CN114203333B - 一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，属于电力电缆技术领域。高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆包括导体，导体的外部设置有内屏蔽层和绝缘层，导体包括导体中心线和异型单丝，导体中心线位于导体单丝的中心，异型单丝紧密的呈圆周阵列包裹在导体中心线的外部。导体包括以下质量百分比的成分：铜0.9‑1.1％，镁0.8‑1.2％，铁0.9‑1.1％，铬0.04‑0.06％，铈0.04‑0.06％，镨0.02‑0.05％，锰0.07‑0.09％，钕0.01‑0.03％，钇0.02‑0.03％，铝钛碳0.9‑1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。本发明还公开了一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆的制备方法。本发明采用上述高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法，能够解决现有的电缆拉重比大、线路下垂断裂、线路损耗大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，尤其是涉及一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法。
背景技术
近年来，我国国民经济发展速度加快，各行各业对电力的需求量不断增加，国家电网基础设施建设不断推进，高压大容量、远距离输送电线的建设数量不断增多。传统的普通钢芯铝绞线的电能利用率低，造成较为严重的电能浪费，远不能满足电力发展的需求。并且普通的钢芯铝绞线电缆的强拉强度比较低，拉重比大、弧垂性能较差，不能满足远距离输送电线的建设需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，解决现有的电缆拉重比大、线路下垂断裂、线路损耗大的问题。本发明的另一个目的是提供一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，包括导体，导体的外部设置有内屏蔽层和绝缘层，导体包括导体中心线和异型单丝，导体中心线位于导体单丝的中心，异型单丝紧密的呈圆周阵列包裹在导体中心线的外部；
所述导体包括以下质量百分比的成分：铜0.9-1.1％，镁0.8-1.2％，铁0.9-1.1％，铬0.04-0.06％，铈0.04-0.06％，镨0.02-0.05％，锰0.07-0.09％，钕0.01-0.03％，钇0.02-0.03％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
优选的，所述导体包括以下质量百分比的成分：铜1.0％，镁1.0％，铁1.0％，铬0.05％，铈0.05％，镨0.03％，锰0.08％，钕0.02％，钇0.03％，铝钛碳1.0％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
优选的，所述异型单丝为扇环形结构。
优选的，所述导体的外部缠绕有绕包层，绕包层为玻璃纤维带。
优选的，所述内屏蔽层为交联聚乙烯层。
优选的，所述绝缘层为单层或三层共挤的交联聚乙烯层。
上述高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成合金条；
S5、轧制，将浇铸成的合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将合金杆拉拔成圆形的导体中心线，或采用异型拉丝模拔成异型的异型单丝；
S7、绞合，将导体中心线和异型单丝放在框式绞线机上采用异型绞丝模绞合成导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h；待导体自然冷却后用玻璃纤维带绕包一层，再用交联聚乙烯屏蔽料挤出一层内屏蔽层，再用交联聚乙烯绝缘料包裹形成绝缘层，得到稀土合金架空绝缘电缆。
优选的，所述步骤S2中，熔化温度为800℃。
本发明所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法的优点和积极效果是：
1、导体包括导体中心线和异型单丝，圆形的导体中心线位于导体中心，具有提高导体强度的作用，异型单丝紧密的包裹在导体中心线的外部，使得导体内部排列紧密，一方面可以提高导体的强度，另一方面可以增加单位面积内异型单丝的数量，提高电缆的通量。
2、在合金中添加稀土元素，稀土元素可以对铝合金进行变质处理，细化铝合金的晶粒，提高铝合金强度的同时能够提高铝合金的塑性；稀土元素还有利于除去铝液中的杂质，降低合金元素对导电率的损害。并且采用稀土元素对合金进行变质处理后导体截面亮度高。
3、同等长度的稀土合金架空绝缘电缆导体的重量仅为铜芯导体的30.4％，电导率为铜芯的62.5％，当稀土合金架空绝缘电缆导体的横截面为铜芯的1.5倍时，与铜芯具有相同的载流量；但是稀土合金架空绝缘电缆导体的重量要低于铜芯的重量，有利于降低电缆的重量，改善弧垂性能。
4、在稀土合金架空绝缘电缆导体中加入有铝钛碳，铝钛碳作为合金的细化剂使用，有利于进一步的细化合金的晶粒，提高抗拉强度和伸长率。
5、稀土合金架空绝缘电缆导体的伸长率＞27％，抗拉强度为＞200MPa，90°折弯次数38次以上，20℃时直流电阻率≤0.028，导电率＞60.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％，使用寿命不低于40年。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法实施例的电缆结构示意图。
附图标记
1、导体中心线；2、异型单丝；3、绕包层；4、内屏蔽层；5、绝缘层。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
图1为本发明一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法实施例的电缆结构示意图。如图所示，一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，包括导体，导体的外部设置有内屏蔽层和绝缘层。导体包括导体中心线和异型单丝，导体中心线位于导体单丝的中心，异型单丝紧密的呈圆周阵列包裹在导体中心线的外部。导体中心线为圆形，为加强芯。异型单丝为扇环形结构，异形单丝包裹在导体中心线的外部，在导体中心线的外部形成圆形的包裹层。异形单丝改变了以往的圆形单丝的形状，采用异型紧压合股方式，导体排列的非常紧密无缝隙，增加单位面积内异型单丝的数量。合股后的导体端面呈圆形结构。
