CN110828028A - 一种接地软电缆及其加工工艺、校中系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接地软电缆、加工工艺和校中系统，其中接地软电缆，包括导体部分和包覆在所述导体部分外部的护层部分，所述导体部分由若干复合股线绞合而成，所述复合股线由若干股线绞合而成，所述股线由若干单丝绞合而成；所述单丝由铝合金杆和包覆在所述铝合金杆外部的铜带拉伸加工而成。本发明所提供的接地软电缆，导体部分采用由铝合金杆和包覆在所述铝合金杆外部的铜带拉伸加工而成的铜包铝合金导体，具有密度小、强度高、高柔性、高抗蠕变特性，从而使得该接地软电缆相比于常规铜材质具有重量轻、柔软度高的突出特点，同时节约成本，提高了操作方便性。

Description

一种接地软电缆及其加工工艺、校中系统
技术领域
本发明涉及接地线领域，特别是涉及一种接地软电缆及其加工工艺、校中系统。
背景技术
接地线应用于高压电气设备或线路进行停电检修时，为保障工作人员的人身安全，需使用该接地线对身体进行“保护接地”后，工作人员才可在设备或线路上工作。
现有技术中，短路接地软电缆采用常规铜绞线和塑料护层材质工艺，而特高压系统电压等级高，沿用传统材料后，特高压短路接地线比常规接地线在尺寸和重量上成倍的增加，无法实现单人携带及操作安装，在检修时安装临时接地线耗时耗力，极大地降低了检修工作效率。且常规的塑料护层耐候、耐磨、耐弯曲性能差，使用过程中极易出现护层开裂、接地线偏硬变形，不适宜极寒恶劣的环境下工作，限制了线路的运维局限性和安全可靠性。
因此，如何有效提高电缆的性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种接地软电缆及其加工工艺、校中系统，用于降低重量，提高操作便捷性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种接地软电缆，包括导体部分和包覆在所述导体部分外部的护层部分，所述导体部分由若干复合股线绞合而成，所述复合股线由若干股线绞合而成，所述股线由若干单丝绞合而成；所述单丝由铝合金杆和包覆在所述铝合金杆外部的铜带拉伸加工而成。
优选的，所述铝合金杆的体积占比为85～90％，所述铜带的体积占比为10～15％。
优选的，所述单丝的直径为0.008-0.400mm。
优选的，所述铝合金杆包括石墨烯、锌、镁、铁、硅、铍元素，各组分的重量百分比为：石墨烯：0.8～2.3％；Fe：0.1～0.5％；Zn:0.03～0.6％；Mg：0.03～0.2％；Si：0.05～0.14％；Be：0.04～0.16％；余量为Al和杂质。
优选的，所述护层部分包括热塑性聚氨酯、无卤阻燃剂、润滑剂、抗氧剂和防老剂，各组分的重量百分比为：热塑性聚氨酯：60-85％；无卤阻燃剂：15-30％；润滑剂：0.5-2％；抗氧剂：0.15-0.4％；防老剂：0.035-0.45％。
优选的，所述导体部分包括N层复合股线，自第一层至第N层的复合股线的个数依次为1，6….6*(N-1)，N≥2。
一种接地软电缆加工工艺，包括以下步骤：
步骤S1：将铜带包覆铝合金杆形成的铜包铝合金线，经过拉丝机生产至预设直径的单丝；
步骤S2：将所述单丝经过500～600℃的烘箱进行高温退火软化后，自然冷水冷却并吹气烘干，完成退火工艺；
步骤S3：将若干所述单丝绞合形成股线，将若干所述股线绞合后形成复合股线，将若干所述复合股线绞合后形成导体部分，且所述单丝与所述股线的绞合方向相反，所述股线与所述复合股线的绞合方向相反；
步骤S4：对所述导体部分的外周部通过螺杆设备挤压布置护层部分。
优选的，所述步骤S4中，所述护层部分的组份为包括热塑性聚氨酯、无卤阻燃剂、润滑剂、抗氧剂和防老剂，并且，在使用前，护层部分的组份需经过80℃/2h的烘干处理，挤出温度控制在150～190℃范围。
