CN111584120A - 一种增容型抗风阻导线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增容型抗风阻导线，包括加强芯、增容导电层和扰流槽，所述加强芯的外部绞合有两层所述增容导电层，位于外部的增容导电层的表面开设有所述扰流槽，所述增容导电层主要由Al、Zr、Er和Be等混合制成，其中Zr的质量百分比在0.25～0.30wt％之间，Er的质量百分比在0.09～0.11wt％之间，Be的质量百分比在0.04～0.06wt％之间。本发明具有导线的运行温度高，载流量大，并且抗风阻效果较好，使用寿命较长的效果。

Description

一种增容型抗风阻导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及线缆结构技术领域，尤其是涉及一种增容型抗风阻导线及其制备方法。

背景技术

架空输电线路中导线受到的风阻约占整个输电线路受到风阻的50％～70％，导线的风压对铁塔基础和塔身本体的强度设计有着重大的影响，降低导线风阻对于降低线路造价以及提高线路运行的安全性具有重要的意义。

登陆我国的热带气旋平均每年约9.09个，其中达到台风(中心风速不小于32.7m/s)等级的年平均约3.17个。登陆热带气旋最多的省份依次为广东、海南、台湾，而台风最多的省份依次为台湾、广东、海南。因此南方电网每年都受台风侵害，在南网线路改造输电线路急需开发一种增容型低风压导线。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种电容量较大的抗风阻导线。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种增容型抗风阻导线，包括加强芯、增容导电层和扰流槽，所述加强芯的外部绞合有两层所述增容导电层，位于外部的增容导电层的表面开设有所述扰流槽，所述增容导电层主要由Al、Zr、Er和Be等混合制成，其中Zr的质量百分比在0.25～0.30wt％之间，Er的质量百分比在0.09～0.11wt％之间，Be的质量百分比在0.04～0.06wt％之间。

通过采用上述技术方案，锆元素能够提高导线的抗拉强度残留率，铒和铍能够提高导线的导电率以及传输容量，外部的扰流槽能够有效地降减少风的阻力，从而提高导线的抗风阻性能，使用方便，容量较大，寿命较长。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述扰流槽的深度在2～5mm之间。

通过采用上述技术方案，扰流槽的深度在2-5mm之间不仅能够形成合适大小的回流区，降低风的阻力，而且能够减少导线表面摩擦阻力的增加，从而降低产品的总阻力，提高产品的使用寿命。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述扰流槽的个数为4～16个。

通过采用上述技术方案，4-16个扰流槽的数量适中，布局合理，结构稳定。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述加强芯采用钢芯、铝包殷钢芯或碳纤维复合芯。

通过采用上述技术方案，钢芯具有结构简单、架设与维护方便、线路造价低等特点；铝包殷钢芯的线膨胀系数极低，所以当导线在较高温度工作时，导线的弧垂并不会增加很多，线路载流量得到提高，从而使导线的应用温度范围大大提高；碳纤维复合芯重量轻、耐拉伸、热稳定性好、弛度小、单位面积通流能力强和抗腐蚀是其突出特点，能够根据外部使用环境不同，选择不同材质的加强芯方便使用。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述增容导电层采用耐高温铝合金线绞合而成。

通过采用上述技术方案，耐高温铝合金线导电率高，容量较大，而且能够长期运行在210℃，运行稳定。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：位于外部的所述增容导电层由“T”型线和/或异型线绞合而成，位于内部的所述增容导电层由“T”型线组成。

通过采用上述技术方案，呈“T”型线的内部的增容导电层结构连接稳定性更高，位于外部的增容导电层呈“T”型线和/或异型线的组成，方便表面制成扰流槽。

本发明的目的之一是提供一种增容型抗风阻导线的制备方法。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种增容型抗风阻导线的制备方法，包含以下步骤：

步骤一：制备所述增容导电层的耐高温铝合金线，其工艺步骤为：熔炼—配料—精炼—静置—浇铸—轧制—拉丝—回复再结晶；生产的耐高温铝合金丝抗张强度在125～140MPa之间，伸长率在8～10％之间，20℃时导体电阻率≤0.0322Ω·mm²/m；

