CN117497248A - 一种实心分割铝导体高压电缆制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实心分割铝导体高压电缆制备方法，涉及高压电缆技术领域；包括以下步骤：将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块；预扭成型后的所述铝材股块；将多根所述铝材股块扭转成铝导体；在所述铝导体外绕包导体屏蔽层;在所述导体屏蔽层外依次覆盖绝缘层、绝缘屏蔽层，并同时将所述导体屏蔽层、所述绝缘层、所述绝缘屏蔽层挤压成型；在所述绝缘屏蔽层外绕包纵向阻水层；在所述纵向阻水层外焊接金属护套，并对所述金属护套进行防腐处理；在所述金属护套外覆盖半导电层和护套。本发明能够实现“以铝代铜”在高压交联电缆领域中的应用，且能够避免多股绞合的铝分割导体在接头处发生蠕变变形和接头松弛的现象。
Description
技术领域
本发明涉及高压电缆技术领域，具体涉及一种实心分割铝导体高压电缆制备方法。
背景技术
在输电电缆领域，为了建设资源节约型社会，我国已形成了“以铝代铜”的社会共识，得到了国家工信部等管理部门及国家电网等主要用户的支持。铝作为一种可回收利用的金属，相对于铜而言更为丰富，有助于节约稀缺资源，促进行业的可持续发展。此外，铝具有较低的价格、密度更低、重量更轻的优势，特别适用于长距离输电。
然而，目前高压电缆中采用的普遍是2类绞合分割的铝导体作为线芯，存在以下一些问题：①机械强度较差，易折断；②接头处容易发生蠕变变形，导致导线接头处产生空隙，接头处电阻增大，产生大量热量，引起蠕变加剧，最终导线接头处可能熔断或者起火；③存在过载发热现象；④易发生电化学以及化学腐蚀。
发明内容
针对多股绞合的铝分割导体在接头处易发生蠕变变形和接头松弛的技术问题，本发明提供了一种实心分割铝导体高压电缆制备方法，能够避免多股绞合的铝分割导体在接头处发生蠕变变形和接头松弛的现象。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供了一种实心分割铝导体高压电缆制备方法，包括以下步骤：
S10、将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块；
S20、预扭成型后的所述铝材股块；
S30、将多根所述铝材股块扭转成铝导体；
S40、在所述铝导体外绕包导体屏蔽层；
S50、在所述导体屏蔽层外依次覆盖绝缘层、绝缘屏蔽层，并同时将所述导体屏蔽层、所述绝缘层、所述绝缘屏蔽层挤压成型；
S60、在所述绝缘屏蔽层外绕包纵向阻水层；
S70、在所述纵向阻水层外焊接金属护套，并对所述金属护套进行防腐处理；
S80、在所述金属护套外覆盖半导电层和护套。
本发明提供的实心分割铝导体高压电缆制备方法，将多根铝材股块扭转成铝导体，并在铝导体外绕包导体屏蔽层，在导体屏蔽层外依次挤压覆盖绝缘层、绝缘屏蔽层，在绝缘屏蔽层外绕包纵向阻水层，在纵向阻水层外焊接金属护套，并对金属护套进行防腐处理，最后在金属护套外覆盖半导电层和护套，能够获得与铜芯高压电缆相近的电气参数的高压电缆，从而实现“以铝代铜”在高压交联电缆领域中的应用，相对于铜芯高压电缆，实现了高压电缆的轻量化，运输和敷设更便利，为电缆工程提供了新的性价比选择。
同时，本发明提供的实心分割铝导体高压电缆制备方法，先将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块，再预扭成型后的铝材股块，然后再将多根铝材股块扭转成铝导体，能够确保铝导体的稳定性，并且，在成型后的铝导体外还挤压成型有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层，还焊接有金属护套，从而能够避免多股绞合的铝分割导体在接头处发生蠕变变形和接头松弛的现象。
具体而言，所述铝材杆再结晶挤压成型的步骤为：
S11、将铝材杆连续引拽进入旋转凹槽挤压轮中，使得铝材杆在旋转凹槽挤压轮的槽中受到径向挤压和摩擦，达到再结晶温度；
S12、将达到再结晶温度的铝材杆经扇形股块挤压模具中挤出成型；
S13、冷却并烘干成型后的铝材股块。
由此，获得结构稳定的铝材股块。
具体而言，S12中，挤压成型的温度为320～330℃，以确保铝材股块在再结晶温度下挤压成型。
具体而言，S20中，采用固定的放线盘、在分线盘中心采用压轮固定所述铝材股块，并通过预扭头与旋转牵引的旋转实现所述铝材股块的预扭；其中，预扭头与旋转牵引的旋转角度一致，且预扭的节距小于或等于成缆外径的40倍。
具体而言，S30中，所述铝材股块的成缆方向和所述铝材股块的预扭方向一致、所述铝材股块的成缆节距和所述铝材股块的预扭节距一致，以避免在成缆过程中影响线缆的结构稳定性。