一种校中系统，用于校中免调机头与如上所述的电缆，包括用于调节所述电缆位置的偏心调整支架、用于检测所述电缆偏心程度的实时测偏仪以及用于根据所述实时测偏仪的检测结构，控制所述偏心调整支架移动的控制器。
优选的，所述偏心调整支架包括高度粗调支架、位于所述高度粗调支架顶部的模套座支架、用于带动所述模套座支架沿竖直方向移动的纵向驱动电机和用于带动所述模套座支架沿水平方向移动的横向驱动电机，所述模套座支架上可拆卸的安装有线芯固定模具。
本发明所提供的接地软电缆，包括导体部分和包覆在所述导体部分外部的护层部分，所述导体部分由若干复合股线绞合而成，所述复合股线由若干股线绞合而成，所述股线由若干单丝绞合而成；所述单丝由铝合金杆和包覆在所述铝合金杆外部的铜带拉伸加工而成。本发明所提供的接地软电缆，导体部分采用由铝合金杆和包覆在所述铝合金杆外部的铜带拉伸加工而成的铜包铝合金导体，具有密度小、强度高、高柔性、高抗蠕变特性，从而使得该接地软电缆相比于常规铜材质具有重量轻、柔软度高的突出特点，同时节约成本，提高了操作方便性。
本发明所提供的接地软电缆加工工艺，包括以下步骤：步骤S1：将铜带包覆铝合金杆形成的铜包铝合金线，经过拉丝机生产至预设直径的单丝；步骤S2：将所述单丝经过500～600℃的烘箱进行高温退火软化后，自然冷水冷却并吹气烘干，完成退火工艺；步骤S3：将若干所述单丝绞合形成股线，将若干所述股线绞合后形成复合股线，将若干所述复合股线绞合后形成导体部分，且所述单丝与所述股线的绞合方向相反，所述股线与所述复合股线的绞合方向相反；步骤S4：对所述导体部分的外周部通过螺杆设备挤压布置护层部分。本发明所提供的接地软电缆加工工艺，通过拉丝、退火、单丝绞合、股线绞合、复合股线绞合、护层部分挤出的工序，完成电缆的加工，使得电缆具有密度小、强度高、高柔性、高抗蠕变特性。
本发明所提供的校中系统，用于校中电缆与免调机头，包括用于调节所述电缆位置的偏心调整支架、用于检测所述电缆偏心程度的实时测偏仪以及用于根据所述实时测偏仪的检测结构，控制所述偏心调整支架移动的控制器。本发明所提供的校中系统，通过对电缆位置的实时监测，实现对电缆位置的实时调整，保障电缆中心与免调机头的中心保持一致，提高精度，采用该自动校中系统配合免调机头实现挤出真正免调，减少调试浪费，且实现全过程监控及过程自动调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的接地软电缆中单丝的结构示意图；
图2为本发明所提供的接地软电缆中股线的结构示意图；
图3为本发明所提供的接地软电缆第一种具体实施方式的结构示意图；
图4为本发明所提供的接地软电缆第二种具体实施方式的结构示意图；
图5为本发明所提供的接地软电缆第三种具体实施方式的结构示意图；
图6为本发明所提供的校中系统一种具体实施方式的结构示意图；
图7为图6所示的校中系统中偏心调整支架的结构示意图；
图8为本发明所提供的接地软电缆加工工艺的流程图；
其中：铝合金杆(101)、铜带(102)、股线(103)、第一导体部分(104-1)、第二导体部分(104-2)、第三导体部分(104-3)、护层部分(105)、偏心调整支架(201)、免调机头(202)、实时测偏仪(203)、线芯固定模具(204)、模套座支架(205)、横向驱动电机(206)、纵向驱动电机(207)、高度粗调支架(208)。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种接地软电缆及其加工工艺、校中系统，用于降低重量，提高操作便捷性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图8，图1为本发明所提供的接地软电缆中单丝的结构示意图；图2为本发明所提供的接地软电缆中股线的结构示意图；图3为本发明所提供的接地软电缆第一种具体实施方式的结构示意图；图4为本发明所提供的接地软电缆第二种具体实施方式的结构示意图；图5为本发明所提供的接地软电缆第三种具体实施方式的结构示意图；图6为本发明所提供的校中系统一种具体实施方式的结构示意图；图7为图6所示的校中系统中偏心调整支架的结构示意图；图8为本发明所提供的接地软电缆加工工艺的流程图。
