电缆的制备方法及电缆

技术领域

本发明涉及电缆生产技术领域，尤其涉及一种电缆的制备方法及电缆。

背景技术

风能是一种清洁无公害的可再生能源。与风力发电相关的产业均得到了快速发展的机会，包括风力发电机，大型风力发电机用叶片，软电缆等。

目前，风机用软电缆基本是铜导体、镀锡铜导体。传统风力发电用扭转电缆采用5类镀锡绞合软导体，铜导体自重大、价格成本高，导致各风机厂家从经济性、实用性等方面考虑进行替换。而铝合金导体成为其首选，但铝合金导体无法达到与铜导体相同的电气性能以及机械性能，且无法满足实际安装敷设时对电缆进行反复拖拽、弯折的要求。

发明内容

本发明提供一种电缆的制备方法及电缆，用以解决现有技术中电缆铝合金电缆无法满足实际安装敷设时对电缆进行反复拖拽、弯折要求的问题。

本发明提供一种电缆的制备方法，所述电缆包括铝合金导体、绝缘层和护套，所述电缆的制备方法包括：

制备铝合金导体；

制备绝缘层，通过塑料挤出机挤出，其中所述绝缘层的内壁面与所述铝合金导体贴合；

制备护套，硅树脂与玻璃纤维的混合料经过挤出机进行熔融挤出，其中所述护套覆盖设于所述绝缘层的外壁面。

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，制备铝合金导体，包括：制备Si-Al-Mg-Fe合金杆；拉丝，将Si-Al-Mg-Fe合金杆通过拉机拉成预设尺寸的铝合金单线；绞合，将多根所述铝合金单线绞合成预设尺寸的铝合金绞合体；时效处理，将所述铝合金绞合体缠绕在收线盘上，通过台车式退火炉进行退火处理，得到高扭转、高韧性的铝合金导体。

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，制备Si-Al-Mg-Fe合金杆，包括：将铝锭加入熔炉，得到铝液；将所述铝液加入到保温箱进行保温，向保温箱内加入中间合金，得到铝合金液，其中所述中间合金包括：石墨烯铝粉：0.035％；Si：0.15～0.45％；Cu：0.018％～0.25％；Mg：0.001％～0.32％；Fe：0.02％～1.85％；Mn：0.015％～0.12％；Be：0.001％～0.13％；Cr：0.001％～0.12％；Ca：0.002％～0.15％；Zn：0.018％～0.13％；Sr：0.001％～0.09％；Zr：0.001％～0.17％；K：0.002～0.28％；Ti：0.001％～0.16％；V：0.001％～0.12％；Ga：0.001％～0.25％；Ge：0.005～0.3％；Nb：0.003％～0.2％；Ru：0.001～0.1％；B：0.002～1.3％；浇铸成铝合金铸条；将所述铝合金铸条置于轧机中进行轧制，形成目标铝合金杆，目标铝合金杆的直径为9.5mm，电阻率≤0.0283Ω·mm

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，在铝合金铸条轧制的过程中，采用乳化液对设备及目标铝合金杆进行冷却，其中所述乳化液的浓度为8-12％。

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，浇铸成铝合金铸条，之前还包括：对铝合金液进行搅拌和静置，所述搅拌和静置交错进行。

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，浇铸成铝合金铸条，还包括：对铝合金液进行精炼、除渣、静置、除气、过滤。

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，拉丝，将铝合金杆通过拉机拉成预设尺寸的铝合金单线，包括：将铝合金杆通过非滑动式铝合金大拉丝机进行拉拔，形成铝合金线。

根据本发明提供的一种电缆的制备方法，拉丝，将铝合金杆通过拉机拉成预设尺寸的铝合金单线，还包括：将所述铝合金线通过小拉丝机进行拉拔，形成线径为0.4-0.6mm的铝合金单线。

