一种复合型铝合金节能架空绝缘电缆.pdf

本发明公开了一种复合型铝合金节能架空绝缘电缆，该铝合金架空绝缘电缆是由导体和绝缘层组成。导体由高强度铝合金线LHA1为芯层，高强度铝合金具有优越的综合力学性能和良好的导电性，已经开始应用于高强度、大跨越、大容量的架空绞线，铝合金芯铝绞线因为没有钢芯，在交流线路工程中不存在磁滞损耗和涡流损耗，综合经济效益好。外面绞合中强度铝合金线LHA3。中强度铝合金抗拉强度稍低于高强度铝合金，但其导电率为58.5%，较高强度铝合的52.5%，提高了6%。大幅提高了导线的输电性能。

权利要求书1.  一种复合型铝合金节能架空绝缘电缆，包括导体和绝缘层，其特征在于：所述导体包括高强度铝合金线LHA1为内芯层；及外面绞合中强度铝合金线LHA3为中间层。 2.  根据权利要求1所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述内芯层采用53%的IACS高强度铝合金线；所述中间层采用58.5%的IACS中强度铝合金线。 3.  根据权利要求1所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述绝缘层采用黑色耐候性交联聚乙烯绝缘最外层。 4.  根据权利要求1所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述内芯层是采用三步法制备高强度铝合金线；所述三步法包括：先铸成线锭、进而热轧成杆、然后进行固熔化热处理和淬火。 5.  根据权利要求1所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述内芯层是采用一步法连铸连轧一个过程获得高强度铝合金杆。 6.  根据权利要求5所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述一步法连铸连轧包括工艺： 1）将铝和添加元素进入熔化工艺；将添加元素熔化处理、精炼和搅拌后保温； 2）铝合金的连续除气和过滤后连铸工艺，后经过加热、连轧、淬火； 3）绕杆、放杆后拉线处理，人工时效后得到成品线。 7.  根据权利要求6所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：步骤1）中，熔化工艺是在快速熔化炉中进行的，快速熔化炉的熔化速度要求达5 t/h以上。8.  根据权利要求6所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：步骤2）中，在保温炉内进行药剂除气精炼, 再到连续除气装置进行连续除气精炼，要求除气要彻底，除气精炼后, 氢的含量要控制在0. 10～ 0.12ml/100g 。 9.  根据权利要求5所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述高强度铝合金最终成份为：Si：0.55-0.65%、Fe：0.18-0.25%、Mg：0.55-0.70%、铜：0.05-0.08、B：0.01-0.06、 RE：0.05-0.15%、V+Ti+Cr+Mn=0.015%， AL 99.86%，其余每样≤0.01%。 10.  根据权利要求5所述的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其特征在于：所述中强度铝合金最终成份为：Si：0.4-0.60%、Fe：0.10-0.16%、Mg：0.35-0.50% 、铜： ≤0.01-0.06% 、B：0.01-0.06% 、RE：0.05-0.15%、V+Ti+Cr+Mn=0.015%， AL 99.86%，其余每样≤0.01%。

说明书一种复合型铝合金节能架空绝缘电缆
技术领域
本发明涉及一种架空绝缘电缆，属于电力电缆工业技术领域，特别是涉及一种复合型铝合金节能架空绝缘电缆。
背景技术
架空绝缘电缆具有一系列优点，如缩小电缆交叉处的间距和平行间距、敷设方便、灵活性高、减少占用的空间，大大减少因线路故障引起的停电次数和触电事故，提高电网的安全性和可靠性等。
目前，随着电线电缆应用的广泛，对电缆的质量要求也在不断的提高。但是，传统的铝芯、钢芯铝绞线线架空绝缘电缆具有以下缺点：
铝芯：抗拉强度小，无法实现大跨距架设。安全性能差，铝线的伸长率1%-1.5%。
1）钢芯铝绞线中的钢线比重大，密度大约为铝合金的3倍，增加了导线重量；
2）钢线是铁磁材料，电阻率低，因此在主要起到承力的作用，在交流线路中基本不输送电流，反而会引起磁滞和涡流损耗；
