本發(fā)明涉及導線融冰技術領域，具體是一種自融冰導體及其融冰設備。

(二)

背景技術：

隨著社會經濟的發(fā)展，國家電力、通信等線路的需求不斷增加，在不斷增加電力負荷應用的環(huán)境下，對裸露在外的線路，特別是電力線路的要求愈來愈高。而在寒冷的冬季，不少地區(qū)的線路都會結冰，造成線路的損壞。當結冰超過線路的承受力時，還會發(fā)生斷線等嚴重事故。所以，冬季的電力線路或其他線路的除冰是必不可少，十分重要的。

現有自融冰導線都需要加入可以通過電源加熱的材料，使用加熱材料時，加熱材料需要有專門的導線連接到加熱電源。此外，由于現有自融冰導線需要有與加熱電源連接的專門導線，導致現有自融冰導線在分割時很不方便。

申請?zhí)枮镃N201210395025.7的《新型低溫紅外線加熱自動除冰避雷線》，將一種新型可產生低溫紅外線熱能的導電聚酯纖維制成的輔助加熱導線與普通避雷線相結合，并鉸纏于鋼鉸線的中央。將輔助電源加載到這種輔助加熱導線上，輔助加熱導線便產生低溫紅外線熱能，使鋼鉸線溫度升高，達到防止或自動除覆冰的目的。但是該方法制作的導線，使用時不便于任意長度分割，且發(fā)熱使用的加熱電源的導體為加熱專用導體，不好維護。申請?zhí)朇N201510400177.5的《除冰碳纖維高低壓架空電纜》，除冰碳纖維高低壓架空電纜，包括高壓電纜，高壓電纜由內部的高壓電纜線和表面的絕緣層組成，高壓電纜的絕緣層表面設置碳纖維發(fā)熱線。通過在高壓電纜表面設置可通電發(fā)熱的碳纖維發(fā)熱線，利用碳纖維將電能轉換為熱量，從而保證高壓電纜在嚴寒地區(qū)或冬季中正常運行。但是該方法制作的導線，同樣在使用時不便于任意長度分割，且發(fā)熱使用的加熱電源的導體為加熱專用導體，不好維護。

(三)

技術實現要素：

本發(fā)明的目的，是針對現有技術的不足，設計一種采用導體本身結構作為加熱電源導體的自融冰導線，同時設計連接在自融冰導線上的自動融冰設備，自動完成導體線路的融冰工作。本發(fā)明的加熱電源導線可以任意分割，便于維護。

本發(fā)明的目的是這樣達到的：

一種自融冰導體及其融冰設備，其特征在于：采用導體本身結構的一部分作為加熱元件的自融冰導體，融冰設備直接連接到自融冰導體的內導體、外導體上。

自融冰導體采用同軸電纜形式，包括外導體，加熱材料，內導體。內導體為圓柱狀金屬，加熱材料是正溫度系數效應的發(fā)熱材料，加熱材料包圍在內導體外邊，將內導體外周完全包圍，使得內外導體完全隔離，避免內外導體短路。加熱材料內表面和內導體外表面完全接觸，加熱材料外表面和外導體內表面完全接觸。外導體包圍在加熱材料外邊。

內導體為單根金屬線或者金屬絞線或者內嵌光纖的金屬管或者單根合金線或者合金絞線。外導體是金屬管或者合金管或者金屬絞線或者合金絞線。

自動融冰設備由變壓器、開關電路、微處理器、通信模塊、結冰感應模塊構成。微處理器連接通信模塊、結冰感應模塊和開關電路，接收通信模塊控制信號，向通信模塊傳輸數據，并接收結冰感應模塊數據，控制中心向微處理器傳輸控制命令，微處理器響應控制中心的命令并控制自動融冰設備的運行。

自融冰導體在用做非輸電線時，自動融冰設備設有兩個開關電路。

電源的兩端連接到變壓器的一次繞組，變壓器二次繞組連接兩個開關電路，一個開關電路兩端分別連接變壓器二次繞組的一端和自融冰導體的內導體，另一個開關電路兩端分別連接變壓器二次繞組的另一端和自融冰導體的外導體。兩個開關電路開關狀態(tài)受微處理器控制。自融冰導體的內導體和外導體分別連接到兩個開關電路。

