CN112171049A - 一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电缆铜芯技术领域的一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法，包括以下重量百分比的组分：氧化铜75％‑85％、氧化银1‑3％、铝粉10％‑20％、氯酸钾2％‑6％和氧化乙烯0.5％‑1.5％，快速熔接电缆铜绞股线的材料是真正的分子熔接，导体不会被破坏并且没有接触面，导体交界面的整体有效性没有改变，熔接点的载流能力(熔点)与导体相同，具有良好的导电性能，经检测，焊接前后的直流电阻比率变化率接近于零，是传统连接方式无法比拟的电缆铜绞股线的连接。

Description

一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆铜芯技术领域，具体为一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法。
背景技术
电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，铜线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分；铜线芯常见为绞股线。由于电力电缆的生产技术、场地、运输等因素的限制，中压交联聚乙烯绝缘电力电缆一般长度约为500～1000米/盘，便于生产、存储、运输等；但是，由于城市地下电网、发电站的引出线路、工矿企业的内部供电及过江、过海的水下输电线有几十米、上百米、几公里、上千公里不等，所以必需把每盘交联聚乙烯绝缘电力电缆进行连接延长，以满足设计施工的要求。
基于此，本发明设计了一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法，以解决上述提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法，以解决上述提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜75％-85％、氧化银1-3％、铝粉10％-20％、氯酸钾2％-6％和氧化乙烯0.5％-1.5％。
优选的，包括以下重量百分比的组分：氧化铜78％、氧化银2％、铝粉15％、氯酸钾4％和氧化乙烯1％。
优选的，所述氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯均为粉末颗粒，且均大于等于220目。
优选的，还包括利用所述快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入由氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯组成的焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于模具唇口，再盖上模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的模具中反应，等待20-40秒后，打开模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯。
优选的，所述焊粉的制备方法包括：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合。
优选的，所述模具采用炭墨模具。
优选的，所述熔接后的电缆铜绞股线的熔接头的表面应该平滑而没有过多的熔渣，如果熔渣占表面20％以上或熔渣除去后导线有外露的情况，该接头不能使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用快速熔接电缆铜绞股线的材料，熔接出来的熔接点是一种分子结合、不会老化、不受腐蚀性产品的影响；可用于熔接铜、铜合金、铜包钢、铜轨、铸铁、等各种合金钢包括不锈钢及高阻加热热源材料。通过铝与氧化铜的化学反应(放热反应)产生液态高温铜液和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接，这个反应是在耐高温的石墨模具内进行的，放热反应过程只需要短短的几秒时间既可完成；是真正的分子熔接，导体不会被破坏并且没有接触面，导体交接面的整体有效性没有改变，由于分子熔接能消除表面接触、电解质等不会渗透到导体交界面上而导致氧化和随时间老化；由于材料的熔化温度要高于铜的熔点(1082℃)，熔接能承受大电流冲击，在由于大的故障电流导致的非正常温升时，导体本身会先比接头处先熔化，对材料和模具进行清洁和烘干能够有效去除影响到"热焊"的熔接效果的最主要因素是湿气和水气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明电缆铜绞股线熔接结构示意图。
图中：1-外护套；2-线芯；3-熔接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：
一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜75％-85％、氧化银1-3％、铝粉10％-20％、氯酸钾2％-6％和氧化乙烯0.5％-1.5％。
图1为电缆铜绞股线熔接结构图，利用快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将炭墨模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入炭墨模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合形成焊粉，将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于炭墨模具唇口，再盖上炭墨模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的炭墨模具中反应，等待20-40秒后，打开炭墨模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯2。
实施例1
一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜75％、氧化银3％、铝粉15％、氯酸钾6％和氧化乙烯1％。
利用快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将炭墨模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入炭墨模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合形成焊粉，将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于炭墨模具唇口，再盖上炭墨模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的炭墨模具中反应，等待20-40秒后，打开炭墨模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯2。
实施例2
一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜77％、氧化银2％、铝粉17％、氯酸钾3.5％和氧化乙烯0.5％。
利用快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将炭墨模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入炭墨模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合形成焊粉，将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于炭墨模具唇口，再盖上炭墨模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的炭墨模具中反应，等待20-40秒后，打开炭墨模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯2。
实施例3
一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜78％、氧化银2％、铝粉15％、氯酸钾4％和氧化乙烯1％。