因此，对于架空绝缘电缆仍需要进一步改进其结构及组成的必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，导体由高强度铝合金线LHA1为芯层，铝合金芯铝绞线因为没有钢芯，在交流线路工程中不存在磁滞损耗和涡流损耗，综合经济效益好；外面绞合中强度铝合金线LHA3，大幅提高了导线的输电性能。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种复合型铝合金节能架空绝缘电缆，包括导体和绝缘层，所述导体由高强度铝合金线LHA1为内芯层，外面绞合中强度铝合金线LHA3为中间层。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述内芯层采用53%的IACS高强度铝合金线；所述中间层采用58.5%的IACS中强度铝合金线。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述绝缘层采用黑色耐候性交联聚乙烯绝缘最外层。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述内芯层是采用三步法制备高强度铝合金线；所述三步法包括：先铸成线锭、进而热轧成杆、然后进行固熔化热处理和淬火。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述内芯层是采用一步法连铸连轧一个过程获得高强度铝合金杆。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述一步法连铸连轧包括工艺：
1）将铝和添加元素进入熔化工艺；将添加元素熔化处理、精炼和搅拌后保温；
2）连续除气和过滤后连铸工艺，后经过加热、连轧、淬火；
3）绕杆、放杆后拉线处理，人工时效后得到成品线。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，步骤1）中，熔化工艺是在快速熔化炉中进行的，快速熔化炉的熔化速度要求达5 t/h以上。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，步骤2）中，在保温炉内进行药剂除气精炼, 再到连续除气装置进行连续除气精炼。要求除气要彻底。除气精炼后, 氢的含量要控制在0. 10～ 0.12ml/100 g 。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述高强度铝合金最终成份为：Si：0.55-0.65%、Fe：0.18-0.25%、Mg：0.55-0.70%、铜：0.05-0.08 、B：0.01-0.06、 RE：0.05-0.15%、V+Ti+Cr+Mn=0.015%， AL 99.86%，其余每样≤0.01%。
本发明的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，所述中强度铝合金最终成份为：Si：0.4-0.60%、Fe：0.10-0.16%、Mg：0.35-0.50% 、铜： ≤0.01-0.06% 、B：0.01-0.06% 、RE：0.05-0.15%、V+Ti+Cr+Mn=0.015%， AL 99.86%，其余每样≤0.01%。
借由上述技术方案，本发明具有的优点和有益效果是：
1、采用正规同心绞合排列方式为1+6+12+18。采用紧压结构，紧压系数不小于0.9。导体紧密，具有良好的纵向阻水效果；
2、多层股线为同心、一次绞制而成。最外层绞向为左向，相邻层绞向相反。任何层的节径比都不大于近邻内层的节径比；
3、导线绞制紧密，绞合后所有的单线都能够自然地处于各自的位置，当切断时，各线端能够保持在原来的位置或很容易用手复位；
4、导线表面无过量的拉摸用润滑油、金属颗粒及粉末，没有肉眼可见划痕、压痕等，没有腐蚀发黑、发灰现象；没有与良好的商品不相称及与本工程工艺质量要求不相符合的任何缺陷；
5、铝合金线在工厂内贮藏足够长的时间，以确保中强度铝合金线和高强度铝线处于同样的温度绞合；
6、导线适合于张力架线，成品绞线在切割后无明显的回扭或松股，绞合紧密均匀、不缺股、不跳线、不断股，不压扁等现象；
7、外层铝线没有接头，内层不允许存在缺陷所致的接头。内层圆铝线按规定要求接头数不超过4个，任意两个接头间的距离不小于15m，接头用冷焊机压接，接头处光滑圆整，中强度铝合金线接头强度≥180MPa；铝合金线接头强度≥240MPa。
附图说明
图1是复合型铝合金节能架空绝缘电缆的结构示意图。
图2是Al-Mg-Si合金生产工艺流程图。
10：内芯层；