步骤二：将若干根耐高温铝合金线与加强芯经框式绞线机绞合成型，其成品在20℃时直流电阻≤0.1537Ω/km，拉力≥141.38kN，输电容量为1031A。

通过采用上述技术方案，在加工的过程中，先制备耐高温铝合金线，依次经过熔炼、配料、精炼、静置、浇铸、轧制、固溶处理、拉丝和回复再结晶制作而成，然后在将若干根耐高温铝合金线与加强芯绞合制作成增容型抗风阻导线。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤一中，具体工艺步骤如下：

a：熔炼：将Al≥99.85％，Si≤0.05的铝锭在熔炼炉中熔化成铝液；

b：配料：先按配比将铝锆合金、铝铒合金、铝铍合金在750℃下熔化，再升温至770～780℃，充分混合并搅拌均匀；

c：精炼：将无烟精炼剂用氮气吹入到铝液中进行精炼，精炼15分钟后扒渣；

d：静置：精炼后将炉温升至780℃，保温30-40分钟；

e：浇铸：采用水平浇铸，浇铸温度为690～710℃，结晶轮转速为1.8RPM，冷却水温度为19～21℃；采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；

f：轧制：加热到510℃，进行连续轧制；轧制时乳化液浓度11.5～12.3％，乳化液温度45～55℃，乳化液压力160～220kPa；

g：拉丝：经连铸连轧生产出的铝合金金杆经拉丝机后拉出铝合金线；

h:回复再结晶：把铝合金线放入隧道式时效炉中，炉温280℃，时间8小时。

通过采用上述技术方案，加工出来的耐高温铝合金线具有良好的抗拉伸性能、伸长率和导电率。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.配方采用锆、铒、铍，铒、锆来提高铝合金的耐高温性能，铒、锆含量的增加导电率会下降，然后用铍提高铝合金导电率，通过对拉丝后铝合金线进行回复再结晶处理，使铝合金导体中形成等轴晶，进而提高耐高温铝合金线的导电率和伸长率，同时采用加强芯和耐高温铝合金绞合，导线的运行温度高，载流量大，并且具有耐腐蚀性能，导线的使用寿命提高2倍。

2.该增容型抗风阻导线具有输电容量大，是传统钢芯铝绞线输电容流量的2倍，在不更换杆塔的条件下就可实现扩容1倍。而且该导线还具有使用寿命长，是常规钢芯铝绞线使用寿命的3倍，抗风阻能力强的优点。该导线为大风、多风地区线路改造时，提供了一种增容型抗风阻导线，是一种性能优越且十分稳定特种架空输电导线。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是实施例一的整体结构示意图。

图2是实施例二的整体结构示意图。

图3是实施例三的整体结构示意图。

图4是实施例四的整体结构示意图。

附图中的标号为：

1、加强芯；2、增容导电层；3、扰流槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

(实施例一)

参照图1，为本实施例公开的一种增容型抗风阻导线，包括加强芯1、增容导电层2和扰流槽3，加强芯1位于中部，加强芯1的外部铰接有两层增容导电层2，位于内侧的增容导电层2与加强芯1进行绞合，从而提高两者之间连接的稳定性，位于外侧的增容导电层2的表面设置有扰流槽3，从而提高产品的抗风阻的性能，扰流槽3的深度在2～5mm之间，个数在4～16个，保持在使用过程中，导线的迎风面的阻力较小，将层流转化为湍流，而且风的分离点发生在背风面上，能够有效地降低导线表面的阻力，从而提高导线的抗风阻性能。在本实施例中，内部的增容导电层2由9根单丝截面为10.23mm²的耐高温铝合金“T”型线绞合而成，外部的增容导电层2由8根单丝截面为6.47mm²的耐高温铝合金“T”型线和8根单丝截面为5.76mm²的耐高温铝合金异型线依次交错铰接而成，加强芯1为单丝直径在2.28～2.36mm的铝包钢线。

导线的20℃导体电阻率为≤0.028497Ω·mm²/m、最小抗张强度162MPa、伸长率≥3.0％、导电率≥60.5％IACS，230℃高温处理1小时后，其抗张强度残存率≥90％；铝包钢单线直径2.28～2.36mm，抗张强度≥1600MPa，1％伸长应力≥1410MPa，伸长率≥1.2％，导电率≥14％IACS。具有传输容量大，抗风能力强等特点。

