CN1996689B

CN1996689B - 一种节能悬垂线夹

Info

Publication number: CN1996689B
Application number: CN2006100489102A
Authority: CN
Inventors: 高文枢
Original assignee: PHOENIX TEHCNOLOGY GROUP CO Ltd
Current assignee: PHOENIX TEHCNOLOGY GROUP CO Ltd
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: CN1996689A

Abstract

本发明涉及一种电力金具，尤其涉及一种节能悬垂线夹。一种节能悬垂线夹，包括线夹主体、U形螺丝、压条和挂板，所述的挂板通过开口销固定设在线夹主体的两侧边上，在挂板上方设有带孔螺栓，所述的压条通过U形螺丝固定在线夹主体的线槽上方，其中线夹主体、U形螺丝、压条和挂板中至少有一个部件采用无磁钢材料制成。本发明由于采用了以上的技术方案，只对节能悬垂线夹的材料进行了改进，采用了奥氏体无磁钢，隔断了磁回路，消除或减少了电能损耗。挂板与线夹主体分体设置，在更换现有悬垂线夹时，只需要更换挂板和U形螺丝即可，也能达到有效隔断磁回路，消除或减少了电能损耗，而不需要整体更换，大大节省了成本。

Description

一种节能悬垂线夹

技术领域

本发明涉及一种电力金具，尤其涉及一种节能悬垂线夹。

背景技术

随着我国电力工业的发展，输送电容量大幅增加，对输电线路中的悬垂线夹在输电过程中消耗能量的问题逐渐引起人们的关注。由于现有的悬垂线夹一般用可锻铸铁和Q235钢材铁磁性材料制成。当导线中通过交变电流，在悬垂线夹上便形成一个闭合的磁回路，铁磁物质在交变磁场作用下反复磁化，其磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化(即磁滞现象)。在反复磁化的过程中，由于磁畴的反复转向，铁磁物质内部的分子摩擦发热而造成能量损耗，这种构成闭合回路的电力金具在反复磁化过程中，因为磁畴反复转向导致的功率损耗，就是所谓的磁滞损耗。根据电磁感应定律，这一交变磁场在悬垂线夹内部也会产生感应电动势和感应电流(即涡流)，由于钢铁材料电阻的存在，必然产生有功功率损耗，即涡流损耗。根据楞次定律和法拉第电磁感应定律，在悬垂线夹内产生的感应电动势与输电线路的电流大小成正比，与材料的相对磁导率μr的大小成正比，与金具的厚度成正比。传统的可锻铸铁、Q235钢制电力金具材料的相对磁导率大，存在磁滞涡流现象，在输电线路上产生较大的磁滞和涡流损耗。

国内外已有一些文献介绍了可锻铸铁及钢材制造的悬垂线夹能量损耗的研究结果，如英国曼彻斯大学、美国O、B公司；国内清华大学、国网公司电力建设研究所等单位都开展了实验测试工作，从测试结果来看，基本相似，可锻铸铁悬垂线夹与电流相关的功率损耗统计值见表1。

表1 可锻铸铁悬垂线夹磁滞涡流功率损耗统计表

电流/A	100	150	200	250	300	350	400	450	500
										功率损耗/W	2	4	5	15	22	30	39	50	62

按表1所示，如果用XGU-3悬垂线夹，在环境温度35℃，工作温度60℃，用LGJ-185/10导线，载流量是350A，功率损耗为30W，也就是这一只线夹相当于常年点了一只30W的照明灯，在线路上无形地、昼夜不停地消耗着能量。

我国地域辽阔，输电线路很长，据中国电力年鉴发布，我国的220kV线路长度为102417km；110kV为162497km(1997年年鉴)；66kV为42214km；35kV为247390km(1995年年鉴)，按60％的额定负荷条件进行统计，全国高压线路因可锻铸铁悬垂线夹引起的电能损失为25684.1万(kW·h)/年，在配电线路上的损失为8890.8万(kW·h)/年，总计达34574.9万(kW·h)/年，电价按0.4元/(kW·h)计算，电费的损失达13830万元/年，尽管实际能耗会与估算有出入，但我们从这一保守的估算中，可以清楚看到可锻铁悬垂线夹的能耗大得惊人。由此看到，研制一种节能钢材来制造电力金具的迫切性和现实的意义。

20世纪八十年代以后，由于材料工业的发展，高强度铝合金得到了较为普遍的应用和供应，用铝合金制造的悬垂线夹满足了输电线路对电力金具的机械强度要求，又是无磁材料，新建设的500kV超高压线路，因同时需要考虑防电晕的要求，已普遍采用了高强度铝合金金具。我国从五十年代就不断建设220kV、110kV、66kV、35kV电压等级的输电线路，全国各种电压等级的线路有如蜘蛛网，到处都有。如果将原有的可锻铸铁及钢材制造的金具都更换成高强度的铝合金的，就需要数量很大的铝合金，还要停电更换，每套金具售价也比原有金具高两倍，这是不可能的。

现在不锈钢也是不导磁的，常用的有1Cr18Ni9Ti、1Cr17Ni7、0Cr19Ni9等等，但由于价格比Q235普通碳素钢高出10倍，，因此用其制造电力金具成本将大大地提高。

