CN2919462Y

CN2919462Y - 内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆

Info

Publication number: CN2919462Y
Application number: CN 200620103417
Authority: CN
Inventors: 虞一杰; 邹志波; 张志立; 徐永忠
Original assignee: XINGLE GROUP CO Ltd
Current assignee: XINGLE GROUP CO Ltd
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2016-05-02

Abstract

一种内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆，它包括绝缘层3，绝缘层3内导体中心为铜包铝导体2，铜包铝导体2邻外层和外层为铜导体1。导体的直流电阻能完全符合产品标准对导体直流电阻的要求，并使电缆的载流量满足使用要求。

Description

内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆

一、所属技术领域

本实用新型涉及一种电线电缆，尤其是指一种复合导体电线电缆。

二、背景技术

导体是电线电缆产品进行电流或电磁波信息传输功能的最基本的必不可少的主要构件。铜、铝等金属材料导电性能优良，因此，目前电线电缆均采用铜、铝作为导体材料。电线电缆制造行业是一个材料精加工和组装的行业。一是材料用量巨大，线缆产品中的材料费用要占制造总成本的70-90％；二是所用材料的类别、品种非常多，性能要求特别高，如导体用铜，要求铜的纯度要在99.95％以上，有的产品要采用无氧高纯铜；而导体材料又占了整个电缆材料成本的70～80％。近年来世界铜价持续上涨，目前已经达到53220元/吨，致使铜导体材料占总材料成本的比例上升到80～95％。电缆制造成本居高不下，采用新型材料替代纯铜势在必行。

三、实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆，导体的直流电阻能完全符合目前国内外采用的产品标准对导体直流电阻的要求，外径小于现有同规格导体的外径尺寸上限，解决了纯铜包铝导体外径大大超过现有导体上限的不足，便于设计、使用安装，并使电缆的载流量有一个较大的提高。

为达到上述目的，本实用新型采取的解决方案是：

一种内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆，对电力电缆产品而言，采用铜包铝和纯铜组合进行导体的生产，内芯采用铜包铝材料，根据不同截面的直流电阻的要求，增加使用的铜包铝单丝的铜层体积比，由10～15％提高到20～40％，邻外层和外层采用纯铜材料，根据导体的集肤效应和临近效应理论，通过计算，确定代用材料的结构尺寸。在导体中，一方面内芯采用铜包铝材料替代纯铜，适当增加铜包铝线的体积，外层采用纯铜导体，增大铜的表面积，利用导体的集肤效应理论，使之满足技术要求，同时通过绝缘材料的选用来提高导体的工作温度，使制造出的电缆在相同的使用条件和环境下和相同的国家标准系列规格内，使电缆的载流量能满足使用要求。

一种内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆，对布电线产品而言，在6mm²以下，全部采用7根以上导线绞合，可降低成本25％；部分用铜包铝导体线代替纯铜线，根据实际检测数据，10mm²7根结构的铜包铝/铜复合导体，采用中心一根铜包铝丝，外层6根纯铜丝的非紧压结构，通过适当调整单丝直径的措施，其直流电阻为1.82Ω/km，与纯铜丝组成的10mm²的导体的直流电阻相同，完全可以替代纯铜丝10mm²导体，剔除由于铜包铝线造成的外径增大造成的绝缘材料增加的因素，可比原来的生产成本降低近5％，而使用性能与纯铜线导体电线相同。

采用铜复合导体，不但对集肤效应有利，还对电缆的接线鼻紧压、锡焊接有利，避免在长期使用过程中腐蚀、碰伤或因紧压、锡焊接不好使导体与接线鼻接触不良、发热引起铜层脱落和铜铝两种金属之间形成电势差，加速电化腐蚀，造成电缆端部烧毁的隐患。

采用本实用新型的结构，才能真正成为当今世界上除铜、铝两种导体以外的第三种导体的电线电缆。

本实用新型的优点是：

1、直流电阻率：铜包铝线的电阻率比纯铜线大，约为纯铜线的1.5倍，在阻值相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效应计算，在5MHz以上高频时，电阻率与纯铜线相同。在其他使用场合，通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施，使铜复合导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内，满足导体直流电阻要求。

2、采用铜复合导体，可满足目前延续多年的电线电缆在产品选型、设计、使用、安装等方面的习惯，同时，如果单纯使用铜包铝导体，会使电缆导体的外径大出原有导体外径很多，给使用安装带来很多不便，而使用铜复合导体，可控制在GB/T3956-1997《电缆的导体》标准中对导体外径规定的最大值范围内，既减小了导体外径，又能满足现有使用习惯。

3、重量轻：铜包铝线的比重仅为纯铜线的37％-40％，在线径、重量相等的情况下，其长度是纯铜线的2.5倍，由此大大降低了生产成本，购买1吨铜包铝线相当于购买了2.5吨纯铜线；使用1000kg铜包铝线和使用2500kg纯铜裸线相比，可节约成本约70000元(53.2元/kg×1000kg×2.5倍-63元/kg×1000kg＝70000元)。所以，使用铜包铝线替代纯铜线，能够大幅度节约原材料成本。是替代纯铜导线的理想产品。采用铜复合导体，可部分代替纯铜，也具有很好的经济效益。

4、降低交流电阻：

(1)交流电阻是电流载流量的主要依据，根据集肤效应的原理，单根导线的表面，其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大，也就是说，大截面导体的圆心，在相同导体组成的圆面积内，圆心比圆周通过的电流要小，所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。