本发明还提供一种电缆，基于如上述任一项所述的电缆的制备方法制备，所述电缆包括由内至外依次设置的铝合金导体、绝缘层和护套。

根据本发明提供的一种电缆，所述铝合金导体包括Si-Al-Mg-Fe软铝合金导体。

本发明提供的电缆的制备方法及电缆，制备铝合金导体，通过塑料挤出机挤出绝缘层，以使绝缘层覆盖设于铝合金导体的外壁面；通过挤出机将硅树脂与玻璃纤维的混合料挤出，在绝缘层的外壁面形成护套，进行形成电缆；本发明采用铝合金导体作为导体，成本低，工艺简单，且该制备方法制备的电缆，性能优异，满足实际安装敷设的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电缆的制备方法流程示意图；

图2是本发明提供的电缆的截面图

附图标记：

1、铝合金导体；2、绝缘层；3、护套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

目前大部分电缆都是采用铜导体，本发明提出了采用铝合金代替铜，首先要保证电阻必须与铜相当，则需要增大铝合金导体的截面，随之而来的是外径增大，由于塔筒内部空间有限，为满足各方面的要求，本发明提出了一种电缆制备方法及电缆。

下面结合图1至图2描述本发明提供的电缆的制备方法及电缆。

电缆包括由内到外依次设置的铝合金导体、绝缘层和护套。电缆的制备方法包括：步骤100，制备铝合金导体；步骤200，制备绝缘层，通过塑料挤出机挤出，其中绝缘层的内壁面与铝合金导体贴合；具体地，采用普通塑料挤出机进行挤出，采用长径比(L/D)＝18～25，压缩比1.2～2.0的单螺纹螺杆，过滤板孔径Φ9～15为佳，机头可配置30目/60目两层叠加不锈钢滤网，进行挤出，其中绝缘层包裹于铝合金导体的外表面。

步骤300，制备护套，硅树脂与玻璃纤维的混合料经过挤出机进行熔融挤出，其中护套覆盖设于绝缘层的外壁面。具体地，护套采用低压缩比单螺纹螺杆挤出机挤出，过滤板孔径Φ15～20为佳，挤出模具采用挤压式，挤出护套不需要加滤网。当螺杆压缩比增大时(大于1.2时)，每区温度要进一步降低，挤出机必须保证有良好的温控装置(至少有风冷)。同时应注意一、二区温度分别不能超过75℃和100℃，否则下料口可能产生结块，影响挤出。

本发明提供的电缆制备方法，制备铝合金导体，通过塑料挤出机挤出绝缘层，以使绝缘层覆盖设于铝合金导体的外壁面；通过挤出机将硅树脂与玻璃纤维的混合料挤出，在绝缘层的外壁面形成护套，进行形成电缆；本发明采用铝合金导体作为导体，成本低，工艺简单，且该制备方法制备的电缆，性能优异，满足实际安装敷设的需求。

在上述实施例的基础上，进一步地，制备铝合金导体，包括：制备Si-Al-Mg-Fe合金杆；拉丝，将Si-Al-Mg-Fe合金杆通过拉机拉成预设尺寸的铝合金单线；绞合，将多根铝合金单线绞合成预设尺寸的铝合金绞合体；时效处理，将铝合金绞合体缠绕在收线盘上，通过台车式退火炉进行退火处理，得到高扭转、高韧性的铝合金导体。

具体地，将制备Si-Al-Mg-Fe合金杆进行拉丝处理，将Si-Al-Mg-Fe合金杆通过拉丝机进行拉丝，直至达到预设尺寸的铝合金单线。

在铝合金导体的结构设计时充分考虑股线绞合前后的尺寸空间变换，为保证每根单线不发生断丝情况，采用型号为JM-800高速束线机进行生产。因该设备牵引装置排线采用自然分线，避免单丝在分线过程中擦伤，并在绞合过程调节放线张力以及选择最佳的并线模与分线板之间的距离；其次，复绞时为了提高导体的表面质量，在开机前将1250笼式绞线机过线嘴、导线轮的尺寸加大，并对定径模具以及陈旧损坏的过线嘴进行检查更换，压线模内层使用硬质木模，外层使用钻石涂层的定径模。