发明内容

为了解决现有悬垂线夹能量在输电线路中损耗大的技术问题，本发明的目的是提供一种节能悬垂线夹。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种节能悬垂线夹，包括线夹主体、U形螺丝、压条和挂板，所述的挂板通过开口销固定设在线夹主体的两侧边上，在挂板上方设有带孔螺栓，所述的压条通过U形螺丝固定在线夹主体的线槽上方，其中线夹主体、U形螺丝、压条和挂板中至少有一个部件采用奥氏体无磁钢材料制成，所述的奥氏体无磁钢按重量百分比含有锰20％～26％，铬2％～10％，铝1％～4％，碳0.18％～0.24％，稀土元素0.1％～0.2％，硫≤0.04％，磷≤0.04％，其余量为铁。

作为优选，其中挂板和U形螺丝采用奥氏体无磁钢材料制成。

作为再优选，按重量百分比所述的奥氏体无磁钢中锰的含量为20％～22％，铬的含量为3％～4％，铝的含量为1％～1.5％，碳的含量为0.2％～0.22％。

作为优选，奥氏体无磁钢中还含有硅0.17％～0.37％。

作为优选，所述的复合稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种或多种。

作为再优选，所述的复合稀土元素为镨和钕中的一种或2种。

本发明由于采用了以上的技术方案，只对节能悬垂线夹的材料进行了改进，采用了奥氏体无磁钢，隔断了磁回路，消除或减少了电能损耗。挂板与线夹主体分体设置，在更换现有悬垂线夹时，只需要更换挂板和U形螺丝即可，也能达到有效隔断磁回路，消除或减少了电能损耗，而不需要整体更换，大大节省了成本。

本发明所采用的奥氏体无磁钢的主要化学成分的作用分析如下：

(1)锰、铝、铬，锰是主要合金元素，扩大奥氏体相区，稳定奥氏体组织，提高合金强度。碳一定时，随含锰量增加，钢的组织逐渐从珠光体到马氏体并进一步转变为奥氏体，但是钢的加工硬化能力提高。控制好锰的含量，可以保证铸态完全的奥氏体组织和稳定的奥氏体，使得经过适当变形后不致引发大量的形变马氏体出现。

除了脱氧要求加入少量的铝外，铝元素为非碳化物形成元素，一般均匀分布在基体中阻碍碳原子在奥氏体中的扩散，稳定碳化物，同时易使奥氏体形成有序固溶体，增强γ-Fe原子的化学结合力，使γ-Fe原子移动激活力提高，增强奥氏体的稳定性，抑制Fe-Mn基合金中γ-ε转变，这对控制加工过程中由于形变马氏体引起的磁导率和加工硬度非常重要。

铝和铬可以提高材料的耐腐蚀能力，在Fe-Mn基合金中加入铝或铬，可以提高材料的耐大气腐蚀性能，特别是铬的加入使材料的耐腐蚀能力大大的提高。

(2)碳、硅，碳既促进形成单相奥氏体组织，又可使固溶强化，降低材料的最大磁导率和磁饱和度。从Fe-Mn二元相图可知，常温时只有锰含量相当高(超过30％)时才能得到单相奥氏体。而在二元合金中加入碳后，构成的Fe-Mn-C 三元合金在含有约1.0％的碳时，锰加入量只要9％～15％就可得到单相奥氏体组织。但当碳含量较高时，铸态组织中碳化物数量增加，在奥氏体晶界上形成连续和半连续网状碳化物，大大削弱了晶间强度和钢的塑性、韧性，严重时甚至使钢的韧性降低为零。经固溶处理后虽可使部分碳化物溶入奥氏体，但因钢的碳含量高而必须提高固溶处理的温度或延长热处理的保温时间。综合考虑碳元素的利弊，采取适当提高碳含量，允许组织中有少量的碳化物存在，这样就可以使锰的加入量降低，而且可以使得到的奥氏体的稳定性提高。

硅可固溶于奥氏体中，固溶强化。在钢里加入少量的硅，提高材料的电阻率，以减少涡流。但是，硅可以降低碳在奥氏体中的溶解度，硅含量高时，铸态组织中的碳化物数量增加，而且硅在高锰钢结晶时有促使粗大枝晶形成的作用，并使钢的晶粒粗化，降低材料机械性能。试验中选择碳含量0.18％～0.24％，硅含量在0.17％～0.37％为佳。

(3)硫、磷，硫、磷在通常范围内对铸钢的磁性影响不大，但含量较高时，由于大量共晶体的产生，会使磁导率有所提高，同时形成的磷共晶、硫化物等杂质会降低材料力学性能，因此应严格控制S≤0.04％，P≤0.04％为宜。

(4)复合稀土元素，可以细化晶粒、细化磁畴，降低涡流损耗，复合稀土元素在奥氏体锰钢中具有较大的偏析系数，可加剧合金凝固时的成分过冷现象，促进树枝晶的发展、熔断、游离和增殖，提高其结晶形核率，有效地细化奥氏体晶粒。由于复合稀土元素的内吸附作用，阻碍了碳原子的扩散，使奥氏体晶界上不易形成网状碳化物，其晶体界上碳化物数量减少，碳化物形状为团块状，因而铸态组织中奥氏体内固溶的碳量相对增加，且分布较为均匀，微观组织的致密度增加，显微缺陷减少。解决了中温区产生低塑性的技术难题。