20：中间层；
30：绝缘层。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明的的复合型铝合金节能架空绝缘电缆，其结构主要包括：导体和绝缘层30，该导体是由高强度铝合金线LHA1为内芯层10、外面绞合中强度铝合金线LHA3为中间层20组成。该绝缘层30采用黑色耐候性交联聚乙烯绝缘最外层。
该高强度铝合金内芯层10具有优越的综合力学性能和良好的导电性，已经开始应用于高强度、大跨越、大容量的架空绞线，铝合金芯铝绞线因为没有钢芯，在交流线路工程中不存在磁滞损耗和涡流损耗，综合经济效益好。
该中强度铝合金线LHA3中间层20的抗拉强度稍低于高强度铝合金，但其导电率为58.5%，较高强度铝合金的52.5%，提高了6%，大幅提高了导线的输电性能。
请参阅图2所示，本发明的高强度铝合金线内芯层10可以采用三步法制备高强度铝合金线；该三步法包括：先铸成线锭、进而热轧成杆、然后进行固熔化热处理和淬火。但现在各国均采用一步法经连铸连轧一个过程获得要求的高轻度铝合金杆，工艺过程如图2中所示。
该一步法连铸连轧工艺包括，以下百分含量均为重量百分比：
1）将铝（98%）和添加元素（0.6%重量Mg、0.6%重量Si和加入适量的Ce或La为主的混合稀土金属）加入快速熔化炉进行熔化工艺，快速熔化炉的熔化速度要求达5 t/h以上；其中，熔炼温度：不大于760℃；保温静置温度：720-730℃；出炉温度：720-730℃；出锭温度：约500℃；将添加元素分别经过熔化、精炼处理，其中，精炼温度：730-740℃，精炼剂加入量：炉料量0.3-0.4%；搅拌后保温（保温静置时间：约40分钟）；
2）铝合金的连续除气（氮气用量：约2-3N m3/h）和过滤后连铸工艺（浇铸速度：为纯铝浇铸的80-90%；浇铸冷却水：进水温度：不小于30℃。水压：不小于3帕。冷却水用量（较纯铝为少）；内冷水 约35M3/h；外冷水 约15 M3/h。），后经过加热、连轧、淬火；铸锭进轧温度：470℃；杆终轧温度：360℃以上；经水冷后杆温：100℃以下。轧制乳化液温度：>60℃；冷却水压：<3帕；压缩空气压力：<4Kg/cm2  。
铝合金的除气精炼是在保温炉内进行药剂除气精炼, 再到连续除气装置进行连续除气精炼。铝镁硅合金熔液在浇铸冷却时易产生偏析, 对浇铸温度的控制和冷却水的冷却方式及温度有很严格的要求。连铸时要求水量大小能根据工艺要求自动控制, 冷却水温不得超过40℃；如果超过就得靠冷却塔降温。
3）绕杆、放杆后拉线处理，人工时效后得到成品线。人工时效加热温度范围比较窄，故生产时力求加热均匀。为此炉内各点温度差要求为±3℃。人工时效控制时效温度约155℃±3℃；时效时间3.5-4小时。
以下分别介绍工艺中的材料特征及工艺参数特征。
一、合金成分配比
0.6%重量Mg、0.6%重量Si和加入适量的Ce或La为主的混合稀土金属，稀土的加入一般可起到微合金花的作用，一定的除氢、精炼净化的作用、细化晶粒、变质的作用，还有提高导电率的作用。
高强度铝合金内芯层10的最终成份为：Si：0.55-0.65%、Fe：0.18-0.25%、Mg：0.55-0.70%、铜：0.05-0.08 、B：0.01-0.06、 RE：0.05-0.15%、V+Ti+Cr+Mn=0.015%， AL 99.86%，其余每样≤0.01%。
中强度铝合金中间层20的最终成份为：Si：0.4-0.60%、Fe：0.10-0.16%、Mg：0.35-0.50% 、铜： ≤0.01-0.06% 、B：0.01-0.06% 、RE：0.05-0.15%、V+Ti+Cr+Mn=0.015%， AL 99.86%，其余每样≤0.01%。
二、熔铸工艺参数
熔炼温度：不大于760℃；精炼温度：730-740℃。
保温静置温度：720-730℃；出炉温度：720-730℃；出锭温度：约500℃。
精炼剂加入量：炉料量0.3-0.4%；保温静置时间：约40分钟；氮气用量：约2-3N m3/h。
浇铸速度：为纯铝浇铸的80-90%；浇铸冷却水：进水温度：不小于30℃。水压：不小于3帕。
冷却水用量（较纯铝为少）；内冷水 约35M3/h；外冷水 约15 M3/h。
三、工艺参数及铝合金杆性能
铸锭进轧温度：470℃；杆终轧温度：360℃以上；经水冷后杆温：100℃以下。
轧制乳化液温度：>60℃；冷却水压：<3帕；压缩空气压力：<4Kg/cm2  。
四、人工时效处理
人工时效加热温度范围比较窄，故生产时力求加热均匀。为此炉内各点温度差要求为±3℃。
人工时效控制时效温度约155℃±3℃；时效时间3.5-4小时。
五、各步骤的控制要点