在该实施方式中，接地软电缆包括导体部分护层部分105，优选用于特高压电力线路检修用的安全接地线领域。
其中，护层部分105包覆在导体部分的外部，导体部分由若干复合股线103绞合而成，复合股线103由若干股线103绞合而成，股线103由若干单丝绞合而成；单丝由铝合金杆101和包覆在铝合金杆101外部的铜带102拉伸加工而成。
本发明所提供的接地软电缆，导体部分采用由铝合金杆101和包覆在铝合金杆101外部的铜带102拉伸加工而成的铜包铝合金导体，具有密度小、强度高、高柔性、高抗蠕变特性，从而使得该接地软电缆相比于常规铜材质具有重量轻、柔软度高的突出特点，同时节约成本，提高了操作方便性。
在上述各实施方式的基础上，铝合金杆101的体积占比为85～90％，铜带102的体积占比为10～15％。具体的，由铝合金杆101和包覆在铝合金杆101外部的铜带102拉伸加工而成的铜包铝合金导体，经过拉伸使原子间晶格结合工艺完成。
在上述各实施方式的基础上，单丝的直径为0.008-0.400mm。具体的，单丝绞合方向可以为右向，节径比控制在10-15倍；股线103的绞合方向与单丝绞合方向相同，节径比控制6-20倍，绞合过程控制一定的张力，保证绞合的圆整性。
更具体的，单丝的直径优选为0.080±0.004mm，当单丝的直径为0.080±0.004mm时，单丝绞合方向可以为右向，节径比控制12倍左右；股线103的绞合方向为右向，节径比控制10倍。
在上述各实施方式的基础上，铝合金杆101包括石墨烯、锌、镁、铁、硅、铍元素，各组分的重量百分比为：石墨烯：0.8～2.3％；Fe：0.1～0.5％；Zn:0.03～0.6％；Mg：0.03～0.2％；Si：0.05～0.14％；Be：0.04～0.16％；余量为Al和杂质。
在上述各实施方式的基础上，护层部分105包括热塑性聚氨酯、无卤阻燃剂、润滑剂、抗氧剂和防老剂，各组分的重量百分比为：热塑性聚氨酯：60-85％；无卤阻燃剂：15-30％；润滑剂：0.5-2％；抗氧剂：0.15-0.4％；防老剂：0.035-0.45％。
在上述各实施方式的基础上，导体部分包括N层复合股线103，自第一层至第N层的复合股线103的个数依次为1，6….6*(N-1)，N≥2。
具体的，复合股线103的复绞方式分别采用1+6或1+6+12或1+6+12+18正规绞，分别如图3-5所示的第一导体部分104-1、第二导体部分104-2和第三导体部分104-3，绞合方向为左向，节径比控制6倍，成型过程中的模具由3道钨钢紧压模复合组成，逐级紧压使导体的压实，紧压系数达到90％以上；导体整体节径比设计遵循从大到小原则，保证了导体结构的稳定性、柔软性。
进一步，该专利铜包铝合金接地线软电缆主要由导体和护层两大主体构成，其中导体经过股线103、3股股线103、1+6/1+6+12/1+6+12+18正规绞合3部分结合而成。不同规格截面导体中的股线103总数量由常规的7股增到21股，19增加到57股，37股增加到111股，股线103数量越多对整体导体的柔软性提升越好。每个股线103内由多根直径0.080mm的铜包铝合金单丝绞合而成，绞合方向为右向，节径比控制12倍左右。