本发明的奥氏体无磁钢的性能和效果如下：

(1)电工性能：磁导率≤1.5μH/m；电阻率≥12MΩ/m。

(2)力学性能：抗拉强度达到800MPa；屈服强度达到675MPa；延伸率达到41％；布氏硬度小于193HB。各项指标均符合GB/T2315-2000《电力金具标称破坏载荷系列形式尺寸及联结方式》的规定。

(3)金相组织：本发明的碳化物应弥散分布于奥氏体组织中，材料在成型加工中和以后的服役过程中保持奥氏体组织的稳定性，尽量防止了产生形变马氏体，避免磁导率的上升。

(4)切削加工性能：本发明的无磁钢能在普通机床上进行切削加工，可以在冲床上冲压成型，加工性能好。

(5)经济成本：上述的无磁钢生产成本低，是铝合金金具成本的50％，比原有的Q235钢只提高10％，而且钢材的原料来源广泛，生产工艺简单。

附图说明

图1为本发明悬垂线夹的结构示意图。

图2为图1的左视图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示的一种节能悬垂线夹，包括线夹主体1、U形螺丝3、压条4和挂板2，挂板2通过开口销7固定设在线夹主体1的两侧边上，在挂板2上方设有带孔螺栓6，压条4通过U形螺丝3固定在线夹主体1的线槽5上方，在线夹主体1两侧边对应的位置分别设有U形螺丝安装口8，U形螺丝3扣在安装口8上，U形螺丝3下方设有螺母9，螺母9上方设有弹性垫片10。弹性垫片10上方设有垫圈11。其中挂板2和U形螺丝3采用无磁钢材料制成。

奥氏体无磁钢的组份如下：锰20％，铝1％，铬3％，碳0.2％，复合稀土元素0.1％，硫<0.04％，磷<0.04％，复合稀土元素为镨和钕，其余量为铁。

实施例2

奥氏体无磁钢的组份如下：锰22％，铬3％，铝1.5％，碳0.21％，复合稀土元素0.2％，硫<0.04％，磷<0.04％，其余量为铁。

悬垂线夹的结构如实施例1。

实施例3

奥氏体无磁钢的组份如下：锰22％，铬3％，铝1.5％，碳0.19％，复合稀土元素0.2％，硫<0.04％，磷<0.04％，其余量为铁。

悬垂线夹的结构如实施例1。

实施例4

奥氏体无磁钢的组份如下：锰20％，铬3％，铝1.5％，碳0.21％，复合稀土元素0.2％，硫<0.04％，磷<0.04％，其余量为铁。

悬垂线夹的结构如实施例1。

Claims

1.一种节能悬垂线夹，包括线夹主体(1)、U形螺丝(3)、压条(4)和挂板(2)，所述的挂板(2)通过开口销(7)固定设在线夹主体(1)的两侧边上，在挂板(2)上方设有带孔螺栓(6)，所述的压条(4)通过U形螺丝(3)固定在线夹主体(1)的线槽(5)上方，其中线夹主体(1)、U形螺丝(3)、压条(4)和挂板(2)中至少有一个部件采用奥氏体无磁钢材料制成，所述的奥氏体无磁钢按重量百分比含有：锰20％～26％，铬2％～10％，铝1％～ 4％，碳0.18％～0.24％，稀土元素0.1％～0.2％，硫≤0.04％，磷≤0.04％，其余量为铁。

2.如权利要求1所述的一种节能悬垂线夹，其特征在于挂板(2)和U形螺丝(3)采用奥氏体无磁钢材料制成。

3.如权利要求1所述的一种节能悬垂线夹，其特征在于按重量百分比所述的奥氏体无磁钢中锰的含量为20％～22％，铬的含量为3％～4％，铝的含量为1％～1.5％，碳的含量为0.2％～0.22％。

4.如权利要求1所述的一种节能悬垂线夹，其特征在于所述的稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种或多种。

5.如权利要求4所述的一种节能悬垂线夹，其特征在于所述的稀土元素为镨和钕中的一种或2种。

6.一种节能悬垂线夹，包括线夹主体(1)、U形螺丝(3)、压条(4)和挂板(2)，所述的挂板(2)通过开口销(7)固定设在线夹主体(1)的两侧边上，在挂板(2)上方设有带孔螺栓(6)，所述的压条(4)通过U形螺丝(3)固定在线夹主体(1)的线槽(5)上方，其中线夹主体(1)、U形螺丝(3)、压条(4)和挂板(2)中至少有一个部件采用奥氏体无磁钢材料制成，所述的奥氏体无磁钢按重量百分比含有：锰20％～22％，铬3％～4％，铝1％～1.5％，碳0.2％～0.22％，硅0.17％～0.37％，稀土元素0.1％～0.2％，硫≤0.04％，磷≤0.04％，其余量为铁。