5.1 铝合金的熔炼
快速熔化炉的熔化速度要求达5 t/h以上, 要给保温炉留出足够的时间进行铝合金搭配、快速分析、精炼及静置处理。
5.2 铝合金的配比控制
铝-镁-硅系合金没有三元化合物,只有两个二元化合物, 即Mg2Si 和Mg2Al3。从强化效果考虑, 铝合金中硅的含量应过剩一些。
Mg、Si元素在铝合金中形成稳定的Mg2Si 强化金相结构, 尤其不得使Si元素游离在铝合金中。所以, 铝镁硅合金的关键技术就是一个Mg、Si 加入量的配比控制问题。而镁是一种遇高温就会燃烧的金属, 在投料时，将镁锭装特制工具用，迅速完全浸入铝合液中，来回搅拌，隔绝空气，减少烧损，使之与铝液充分相溶。
5.3 铝合金的除气精炼
在保温炉内进行药剂除气精炼, 再到连续除气装置进行连续除气精炼。要求除气要彻底。除气精炼后, 氢的含量要控制在0. 10～ 0.12ml/100 g 。
5.4 连铸连轧的控制
铝镁硅合金熔液在浇铸冷却时易产生偏析, 对浇铸温度的控制和冷却水的冷却方式及温度有很严格的要求。连铸时要求水量大小能根据工艺要求自动控制, 冷却水温不得超过40℃；如果超过就得靠冷却塔降温。
5.5 终轧淬火
铝合金铸锭经轧制成铝合金杆后, 铝合金杆还必须通过高温下的淬火工艺处理, 使合金中的Mg2Si 相能稳定的固熔在铝合金中。因此，铝合金杆的终轧温度必须保持在360℃以上, 以便满足连续淬火处理。同时淬火后铝合金杆的成圈温度必须降低到100℃以下, 以免铝合金杆在高温下加速自然时效。
该绝缘层30挤包黑色候性交联聚乙烯绝缘。采用挤压式模具挤出，结构紧密，绝缘强度可靠，外表圆整均匀，具有横向阻水效果。
表1：挤出机温度控制范围

成型电缆在100℃蒸汽房内温水交联6～10小时。使聚乙烯分子从线结构转变为立体网状结构，分子结构更加稳定，提高绝缘的电气性能、机械性能和安全性能。
本发明的复合型铝合金架空绝缘电缆具有的优点如下：
复合型铝合金绞线整体拉断力较高，具有较好的弧垂特性和过载覆冰能力，铁塔的数量和高度可降低。为非铁磁材料，避免了铁损，又能保证整体强度，降低导线重量。高强度铝合金线伸长率为3.0%，中强度铝合金线伸长率为3.5%，是铝线的伸长率1%-1.5%的2倍以上，因而具有优良的过载能力及疲劳特性。提高输电线路的安全性。外层是导电率为58.5%的中强度铝合金线，内层为导电率为52.5%的高强度铝合金线，根据电线电缆“趋肤效应”计算，在5MHz以上高频时，导电率与中强度铝合金线相当。
表1：铝合金与镀锌钢丝及电工硬铝的性能对比。

表2  铝芯、铝合金芯架空绝缘电缆技术参数（见下页所示）。
另外，本发明的铝合金线可应用于以下线路工程：
1、线路有较高的防腐要求，对导线价格比较敏感，交流输送功率大、利用小时数高时，建议优先选用铝合金芯铝绞线，充分利用其防腐性能好、价格低、电阻低的优势；
2、线路防腐和防振要求高，运行条件较差，大高差大档距较多，路径顺直，耐张塔比例低、交跨物少时，充分利用其防腐防振性能和弧垂特性好的优势；
3、复合型铝合金架空绝缘电缆的电气性能和运行可靠性有明显改善，因此其适用性非常广泛。基本上能够采用常规导线的新建线路，均能采用该电缆。
根据中国电力企业联合会统计数据，2010年我国全年售电量为26891亿千瓦时，线路损耗电量为1710亿千瓦时，若20％的线路工程采用节能导线，损耗按降低3％计，日均节能281万千瓦时，则每年输电损耗可减少10.26亿千瓦时，折合标准煤41万吨，减少二氧化碳排放99.9万吨，减少二氧化硫排放3万吨，减少氮氧化物排放1.5万吨。
除此之外，节能型线由于表面光洁电晕减少、无线电干扰和可听噪声降低等能够产生环境效益；风荷载小从而风偏、塔头以及走廊宽度压缩能够带来土地节约的效益；耐腐蚀、耐振动、抗冰雪等性能降低了事故概率和维护强度，保证可靠供电，减少停电损失，这些都是采用该技术的社会效益。
随着国家对节能环保日益重视，倡导利用新技术、新材料改造传统的工艺、设备生产节能产品。为此，国家电网公司也对电网线路建设提出了“两型三新”的要求。节能型线对我国电网装备制造业技术升级，提高输送效率，减少线路损耗，实现环境友好等方面都有着巨大的社会效益。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。


300 34 20.8 2.2 0.6 3.4 27.2 0.100 0.104 0.107 0.116 43349 55688 65550 75411 400 53 23.2 2.2 0.6 3.4 30.7 0.078 0.081 0.083 0.0904 55707 74251 87400 100548