表1本专利与现有技术产品性能对比

通过上表可知，本实施例的导线输电容量是现有技术等规格钢芯铝绞线2.45倍，风阻系数较现有技术导线降低25.5％，因本发明导线较现有技术导线风阻力小，加强了导线抗风能力，提高线路运行安全性。

一种增容型抗风阻导线的制备方法：

步骤一：制备增容导电层2的耐高温铝合金线：工艺步骤为：熔炼—配料—精炼—静置—浇铸—轧制—拉丝－回复再结晶；配料精炼中各元素质量百分数控制如下：Zr控制在0.25～0.30wt％，Er控制在0.1wt％，Be控制在0.05wt％，铝合金杆抗张强度控制在125～140MPa，伸长率8～10％，20℃时导体电阻率≤0.03220Ω·mm²/m；将耐高温铝合金杆拉制2.87mm耐高温铝合金线，耐高温铝合金性能为20℃导体电阻率为≤0.028497Ω·mm²/m、抗张强度≥162MPa、伸长率≥3.0％、导电率≥60.5％IACS，230℃高温处理1小时后，其抗张强度残存率≥90％；

表2不同配方下耐高温铝合金线性能对比表

通过上表可知，Zr含量增加提高了耐高温铝合金线230℃高温处理1小时后的抗拉强度残存率，但是导电率会降低；Er、Be含量增加提高了耐高温铝合金线的导电率，因此将Zr控制在0.25～0.30wt％，Er控制在0.1wt％，Be控制在0.05wt％能够在提高导线的导电率的同时提高导线的抗拉强度。

步骤二：将耐高温铝合金线和钢芯、铝包殷钢芯或碳纤维复合芯绞合。

步骤一工艺步骤具体包括：

a：熔炼：将Al≥99.85％，Si≤0.05铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；

b：配料：先按配比将铝锆合金、铝铒合金、铝铍合金在750℃下熔化，再升温至770～780℃；充分混合后，搅拌至成分均匀，对铝液光谱分析，然后分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分；

c：精炼：将主要成分为K、F、Cl、S、C的无烟精炼剂用氮气吹入到铝液中进行精炼，精炼15分钟后扒渣；

d：静置：精炼后将炉温升至780℃，保温30-40分钟；

e：浇铸：采用水平浇铸，浇铸温度为690～710℃，结晶轮转速为1.8RPM，冷却水温度为19～21℃；采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；

f：轧制：通过感应加热加热到510℃，进行连续轧制；所述轧制系统由4台粗轧机和10台精轧机串联而成，粗轧机的轧制速度1100RPM，精轧机的轧制速度1300RPM。轧制时乳化液浓度11.5～12.3％，乳化液温度45～55℃，乳化液压力160～220kPa；然后进行淬火冷却，淬火压力在160～200kpa之间，淬火水温度控制在低于28℃；

g：拉丝：经连铸连轧生产出的铝合金金杆经拉丝机后拉出铝合金线；拉丝工序配置的模具控制进出模压缩比1.1～1.3，开口角度为30～120°。

h:回复再结晶：把铝合金线放入隧道式时效炉中，炉温280℃，时间8小时，以保证铝合金导体中应拉丝所产生的应力消除，导体中形成等轴晶，电阻率显著降低，提高导电性能。

步骤二工艺步骤具体包括：

将9根单丝截面为10.23mm²的耐高温铝合金“T”型线、8根单丝截面为6.47mm²的耐高温铝合金”T”型线、8根单丝截面为5.76mm²的耐高温铝合金异型线与单丝直径为2.32±0.04mm的铝包钢线经框式绞线机绞合，形成一种增容型抗风阻导线，成品导线的20℃时直流电阻≤0.1537Ω/km，整根拉力≥141.38kN，输电容量1031A。

导体采用耐高温铝合金“T”型线，导体材料运行温度高、输电容量大的特点，支撑芯采用铝包钢芯，铝包钢芯耐腐蚀性能是钢芯的2倍。应用于沿海地区和重污染地区，具有耐腐蚀性能好、抗污染能力强，使用寿命长的特点。该导线较同规格钢芯耐高温铝合金绞线对比，直流电阻更小，线路运行损耗低2.3％-3.6％，具有节能效果。

