一种高效节能导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，具体为一种高效节能导线及其制备方法。

背景技术

目前我国输电线路损耗占年发电量的6.21％，相当于三峡电站全年发电量的4倍，其中导线的电阻损耗占比超过80％，架空输电导线导电率每提升1％IACS，每公里线路年节能1000～2500千瓦时，折合0.33～0.83吨标准煤，可减少CO

相关技术人员发现可以通过提高导体导电率或对导线进行降温可以提高导线的导电容量；其中，提高导体导电率可通过采用导电率较高的铜、铝等金属来解决这一问题，但铜、铝等金属的抗拉性能较差，现有的型号为JL/G1A-630/45的导线通过多根圆形铝包钢芯导线绞合而成、线芯外绞合有圆形铝合金导线来解决抗拉性能的问题，这也导致导体导电率下降。

因此，技术人员通过制备高导电率的铝合金导线、铝包钢芯导线并添加散热层来提高输电容量并达到节能降耗的作用。

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提供了一种高效节能导线，由内及外依次包括支撑层、导电层、散热层；所述支撑层采用多根导电率为22％IACS的铝包钢线绞合得到；所述导电层由多根导电率为63.8％IACS的硬铝圆线包覆在支撑层外侧与支撑层同心绞合得到；所述散热层是在导电层外侧涂覆高效能散热膏得到；所述硬铝圆线按质量百分比计包括以下成分：Si：0.03％～0.04％，Fe：0.07％～0.08％，B：0.018％～0.02％，Y：0.01％～0.012％，V＜0.0005％，Ti＜0.0005，Mn＜0.001％，Cr＜0.0015％，余量为Al和不可避免的微量杂质；本发明通过控制Si元素含量在0.03％～0.04％，并添加0.01％～0.012％的Y元素、0.018％～0.02％的B元素，使硬铝圆线达到63.8％IACS且铝包钢线的导电率22％IACS，当用来传输电流时可以达到节能降耗的作用；且通过在导电层外侧涂覆高效能散热膏来降低导线运行温度，使得高效节能导线的输电容量提高30％。

优选的或可选的，所述硬铝圆线的直径为4.16～4.24mm，20℃导体电阻率不超过0.027023Ω·mm

优选的或可选的，所述铝包钢线20℃时直流电阻率不超过78.368nΩ·m，伸长率不低于3.0％，抗拉强度不低于1400MPa；铝包钢线的伸长率不低于3.0％，起到支撑作用的同时，提高了高效节能导线的拉断力，解决了铝包钢线拉断力不合格的行业难题，提高了线路运行安全性。

优选的或可选的，所述高效能散热膏为在-40℃～230℃温度下长期保持使用时的脂膏状态的高导热绝缘有机硅材料。

本发明还提供了一种高效节能导线的制备方法，包括以下制备步骤：

S1.硬铝圆线的制备：按配比将Al99.85铝锭、AlY10铝钇合金锭、AlB8铝硼合金锭充分熔融混合、精炼、扒渣后进行连铸连轧、淬火、拉丝，得到硬铝圆线；

S2.铝包钢线的制备：将高导电率铝杆、铅淬火钢线分别进行清洗，随后以高导电率铝杆为原料将铝挤压包覆在铅淬火钢线表面，随后进行拉丝、绞合，得到铝包钢线；

S3.高效节能导线的制备：先将多根铝包钢线绞合在一起，得到支撑层；再将多根硬铝圆线包覆在支撑层外侧并与支撑层同心绞合，得到导电层；最后，在导电层外表面涂覆高效能散热膏，得到高效节能导线。

优选的或可选的，步骤S1所述Al99.85铝锭按质量百分比计包括以下组分：Si≤0.08％、Fe≤0.12％、Cu≤0.005、Ga≤0.03％、Mg≤0.02％、Zn≤0.02％、Mn≤0.03％，其他每种杂质元素含量均不得大于0.015％。

优选的或可选的，步骤S1所述AlY10铝钇合金锭按质量百分比计包括以下组分：Y：9.0％～11.0％、Si≤0.1％、Fe≤0.2％，其他每种杂质元素含量均不得大于0.05％。

优选的或可选的，步骤S1所述AlB8铝硼合金锭按质量百分比计包括以下组分：B7.5％～9.0％，Si≤0.15％，Ti≤0.05％，Fe≤0.2％，其他每种杂质元素含量均不得大于0.03％；

优选的或可选的，步骤S1所述拉丝为多道次拉拔，其中，第一道拉丝压缩比为1.3，其他道次的拉丝压缩比均为1.1；通过调整第一道拉丝压缩比为1.3，其他道次的拉丝压缩比均调整为1.1，使拉丝获得的硬铝圆线的晶粒细长化，提高了硬铝圆线的导电性能。

