CN112117024A

CN112117024A - 轻量化耐腐蚀节能型铝导体，其制备方法以及中压电力电缆

Info

Publication number: CN112117024A
Application number: CN202010910355.XA
Authority: CN
Inventors: 马振清; 张伟; 宋文娜; 曹西伟; 孙大壮; 陈启超; 陈攀; 李明; 卢金贺
Original assignee: Jiangsu Hengtong Power Cable Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Hengtong Power Cable Co Ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: CN112117024B; WO2022048012A1

Abstract

本发明公开了一种轻量化耐腐蚀节能型铝导体，其制备方法以及中压电力电缆，该轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法包括以下步骤：S1、按照以下成分的质量百分比进行原料的配料：Al 100份、Si 0.03～0.04份、Fe 0.09～0.10份、Cu 0.08～0.13份、Zn 0.005～0.007份、La 0.0008～0.001份、Be 0.015～0.03份、Ti 0.001～0.002份、V 0.007～0.008份、Zr 0.01～0.02份、Mn 0.003～0.005份、Mg 0.001～0.002份；S2、将各原料加入熔化炉中熔化，搅拌使铝液均匀；S3、浇铸步骤S2得到的铝液，得到铝铸锭；S4、对所述铝铸锭进行感应加热，当温度升到520～540℃下进行轧制，得到所述轻量化耐腐蚀节能型铝导体。本发明的轻量化耐腐蚀节能型铝导体，电导率达到了62.5％IACS～63.0％IACS，且改善了铝导体的抗蠕变性能。

Description

轻量化耐腐蚀节能型铝导体，其制备方法以及中压电力电缆

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种轻量化耐腐蚀节能型铝导体，其制备方法以及中压电力电缆。

背景技术

电力电缆是在电力系统中用于传输和分配电能的线材产品，电缆使用量巨大，广泛应用于各种发电厂及地下输配电线路中。现阶段电力输配线路主要采用铜导体电力电缆，由于铜材料比重大，受到运输及安装限制影响，电缆段长短，中间接续多，增加运行安全隐患。尤其在风电场、光伏电站等发电场所，由于昼夜温差大、湿气重，铜芯电缆极易发生氧化腐蚀，造成安全隐患。加之近年来铜价稳步攀升，采用铜芯电缆从项目投资到运营维护，其经济成本越来越大。

目前国内的常规铝导体电导率为61％IACS(28.264Ω·mm²/km)，铝杆中铁、硅含量高达0.45％，同样电阻要求下，截面积需要更大。同时由于普通铝导体电缆的抗蠕变差，会产生电缆接续问题，影响电力系统稳定性，缩短使用寿命。据统计，由于电缆中间接头及终端安装问题产生的线路故障占电缆线路故障的7.6％，这也是制约铝电缆应用的最大障碍。8000系列铝合金导体虽然解决了抗蠕变性能，但是由于增加了退火工序，其价格比普通铝导体高近15％，成本又较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种轻量化耐腐蚀的节能型铝导体。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照以下成分的质量百分比进行原料的配料：Al 100份、Si 0.03～0.04份、Fe0.09～0.10份、Cu 0.08～0.13份、Zn 0.005～0.007份、La 0.0008～0.001份、Be 0.015～0.03份、Ti 0.001～0.002份、V 0.007～0.008份、Zr 0.01～0.02份、Mn 0.003～0.005份、Mg 0.001～0.002份；

S2、将各原料加入熔化炉中熔化，搅拌使铝液均匀；

S3、浇铸步骤S2得到的铝液，得到铝铸锭；

S4、对所述铝铸锭进行感应加热，当温度升到520～540℃下进行轧制，得到所述轻量化耐腐蚀节能型铝导体。

进一步地，步骤S1中，选用Al99.70铝锭、AlSi₁₂、AlFe₂₀、AlCu₅₀、AlZn₁₀、AlRe₁₀、AlBe₁₀、AlZr₁₀、AlMg₁₀作为原料进行配料。

进一步地，步骤S2中，将熔化后的铝液于750～780℃下保温，充分搅拌至均匀，搅拌时间≥30min，静置保温，获得铝熔体。

进一步地，步骤S3中，浇铸的温度为690～700℃。

本发明还提供了由所述的方法制备得到的轻量化耐腐蚀节能型铝导体。

进一步地，所述铝导体的电阻率为27.367～27.577Ω·mm²/km。

本发明还提供了一种中压电力电缆，所述中压电力电缆包括所述的轻量化耐腐蚀节能型铝导体。

进一步地，所述中压电力电缆包括铝导体、半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、填充层、包带层、隔离套、铠装层和外护套层组成；所述铝导体是由铝单丝绞合形成的，所述半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层自内向外依次包覆在所述铝导体的外侧，形成缆芯；所述包带层、隔离套、铠装层和外护套层自内向外依次包覆在所述缆芯的外侧，所述填充层填充于所述缆芯与包带层之间的间隙。