同时石墨烯是先进发现的强度最高的物质，通过在铜包铝合金单丝中的铝合金中添加了石墨烯、锌、镁、铁、硅、铍元素，各组分的重量百分比如下：石墨烯：0.8～2.3％；Fe：0.1～0.5％；Zn:0.03～0.6％；Mg：0.03～0.2％；Si：0.05～0.14％；Be：0.04～0.16％；余量为Al和杂质；将金属混合物通过熔炼、铸造、轧制工艺得到铝合金杆101后，再包覆铜层，然后通过多道拉丝和退火处理制备出一种高强度高电导率的铜包铝合金线。制得的铜包铝合金线的机械性能优异，满足导电性的同时可以保证正常的绞制工艺。由于制得的铜包铝合金的密度是纯铜的1/3，在满足电气性能的前提下，铝合金线导体重量比纯铜导体减轻20％左右。在内层铝合金中引入了石墨烯提高了铝合金单丝的强度，铝合金中石墨烯的添加会影响铝合金的导电性下降，因而在铝合金的外层设置包覆10～15％体积含量的铜层结合，从而保障铜包铝合金线具备高强度的同时又具备优良的导电性，铜包铝合金线具体性能参数见表1：
表1铜包铝合金线的性能参数
项目 指标值
型号 铜包铝合金-10A CCAA-10A
单丝直径范围mm 0.080～0.100
20℃直流电阻率(Ω.mm2/m) ≤0.02361
导电率(IACS) ≥73％
拉伸强度(MPa) ≥198
单丝伸长率(％) ≥19
热膨胀系数 23X10-6/℃
蠕变变化率(％) 0.1％
密度(g/cm3) ≤3.1
本实施例采用性能优异的无卤阻燃聚氨酯弹性体材料作为护层部分105，保证接地线具备耐磨、耐-70℃低温的优良性能，更适宜户外、偏远、极寒的地区环境使用。该护层部分105的材料是以聚氨酯为主要原材料加入无卤阻燃剂及其他助剂经混炼、挤出、造粒制得，材料制的试片拉伸强度依据GB/T 1040.3测试≥30MPa,依据GB/T 1040.3测试伸长率≥600％，依据GB/T 32129附录A测试150℃/1h热冲击不开裂，GB/T 32129测试-60℃低温脆化冲击断裂根数≤15/30。
本实施例所提供的电缆，导体部分采用了自主研制的石墨烯+金属元素一定比例混合的铝合金配方方案，结合铜包覆、拉拔、退火、绞合工艺技术形成的铜包铝合金复合材质的超软导体，导体具备强度高、导电率好、重量轻、弯曲好的特点；护层部分105采用自主配方试制出的超耐低温脆化、优良机械性能的聚氨酯护层料，保证了电缆护层具备优异的-75℃低温性能、耐扭转机械性能、绝缘性能。
除上述接地软电缆外，本发明还提供了一种接地软电缆加工工艺。
该接地软电缆加工工艺包括以下步骤：
步骤S1：将铜带102包覆铝合金杆101形成的铜包铝合金线，经过拉丝机生产至预设直径的单丝；
步骤S2：将单丝经过500～600℃的烘箱进行高温退火软化后，自然冷水冷却并吹气烘干，完成退火工艺；
步骤S3：将若干单丝绞合形成股线103，将若干股线103绞合后形成复合股线103，将若干复合股线103绞合后形成导体部分，且单丝与股线103的绞合方向相反，股线103与复合股线103的绞合方向相反；
步骤S4：对导体部分的外周部通过螺杆设备挤压布置护层部分105。
单丝的预设直径可以为0.008-0.400mm；本文中，以单丝直径为0.080mm为例进行说明。
在一种具体实施例中，该接地软电缆加工工艺包括以下步骤：
步骤S1：将铜带102包覆铝合金杆101形成的铜包铝合金线，经过拉丝机生产至Ф0.08±0.004mm直径的单丝；具体的，可采用通过中拉丝机内渐变孔径的拉丝模具生产至Ф1.2mm的单丝，进一步的将Ф1.2mm单丝通过小拉丝机内渐变孔径的拉丝模具最小可生产至Ф0.08mm的单丝；
步骤S2：将单丝经过500～600℃的烘箱进行高温退火软化后，自然冷水冷却并吹气烘干，完成退火工艺；具体的，可采用2～3米长度的水管进行冷却；