(实施例二)

参照图2，本实施例与实施例一结构基本相同，不同之处在于位于外侧的增容导电层2采用12根单丝截面为5.76mm²的耐高温铝合金异型线绞合而成，表面的扰流槽3较多，抗风阻性能更好，线路运行安全性更高，使用寿命更长。

(实施例三)

参照图3，本实施例与实施例一结构基本相同，不同之处在于加强芯1采用7根单丝直径为2.32±0.04mm的铝包殷钢芯，线膨胀系数极低，所以当导线在较高温度工作时，导线的弧垂并不会增加很多，线路载流量得到提高，从而使导线的应用温度范围大大提高，同时因该导线高温弧垂特性好，导线所有架线杆塔高度较实施例一、实施例二降低，降低输电线路建设工程造价。

(实施例四)

参照图4，本实施例与实施例二结构基本相同，不同之处在于加强芯1采用单丝直径为2.32±0.04mm的碳纤维复合芯，其具有重量轻、耐拉伸、热稳定性好、弛度小、单位面积通流能力强和抗腐蚀是其突出特点，能够进一步降低工程造价，提高导线的使用寿命。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种增容型抗风阻导线，包括加强芯(1)、增容导电层(2)和扰流槽(3)，其特征在于：所述加强芯(1)的外部绞合有两层所述增容导电层(2)，位于外部的增容导电层(2)的表面开设有所述扰流槽(3)，所述增容导电层(2)主要由Al、Zr、Er和Be等混合制成，其中Zr的质量百分比在0.25～0.30wt％之间，Er的质量百分比在0.09～0.11wt％之间，Be的质量百分比在0.04～0.06wt％之间。

2.根据权利要求1所述的一种增容型抗风阻导线，其特征在于：所述扰流槽(3)的深度在2～5mm之间。

3.根据权利要求2所述的一种增容型抗风阻导线，其特征在于：所述扰流槽(3)的个数为4～16个。

4.根据权利要求1所述的一种增容型抗风阻导线，其特征在于：所述加强芯(1)采用钢芯、铝包殷钢芯或碳纤维复合芯。

5.根据权利要求1所述的一种增容型抗风阻导线，其特征在于：所述增容导电层(2)采用耐高温铝合金线绞合而成。

6.根据权利要求5所述的一种增容型抗风阻导线，其特征在于：位于外部的所述增容导电层(2)由“T”型线和异型线混合而成，位于内部的所述增容导电层(2)由“T”型线组成。

7.一种增容型抗风阻导线的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤一：制备所述增容导电层(2)的耐高温铝合金线，其工艺步骤为：熔炼—配料—精炼—静置—浇铸—轧制—拉丝—回复再结晶；生产的耐高温铝合金丝抗张强度在125～140MPa之间，伸长率在8～10％之间，20℃时导体电阻率≤0.0322Ω·mm²/m；

步骤二：将若干根耐高温铝合金线与加强芯(1)经框式绞线机绞合成型，其成品在20℃时直流电阻≤0.1537Ω/km，拉力≥141.38kN，输电容量为1031A。

8.根据权利要求7所述的一种增容型抗风阻导线的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，具体工艺步骤如下：

a：熔炼：将Al≥99.85％，Si≤0.05的铝锭在熔炼炉中熔化成铝液；

b：配料：先按配比将铝锆合金、铝铒合金、铝铍合金在750℃下熔化，再升温至770～780℃，充分混合并搅拌均匀；

c：精炼：将无烟精炼剂用氮气吹入到铝液中进行精炼，精炼15分钟后扒渣；

d：静置：精炼后将炉温升至780℃，保温30-40分钟；

e：浇铸：采用水平浇铸，浇铸温度为690～710℃，结晶轮转速为1.8RPM，冷却水温度为19～21℃；采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；

f：轧制：加热到510℃，进行连续轧制；轧制时乳化液浓度11.5～12.3％，乳化液温度45～55℃，乳化液压力160～220kPa；

g：拉丝：经连铸连轧生产出的铝合金金杆经拉丝机后拉出铝合金线；

h:回复再结晶：把铝合金线放入隧道式时效炉中，炉温280℃，时间8小时。

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