CN113380446A - 自融冰式架空绝缘导线及监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开自融冰式架空绝缘导线，包括由内至外的光纤层、线芯层、半导电层、外部绝缘层，光纤层包括中空的不锈钢管和内置的光纤；不锈钢管外部挤制钢管绝缘层，多个单股线芯分层反向绞合在光纤层外部，外部绝缘层内置加热丝；将半导电层、外部绝缘层依次挤制在线芯层外。本发明还公开监测装置，包括传感光纤应变解调仪、供电装置、控制开关，所述传感光纤应变解调仪连接光纤和控制开关的一端，控制开关的另一端连接供电装置，供电装置连接加热丝。本发明的有益效果：可以根据绝缘导线受力应变状况实现自动融化冰雪，无需人为或无人机巡视整条线路及人工通电加热；大大提高线路在覆冰状态下的安全性，降低线路维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘导线，尤其涉及的是一种架空绝缘导线。
背景技术
架空绝缘导线(见图1(a))，其内部为铝制单线，外部包裹半导电层及交联聚乙烯绝缘；如图图1(b)所示，架空绝缘导线通过挂钩旋挂至立杆间的钢丝绳上。
在一些湿度较大区域的初冬和初春时节，因降雪或雨雪天气，架空绝缘导线及绝缘子串等处附着水滴，当温度下降凝结成冰，湿雪持续会导致冰层越来越厚，相应的增加了线路重量及迎风面的面积，导线受力伸长弧垂变大的同时，如果有横向风作用，即会引起大幅度的低频振动(见图1(b)、1(c)示意图)。再次增大了杆塔水平荷载，极易造成横向倒杆事故(见图1(d)示意图)。同时导线两端固定在杆塔处的部分与固线金具的相对摩擦幅度和力度均增大(见图1(e)示意图)。最终导致摩擦处的绝缘层磨破，内部导体受损甚至磨断。
现有技术中也有能够去除冰雪的架空绝缘导线，如申请号：201410229597.7，一种抗冰雪架空绝缘电缆，主要由两根绝缘架空电缆组成，其特征在于：加大成缆节距，成缆节距在50-100倍之间；电缆为双层结构，内层为经压圆处理的导电缆线芯，外层为高密度耐电痕绝缘层。利用其成缆节距在50-100倍之间，能够保证在风力的作用下，电缆能自动交错，达到自动除冰雪的目。但在持续低温且结冰的场合下，冰牢牢附着在电缆上，很难自动滑落。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中架空绝缘导线在低温覆冰的环境中，冰雪受力受到覆冰、风力影响引起低频振动、摩擦断裂甚至导致杆塔倾斜、倒塌，安全性低的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，包括由内至外依次为光纤层、线芯层、半导电层、外部绝缘层，所述光纤层包括中空的不锈钢管和内置在不锈钢管内的光纤；所述线芯层由多个单股线芯绞合而成的多层结构；所述不锈钢管外部挤制钢管绝缘层，多个单股线芯分层反向绞合在光纤层外部，所述外部绝缘层内置加热丝；将半导电层、外部绝缘层依次挤制在线芯层外。
本发明的架空绝缘导线，内部光纤层的光栅阵列传感光纤可连接监测装置，该装置为光信号解调仪，解调仪向光纤发送一定波长的光信号，同时接收其反射光信号。当光纤受到额外应力而伸、缩，解调仪接收到的反射光信号波长将产生变化，并将光信号波长变化解调为光纤伸、缩应变量。亦可得到电缆额外应变量。通过信号解调监测装置，可精准监测导线覆冰后的应变，并通过装置系统预先设置的应变报警限位，自动控制架空绝缘导线内加热丝的通、断电，加热时可以实现融化冰雪，无需人为或无人机巡视整条线路；大大提高线路在覆冰状态下的安全性，降低线路维护成本。
优选的，所述光纤为光栅阵列传感光纤。当架空绝缘导线受力伸长时，不锈钢管内部的光栅阵列传感光纤亦伸长，光栅阵列传感光纤可以实现多点长距离监测，耐环境性能更优，传感数据更加准确。
优选的，所述单股线芯为铝制线芯。
优选的，所述半导电层是在线芯层外部挤制半导电材料形成。
优选的，所述外部绝缘层包括加热丝层和交联绝缘层，所述加热丝层位于半导电层外部，所述交联绝缘层位于所述加热丝层外部，并与所述加热丝层交织在一起。
优选的，所述加热丝为合金材质的金属丝。
优选的，所述光纤层的制备方法，将不锈钢带成型成管状，并在对接处激光焊接，同时内部放置一根光栅阵列传感光纤；后在不锈钢管外挤制钢管绝缘层；所述外部绝缘层的制备方法，在多根合金丝以一定节距均匀、间隔的缠绕在半导电层外部的同时，通过塑料挤出机，挤制交联绝缘层，后进行交联处理
优选的，所述线芯层的制备方法，将铝杆拉成要求直径的细铝丝，形成单股线芯，将多根单股线芯，围绕内置光栅阵列传感光纤的不锈钢管，绞成标准截面的整根绞合丝；所述半导电层的制备方法，将整根绞合丝外部挤制半导电层。