自融冰導體在用做架空輸電線導體時，自動融冰設備設置一個開關電路，自融冰導體的內導體連接到開關電路的一端，自融冰導體的外導體與架空輸電線路系統(tǒng)變電站的輸出電源連接。在自動融冰設備中，自融冰導體的外導體與架空輸電線路地線系統(tǒng)分別連接到變壓器一次繞組兩端。變壓器二次繞組兩端分別連接開關電路和架空輸電線路地線系統(tǒng)。開關電路兩端分別連接變壓器二次繞組的一端和自融冰導體的內導體。開關電路接受微處理器控制。

自融冰導體用做架空輸電線路地線時，自動融冰設備設置開關電路，自融冰導體的內導體連接到開關電路的一端，自融冰導體的外導體與架空輸電線路的地線系統(tǒng)連接。在自動融冰設備中，自融冰導體的外導體與架空輸電線路導體分別連接到變壓器一次繞組兩端，當架空輸電線路導體采用本發(fā)明的自融冰導體時，一次繞組連接架空輸電線路導體的外導體。變壓器二次繞組兩端分別連接開關電路和自融冰導體的外導體；開關電路兩端分別連接變壓器二次繞組的一端和自融冰導體的內導體。開關電路接受微處理器控制。

內導體為單根金屬線時，單根金屬線是單根鋼線或單根鍍鋅鋼線或單根鋁包鋼芯線或單根內嵌光纖的金屬管中的一種；外導體為6根或18金屬絞線，金屬絞線為6根或18根鋁線絞線、鋁合金絞線、鋁包鋼芯絞線中的一種。

當內導體或外導體為金屬絞線或合金絞線時，金屬絞線或合金絞線中的一股或多股由內嵌光纖的金屬管替代。

內導體為金屬絞線時，金屬絞線為7根鋼線絞線、鍍鋅鋼線、鋁包鋼芯線、內嵌光纖的金屬管中的一種；外導體為12根或24根鋁線絞線、鋁合金絞線、鋁包鋼芯絞線，內嵌光纖的金屬管中的一種。

除上述內導體和外導體的選擇外，內導體可以是依據中華人民共和國國家標準鋁絞線及鋼筋鋁絞線GB1179的規(guī)定設計的鋁絞線或鋼筋鋁絞線的最內一圈導線，或從內到外，除最外一圈導線外的導線。外導體可以是依據中華人民共和國國家標準鋁絞線及鋼筋鋁絞線GB1179的規(guī)定設計的鋁絞線或鋼筋鋁絞線的除了內導體外的所有導線。內導體和外導體都可以選擇鋼線絞線、鍍鋅鋼線、鋁包鋼芯線、內嵌光纖的金屬管、鋁線絞線、鋁合金絞線的一種。對于絞線中的一股或幾股可以選擇內嵌光纖的金屬管。

內嵌光纖的金屬管是由保護金屬管、保護填充物和n根光纖構成，保護金屬管在外，里邊放置n根光纖，光纖與保護金屬管間充滿保護填充物。

當自融冰導體用做非輸電系統(tǒng)，變壓器的一次繞組輸入電壓為電源電壓，二次繞組輸出電壓為加熱材料工作電壓；當自融冰導體用做架空輸電線路導體時，變壓器的一次繞組輸入電壓為輸電線路導體電壓，二次繞組的輸出電壓為輸電線路導體電壓減去加熱材料工作電壓，或者輸電線路導體電壓加上加熱材料工作電壓；當自融冰導體用做架空輸電線路地線時，變壓器的一次繞組輸入電壓為輸電線路導體電壓，二次繞組的輸出電壓為加熱材料工作電壓。