步骤S3：将若干单丝绞合形成股线103；将若干股线103绞合后形成复合股线103，具体的，采用3股股线103的绞合方向为右向，节径比控制8～10倍，绞合过程控制单丝1～3N的张力，保证绞合的圆整性；将若干复合股线103绞合后形成导体部分，具体的，绞合过程使用可退扭成缆设备，复绞方式根据截面大小采用1+6或1+6+12或1+6+12+18方式排列正规绞，绞合方向采用与单元绞合一致的左向，节径比控制4～6倍，成型过程中的模具由3道紧压模组成，逐级紧压使导体压实，每层的紧压系数达到90％以上；且单丝与股线103的绞合方向相反，股线103与复合股线103的绞合方向相反；
步骤S4：对导体部分的外周部通过螺杆设备挤压布置护层部分105；具体的，采用突变形单螺杆、直径为Ф70mm、长径比25/1、压缩比4.2的螺杆设备加工挤出，用挤压式模具，模芯按照导体直径值d+0.5mm，模套按照电缆成品外径值D配比，护层材料是以聚氨酯为主要原材料加入无卤阻燃剂及其他助剂经混炼、挤出、造粒制得；具体组份如下：热塑性聚氨酯60-85％；无卤阻燃剂15-30％；润滑剂0.5-2％；抗氧剂0.15-0.4％；防老剂0.035-0.45％。
在上述各实施方式的基础上，步骤S4中，护层部分105的组份为包括热塑性聚氨酯、无卤阻燃剂、润滑剂、抗氧剂和防老剂，并且，在使用前，护层部分105的组份需经过80℃/2h的烘干处理，挤出温度控制在150～190℃范围。
本发明所提供的接地软电缆加工工艺，通过拉丝、退火、单丝绞合、股线103绞合、复合股线103绞合、护层部分105挤出的工序，完成电缆的加工，使得电缆具有密度小、强度高、高柔性、高抗蠕变特性。
除上述接地软电缆及其加工工艺外，本发明还提供了一种校中系统。
该校中系统，用于校中电缆与免调机头202，上述电缆即为上文中所指的接地软电缆，包括偏心调整支架201、实时测偏仪203和控制器。其中，免调机头202可以为U14或U30免调机头202。
其中，偏心调整支架201用于调节电缆的位置，实时测偏仪203用于检测电缆的偏心程度，控制器用于根据实时测偏仪203的检测结构，控制偏心调整支架201移动。
本发明所提供的校中系统，通过对电缆位置的实时监测，实现对电缆位置的实时调整，保障电缆中心与免调机头202的中心保持一致，提高精度，采用该自动校中系统配合免调机头202实现挤出真正免调，减少调试浪费，且实现全过程监控及过程自动调节。
进一步，偏心调整支架201包括高度粗调支架208、位于高度粗调支架208顶部的模套座支架205、用于带动模套座支架205沿竖直方向移动的纵向驱动电机207和用于带动模套座支架205沿水平方向移动的横向驱动电机206，模套座支架205上可拆卸的安装有线芯固定模具204。
具体的，偏心调整支架201由横向驱动电机206保证横向运行，横向驱动电机206配丝杠滑块结构，纵向驱动电机207优选为小型精密电动推杆电机，保证纵向伸缩；模套座支架205固定于纵向驱动电机207处，可配合线芯固定模具204适应各类规格的电缆，通过伺服控制系统，实现模具全方位对中；偏心调整支架201安装于免调机头202进线之前，偏心调整支架201与免调机头202之间的距离优选为50mm-300mm，与电缆之间采用模具进线固定，通过调整偏心调整支架201的位置，粗调电缆中心与免调机头202的中心保持一致，后续正式生产，通过实时测偏仪203实时监测横向及纵向偏心，作为控制系统输入，控制系统通过放大计算给出行程计算数据，推动横向或纵向电机运转，以保障电缆中心与机头中心保持一致。
进一步，电缆挤出后通过水槽逐级冷却。挤出的电缆护层依据GB/T 2951.14标准测试-70℃电缆护层低温拉伸≥50％，依据GB/T 2951.14标准测试-70℃电缆护层低温冲击不开裂；成品护层经过2000周期的扭转后，外观无开裂或鼓包，且浸水经受1.5kV电压15min不击穿。