利用快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将炭墨模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入炭墨模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合形成焊粉，将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于炭墨模具唇口，再盖上炭墨模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的炭墨模具中反应，等待20-40秒后，打开炭墨模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯2。
实施例4
一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜80％、氧化银2％、铝粉12％、氯酸钾5％和氧化乙烯1％。
利用快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将炭墨模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入炭墨模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合形成焊粉，将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于炭墨模具唇口，再盖上炭墨模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的炭墨模具中反应，等待20-40秒后，打开炭墨模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯2。
实施例5
一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，包括以下重量百分比的组分：氧化铜85％、氧化银1.5％、铝粉10％、氯酸钾2％和氧化乙烯1.5％。
利用快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将炭墨模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入炭墨模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合形成焊粉，将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于炭墨模具唇口，再盖上炭墨模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的炭墨模具中反应，等待20-40秒后，打开炭墨模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯2。
需要注意的是，熔接后的电缆铜绞股线的熔接头3的表面应该平滑而没有过多的熔渣，如果熔渣占表面20％以上或熔渣除去后导线有外露的情况，该接头不能使用。
本发明氧化铜购自北京高科新材料科技有限公司、铝粉购自长垣县明宇铝业有限公司、氧化银购自上海乃欧纳米科技有限公司、氯酸钾购自西安新义诚化工原料有限公司、氧化乙烯为自制。
其中，氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯过筛采用型号为CXZS的超声波振动筛，电缆铜绞股线的打磨处理通过型号为HD-500LSM的立式双端面精密磨床。
下面通过型号为PZ 60A的便携式数字涡流电导率仪、型号为GT-TCS-2000的拉力试验机以及型号为ST-1556的体积电阻率测定仪对本发明熔接后的电缆铜绞股线性能对传统电缆铜绞股线性能进行对比。
1、熔接线芯直流电阻率略低
从表1分析，熔接铜芯电阻测量值为17.06μΩ·m-1，比电缆铜绞股线线芯为17.36μΩ·m-1电阻较小，电导率比绞股线还低，且焊接前后的数据相近似，数据波动很小，引起的温升对绝缘温度的影响几乎可以忽略，焊接铜芯直流电阻稳定性较高，不会引起局部发热，满足行业要求。
表1熔接铜导体电阻(10kV630mm2铜单芯电缆)
Figure BDA0002711940940000081
2、熔接线芯拉伸强度变化小
从表2分析：铜芯熔接处的拉断力与铜绞股线的比值为103.3％，导体熔接铜芯的抗拉强度达到铜绞股线强度的101.63％以上，增幅较小，几乎恢复原来的机械强度，能够大幅度降低电缆中间接头引发的线路故障频率。
表2熔接铜导体拉断力(10kV630mm2铜单芯电缆Ф3.81mm)
Figure BDA0002711940940000082
3、熔接线芯直流电稳定
熔接点的载流能力与导体相同，具有良好的导电性能，经检测，熔接前后的直流电阻比率变化率近于零。这是任何一种传统方式无法比拟的，熔接点是分子结合，永久，不老化；熔接点像铜一样不受腐蚀影响；不会受到高浪涌电流的损伤，绞股线股与股之间有间隙，而熔接口是实心圆，试验表明，在短时间大电流的冲击下，导体先于熔接头融化。
电子电器是用银量最大的行业，其使用分为电接触材料、复合材料和焊接材料。银和银基电接触材料可以分为：纯Ag类、银合金类、银-氧化物类、烧结合金类。复合材料是利用复合技术制备的材料，分为银合金复合材料和银基复合材料。银的焊接材料如纯银焊料、银-铜焊料等；白银生产的主要原料有12种:自然银(Ag)、银金矿(AgAu)、辉银矿(Ag2S)、深红银矿(Ag3SbS3)、淡红银矿(Ag3AsS3)、角银矿(AgCl)、脆银矿(Ag2SbS3)、锑银矿(Ag3Sb)、硒银矿(Ag2Se)、碲银矿(Ag2Te)、锌锑方辉银矿(5Ag2Sb2S3)、硫锑铜银矿(8(AgCu)SSb2S3)。银在高温下和氧气反应，生成棕色的氧化银。电阻率1.586×10-8Ω·m(20℃)，熔点961.78℃，银在自然界中很少量以游离态单质存在，主要以含银化合物矿石存在。银的化学性质稳定，活跃性低，价格贵，导热、导电性能很好，不易受化学药品腐蚀，质软，富延展性。其反光率极高，可达99％以上。
铜是一种化学元素，化学符号是Cu，它的原子序数是29，是一种过渡金属。熔点1083.4℃，铜的电导率为1.6730×10-6Ω·cm。
氧化乙烯是一种有机化合物，化学式是C2H4O，氯酸钾分解可以用二氧化锰或者氧化铜或氧化铁做催化剂，使用活性炭负载氧化铜复合催化剂吸附含氮氧化物也是可以做出来的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：氧化铜75％-85％、氧化银1-3％、铝粉10％-20％、氯酸钾2％-6％和氧化乙烯0.5％-1.5％。
2.根据权利要求1所述的一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：氧化铜78％、氧化银2％、铝粉15％、氯酸钾4％和氧化乙烯1％。
3.根据权利要求1所述的一种快速熔接电缆铜绞股线的材料，其特征在于：所述氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯均为粉末颗粒，且均大于等于220目。
4.根据权利要求1-3任一所述的快速熔接电缆铜绞股线的材料，其特征在于：还包括利用所述快速熔接电缆铜绞股线的材料制备熔接电缆铜绞股线的方法，包括如下步骤：
S1：将模具和需要熔接的电缆铜绞股线清洁并烘干；
S2：将待连接的电缆铜绞股线放入模具内夹紧，电缆铜绞股线之间无缝隙；
S3：将铝半凹状碟片放入反应腔的底部，导入由氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯组成的焊粉，而后撒上引火粉；
S4：将少量引火粉撒于模具唇口，再盖上模具盖，使用点火枪点燃火粉；
S5：焊粉在耐高温的模具中反应，等待20-40秒后，打开模具并清洁模具；
S6：得到熔接后的电缆铜绞股线，将其冷却后打磨到光洁平整等径的线芯。
5.根据权利要求4所述的一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法，其特征在于：所述焊粉的制备方法包括：将氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯各自过220目筛后，取大于等于220目的氧化铜、氧化银、铝粉、氯酸钾和氧化乙烯进行均匀混合。
6.根据权利要求1所述的一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法，其特征在于：所述模具采用炭墨模具。
7.根据权利要求1所述的一种快速熔接电缆铜绞股线的材料及其制备方法，其特征在于：所述熔接后的电缆铜绞股线的熔接头的表面应该平滑而没有过多的熔渣，如果熔渣占表面20％以上或熔渣除去后导线有外露的情况，该接头不能使用。
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