体

602 部分

606 分离层/层

608 中心元件

700 电导体

702 部分

710 台阶/轮廓

Claims (13)

1.电导体(300、400、500、600、700)，其包括三个或更多个形状相同的实心部分(302、402、502、602、702)，其中每个部分(302、402、502、602、702)包括两个侧表面，所述侧表面构造成齐平地支承在另一个部分(302、402、502、602、702)上的相应的相对侧表面上，其中穿过所述电导体(300、400、500、600、700)的所有组成部分(302、402、502、602、702)的横截面通过具有实质上无台阶特征的闭合曲线来描述，并且其中，所述电导体(300、400、500、600、700)的所有组成部分(302、402、502、602、702)被合股组合。

2.根据权利要求1所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述横截面为圆形。

3.根据权利要求1或2所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，形状相同的实心部分(302、402、502、602、702)被构造为以齐平的布置围绕形状不同的中心元件(508、608)。

4.根据前述权利要求中的一个所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，分离层(406、606)布置在所述三个或更多个部分(302、402、502、602、702)之间，所述分离层(406、606)防止各部分(302、402、502、602、702)的任何材料接合。

5.根据前述权利要求中的一个所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，在与流体接触时膨胀的材料的层(406、606)布置在所述部分(302、402、502、602、702)之间。

6.根据前述权利要求中的一个所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，合股的方向部分地交替。

7.根据前述权利要求中的一个所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，在彼此贴靠的侧表面上的各部分(302、402、502、602、702)包括轮廓(710)，所述轮廓(710)允许各部分(302、402、502、602、702)在非合股状态下的相互布置，并且允许各部分(302、402、502、602、702)在合股状态下以连续、永久和形式匹配的方式接合。

8.根据权利要求7所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述轮廓仅允许所述电导体(300、400、500、600、700)的最后部分(302、402、502、602、702)在优选方向上的相互布置。

9.根据前述权利要求中的一个所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述电导体(300、400、500、600、700)由外护套(512)包围。

10.根据权利要求9所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述外护套由与流体接触时膨胀的材料形成。

11.根据权利要求9所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述外护套(512)由导电材料或半电导体材料形成。

12.根据权利要求9所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述外护套(512)由条带材料形成，所述条带材料螺旋地缠绕在所述电导体(300、400、500、600、700)周围。

13.根据权利要求9所述的电导体(300、400、500、600、700)，其中，所述外护套(512)以连续无缝的方式包围所述电导体(300、400、500、600、700)。