自融冰導體中的加熱材料在同軸電纜內的分布采用間斷分布，間斷分布間的加熱材料間用絕緣材料填充，相鄰加熱材料與絕緣材料緊密連接，中間無縫隙。

所述微處理器的控制程序是：

第一步：通過通信模塊接收控制中心命令；

第二步：分析控制中心命令，是否開始融冰？是，進入第七步；否，進入第三步；

第三步：分析控制中心命令，是否結束融冰？是，進入第六步；否，進入第四步；

第四步：分析控制中心命令，是否由結冰感應模塊控制開關電路？是，進入第五步；否，進入第一步；

第五步：判斷結冰感應模塊發(fā)現是否有冰？無冰：進入第六步；有冰，進入第七步；

第六步：斷開開關電路，進入第一步。

第七步：接通開關電路，進入第一步。

本發(fā)明的積極效果是：

1采用本發(fā)明技術，可以在高壓輸電線工作時實施融冰，避免現有融冰技術需斷電的情況，有利于高壓輸電線可靠工作。

2可以在控制中心控制下融冰，也可以判斷輸電線結冰而自動融冰，也可在判斷高壓架空輸電線即將結冰時加熱而避免結冰。

3采用本方法，高壓輸電線不會有冰存在，避免了高壓輸電線的舞動現象，杜絕了因結冰導致的高壓輸電線斷線等嚴重事故。

(四)附圖說明

圖1是本發(fā)明的自融冰導體結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的自融冰導體內部結構示意圖。

圖3是內導體為單根導線，外導體為6根金屬絞線的自融冰導體結構示意圖。

圖4是內導體為單根導線，外導體為18根金屬絞線的自融冰導體結構示意圖。

圖5是內導體為7根金屬絞線，外導體為12根金屬絞線的自融冰導體結構示意圖。

圖6是內導體為7根金屬絞線，外導體為24根金屬絞線的自融冰導體結構示意圖

圖7是內嵌光纖的金屬管結構示意圖。

圖8自融冰導體內加熱材料連續(xù)分布示意圖。

圖9自融冰導體內加熱材料間斷分布示意圖。

圖10是自融冰導體用做非輸電線時自動融冰設備結構連接示意圖。

圖11是自融冰導體用做架空輸電線路導體時自動融冰設備結構連接示意圖。

圖12是自融冰導體用做架空輸電線路地線時自動融冰設備結構連接示意圖。

圖13是開關電路結構原理圖。

圖14是微處理器電路圖。

圖15是微處理器RS232接口原理圖。

圖16是五伏轉三伏電源轉換電路圖。

圖17是三伏轉二伏電源轉換電路圖。

圖18是JTAG電路圖。

圖19是微處理器控制流程圖。

圖中，1外導體，2加熱材料，3內導體，4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6為外導體的6根金屬絞線，5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6為外導體內圈的6根金屬絞線，6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8、6-9、6-10、6-11、6-12為外導體外圈的12根金屬絞線，7是內導體最里邊的金屬導線，8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6內導體外圈的6根金屬絞線，9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6、9-7、9-8、9-9、9-10、9-11、9-12為外導體的12根金屬絞線，10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8、10-9外導體內圈的9根金屬絞線，11-1、11-2、11-3、11-4,11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12、11-13、11-14、11-15為外導體外圈的15根金屬絞線，12為保護金屬管，13保護填充物，14-1、14-2、14-3、14-n-1、14-n光纖，15-1、15-2、15-3、15-4為間斷分布的加熱材料，16-1、16-2、16-3、16-4為間斷分布的絕緣材料，17電源，18變壓器，19-1、19-2、19-3、19-4開關電路，20自融冰導體，21通信模塊，22微處理器，23結冰感應模塊，24控制中心，25架空輸電線路地線，26架空輸電線路導體。

(五)具體實施方式

參見附圖1-7。

本發(fā)明使用了采用導體本身結構的一部分作為加熱元件的自融冰導體20，融冰設備直接連接到自融冰導體20的內導體3、外導體1上。

自融冰導體20采用同軸電纜形式，包括外導體1，加熱材料2，內導體3。內導體為圓柱狀金屬，加熱材料是正溫度系數效應的發(fā)熱材料，加熱材料2包圍在內導體3外邊，將內導體外周完全包圍，使得內外導體完全隔離，避免內外導體短路。加熱材料內表面和內導體外表面完全接觸，加熱材料外表面和外導體內表面完全接觸；外導體包圍在加熱材料外邊。當內導體和外導體之間加上交流電或直流電，加熱材料將電能轉化為熱能，使得導體溫度升高，導體外邊的冰加熱融化。加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為加熱材料工作電壓。

