DE102017105411A1

DE102017105411A1 - Stahl-Aluminium-Leitzung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102017105411A1
Application number: DE102017105411.1A
Authority: DE
Inventors: Alexey Konstantinovich Vlasov; Vyacheslav Ivanovich Frolov; Viktor Alexandrovich Fokin
Original assignee: Individual
Current assignee: Metsbytservis Ru GmbH
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stahl-Aluminium-Leitung für Starkstromfreileitungen und weist eine über die Drahtoberfläche plastisch verformte, verzinkte Stahlseele (1), eine die Stahlseele (1) umgebende erste Verseillage (2) aus Aluminiumdrähten mit keilförmigem Querschnitt und eine die erste Verseillage (2) umgebende zweite Verseillage (3) aus über die Außenfläche der Leitung plastisch verformten Aluminiumdrähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt auf, wobei die Verseillagen (2) und die Verseillagen (3) gegenläufig angeordnet sind.Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leitung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stahl-Aluminium-Leitung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung ist anwendbar in der Elektrotechnik, insbesondere bei der Konstruktion und Anwendung von nicht isolierten, hochfesten und hochtemperaturbeständigen Stahl-Aluminium-Leitungen, die zur Übertragung von Elektroenergie in Starkstromfreileitungen für 35 kV und höher vorgesehen sind.
Bekannt sind verschiedene Starkstromfreileitungen aus verseilten Drähten in mehreren Lagen.
So beschreibt die DE 102014101833 B4 ein Verfahren (1) zum Herstellen eines Drahtseils, bei dem mehrere Drähte wendelförmig miteinander gewunden werden. Um möglichst einfach und preiswert ein kompaktes Drahtseil herstellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Drähte beim Winden plastisch verformt werden und durch die Verformung die Form des Querschnitts der Drähte geändert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stahl-Aluminium-Leitung zu schaffen, welche die Zuverlässigkeit sowie Effizienz von Starkstromfreileitungen durch die Steigerung der pro Zeiteinheit übertragenen Elektroenergie erhöht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Stahl-Aluminium-Leitung zu schaffen, welches eine einfache und preiswerte Produktion der Starkstromfreileitungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale in den Ansprüchen 1 und 7. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit, wobei die erfindungsgemäße Stahl-Aluminium-Leitung eine über die Drahtoberfläche plastisch verformte, verzinkte Stahlseele, eine die Stahlseele umgebende erste Verseillage aus Aluminiumdrähten mit keilförmigem Querschnitt und eine die erste Verseillage umgebende zweite Verseillage aus über die Außenfläche der Leitung plastisch verformten Aluminiumdrähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt aufweist, wobei die beiden Verseillagen gegenläufig angeordnet sind.
Eine besonders effektive und energiesparende Herstellung der erfindungsgemäßen Leitung wird dadurch ermöglicht, dass die Stahlseele mit einer Schmierstoffschicht umhüllt ist, welche hochtemperaturbeständig ist und eine Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 0,7 mm aufweist.
Gute mechanische und elektrische Werte der erfindungsgemäßen Leitung werden dadurch erreicht, dass die Aluminiumdrähte der ersten Verseillage und/oder der zweiten Verseillage eine Aluminiumlegierung mit 0,22 bis 14 Gewichts% Zirkonium sind und der Verpressgrad der Seelenquerschnittsfläche der Stahlseele 12 bis 14% und die Zugfestigkeit mindestens 1860 (190) N/mm² (Kilopond/mm²) beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine einfache und preiswerte Herstellung der Leitungen durch die Realisierung der folgenden Verfahrensschritte:

- Herstellen einer Stahlseele durch Verwinden von verzinkten Stahldrähten und plastische Verformung der Stahlseele über deren Drahtoberfläche,
- Aufbringen einer ersten Verseillage aus Aluminiumdrähten mit keilförmigem Querschnitt auf die Stahlseele in einer ersten Verseilrichtung
- Aufbringen einer zweiten Verseillage aus Aluminiumdrähten mit kreisförmigem Querschnitt auf die erste Verseillage in einer zweiten Verseilrichtung, wobei
- die erste Verseilrichtung gegenüber der zweiten Verseilrichtung gegenläufig ist.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in Folgendem.
Eine nicht isolierte hochfeste Stahl-Aluminium-Leitung weist eine aus verzinkten Drähten hergestellte und über die Drahtoberfläche plastisch verformte Stahlseele mit einer definierten Zinkschichtdichte und einer Zugfestigkeit von mindestens 1860 (190) N/mm² (Kilopond/mm²) auf. Die stromleitenden Verseillagen - eine Verseillage aus Alu-Drähten mit keilförmigem (trapezförmigem) Querschnitt und eine Verseillage aus über die Außenfläche der Leitung plastisch verformten Alu-Drähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt - sind gegenläufig. Die Stahlseele ist mit einer Schmierstoffschicht 0,3 bis 0,7 mm umhüllt, die hochtemperaturbeständig ist.
Die Drahtaußenfläche der verzinkten Stahlseele, die mit linearer, lagenweiser Berührung der Drähte ausgeführt ist, ist plastisch verformt und der Verpressgrad der Seelenquerschnittfläche beträgt 12 % bis 14 %.
Um die Seele herum sind der Reihe nach gegenläufig gerichtete Verseillagen angeordnet - eine erste Verseillage aus keilförmigen (trapezförmigen) Alu-Drähten und eine zweite Verseillage aus Alu-Drähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt - dabei sind die Außenoberflächen der Alu-Drähte mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt plastisch verformt, der Verpressgrad der Querschnittfläche beträgt 12 % bis 14 %.
Die Verwendung von hochfesten nicht isolierten Stahl-Aluminium-Leitungen der neuen Konstruktion mit der hochfesten Metallseele aus verzinkten Drähten mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1860 (190) N/mm² (Kilopond/mm²) und der erfindungsgemäßen Seelenherstellungsweise ermöglicht eine Festigkeitserhöhung der Seele um ca. 40 % sowie eine Vergrößerung der Gesamtleitungsfestigkeit um ca. 45 % im Vergleich zu herkömmlichen Stahl-Aluminium-Seilen.
Die stromführenden gegenläufigen Verseillagen, die aus einer Verseillage aus keilförmigen (trapezförmigen) Alu-Drähten und einer Verseillage aus auf der Leitungsaußenfläche plastisch verformten Alu-Drähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt bestehen, tragen zur Senkung des elektrischen Widerstandes und der Steigerung der Übertragungsfähigkeit bei.
Die stromführenden, gegenläufigen Verseillagen, von denen eine aus einer Aluminiumlegierung mit Zirkoniumgehalt von 0,22 bis 14,0 Gew.% besteht und aus keilförmigen (trapezförmigen) Drähten ausgeführt ist, und eine aus Drähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt aus einer Aluminiumlegierung mit einem Zirkoniumgehalt von 0,22 bis 14,0 Gew.% besteht, sind auf der Außenoberfläche der Drähte mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt plastisch verformt, dabei beträgt der Verpressgrad der Querschnittfläche 12 % bis 14 %.
Die Stahlseele ist mit einer Schmierstoffschicht 0,3 mm bis 0,7 mm umhüllt, die hochtemperaturbeständig ist.
Die Erfindung ermöglicht die Verwendung der neu entwickelten hochfesten hochtemperaturbeständigen Leitungen für die Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie mit einer Nennwechselspannung 35 kV und darüber und einer Nennfrequenz von 50 Hz, welche eine Leitungsbetriebstemperatur von 210 °C bei maximalen Werten des durchfließenden Stroms zulassen. Dies ermöglicht, die Effizienz von Starkstromfreileitungen durch die Steigerung der pro Zeiteinheit übertragenen Elektroenergie wesentlich zu erhöhen, Sach- und Finanzkosten bei der Ausführung von Starkstromfreileitungsprojekten in Regionen mit komplizierten geographischen und meteorologischen Verhältnissen zu senken und Projekte von Starkstromfreileitungen mit erhöhtem Niveau des Umweltschutzes auszuführen.
Bei neu zu errichtenden Starkstromfreileitungen wird die Verwendung der erfindungsgemäßen hochfesten und hochtemperaturbeständigen Leitungen helfen, durch die erhöhte Standfestigkeit in Bezug auf Klimaeinwirkungen (Eislast und Wind) die Schadens- und Unfallhäufigkeit wesentlich zu reduzieren sowie den Preis der Starkstromfreileitungen durch Vergrößerung der Spannweiten und die Reduzierung der Anzahl von Zwischenmasten zu senken.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von zumindest teilweise in der Figur dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Leitung.