具体而言，S50中，采用立塔干式交联流水线将所述导体屏蔽层、所述绝缘层、所述绝缘屏蔽层三层同时挤压成型。
具体而言，S50中，所述导体屏蔽层的挤出厚度为1.5～2.0mm、所述绝缘层的挤出厚度为16～19mm、所述绝缘屏蔽层的挤出厚度为1～1.5mm。
具体而言，所述纵向阻水层为半导电阻水缓冲带。
具体而言，S70中，所述金属护套采用铝带通过氩弧焊焊接。
具体而言，S80中，半导电层和护套采用双层共挤的方式挤出成型。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的实心分割铝导体高压电缆制备方法，将多根铝材股块扭转成铝导体，并在铝导体外绕包导体屏蔽层，在导体屏蔽层外依次挤压覆盖绝缘层、绝缘屏蔽层，在绝缘屏蔽层外绕包纵向阻水层，在纵向阻水层外焊接金属护套，并对金属护套进行防腐处理，最后在金属护套外覆盖半导电层和护套，能够获得与铜芯高压电缆相近的电气参数的高压电缆，从而实现“以铝代铜”在高压交联电缆领域中的应用，相对于铜芯高压电缆，实现了高压电缆的轻量化，运输和敷设更便利，为电缆工程提供了新的性价比选择。
2、本发明提供的实心分割铝导体高压电缆制备方法，先将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块，再预扭成型后的铝材股块，然后再将多根铝材股块扭转成铝导体，能够确保铝导体的稳定性，并且，在成型后的铝导体外还挤压成型有导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层，还焊接有金属护套，从而能够避免多股绞合的铝分割导体在接头处发生蠕变变形和接头松弛的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
在附图中：
图1为本发明实施例实心分割铝导体高压电缆制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所制成的高压电缆截面结构示意图；
图3为本发明实施例旋转凹槽挤压轮的结构示意图；
图4为本发明实施例扇形股块挤压模具的结构示意图。
附图中标记及对应的特征名称：
1-铝材股块，2-导体屏蔽层，3-绝缘层，4-绝缘屏蔽层，5-纵向阻水层，6-金属护套，7-护套层，8-旋转凹槽挤压轮，9-扇形股块挤压模具，9a-扇形股块挤出型腔。
实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本申请实施例的描述中，术语 “中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
实施例：
结合图1和图2，本实施例提供了一种实心分割铝导体高压电缆制备方法，包括以下步骤：
S10、将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块1。
具体而言，所述铝材杆再结晶挤压成型的步骤为：
S11、将铝材杆连续引拽进入旋转凹槽挤压轮8中（图3），铝材杆在固定槽中受到径向挤压和摩擦，使得铝材杆在旋转凹槽挤压轮8的槽中受到径向挤压和摩擦，达到再结晶温度；
S12、将达到再结晶温度的铝材杆经扇形股块挤压模具9（结合图4，扇形股块挤压模具9中部设置有扇形股块挤出型腔9a）中挤出成型，挤压成型的温度为320～330℃，以确保铝材股块1在再结晶温度下挤压成型；
S13、冷却并烘干成型后的铝材股块1，通常，将挤压成型后的铝材股块1经水槽冷却，在水槽出口采用万向竹节管喷嘴喷水再次冷却，并用压缩空气初步吹干铝材股块1表面的水分，再采用漩涡高压风机产生的热风，确保吹干股块表面的水分。
由此，获得结构稳定的铝材股块1。
应当理解的是，扇形的铝材股块1挤压的具体工序依次为：盘线放料、进线矫直、连续挤压、冷却、烘干、收线。
S20、预扭成型后的所述铝材股块1。
具体而言，采用固定的放线盘、在分线盘中心采用压轮固定所述铝材股块1，并通过预扭头与旋转牵引的旋转实现所述铝材股块1的预扭；其中，预扭头与旋转牵引的旋转角度一致，且预扭的节距小于或等于成缆外径的40倍。
也就是说，预扭设备选用不退扭模式（即放线盘不旋转），并在分线盘中心装一组压轮用于固定铝材股块1，并通过预扭头与旋转牵引的旋转实现扇形股块的预扭，而预扭头与旋转牵引的旋转角度一致，以形成节距，预扭节距不大于40倍的成缆外径。可知的是，预扭设备采用步进电机、无极调速，以精确控制预扭节距，确保铝材股块1预扭节距与后续铝材股块1合股的节距保持一致。
由此，能够确保后续成缆后的铝导体结构的稳定性，避免股块合股时出现错位、移位等不良情况。
S30、将多根所述铝材股块1扭转成铝导体。