导体的外部缠绕有绕包层，绕包层为玻璃纤维带，玻璃纤维带将合股后的导体包裹在一起，对导体进行整合。内屏蔽层为交联聚乙烯层，绝缘层为单层或三层共挤的交联聚乙烯层。
导体包括以下质量百分比的成分：铜0.9-1.1％，镁0.8-1.2％，铁0.9-1.1％，铬0.04-0.06％，铈0.04-0.06％，镨0.02-0.05％，锰0.07-0.09％，钕0.01-0.03％，钇0.02-0.03％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
在合金中添加了较多的铜元素，铜元素与铝基体发生反应生成CuAl2硬质相，硬纸相弥散的分布在铝基体中，有利于提高导体的抗拉强度。
在合金中加入了多种稀土元素，稀土元素对铝合金具有变质处理的作用，可以细化铝合金的晶粒，不仅能够提高导体的强度还可以提高导体的塑性和韧性。并且采用稀土元素对合金晶粒进行细化后，导体截面光泽明亮，亮度比较高。
在合金中加入了铝钛碳，铝钛碳对铝合金具有良好的细化晶粒的作用，能够更好的细化合金的晶粒，获得晶粒细小均匀的合金，从而提高合金的抗拉强度、伸长率和弧垂特性。
上述高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化后保温；熔化温度为800℃。
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温。
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成合金条。
S5、轧制，将浇铸成的合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的合金杆。
S6、拉拔，用十三模拉丝机将合金杆拉拔成圆形的导体中心线，或采用异型拉丝模拔成异型的异型单丝。
S7、绞合，将导体中心线和异型单丝放在框式绞线机上采用异型绞丝模绞合成导体。
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h；待导体自然冷却后用玻璃纤维带绕包一层，再用交联聚乙烯屏蔽料挤出一层内屏蔽层，再用交联聚乙烯绝缘料包裹形成绝缘层，得到稀土合金架空绝缘电缆。
以下将结合实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。实施例1-3中导体的成分配比如表1所示。
表1稀土合金架空绝缘电缆导体实施例的成分表
对采用上述方法制备的电缆导体进行性能检测，结果如表2所示。
表2稀土合金架空绝缘电缆导体实施例的性能
| 性能 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 伸长率 | 电导率 |
| 实施例一 | 222 | 75 | 27 | 60.7％ |
| 实施例二 | 210 | 70 | 32 | 61.8％ |
| 实施例三 | 200 | 66 | 37 | 62.5％ |
采用上述方法制备的稀土合金架空绝缘电缆导体的屈服强度与铜导体的屈服强度相媲美，是铝芯导体的300％。
因此，本发明采用上述高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆及其制备方法，能够解决现有的电缆拉重比大、线路下垂断裂、线路损耗大的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：包括导体，导体的外部设置有内屏蔽层和绝缘层，导体包括导体中心线和异型单丝，导体中心线位于导体单丝的中心，异型单丝紧密的呈圆周阵列包裹在导体中心线的外部；
所述导体包括以下质量百分比的成分：铜0.9-1.1％，镁0.8-1.2％，铁0.9-1.1％，铬0.04-0.06％，铈0.04-0.06％，镨0.02-0.05％，锰0.07-0.09％，钕0.01-0.03％，钇0.02-0.03％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝；
高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成合金条；
S5、轧制，将浇铸成的合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将合金杆拉拔成圆形的导体中心线，或采用异型拉丝模拔成异型的异型单丝；
S7、绞合，将导体中心线和异型单丝放在框式绞线机上采用异型绞丝模绞合成导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h；待导体自然冷却后用玻璃纤维带绕包一层，再用交联聚乙烯屏蔽料挤出一层内屏蔽层，再用交联聚乙烯绝缘料包裹形成绝缘层，得到稀土合金架空绝缘电缆。
2.根据权利要求1所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：所述导体包括以下质量百分比的成分：铜1.0％，镁1.0％，铁1.0％，铬0.05％，铈0.05％，镨0.03％，锰0.08％，钕0.02％，钇0.03％，铝钛碳1.0％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
3.根据权利要求1所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：所述异型单丝为扇环形结构。
4.根据权利要求1所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：所述导体的外部缠绕有绕包层，绕包层为玻璃纤维带。
5.根据权利要求1所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：所述内屏蔽层为交联聚乙烯层。
6.根据权利要求1所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：所述绝缘层为单层或三层共挤的交联聚乙烯层。
7.根据权利要求1所述的一种高导电高强度稀土合金架空绝缘电缆，其特征在于：所述步骤S2中，熔化温度为800℃。
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