專利名稱：銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電線電纜，尤其是指銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜。
背景技術(shù)：
導(dǎo)體是電線電纜產(chǎn)品進(jìn)行電流或電磁波信息傳輸功能的最基本的必不可少的主要構(gòu)件。銅、鋁等金屬材料導(dǎo)電性能優(yōu)良，因此，目前電線電纜均采用銅、鋁作為導(dǎo)體材料。電線電纜制造行業(yè)是一個(gè)材料精加工和組裝的行業(yè)。一是材料用量巨大，線纜產(chǎn)品中的材料費(fèi)用要占制造總成本的70-90％；二是所用材料的類別、品種非常多，性能要求特別高，如導(dǎo)體用銅，要求銅的純度要在99.95％以上，有的產(chǎn)品要采用無氧高純銅；而導(dǎo)體材料又占了整個(gè)電纜材料成本的70～80％。近年來世界銅價(jià)持續(xù)上漲，目前已經(jīng)達(dá)到53220元/噸，致使銅導(dǎo)體材料占總材料成本的比例上升到80～95％。電纜制造成本居高不下，采用新型材料替代純銅勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，導(dǎo)體的直流電阻能完全符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對導(dǎo)體直流電阻的要求，并使電纜的載流量滿足使用要求。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是方案一對電力電纜產(chǎn)品，采用銅包鋁或銅包鋁材料進(jìn)行導(dǎo)體的生產(chǎn)，對于70mm2以上截面規(guī)格導(dǎo)體，內(nèi)芯采用銅包鋁或銅包鋼材料，鄰?fù)鈱雍屯鈱硬捎眉冦~材料，根據(jù)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)理論，通過計(jì)算，確定代用材料的結(jié)構(gòu)尺寸，在導(dǎo)體中，部分采用銅包鋁材料替代純銅，適當(dāng)增加銅包鋁或銅包鋁線的體積，同時(shí)通過絕緣材料的選用來提高導(dǎo)體的工作溫度，使制造出的電纜在相同的使用條件和環(huán)境下，電纜的載流量能滿足使用要求。
方案二對于布電線產(chǎn)品，全部用銅包鋁或銅包鋼導(dǎo)體線代替純銅線，根據(jù)實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，47*0.24結(jié)構(gòu)的銅包鋁線導(dǎo)體的直流電阻為13.3Ω/km，與純銅絲組成的1.5mm2的導(dǎo)體的直流電阻相同，完全可以替代純銅絲1.5mm2導(dǎo)體，剔除由于銅包鋁線導(dǎo)體造成的外徑增大造成的絕緣材料增加因素，可比原來的生產(chǎn)成本降低20％，而使用性能與純銅線導(dǎo)體電線相同。
方案三對于50mm2以下截面規(guī)格導(dǎo)體，全部用銅包鋁或銅包鋼導(dǎo)體線代替純銅線。
方案四用于頻率高于50Hz的電線電纜，還可以采用空心或使用非金屬材料填充。
方案五對于150mm2以上截面規(guī)格導(dǎo)體，采用多個(gè)非金屬隔離結(jié)構(gòu)，例如一變二芯，以降低集膚效應(yīng)的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、直流電阻率銅包鋁線的電阻率比純銅線大，約為純銅線的1.5倍，在阻值相同時(shí)，銅包鋁線重量約為純銅線的1/2。根據(jù)集膚效應(yīng)計(jì)算，在5MHz以上高頻時(shí)，電阻率與純銅線相同。
2、良好的焊接性銅包鋁線由于其表面同心的包覆了一層純銅，因此具有跟純銅線一樣的可焊性。
3、重量輕銅包鋁線的比重僅為純銅線的37％-40％，在線徑、重量相等的情況下，其長度是純銅線的2.5倍，由此大大降低了生產(chǎn)成本，購買1噸銅包鋁線相當(dāng)于購買了2.5噸純銅線；使用1000kg銅包鋁線和使用2500kg純銅裸線相比，可節(jié)約成本約70000元(53.2元/kg×1000kg×2.5倍-63元/kg×1000kg＝70000元)。所以，使用銅包鋁線替代純銅線，能夠大幅度節(jié)約原材料成本。是替代純銅導(dǎo)線的理想產(chǎn)品。
4、降低交流電阻(1)交流電阻是電纜載流量的主要依據(jù)，根據(jù)集膚效應(yīng)的原理，單根導(dǎo)線的表面，其單位面積通過的電流比導(dǎo)線的圓心單位面積通過的電流要大，也就是說，大截面導(dǎo)體的圓心，在相同導(dǎo)體組成的圓面積內(nèi)，圓心比圓周通過的電流要小，所以把圓心導(dǎo)體與圓周導(dǎo)體用不同的金屬組成是最合理、最經(jīng)濟(jì)的。