加熱材料選擇蕪湖佳紅新材料有限公司生產的輻照交聯PTC半導體材料。加熱材料工作電壓為交流220伏。

內導體1為單根金屬線或者金屬絞線或者內嵌光纖的金屬管或者單根合金線或者合金絞線；外導體3是金屬管或者合金管或者金屬絞線或者合金絞線。

內導體是單根導線時，導線材料為金屬或者合金或者內嵌光纖的金屬管，可以具有防腐能力，也可以不具有防腐能力。內導體也可以是金屬絞線，絞線為金屬或者合金，可以具有防腐能力，也可以不具有防腐能力。絞線的組成部分可以含有一根或多根內嵌光纖的金屬管。

外導體為包圍在加熱材料外邊的金屬或合金，可以是金屬管或者合金管，也可以是金屬絞線或者合金絞線。金屬和合金可以具有防腐能力，也可以不具有防腐能力。絞線的組成部分可以含有一根或多根內嵌光纖的金屬管。

內導體依據中華人民共和國國家標準鋁絞線及鋼筋鋁絞線GB1179的規(guī)定設計的鋁絞線或鋼筋鋁絞線的最內一圈導線，或從內到外，除最外一圈導線外的導線。如果有3圈導線，且從內到外分別稱為第一圈，第二圈，第三圈。則內導體可以是第一圈，也可以是第一圈和第二圈。如果有4圈導線，且從內到外分別稱為第一圈，第二圈，第三圈，第四圈。則內導體可以是第一圈，也可以是第一圈和第二圈，也可以是第一圈第二圈和第三圈。如果有5圈導線，且從內到外分別稱為第一圈，第二圈，第三圈，第四圈，第五圈。則內導體可以是第一圈，也可以是第一圈和第二圈，也可以是第一圈第二圈第三圈第四圈。

外導體依據中華人民共和國國家標準鋁絞線及鋼筋鋁絞線GB1179的規(guī)定設計的鋁絞線或鋼筋鋁絞線的除了內導體外的所有導線。

內導體為單根金屬線的自融冰導體結構時，單根金屬線是單根鋼線或單根鍍鋅鋼線或單根鋁包鋼芯線或單根內嵌光纖的金屬管中的一種；外導體為6根或18根金屬絞線，金屬絞線為6根或18鋁線絞線、鋁合金絞線、鋁包鋼芯絞線中的一種。如圖3所示，外導體為6根金屬絞線。圖中，4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6為外導體的6根金屬絞線。如圖4所示，外導體為18根金屬絞線，其中，外導體分為2圈排列，5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6為外導體內圈的6根金屬絞線，6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8、6-9、6-10、6-11、6-12為外導體外圈的12根金屬絞線。

內導體為金屬絞線時，金屬絞線為7根鋼線絞線、鍍鋅鋼線、鋁包鋼芯線、內嵌光纖的金屬管中的一種。圖5是內導體為7根金屬絞線，外導體為12根金屬絞線的自融冰導體結構示意圖。內導體分為2圈，7是內導體最里邊的金屬導線，8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6內導體外圈的6根金屬絞線。9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6、9-7、9-8、9-9、9-10、9-11、9-12為外導體的12根金屬絞線。

圖6是內導體為7根金屬絞線，外導體為24根金屬絞線的自融冰導體結構示意圖。內導體分為2圈，7是內導體最里邊的金屬導線，8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6內導體外圈的6根金屬絞線。外導體也分為2圈，10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8、10-9外導體內圈的9根金屬絞線，11-1、11-2、11-3、11-4,11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12、11-13、11-14、11-15為外導體外圈的15根金屬絞線。