进一步地，在铝单丝绞合成铝导体时，铝导体最外层铝单丝的绞线方向为左向，且相邻层铝单丝绞线方向相反，绞线时最外层采用12倍小节径比。

进一步地，所述半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和半导电绝缘屏蔽层通过三层共挤的工艺挤包于所述铝导体上，且在安装挤出模具的过程中使用阶梯轴状的对中销以控制绝缘屏偏心在6％以内。

本发明的有益效果：

1.本发明通过控制铝导体中铁、硅含量在0.30％以下，提升了铝导体的电导率；通过加入Be元素，有利于提高铝合金的强度；通过调整铝杆中铜元素成分比例，改善了铝导体的抗蠕变性能，与纯铝电缆相比，蠕变性能提高了300％。本发明的高导电率铝杆的金属组织结构明显好转，经过生产试验以及后续拉丝时抗拉强度、伸长率大大改善，导电率提升到62.5％IACS～63.0％IACS之间。

2.本发明的中压电力电缆，通过采用所述轻量化耐腐蚀节能型铝导体，使得导体的导电率更高，在满足标准电阻的条件下，铝导体的截面积减小了约3％；同时导体的抗蠕变性能也提高了，从而可以提高导体连接的安全性。

3.本发明通过绝缘三层共挤模芯对中销的使用，减小了绝缘偏心，且绝缘厚度至少降低了0.3mm，从而减小了绝缘线芯的外径，既节省了材料，节省了成本；同时外径的降低，又可以降低弯曲半径，节省空间，给客户终端链接设备留下更大的宝贵空间。

附图说明

图1是本发明一实施例的中压电力电缆的截面结构示意图；

图2是对中销的结构示意图；

图3是本发明的中压电力电缆的制备工艺流程图；

图中标号说明：1、铝导体；2、半导电导体屏蔽层；3、交联聚乙烯绝缘层；4、半导电绝缘屏蔽层；5、铜带屏蔽层；6、PP填充层；7、绕包带；8、隔离套；9、金属铠装层；10、外护套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如背景技术所述，目前国内的常规铝导体电导率为61％IACS(28.264Ω·mm²/km)，铝杆中铁、硅含量高达0.45％，同样电阻要求下，截面积需要更大。同时由于普通铝导体电缆的抗蠕变差，会产生电缆接续问题，影响电力系统稳定性，缩短使用寿命。8000系列铝合金导体虽然解决了抗蠕变性能，但是由于增加了退火工序，其价格比普通铝导体高近15％，成本又较高。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法，包括以下步骤：

S2、将各原料加入熔化炉中熔化，搅拌使铝液均匀；

S3、浇铸步骤S2得到的铝液，得到铝铸锭；

本发明步骤S1中，优选地选用Al99.70铝锭、AlSi₁₂、AlFe₂₀、AlCu₅₀、AlZn₁₀、AlRe₁₀、AlBe₁₀、AlZr₁₀、AlMg₁₀作为原料进行配料。其中，Al99.70铝锭的化学成分如表1所示。

表1Al99.70重熔铝锭的化学成分

本发明步骤S2中，将熔化后的铝液于750～780℃下保温，充分搅拌至均匀，搅拌时间≥30min，静置保温，获得铝熔体。

本发明步骤S3中，浇铸的温度优选为690～700℃。

本发明制备的铝导体的成分实测值如表2所示。

表2铝导体成分实测值

本发明制备的铝导体，金属组织结构明显好转，经过生产试验以及后续拉丝时抗拉强度、伸长率大大改善，经过实测，导电率提升到62.5％IACS～63.0％IACS之间，铝单丝的电阻率范围为27.367～27.577Ω·mm²/km。

请参见图1，本发明还提供了一种中压电力电缆，包括铝导体、半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、填充层、包带层、隔离套、铠装层和外护套层组成；所述铝导体是由铝单丝绞合形成的，所述半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层自内向外依次包覆在所述铝导体的外侧，形成缆芯；所述包带层、隔离套、铠装层和外护套层自内向外依次包覆在所述缆芯的外侧，所述填充层填充于所述缆芯与包带层之间的间隙。该中压电力电缆的制备工艺详见图3。