优选的或可选的，步骤S2所述高导电率铝杆的直径为9～10mm，抗拉强度为80～110MPa，伸长率不低于13％，20℃时直流电阻率不超过27.366nΩ·m。

优选的或可选的，步骤S2所述铅淬火钢线的直径为5.47～5.53mm，抗拉强度不低于1350MPa，伸长率不低于7.5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过控制Si元素含量在0.03％～0.04％，并添加0.01％～0.012％的Y元素、0.018％～0.02％的B元素，使硬铝圆线达到63.8％IACS且铝包钢线的导电率22％IACS，当用来传输电流时可以达到节能降耗的作用；且通过在导电层外侧涂覆高效能散热膏来降低导线运行温度，使得高效节能导线的输电容量提高30％。

(2)本发明的铝包钢线的伸长率不低于3.0％，起到支撑作用的同时，提高了高效节能导线的拉断力，解决了铝包钢线拉断力不合格的行业难题，提高了线路运行安全性。

(3)本发明通过调整第一道拉丝压缩比为1.3，其他道次的拉丝压缩比均调整为1.1，使拉丝获得的硬铝圆线的晶粒细长化，提高了硬铝圆线的导电性能。

附图说明

图1为本发明的高效节能导线的横截面结构示意图；

附图标记为：支撑层1、导电层2、散热层3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例1

参阅图1，本实施例的一种高效节能导线，由内及外依次包括支撑层1、导电层2、散热层3；所述支撑层1采用7根导电率为22％IACS的铝包钢线绞合得到；所述导电层2由45根导电率为63.8％IACS的硬铝圆线包覆在支撑层1外侧与支撑层同心绞合得到；所述散热层3是在导电层外侧涂覆高效能散热膏得到；所述硬铝圆线按质量百分比计包括以下成分：Si：0.03％～0.04％，Fe：0.07％～0.08％，B：0.018％～0.02％，Y：0.01％～0.012％，V＜0.0005％，Ti＜0.0005％，Mn＜0.001％，Cr＜0.0015％，余量为Al和不可避免的微量杂质。

本实施例的硬铝圆线的直径为4.16～4.24mm，20℃导体电阻率不超过0.027023Ω·mm

本实施例的铝包钢线直径为2.76～2.84mm，20℃时直流电阻率不超过78.368nΩ·m，伸长率不低于3.0％，抗拉强度不低于1400MPa，抗张强度不低于15100MPa，1％伸长应力不低于1410MPa。

本实施例的高效能散热膏为在-40℃～230℃温度下长期保持使用时的脂膏状态的高导热绝缘有机硅材料，具有散热、耐高低温、耐水、耐气候老化特性。

一种高效节能导线的制备方法，包括以下制备步骤：

S1.硬铝圆线的制备：

S1.1.熔炼铝液：将纯度≥99.85％的Al99.85铝锭在熔炼炉中熔化，随后加注到保温炉中保温，再升温至780℃，按配比加入AlY10铝钇合金锭、AlB8铝硼合金锭充分混合后，通入精炼剂进行精炼、扒渣，得到铝液；再对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料，得到铝合金熔液，随后将铝合金熔液在780℃下保温30min；其中，铝合金熔液包括以下组分；Si：0.03％～0.04％，Fe：0.07％～0.08％，B：0.018％～0.02％，Y：0.01％～0.012％，V＜0.0005％，Ti＜0.0005％，Mn＜0.001％，Cr＜0.0015％，余量为铝和不可避免的微量杂质；

S1.2.连铸连轧：采用浇铸机对铝合金熔液进行连续铸造得到铝合金锭；具体为：采用水平浇铸，浇铸温度为710℃；采用菜籽油冷却结晶轮，冷却水温度为40℃；随后轧制成直径9.5mm铝杆，铝杆20℃导体电阻率不超过0.026981Ω·mm

S1.3.淬火：将铝合金锭在淬火压力220kpa，淬火水温度40℃以下进行淬火，得到淬火后的铝合金锭；

S1.4.拉丝：对淬火后的铝合金锭进行拉丝，拉丝采用9模拉丝，其中，第一道拉丝模进出模压缩比为1.3，其他道次拉丝模进出模压缩比为1.1，得到硬铝圆线；使得到的硬铝圆线的晶粒细长化，进而提高硬铝圆线的导电性能；