參見圖7，內嵌光纖的金屬管結構示意圖。內嵌光纖的金屬管是由保護金屬管12、保護填充物13和光纖14-1、14-2、14-3、14-n-1、14-n構成，保護金屬管12在外，里邊放置n根光纖，光纖與保護金屬管間充滿保護填充物13。

參見圖8、圖9。

自融冰導體內加熱材料可以連續(xù)分布，也可以間斷分布。加熱材料連續(xù)分布示意圖如

圖8。自融冰導體內加熱材料間斷分布如圖9。

自融冰導體20中的加熱材料2在同軸電纜內的分布采用間斷分布，間斷分布間的加熱材料15-1，15-2,15-3,15-4間用絕緣材料16-1,16-2,16-3,16-4填充，相鄰加熱材料與絕緣材料緊密連接，中間無縫隙。間斷分布的加熱材料呈管狀。圖中實例為四段。實際根據需要數量可以任意間斷。間斷分布的絕緣材料，呈管狀。圖中實例為四段。實際根據需要數量可以比加熱材料段數少一段，相等，或多一段。絕緣材料可以是含氟聚合物絕緣材料，也可以是其他絕緣材料。

參見圖10-12。

自動融冰設備由變壓器18，開關電路，微處理器22，通信模塊21，結冰感應模塊23構成，微處理器連接通信模塊、結冰感應模塊和開關電路，接收通信模塊控制信號，向通信模塊傳輸數據，并接收結冰感應模塊數據，控制中心通過通信模塊向微處理器傳輸控制命令，微處理器響應控制中心的命令并控制自動融冰設備的運行。根據自融冰導體用做非輸電線、用做架空輸電線導體、用做架空輸電線路地線時的不同，自動融冰設備連接到自融冰導體的連接關系和開關電路、變壓器的設計有不同。

自融冰導體在用做非輸電線時，自動融冰設備設有兩個開關電路19-1、19-2；電源的兩端連接到變壓器18的一次繞組，變壓器二次繞組連接兩個開關電路19-1、19-2，開關電路19-2兩端分別連接變壓器二次繞組的一端和自融冰導體的內導體，開關電路19-1兩端分別連接變壓器二次繞組的另一端和自融冰導體的外導體；兩個開關電路19-1、19-2開關狀態(tài)受微處理器22控制；自融冰導體20的內導體3和外導體1分別連接到開關電路19-2和19-1。

控制中心通過通信模塊控制自動融冰設備的運行。通信模塊與微處理器連接，用于向微處理器傳送控制中心的控制命令，并將微處理器的數據傳送給控制中心。微處理器連接通信模塊、結冰感應模塊、兩個開關電路，接收通信模塊控制信號，向通信模塊傳輸數據，并接收結冰感應模塊數據。根據結冰感應模塊數據與通信模塊發(fā)送的控制中心命令，控制開關電路通與斷。結冰感應模塊連接微處理器，并將感應數據發(fā)送給微處理器。

自融冰導體在用做架空輸電線導體時，自動融冰設備設置開關電路19-3，自融冰導體的內導體3連接到開關電路19-3的一端，自融冰導體的外導體1與架空輸電系統(tǒng)變電站的輸出電源連接；在自動融冰設備中，自融冰導體的外導體1與架空輸電線路地線系統(tǒng)分別連接到變壓器18一次繞組兩端；變壓器18二次繞組兩端分別連接開關電路19-3和架空傳輸線路地線系統(tǒng)；開關電路19-3兩端分別連接變壓器18二次繞組的一端和自融冰導體的內導體3；開關電路接受微處理器控制。

控制中心通過通信模塊控制自動融冰設備的運行。通信模塊與微處理器連接，用于向微處理器傳送控制中心的控制命令，并將微處理器的數據傳送給控制中心。微處理器連接通信模塊、結冰感應模塊、開關電路，接收通信模塊控制信號，向通信模塊傳輸數據，并接收結冰感應模塊數據。根據結冰感應模塊數據與通信模塊發(fā)送的控制中心命令，控制開關電路通與斷。結冰感應模塊連接微處理器，并將感應數據發(fā)送給微處理器。