本发明中，在单丝绞合成导体时，导体最外层单丝的绞线方向为左向，且相邻层单丝绞线方向相反，绞线时最外层采用12倍小节径比，这样的结构能保证导体的柔软性，使电缆在使用时有更小的弯曲半径，节省空间。

本发明中，半导电导体屏蔽层优选地采用35kV半导电内屏料，绝缘层优选地采用35kV XLPE绝缘料，半导电绝缘屏蔽层优选地采用35kV可剥离半导电外屏料，上述原料的性能均符合IEC 60502标准的规定。

本发明中，半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和半导电绝缘屏蔽层优选地通过三层共挤的工艺挤包于铝导体上，在安装挤出模具的过程中，优选地采用对中销进行对中，以降低绝缘偏心率。根据不同规格和不同电压等级，为每套模芯配置对中销，对中销为两端直径不同的阶梯状柱状体(见附图2)，小直径端同模芯一直径相同，大直径端与模芯二相同，这样可以保证模芯一与模芯二是同轴的，从而达到控制绝缘偏心率的目的。其中，绝缘偏心的定义如下：

绝缘偏心＝(绝缘最厚点-绝缘最薄点)/最厚点*100％

通过使用对中销，能够将绝缘偏心控制在6％以内，使绝缘厚度可以至少降低0.3mm，进而降低了绝缘线芯的外径，同样电缆整体的直径也将下降，节省了材料，使得该电缆的成本降低，为客户节省成本；电缆外径的减少也可以降低弯曲半径，节省空间，给客户终端链接设备留下更大的宝贵空间。

本发明中，金属屏蔽层优选地采用退火铜带，填充层优选地采用PP填充结构，以填补线芯间的空隙；线芯成缆后采用绕包带缠绕扎紧；隔离套可采用PVC或者无卤低烟护套料，起到内部线芯的机械保护作用，同时隔离铜带屏蔽和钢带铠装层，防止电化学腐蚀；铠装层可采用镀锌钢带或镀锌钢丝，以保护内部线芯防止外部的挤压；外护套可采用PVC或者无卤低烟护套料。上述原料的性能均符合IEC 60502标准的规定。

综上，本发明的中压电力电缆，导电率达到了62.5％IACS～63.0％IACS，蠕变性能也得到了改善，提高了导体连接的安全性；同时通过对中销的使用，减小了绝缘线芯的外径，既节省了材料和成本，又降低了电缆的占地空间。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、将各原料加入熔化炉中熔化，搅拌使铝液均匀；

S3、浇铸步骤S2得到的铝液，得到铝铸锭；

2.如权利要求1所述的轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法，其特征在于，步骤S1中，选用Al99.70铝锭、AlSi₁₂、AlFe₂₀、AlCu₅₀、AlZn₁₀、AlRe₁₀、AlBe₁₀、AlZr₁₀、AlMg₁₀作为原料进行配料。

3.如权利要求1所述的轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将熔化后的铝液于750～780℃下保温，充分搅拌至均匀，搅拌时间≥30min，静置保温，获得铝熔体。

4.如权利要求1所述的轻量化耐腐蚀节能型铝导体的制备方法，其特征在于，步骤S3中，浇铸的温度为690～700℃。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的轻量化耐腐蚀节能型铝导体。

6.如权利要求5所述的轻量化耐腐蚀节能型铝导体，其特征在于，所述铝导体的电阻率为27.367～27.577Ω·mm²/km。

7.一种中压电力电缆，其特征在于，所述中压电力电缆包括权利要求5或6所述的轻量化耐腐蚀节能型铝导体。

8.如权利要求7所述的中压电力电缆，其特征在于，所述中压电力电缆包括铝导体、半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、填充层、包带层、隔离套、铠装层和外护套层组成；所述铝导体是由铝单丝绞合形成的，所述半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层自内向外依次包覆在所述铝导体的外侧，形成缆芯；所述包带层、隔离套、铠装层和外护套层自内向外依次包覆在所述缆芯的外侧，所述填充层填充于所述缆芯与包带层之间的间隙。

9.如权利要求8所述的中压电力电缆，其特征在于，在铝单丝绞合成铝导体时，铝导体最外层铝单丝的绞线方向为左向，且相邻层铝单丝绞线方向相反，绞线时最外层采用12倍小节径比。

10.如权利要求8所述的中压电力电缆，其特征在于，所述半导电导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和半导电绝缘屏蔽层通过三层共挤的工艺挤包于所述铝导体上，且在安装挤出模具的过程中使用阶梯轴状的对中销以控制绝缘偏心在6％以内。