S2.铝包钢线的制备：

S2.1.清洗：将高导电率铝杆清洗至表面清洁、且表面无摺边、错圆、裂纹、夹杂物、扭结等缺陷及其他影响使用的缺陷，允许有轻微的机械擦伤、斑疤、麻坑、起皮或飞边等；其中，高导电率铝杆的直径为9.52mm，抗拉强度为102MPa，伸长率为15％，20℃时直流电阻率为27.213nΩ·m；

以40m/min的清洗速度将铅淬火钢线清洗至表面干净、无氧化铁锈、干燥、无损伤，随后排线整齐，得到清洗后的铅淬火钢线；其中，铅淬火钢线的直径为5.52mm，抗拉强度为1415MPa，伸长率为8％；

S2.2.铝包覆钢丝：包覆使用高导电率铝杆性能：直径9.52mm，抗拉强度102MPa，伸长率15％，20℃时直流电阻率27.213nΩ·m。将铅淬火钢线和高导电率铝杆装入连续包覆生产线，先将铅淬火钢线装进模腔，调整好模腔堵头处与挤压轮间隙，将模腔加热至4360℃，以125m/min的包覆速度将铝挤包在铅淬火钢线表面，得到铝包覆钢丝坯料；

S2.3.拉丝：将铝包覆钢丝坯料放入双金属拉丝机进行7模拉丝，使铝层和钢坯同步拉伸，得到铝包钢丝；其中，铝包钢丝的直径为2.83mm，20℃电阻率为0.078213Ω·mm

S2.4.绞合：选用管绞机进行铝包钢丝进行绞制，得到铝包钢线；其中，绞合的节径比控制在22，且绞线过程中，使用去应力装置，以保证绞合后所有铝包钢线自然地处于各自位置；

S3.高效节能导线的制备：以“1+6”的结构将7根铝包钢线绞合在一起，得到支撑层；再以“9+15+21”的结构将45根硬铝圆线在支撑层外侧绞合，得到导电层；最后，在导电层外表面涂覆高效能散热膏，得到高效节能导线。

本实施例的步骤S1所述Al99.85铝锭按质量百分比计包括以下组分：Si≤0.08％、Fe≤0.12％、Cu≤0.005、Ga≤0.03％、Mg≤0.02％、Zn≤0.02％、Mn≤0.03％，其他每种杂质元素含量均不得大于0.015％。

本实施例的步骤S1所述AlY10铝钇合金锭按质量百分比计包括以下组分：Y：9.0％～11.0％、Si≤0.1％、Fe≤0.2％，其他每种杂质元素含量均不得大于0.05％。

本实施例的步骤S1所述AlB8铝硼合金锭按质量百分比计包括以下组分：B7.5％～9.0,Si≤0.15％，Ti≤0.05，Fe≤0.2，其他每种杂质元素含量均不得大于0.03％。

本实施例的导线长期运行温度为80℃，输电容量1496A，是常规钢芯铝绞线输电容量1.32倍。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于对比例1的硬铝圆线的硅含量大于0.04％，具体为Si：0.09％，其余步骤及组分均与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于对比例1的制备时仅按配比将Al99.85铝锭、AlY10铝钇合金锭充分熔融混合，其余步骤及组分均与实施例1相同。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于对比例1的硬铝圆线制备时仅按配比将Al99.85铝锭、AlB8铝硼合金锭充分熔融混合，其余步骤及组分均与实施例1相同。

对比例4

对比例1与实施例1的区别在于对比例1步骤S1.4中第一道拉丝模进出模压缩比为1.1，其余步骤及组分均与实施例1相同。

对比例5

对比例5的高效节能导线采用型号为JL/G1A-630/45的导线。

效果例

下表1给出了本发明实施例1与对比例1～5的各项性能的分析结果：

表1

从表1中可发现实施例1制备得到的高效节能导线的直流电阻较小、载流量较大；从实施例1和对比例1的实验数据比较可发现，高效节能导线的硬铝圆线的硅含量控制在0.03～0.04范围内时，制备得到的高效节能导线的直流电阻较小、载流量较大；从实施例1和对比例2的实验数据比较可发现，在硬铝圆线制备时添加B元素，制备得到的高效节能导线的直流电阻较小、载流量较大；从实施例1和对比例3的实验数据比较可发现，在硬铝圆线制备时添加Y元素，制备得到的高效节能导线的直流电阻较小、载流量较大；从实施例1和对比例4的实验数据比较可发现，在硬铝圆线制备的拉丝工艺中调整第一道拉丝压缩比为1.3，其他道次的拉丝压缩比均调整为1.1，制备得到的高效节能导线的直流电阻较小、载流量较大；从实施例1和对比例5的实验数据比较可发现，相较于常规的型号为JL/G1A-630/45的导线，制备得到的高效节能导线的直流电阻较小、载流量较大。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。