(2)影響交流電阻指標(biāo)除直流電阻、集膚效應(yīng)外，還有鄰近效應(yīng)，與相同直流電阻的銅導(dǎo)體相比，采用銅包鋁材料后，會(huì)使導(dǎo)體總截面增加一部分，因此也改善了電纜的散熱條件，增加了散熱面積，而鋁的導(dǎo)熱系數(shù)與銅相近，在同等的材料成本條件下，交流電阻的指標(biāo)要經(jīng)濟(jì)得多。
5、具有良好的耐腐蝕性，鋁比銅易腐蝕，但由于銅包鋁材料已經(jīng)完全冶金化，鋁完全被銅所包覆，不會(huì)被水、空氣接觸，完全達(dá)到與銅一樣的性能。
6、銅和鋁都是非磁性材料，不需要隔磁，也不會(huì)產(chǎn)生渦流。
7、銅包鋁與銅相比，重量輕，線質(zhì)柔軟，易于加工，方便運(yùn)輸。
8、成本低，與相同技術(shù)指標(biāo)的銅芯電纜相比，約節(jié)約成本25％。
9、純鋁的抗拉強(qiáng)度比銅差，但采用一種特殊的銅包鋁材料和工藝上的改進(jìn)，可以達(dá)到相同的指標(biāo)。
銅包鋁線較之純銅導(dǎo)線相比，除具備純銅導(dǎo)線的所有技術(shù)指標(biāo)外，還具有重量輕，便于制造、運(yùn)輸、安裝，大大降低了電纜的成本。
中國是世界上用銅第一大國(超過美國和日本)，中國的電纜產(chǎn)量是世界第一。近年來，使用銅導(dǎo)體電纜與鋁導(dǎo)體電纜的比例由十年前的2∶8變?yōu)楝F(xiàn)在的8∶2，而中國的銅自給率只達(dá)到50％。按照目前中國電纜消耗300萬噸計(jì)算，推廣使用這項(xiàng)技術(shù)，使這種導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電纜占到整個(gè)電纜市場的50％，可節(jié)約成本近300億元，不僅可帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是會(huì)間接影響全國乃至世界的用銅量，減少中國的銅進(jìn)口量，還可以絕對使銅的期貨價(jià)格下跌。
四
圖1是一種單芯銅包鋁導(dǎo)體的電線電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是另一種單芯銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是一種三加一芯銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是另一種三加一芯銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)示意圖。
圖中1、絕緣層，2、銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，3、銅導(dǎo)體，4、無紡布，5、內(nèi)護(hù)套，6、鎧裝，7、護(hù)套。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本發(fā)明再作描述。
參見圖1，一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，絕緣層內(nèi)為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體。
參見圖2，一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體鄰?fù)鈱雍屯鈱訛殂~導(dǎo)體。
參見圖3，一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，為多芯電纜，絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，多個(gè)絕緣線芯成纜后包以無紡布，無紡布外為內(nèi)護(hù)套，內(nèi)護(hù)套外具有鎧裝，鎧裝外為護(hù)套。
參見圖4，一種銅包鋁導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，為多芯電纜，絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體鄰?fù)鈱雍屯鈱訛殂~導(dǎo)體，多個(gè)絕緣線芯成纜后包以無紡布，無紡布外為內(nèi)護(hù)套，內(nèi)護(hù)套外具有鎧裝，鎧裝外為護(hù)套。
如圖5所示，直流電可以在導(dǎo)體中作為均勻分布，并在導(dǎo)體外建立了均勻分布的電磁場，在交流情況下，電流則集中在導(dǎo)體表面流動(dòng)，導(dǎo)體中心，電流密度很小，稱集膚效應(yīng)。
從圖5中可見，ΔI左向增量時(shí)，磁通用×·表示，為了阻止磁通增大，就建立了反向電流I1，該電流是導(dǎo)體表面電流增變化，就建立了反向電流I2，該電流仍使導(dǎo)體表面電流增大，導(dǎo)體中心電流減小，對小截面電纜集膚效應(yīng)并不嚴(yán)重，對大截面電纜，就一定要采取分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)了。鄰近效應(yīng)是由于三相導(dǎo)體中電流不同相、正負(fù)方向電流有互相吸引的作用，由于三芯電纜導(dǎo)體間距離很近，就必須考慮鄰近效應(yīng)而使交流電阻增大的因素。