自融冰導體用做架空輸電線路地線時，自動融冰設備設置開關電路19-4，自融冰導體的內導體3連接到開關電路19-4的一端，自融冰導體的外導體1與架空輸電線路的地線系統(tǒng)連接；在自動融冰設備中，自融冰導體的外導體1與架空輸電線路導體26分別連接到變壓器18一次繞組兩端，當架空輸電線路導體采用本發(fā)明的自融冰導體時，一次繞組連接架空輸電線路導體26的外導體；變壓器18二次繞組兩端分別連接開關電路19-4和自融冰導體的外導體1；開關電路19-4兩端分別連接變壓器18二次繞組的一端和自融冰導體的內導體3；開關電路接受微處理器控制。

控制中心通過通信模塊控制自動融冰設備的運行。通信模塊與微處理器連接，用于向微處理器傳送控制中心的控制命令，并將微處理器的數據傳送給控制中心。微處理器連接通信模塊、結冰感應模塊、開關電路，接收通信模塊控制信號，向通信模塊傳輸數據，并接收結冰感應模塊數據。根據結冰感應模塊數據與通信模塊發(fā)送的控制中心命令，控制開關電路通與斷。結冰感應模塊連接微處理器，并將感應數據發(fā)送給微處理器。

當自融冰導體用做非輸電系統(tǒng)，變壓器18的一次繞組輸入電壓為電源電壓，二次繞組輸出電壓為加熱材料工作電壓；當自融冰導體用架空輸電線路導體時，變壓器18的一次繞組輸入電壓為輸電線路導體電壓，二次繞組的輸出電壓為輸電線路導體電壓減去加熱材料工作電壓，或者輸電線路導體電壓加上加熱材料工作電壓；當自融冰導體用做架空輸電線路地線時，變壓器18的一次繞組輸入電壓為輸電線路導體電壓，二次繞組的輸出電壓為加熱材料工作電壓。

參見附圖13-18。

圖13開關電路,KT為日本歐姆龍公司，LY1-J，UT1:為日本東芝公司生產，TLP521。QT4為美國Fairchild Semiconductor Corporation公司:SS9013，

QT1為美國Fairchild Semiconductor Corporation公司：IN4148。

開關端口A連接變壓器，開關端口B連接自融冰導體的內導體或外導體。

RELAYIN1連接微處理器電路同名網絡。

本實施例中，微處理采用如圖14所示U11:MSP430F5438:單片機，美國TEXAS INSTRUMENTS公司生產。微處理器RS232接口原理圖如圖15。圖中，U8：MAX232:RS232接口芯片,美國maxim公司生產。

五伏轉三伏電源轉換電路見圖16，是三伏轉二伏電源轉換電路見圖17，JTAG電路圖見圖18。圖中，UP18:LM26400Y:電源轉換芯片，由美國NATIONAL SEMICONDUCTOTR公司生產。

本發(fā)明的通信模塊可以是光纖通信模塊，也可以是無線傳輸通信模塊。本實施例采用無線傳輸通信模塊：北京接麥通信器材有限公司生產：G300型GSM數傳模塊。G300型GSM數傳模塊接口與微處理器RS232接口連接。

結冰感應模塊采用武漢國電長征電力設備有限公司生產的GD-FB輸電電路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)控數據送給微處理器。

本發(fā)明中，控制中心通過通信模塊控制自動融冰設備的運行。通信模塊與微處理器連接，用于向微處理器傳送控制中心的控制命令，并將微處理器的數據傳送給控制中心。

微處理器的控制程序是：

第一步：通過通信模塊接收控制中心命令；

第二步：分析控制中心命令，是否開始融冰？是，進入第七步；否，進入第三步；

第三步：分析控制中心命令，是否結束融冰？是，進入第六步；否，進入第四步；

第四步：分析控制中心命令，是否由結冰感應模塊控制開關電路？是，進入第五步；否，進入第一步；

第五步：判斷結冰感應模塊發(fā)現是否有冰？無冰：進入第六步；有冰，進入第七步；

第六步：斷開開關電路，進入第一步；

第七步：接通開關電路，進入第一步。