优选的，所述交联处理是将整根绝缘导线放入热水或高温蒸汽中进行交联处理；或者是在挤制交联绝缘层的同时在线进行光照辐射交联。
本发明还提供采用上述自融冰式架空绝缘导线的监测装置，包括传感光纤应变解调仪、供电装置、控制开关，所述传感光纤应变解调仪连接光纤，所述传感光纤应变解调仪的信号输出端连接控制开关的一端，所述控制开关的另一端连接供电装置，供电装置连接加热丝。
本发明的优点在于：
(1)本发明的架空绝缘导线，通过光纤信号解调监测装置监测导线内部传感光纤的应力变化，可精准监测导线覆冰后的应变，并通过预先设置的应变报警限位，自动控制架空绝缘导线内加热丝的通断电，加热时可以实现融化冰雪，无需人为或无人机巡视整条线路及人工通电加热；大大提高线路在覆冰状态下的安全性，降低线路维护成本；
(2)当架空绝缘导线受力伸长时，不锈钢管内部的光栅阵列传感光纤亦伸长，光栅阵列传感光纤可以实现多点长距离监测，耐环境性能更优，传感数据更加准确。
附图说明
图1(a)是现有技术中架空绝缘导线的结构示意图；
图1(b)是现有技术中架空绝缘导线无冰雪时的状态图；
图1(c)是现有技术中架空绝缘导线有冰雪时的状态图；
图1(d)是塔杆倾斜示意图；
图1(e)塔杆处顶端与架空绝缘导线摩擦点示意图；
图2是本发明实施例一自融冰式架空绝缘导线的截面示意图；
图3是本发明实施例二自融冰式架空绝缘导线的截面示意图；
图4是本发明实施例三自融冰式架空绝缘导线的截面示意图；
图中标号：
1、光纤层；11、不锈钢管；12、光栅阵列传感光纤；13、钢管绝缘层；
2、线芯层；21、单股线芯；
3、半导电层；
4、外部绝缘层；41、加热丝；42、交联绝缘层；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图2所示，自融冰式架空绝缘导线，包括由内至外依次为光纤层1、线芯层2、半导电层3、外部绝缘层4；
所述光纤层1包括中空的不锈钢管11和内置在不锈钢管11内的光栅阵列传感光纤12，不锈钢管11外部为钢管绝缘层13；当架空绝缘导线受力伸长时，不锈钢管11内部的光栅阵列传感光纤12亦伸长，光栅阵列传感光纤12可以实现多点长距离监测，耐环境性能更优，传感数据更加准确。
所述线芯层2由多个单股线芯21绞合而成的多层结构；本实施例中，线芯层2包括两层，第一层为围绕在不锈钢管11外部的为六根单股线芯21绞合而成，第二层是围绕在第一层外部的十二根单股线芯21反向绞合而成。所述单股线芯21为铝制线芯。
所述半导电层3是在线芯层2外部挤制半导电材料层。
所述外部绝缘层4内置加热丝41，所述加热丝41为合金材质的金属丝。首先将加热丝41以一定节距间隔分布缠绕在半导电层3外部形成加热丝层，再将交联绝缘层42挤制在加热丝层外。
将光纤层1外部附着钢管绝缘层13后，多个单股线芯21分为不同绞合方向的两层绞合在光纤层1的外部，再挤制半导电层3，半导电层3厚度一般小于1mm，最后将外部绝缘层4一次性挤制在最外层。
上述自融冰式架空绝缘导线的制备方法具体如下：
(1)焊管：采用钢管激光焊接成型机将不锈钢带成型成管状，并在对接处激光焊接，同时内部放置一根光栅阵列传感光纤12；
(2)钢管绝缘层13制备：通过塑料挤出机在不锈钢管11外挤制钢管绝缘层13；
(3)拉丝：通过铝杆拉丝机将铝杆拉成要求直径的细铝丝；
(4)绞丝：通过绞丝机，将多根细铝丝围绕内置光栅阵列传感光纤12的不锈钢管11，绞成标准截面的整根绞合丝，利于导体弯曲；
(5)半导电层3的制备：采用塑料挤出机，在绞合丝外部挤制半导电层3；
(6)缠绕加热丝41与交联绝缘层42的制备：在半导电层3外部以一定节距均匀、间隔的缠绕多根合金丝的同时，通过塑料挤出机，挤制交联绝缘层42；
(7)交联处理：可以采用将整根绝缘导线放入热水或高温蒸汽中进行交联处理。或者是在挤制交联绝缘层的同时在线进行光照辐射交联。或者其他交联处理办法，均在本申请的保护范围内。
本实施例的架空绝缘导线，通过光纤信号解调监测装置监测导线内部传感光纤的应力变化，可精准监测导线覆冰后的应变，并通过预先设置的应变报警限位，自动控制架空绝缘导线内加热丝的通断电，加热时可以实现融化冰雪，无需人为或无人机巡视整条线路及人工通电加热；大大提高线路在覆冰状态下的安全性，降低线路维护成本；
本发明的架空绝缘导线，实施例二：
如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：线芯层2的股数和层数不同；
本实施例中，单股线芯21为三层，由内到外依次为六股、十二股、十八股。导体截面185-240mm2。