(2)影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外，还有邻近效应，与相同直流电阻的铜导体相比，采用铜复合导体后，在单根导体内，铝在园心，铜在外缘；在绞合导体内，内层是铜包铝，外层是纯铜，而铝对集肤效应和邻近效应都没有铜敏感，同时铜复合导体会使导体总截面增加一部分，因此也增加了铜的表面积，改善了电缆的散热条件，增加了散热面积，而铝的导热系数与铜相近，在同等的材料成本条件下，交流电阻的指标要经济得多。

5、具有良好的耐腐蚀性，铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝材料已经完全冶金化，铝完全被铜所包覆，不会被水、空气接触，完全达到与铜一样的性能。

6、铜和铝都是非磁性材料，不需要隔磁，也不会产生涡流。

7、铜包铝与铜相比，重量轻，线质柔软，易于加工，方便运输。

8、成本低，与相同技术指标的铜芯电缆相比，约节约成本20％。

9、纯铝的抗拉强度比铜差，但采用铜包铝/铜复合导体和工艺上的改进，可以对完全使用铜包铝材料的导体在机械强度和耐弯曲性能方面的不足进行改善。

10.良好的焊接性：铜包铝线由于其表面同心的包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜线一样的可焊性，方便生产。

铜复合导体较之纯铜导体相比，除具备纯铜导体的所有技术指标外，还具有重量轻，便于制造、运输、安装，大大降低了电缆的成本。

中国是世界上用铜第一大国(超过美国和日本)，中国的电缆产量是世界第一。近年来，使用铜导体电缆与铝导体电缆的比例由十年前的2∶8变为现在的8∶2，而中国的铜自给率只达到50％。按照目前中国电缆消耗铜300万吨计算，推广使用这项技术，使这种导体结构的电缆占到整个电缆市场的50％，可节约成本近300亿元，不仅可带来直接的经济效益，更重要的是会间接影响全国乃至世界的用铜量，减少中国的铜进口量，可以使铜的期货价格下跌。

四、附图说明

图1是本实施例的结构示意图。

图2是集肤效应和邻近效应示意图。

图中：1、铜导体，2、铜包铝导体，3、绝缘层。

五、具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型再作描述。

参见图1，一种内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆，它包括绝缘层3，绝缘层3内导体中心为铜包铝导体2，铜包铝导体2邻外层和外层为铜导体1。

如图2所示，直流电可以在导体中作为均匀分布，并在导体外建立了均匀分布的电磁场，在交流情况下，电流则集中在导体表面流动，导体中心，电流密度很小，称集肤效应。

从图2中可见，ΔI左向增量时，磁通用×·表示，为了阻止磁通增大，就建立了反向电流I1，该电流是导体表面电流增变化，就建立了反向电流I2，该电流仍使导体表面电流增大，导体中心电流减小，对小截面电缆集肤效应并不严重，对大截面电缆，就一定要采取分割导体结构了。

集肤效应系数的计算：如将YJV 8.7/10kV电缆有关参数带入计算见表1。

表1 集肤效应系数的计算

导体截面mm²		25以下	35	50	300	400	500	630
导体截面mm²		25以下	35	50	300	400	500	630	集肤效应系数(Ys)	铜	0.0001	0.0002	0.0003	0.0135	0.0225	0.0367	0.0601
铝	0.0000	0.0001	0.0001	0.0050	0.0082	0.0135	0.0223			铜	0.0001	0.0002	0.0003	0.0135	0.0225	0.0367	0.0601

从表1中可见，铜、铝芯电缆25mm²及以下导体截面时，集肤效应系数y_s在0.0001及以下，及万分之一以下，应该可以忽略了，电缆截面达到630mm²时，y_s已达到6％(铜)和2.2％(铝)，对铜导体已很大了，故500mm²及以上的铜导体最好采用分割导体。

邻近效应系数的计算：如将8.7/10kV，铜、铝芯、单芯电缆有关参数带入计算见表2。

表2 8.7/10kV邻近效应系数的计算

导体截面mm²		25以下	35	50	300	400	500	630
导体截面mm²		25以下	35	50	300	400	500	630	单芯电缆邻近效应系数(Ys)	铜	0.0000	0.0000	0.0000	0.0026	0.0046	0.0079	0.0137
铝	0.0000	0.0000	0.0000	0.0010	0.0017	0.0030	0.0055			铜	0.0000	0.0000	0.0000	0.0026	0.0046	0.0079	0.0137

从表2中可见，单芯电缆的邻近效应很小，630mm²单芯电缆可达1.37％也不是很大，。

从表1和表2还可以看出，除大截面对集肤效应和邻近效应有很大影响外，铝对集肤效应和邻近效应的影响比铜要小，因此，采用本文所述的内层为铜包铝或铜包钢、外层为纯铜的复合导体电线电缆，是最优选的方法(目前国内外均采用铜或铝)，而且在直流电阻相等的情况下，其交流电阻、电缆载流量要比纯铜、纯铝导体结构的电缆的指标要好，要经济。

Claims

1、一种内层为铜包铝外层为纯铜的复合导体单芯电线电缆，它包括绝缘层(3)，其特征在于：绝缘层(3)内导体中心为铜包铝导体(2)，铜包铝导体(2)邻外层和外层为铜导体(1)。