可以理解的是，所述铝材股块1的成缆方向和所述铝材股块1的预扭方向一致、所述铝材股块1的成缆节距和所述铝材股块1的预扭节距一致，以避免在成缆过程中影响线缆的结构稳定性。
S40、在所述铝导体外绕包导体屏蔽层2。
通常来说，在铝导体外绕包两层2mm厚的半导电特多龙带，且搭盖率≥15%，以形成导体屏蔽层2。
S50、在所述导体屏蔽层2外依次覆盖绝缘层3、绝缘屏蔽层4，并同时将所述导体屏蔽层2、所述绝缘层3、所述绝缘屏蔽层4挤压成型。
具体而言，采用立塔干式交联流水线将所述导体屏蔽层2、所述绝缘层3、所述绝缘屏蔽层4三层同时挤压成型。其中，所述导体屏蔽层2采用超光滑交联型半导电屏蔽料，挤出厚度为1.5～2.0mm；所述绝缘层3采用超净交联聚乙烯料，挤出厚度为16～19mm；所述绝缘屏蔽层4采用超光滑交联型半导电屏蔽料，挤出厚度为1～1.5mm。
S60、在所述绝缘屏蔽层4外绕包纵向阻水层5。
具体而言，在绝缘屏蔽层4外包绕两层2.0mm的半导电阻水缓冲带，搭盖率≥50%，以形成纵向阻水层5。
S70、在所述纵向阻水层5外焊接金属护套6，并对所述金属护套6进行防腐处理。
一般来说，采用厚度为2.0-2.3mm的铝带进行氩弧焊焊接轧纹的金属护套6，以将金属护套6固定在线缆外，同时在金属护套6表面均匀涂覆沥青以进行防腐处理。
S80、在所述金属护套6外覆盖半导电层和护套。
具体来说，护套以及半导电层采用双层共挤的方式挤出成型，护套的材质为高密度聚乙烯或者聚氯乙烯，半导电层为半导电聚氯乙烯或者半导电聚乙烯。
总结来说，本实施例提供的实心分割铝导体高压电缆制备方法，将多根铝材股块1扭转成铝导体，并在铝导体外绕包导体屏蔽层2，在导体屏蔽层2外依次挤压覆盖绝缘层3、绝缘屏蔽层4，在绝缘屏蔽层4外绕包纵向阻水层5，在纵向阻水层5外焊接金属护套6，并对金属护套6进行防腐处理，最后在金属护套6外覆盖半导电层和护套，能够获得与铜芯高压电缆相近的电气参数的高压电缆，从而实现“以铝代铜”在高压交联电缆领域中的应用，相对于铜芯高压电缆，实现了高压电缆的轻量化，运输和敷设更便利，为电缆工程提供了新的性价比选择。
同时，本实施例提供的实心分割铝导体高压电缆制备方法，先将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块1，再预扭成型后的铝材股块1，然后再将多根铝材股块1扭转成铝导体，能够确保铝导体的稳定性，并且，在成型后的铝导体外还挤压成型有导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4，还焊接有金属护套6，从而能够避免多股绞合的铝分割导体在接头处发生蠕变变形和接头松弛的现象。
另外，为便于理解本申请的技术方案，本申请还提供了一个具体的生产示例，并获得额定电压为64/110kV、截面积为1000mm2的实心分割铝导体（导体采用五分割实心扇形股块结构）高压电缆，具体制备步骤为：
将牌号为8030、尺寸为φ15mm的铝材杆连续引拽进入旋转凹槽挤压轮8中，其挤压温度为320～330℃；挤压成型后经过水槽冷却，水槽出口采用万向竹节管喷嘴，用压缩空气初步吹干铝材股块1表面的水分，再采用2.2 kW漩涡高压风机产生的热风，吹干铝材股块1表面的水分。其中铝材股块1的中心角为71.5度，轮廓的扇高H为17.12mm，宽度B为19.97mm。
然后，选用具有不退扭模式的设备，在分线盘中心装一组相应的压轮用来固定扇形的铝材股块1，并通过预扭头与旋转牵引的旋转实现铝材股块1的预扭，预扭头与旋转牵引的旋转角度一致，以形成节距，预扭节距为1400mm。
将 5个实心铝材股块1绞合成缆，其成缆直径为35.8±0.5mm，铝材股块1成缆方向和股块预扭方向保持一致，均为右向，成缆节距和预扭节距一致，均为1400mm。所获得的导体，在20℃时，直流电阻为0.02614Ω•km-1。
在铝导体外绕包两层厚度为2.0mm、宽度为60mm的半导电特多龙带，且搭盖率为25%，以形成导体屏蔽层2。
采用立塔干式交联流水线将导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4三层同时挤压成型。其中，导体屏蔽采用超光滑交联型半导电屏蔽料，挤出厚度为1.5mm；绝缘采用超净交联聚乙烯料，挤出厚度为16mm；绝缘屏蔽采用超光滑交联型半导电屏蔽料，挤出厚度为1mm。
在绝缘屏蔽层4外绕包两层厚度为2.0mm、宽度为60mm的半导电阻水缓冲带，且搭盖率55%，以形成纵向阻水层5。
采用厚度为2.3mm的铝带进行氩弧焊，以焊接轧纹的金属护套6，金属护套6的轧纹深度为4.5mm、轧纹节距为27mm。并金属护套6表面均匀涂覆沥青以进行防腐处理，涂覆厚度为0.3mm。