實(shí)施例只舉了電纜的單芯結(jié)構(gòu)和3+1芯結(jié)構(gòu)，還有2芯、3芯、4等芯、4+1芯、5等芯結(jié)構(gòu)以及扁形結(jié)構(gòu)和同芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(對5芯電纜而言)，導(dǎo)體的形狀除了圓形和扇形外，還有瓦型結(jié)構(gòu)，鎧裝有鋼絲鎧裝和鋼帶鎧裝。
集膚效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算如將YJV 8.7/10kV電纜有關(guān)參數(shù)帶入計(jì)算見表1。
表1 集膚效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算
從表1中可見，銅、鋁芯電纜25mm2及以下導(dǎo)體截面時(shí)，集膚效應(yīng)系數(shù)ys在0.0001及以下，及萬分之一以下，應(yīng)該可以忽略了，電纜截面達(dá)到630mm2時(shí)，ys已達(dá)到6％(銅)和2.2％(鋁)，對銅導(dǎo)體已很大了，故800mm2及以上的銅導(dǎo)體最好采用分割導(dǎo)體。
鄰近效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算如將8.7/10kV，銅、鋁芯、單芯、三芯電纜有關(guān)參數(shù)帶入計(jì)算見表2表2 8.7/10kV鄰近效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算
從表2中可見，單芯電纜的鄰近效應(yīng)很小，630mm2單芯電纜可達(dá)1.37％也不是很大，三芯電纜的鄰近效應(yīng)較大，但對25mm2及以下導(dǎo)體可以忽略，對630mm2三芯銅導(dǎo)體電纜的鄰近效應(yīng)已高達(dá)7.35％，鋁芯要好些，故三芯電纜由于鄰近效應(yīng)大，交流電阻就比單芯電纜大。
權(quán)利要求
1.一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，其特征在于絕緣層內(nèi)為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體。
2.一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，其特征在于絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體鄰?fù)鈱雍屯鈱訛殂~導(dǎo)體。
3.一種銅包鋁導(dǎo)體的或銅包鋼導(dǎo)體電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，為多芯電纜，其特征在于絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，多個(gè)絕緣線芯成纜后包以無紡布，無紡布外為內(nèi)護(hù)套，內(nèi)護(hù)套外具有鎧裝，鎧裝外為護(hù)套。
4.一種銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，為多芯電纜，其特征在于絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體鄰?fù)鈱雍屯鈱訛殂~導(dǎo)體，多個(gè)絕緣線芯成纜后包以無紡布，無紡布外為內(nèi)護(hù)套，內(nèi)護(hù)套外具有鎧裝，鎧裝外為護(hù)套。
全文摘要
一種銅包鋁導(dǎo)體的電線電纜，它包括絕緣層，一層絕緣層為一芯，為多芯電纜，絕緣層內(nèi)導(dǎo)體中心為銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體，銅包鋁導(dǎo)體或銅包鋼導(dǎo)體鄰?fù)鈱雍屯鈱訛殂~導(dǎo)體，多個(gè)絕緣線芯成纜后包以無紡布，無紡布外為內(nèi)護(hù)套，內(nèi)護(hù)套外具有鎧裝，鎧裝外為護(hù)套。導(dǎo)體的直流電阻能完全符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對導(dǎo)體直流電阻的要求，并使電纜的載流量滿足使用要求。
文檔編號(hào)H01B7/17GK101060024SQ20061005050
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者虞一杰, 鄒志波, 張志立 申請人:興樂集團(tuán)有限公司