以上对本发明所提供的接地软电缆及加工工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的加工工艺及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种接地软电缆，包括导体部分和包覆在所述导体部分外部的护层部分(105)，其特征在于，所述导体部分由若干复合股线(103)绞合而成，所述复合股线(103)由若干股线(103)绞合而成，所述股线(103)由若干单丝绞合而成；所述单丝由铝合金杆(101)和包覆在所述铝合金杆(101)外部的铜带(102)拉伸加工而成。
2.根据权利要求1所述的接地软电缆，其特征在于，所述铝合金杆(101)的体积占比为85～90％，所述铜带(102)的体积占比为10～15％。
3.根据权利要求1所述的接地软电缆，其特征在于，所述单丝的直径为0.080-0.400mm。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的接地软电缆，其特征在于，所述铝合金杆(101)包括石墨烯、锌、镁、铁、硅、铍元素，各组分的重量百分比为：石墨烯：0.8～2.3％；Fe：0.1～0.5％；Zn:0.03～0.6％；Mg：0.03～0.2％；Si：0.05～0.14％；Be：0.04～0.16％；余量为Al和杂质。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的接地软电缆，其特征在于，所述护层部分(105)包括热塑性聚氨酯、无卤阻燃剂、润滑剂、抗氧剂和防老剂，各组分的重量百分比为：热塑性聚氨酯：60-85％；无卤阻燃剂：15-30％；润滑剂：0.5-2％；抗氧剂：0.15-0.4％；防老剂：0.035-0.45％。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的接地软电缆，其特征在于，所述导体部分包括N层复合股线(103)，自第一层至第N层的复合股线(103)的个数依次为1，6….6*(N-1)，N≥2。
7.一种接地软电缆加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将铜带(102)包覆铝合金杆(101)形成的铜包铝合金线，经过拉丝机生产至预设直径的单丝；
步骤S2：将所述单丝经过500～600℃的烘箱进行高温退火软化后，自然冷水冷却并吹气烘干，完成退火工艺；
步骤S3：将若干所述单丝绞合形成股线(103)，将若干所述股线(103)绞合后形成复合股线(103)，将若干所述复合股线(103)绞合后形成导体部分，且所述单丝与所述股线(103)的绞合方向相反，所述股线(103)与所述复合股线(103)的绞合方向相反；
步骤S4：对所述导体部分的外周部通过螺杆设备挤压布置护层部分(105)。
8.根据权利要求7所述的接地软电缆加工工艺，其特征在于，所述步骤S4中，所述护层部分(105)的组份为包括热塑性聚氨酯、无卤阻燃剂、润滑剂、抗氧剂和防老剂，并且，在使用前，护层部分(105)的组份需经过80℃/2h的烘干处理，挤出温度控制在150～190℃范围。
9.一种校中系统，用于校中免调机头(202)与如权利要求1-6任意一项所述的电缆，其特征在于，包括用于调节所述电缆位置的偏心调整支架(201)、用于检测所述电缆偏心程度的实时测偏仪(203)以及用于根据所述实时测偏仪(203)的检测结构，控制所述偏心调整支架(201)移动的控制器。
10.根据权利要求9所述的校中系统，其特征在于，所述偏心调整支架(201)包括高度粗调支架(208)、位于所述高度粗调支架(208)顶部的模套座支架(205)、用于带动所述模套座支架(205)沿竖直方向移动的纵向驱动电机(207)和用于带动所述模套座支架(205)沿水平方向移动的横向驱动电机(206)，所述模套座支架(205)上可拆卸的安装有线芯固定模具(204)。
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