最后，护套以及半导电层采用双层共挤的方式挤出成型，以确保护套层7有较好的导电性和机械物理性能。其中护套厚度为4.5mm、半导电层厚度为0.5mm。
为了验证本实施例提供的方法所制备的实心分割铝导体高压电缆，连接附件金具时的温升变化对蠕变的影响，本实施例通过模拟国标GB/T 9327-2008《额定电压35 kV及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具的试验方法和要求》中规定的试验方法进行验证。
其中，若采用常规的铝连接管会出现接头蠕变，松动现象，造成接头发热；因此本实施例试验方案采用牌号为8030的铝合金作为连接金具（与铝材股块1的材质相同），并经退火处理，其HB≤25。
本实施提供了五组对照试验，包括半通、直通和全堵型的连接金具，接管温升试验数据如表1。
表1
从表1可以看出，5个实心分割铝导体与金具压接的接头处，在同一电流下，与导体的温度差异不大，温升变化稳定，没有因为接头蠕变、松弛造成的接头电阻增大的现象。也就是说，本实施例够避免多股绞合的铝分割导体在接头处发生蠕变变形和接头松弛的现象。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (10)
1.一种实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将铝材杆再结晶挤压成型为扇形的铝材股块（1）；
S20、预扭成型后的所述铝材股块（1）；
S30、将多根所述铝材股块（1）扭转成铝导体；
S40、在所述铝导体外绕包导体屏蔽层（2）；
S50、在所述导体屏蔽层（2）外依次覆盖绝缘层（3）、绝缘屏蔽层（4），并同时将所述导体屏蔽层（2）、所述绝缘层（3）、所述绝缘屏蔽层（4）挤压成型；
S60、在所述绝缘屏蔽层（4）外绕包纵向阻水层（5）；
S70、在所述纵向阻水层（5）外焊接金属护套（6），并对所述金属护套（6）进行防腐处理；
S80、在所述金属护套（6）外覆盖半导电层和护套。
2.根据权利要求1所述的实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，所述铝材杆再结晶挤压成型的步骤为：
S11、将铝材杆连续引拽进入旋转凹槽挤压轮（8）中，使得铝材杆在旋转凹槽挤压轮（8）的槽中受到径向挤压和摩擦，达到再结晶温度；
S12、将达到再结晶温度的铝材杆经扇形股块挤压模具（9）中挤出成型；
S13、冷却并烘干成型后的铝材股块（1）。
3.根据权利要求2所述的实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S12中，挤压成型的温度为320～330℃。
4.根据权利要求1所述的实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S20中，采用固定的放线盘、在分线盘中心采用压轮固定所述铝材股块（1），并通过预扭头与旋转牵引的旋转实现所述铝材股块（1）的预扭；
其中，预扭头与旋转牵引的旋转角度一致，且预扭的节距小于或等于成缆外径的40倍。
5.根据权利要求1所述的实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S30中，所述铝材股块（1）的成缆方向和所述铝材股块（1）的预扭方向一致、所述铝材股块（1）的成缆节距和所述铝材股块（1）的预扭节距一致。
6.根据权利要求1所述的实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S50中，采用立塔干式交联流水线将所述导体屏蔽层（2）、所述绝缘层（3）、所述绝缘屏蔽层（4）三层同时挤压成型。
7.根据权利要求6所述实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S50中，所述导体屏蔽层（2）的挤出厚度为1.5～2.0mm、所述绝缘层（3）的挤出厚度为16～19mm、所述绝缘屏蔽层（4）的挤出厚度为1～1.5mm。
8.根据权利要求1所述实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，所述纵向阻水层（5）为半导电阻水缓冲带。
9.根据权利要求1所述实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S70中，所述金属护套（6）采用铝带通过氩弧焊焊接。
10.根据权利要求1所述实心分割铝导体高压电缆制备方法，其特征在于，S80中，半导电层和护套采用双层共挤的方式挤出成型。
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