Wie aus 1 zu ersehen ist, weist die erfindungsgemäße Stahl-Aluminium-Leitung eine zentrale Stahlseele 1 auf, welche aus verzinkten Stahldrähten hergestellt und über die Drahtoberfläche plastisch verformt ist. Die plastische Verformung erfolgt während des Verseilvorganges. Die Stahlseele ist mit einer Zinkschichtdicke für besonders schwierige Umweltbedingungen versehen und weist eine Zugfestigkeit von mindestens 1860 (190) N/mm² (Kilopond/mm²) auf.
Die Stahlseele 1 ist mit einer Schmierstoffschicht 4 mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,3 mm bis 0,7 mm umhüllt, die hochtemperaturbeständig ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel bis 210 °C.
Die verzinkte Stahlseele 1, die mit linearer, lagenweiser Berührung der Drähte ausgeführt ist, ist über ihre Drahtaußenflächen plastisch verformt und der Verpressgrad der Seelenquerschnittfläche beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 12 %, ebenso ist ein Verpressgrad bis zu 14 % möglich.
Um die Stahlseele 1 herum sind der Reihe nach gegenläufig gerichtete Verseillagen 2 und 3 angeordnet - eine erste Verseillage 2 aus keilförmigen (trapezförmigen) Alu-Drähten und eine zweite Verseillage 3 aus Alu-Drähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt - dabei sind die Außenoberflächen der Alu-Drähte mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt plastisch verformt, der Verpressgrad der Querschnittfläche beträgt 12 % bis 14 %.
Die Verseillagen 2 und 3 sind gegenläufig angeordnet.
Wie in 1 zu ersehen ist, ist der keilförmige Querschnitt der ersten Verseillage 2 in Richtung der Stahlseele (1) verjüngend ausgebildet.
Die Aluminiumdrähte der ersten Verseillage 2 und der zweiten Verseillage 3 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Aluminiumlegierung mit 0,22 bis 14 Gew.% Zirkonium.
Innerhalb der Stahlseele 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Datenleiter 5 angeordnet, welcher in eine rohrförmige Einlage eingebracht ist. Der Datenleiter 5 kann beispielsweise ein Glasfaserleiter oder ein Kupferleiter sein.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Variation und Kombination der genannten Merkmale weitere Ausführungsvarianten der Erfindung zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014101833 B4 [0003]

Claims

Stahl-Aluminium-Leitung umfassend eine über die Drahtoberfläche plastisch verformte, verzinkte Stahlseele (1), eine die Stahlseele (1) umgebende erste Verseillage (2) aus Aluminiumdrähten mit keilförmigem Querschnitt und eine die erste Verseillage (2) umgebende zweite Verseillage (3) aus über die Außenfläche der Leitung plastisch verformten Aluminiumdrähten mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt, wobei die Verseillagen (2) und die Verseillagen (3) gegenläufig angeordnet sind.
Stahl-Aluminium-Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlseele (1) mit einer Schmierstoffschicht (4) umhüllt ist, welche hochtemperaturbeständig ist und eine Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 0,7 mm aufweist.
Stahl-Aluminium-Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keilförmige Querschnitt der ersten Verseillage (2) sich in Richtung der Stahlseele (1) verjüngend ausgebildet ist.
Stahl-Aluminium-Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumdrähte der ersten Verseillage (2) und/oder der zweiten Verseillage (3) eine Aluminiumlegierung mit 0,22 bis 14 Gew.% Zirkonium sind.
Stahl-Aluminium-Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressgrad der Seelenquerschnittsfläche der Stahlseele (1) 12 % bis 14%% und die Zugfestigkeit mindestens 1860 (190) N/mm² (Kilopond/mm²) beträgt.
Stahl-Aluminium-Leitung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stahlseele (1) ein Datenleiter (5) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Stahl-Aluminium-Leitung umfassend die folgenden Verfahrensschritte - Herstellen einer Stahlseele durch Verwinden von verzinkten Stahldrähten und plastische Verformung der Stahlseele über deren Drahtoberfläche, - Aufbringen einer ersten Verseillage aus Aluminiumdrähten mit keilförmigem Querschnitt auf die Stahlseele in einer ersten Verseilrichtung - Aufbringen einer zweiten Verseillage aus Aluminiumdrähten mit kreisförmigem Querschnitt auf die erste Verseillage in einer zweiten Verseilrichtung, wobei - die erste Verseilrichtung gegenüber der zweiten Verseilrichtung gegenläufig ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Stahlseele vor Aufbringen der ersten Verseillage eine Schmierstoffschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 0,7 mm aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung der Stahlseele durch Verpressen mit einem Verpressgrad der Seelenquerschnittsfläche der Stahlseele im Bereich von 12 % bis 14 % erfolgt.
Verwendung einer nach Anspruch 7 hergestellten und in Anspruch 1 charakterisierten Stahl-Aluminium-Leitung für nicht isolierte hochfeste, hochtemperaturbeständige Starkstromleitungen für die Übertragung und Verteilung von Elektroenergie mit einer Nennwechselspannung von 35 kV und darüber und einer Nennfrequenz von 50 Hz, welche eine Leitungsbetriebstemperatur von 210 °C bei maximalen Werten des durchfließenden Stroms zulassen.