实施例三：
如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：线芯层2的股数和层数不同；
本实施例中，单股线芯21为四层，由内到外依次为六股、十二股、十八股、二十四股。导体截面300-500mm2。
除了上述实施例一和实施例二中，线芯层2的股数和层数布置，还可以根据下表中进行生产：
解释说明：(a)如序号4、5、6对应的是实施例一中的架空绝缘导线；如序号7、8对应的是实施例二中的架空绝缘导线；如序号9、10、11对应的是实施例三中的架空绝缘导线；
(b)“钢管直径/钢管绝缘层直径mm：1.5/2.8”是指不锈钢管11的直径为1.5mm，不锈钢管11外挤制的钢管绝缘层13直径为2.8mm；
(c)“分层结构(中心为一根钢管)”中“1+6+12”中“1”指位于中心位置的光纤层1；“6”指线芯层2的第一层为六股单股线芯21；“12”指线芯层2的第二层为十二股单股线芯21。
实施例四：
本实施例还提供采用上述自融冰式架空绝缘导线的监测装置，包括传感光纤应变解调仪、供电装置、控制开关，所述传感光纤应变解调仪连接光栅阵列传感光纤12，所述传感光纤应变解调仪的信号输出端连接控制开关的一端，所述控制开关的另一端连接供电装置，供电装置连接加热丝41。
当光栅阵列传感光纤12的应变量超过设置应变限位，传感光纤应变解调仪内部程序发出信号至控制开关闭合，供电装置为加热丝41通电，加热；当融冰后，光栅阵列传感光纤12的应变减少到设置应变限位以下，控制开关打开，供电装置停止加热。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，包括由内至外依次为光纤层、线芯层、半导电层、外部绝缘层，所述光纤层包括中空的不锈钢管和内置在不锈钢管内的光纤；所述线芯层由多个单股线芯绞合而成的多层结构；所述不锈钢管外部挤制钢管绝缘层，多个单股线芯分层反向绞合在光纤层外部，所述外部绝缘层内置加热丝；将半导电层、外部绝缘层依次挤制在线芯层外。
2.根据权利要求1所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述光纤为光栅阵列传感光纤。
3.根据权利要求1所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述单股线芯为铝制线芯。
4.根据权利要求1所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述半导电层是在线芯层外部挤制半导电材料形成。
5.根据权利要求1所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述外部绝缘层包括加热丝层和交联绝缘层，所述加热丝层位于半导电层外部，所述交联绝缘层位于所述加热丝层外部，并与所述加热丝层交织在一起；所述外部绝缘层的制备方法是，在半导电层外部以一定节距均匀、间隔的缠绕多根合金丝的同时，通过塑料挤出机，挤制交联绝缘层，后进行交联处理。
6.根据权利要求1所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述加热丝为合金材质的金属丝。
7.根据权利要求1所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述光纤层的制备方法，将不锈钢带成型成管状，并在对接处激光焊接，同时内部放置一根光栅阵列传感光纤；后在不锈钢管外挤制钢管绝缘层。
8.根据权利要求7所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述线芯层的制备方法，将铝杆拉成要求直径的细铝丝，形成单股线芯，将多根单股线芯，围绕内置光栅阵列传感光纤的不锈钢管，绞成标准截面的整根绞合丝；所述半导电层的制备方法，将整根绞合丝外部挤制半导电层。
9.根据权利要求5所述的自融冰式架空绝缘导线，其特征在于，所述交联处理是将整根绝缘导线放入热水或高温蒸汽中进行交联处理；或者是在挤制交联绝缘层的同时在线进行光照辐射交联。
10.采用上述权利要求1-9任意一项自融冰式架空绝缘导线的监测装置，其特征在于，包括传感光纤应变解调仪、供电装置、控制开关，所述传感光纤应变解调仪连接光纤，所述传感光纤应变解调仪的信号输出端连接控制开关的一端，所述控制开关的另一端连接供电装置，供电装置连接加热丝。
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