在拉丝的过程中，在模具口处滴酒精，既保证了大长度生产时导体降温，铝屑不粘黏，不损伤铝合金股线，又清洗了股线本身的铝屑等杂物，不易划伤、保证表面质量。绞线机采用630型线盘，在张力过大时易产生股线拉伸变形，将绞合张力集中到分线盘上产生，同时根据成品导体对外径的要求，且需柔软，采用同向绞合的方式，不断对股线绞合时的节距进行调整，达到紧密、圆整的目的。另外，采用大孔径盘具，减小成品导体的弯曲半径，防止软铝合金导体在高速绞合过程后收线上时盘松，同时也实现了高速、高质量生产。

将铝合金绞合体缠绕在收线盘上，采用台车式退火炉对铝合金绞合体进行时效处理，保证目标铝合金单线受热均匀，且整个收线盘上的铝合金单线均能够受热使其晶格重新组合，保证其电性能及机械性能满足设计要求。

其中，制备Si-Al-Mg-Fe合金杆，包括：将铝锭加入熔炉，得到铝液；将铝液加入到保温箱进行保温，向保温箱内加入中间合金，得到铝合金液，其中中间合金包括：石墨烯铝粉：0.035％；Si：0.15～0.45％；Cu：0.018％～0.25％；Mg：0.001％～0.32％；Fe：0.02％～1.85％；Mn：0.015％～0.12％；Be：0.001％～0.13％；Cr：0.001％～0.12％；Ca：0.002％～0.15％；Zn：0.018％～0.13％；Sr：0.001％～0.09％；Zr：0.001％～0.17％；K：0.002～0.28％；Ti：0.001％～0.16％；V：0.001％～0.12％；Ga：0.001％～0.25％；Ge：0.005～0.3％；Nb：0.003％～0.2％；Ru：0.001～0.1％；B：0.002～1.3％；浇铸成铝合金铸条；将铝合金铸条置于轧机中进行轧制，形成目标铝合金杆，目标铝合金杆的直径为9.5mm，电阻率≤0.0283Ω·mm

在铝合金铸条轧制的过程中，采用乳化液对设备及目标铝合金杆进行冷却，其中乳化液的浓度为8-12％，包括8％、10％、15％等。

本发明在浇铸成铝合金铸条，之前还包括：对铝合金液进行搅拌和静置，搅拌和静置交错进行，即搅拌后静置第一时长，再次进行搅拌，静置第二时长，获得铝合金液。

浇铸成铝合金铸条，还包括：对铝合金液进行精炼、除渣、静置、除气、过滤。

拉丝，将铝合金杆通过拉机拉成预设尺寸的铝合金单线，包括：将铝合金杆通过非滑动式铝合金大拉丝机进行拉拔，形成铝合金线；将铝合金线通过小拉丝机进行拉拔，形成线径为0.4-0.6mm的铝合金单线。

采用13模连续滑动式铝合金大拉丝机连续拉拔，可以得到组织致密、机械性能均匀一致、外表光洁的高品质硬态铝合金线；采用型号为BRN-DT25/120-12尼霍夫多头拉丝机(小拉丝机)再次进行9道拉拔，得到线径为0.50±0.003mm的铝合金单线。由于在拉制0.50mm铝合金单线时，产生塑性形变大，应力增加，导致断线率上升，为了保证高速生产时的产品质量稳定，根据鼓轮之间的转速比、每道模具之间的减面率、拉制速度与退火电压之间的关系，调整拉丝模具的入口区、润滑区、变形区以及出线区的成径，产量高和质量好，保证铝合金单线电阻率≤0.0245Ω·mm

本发明在高性能Si-Al-Mg-Fe铝合金杆中添加0.035％石墨烯铝粉，保证原材料杆材的电性能。在拉丝过程中，退火电流对铝合金单线本身再次进行退火处理，使其电阻率由0.028264Ω·mm

经本发明制备的铝合金导体，经过Pro/Engineer Wildfire 5.0和ANSYS模拟软件进行模拟，铝合金导体中间区域的单丝之间自由接触，受端面加载约束边界条件的影响较小，在此考察距离上端面40mm处导体横截面的应力分布，铝合金导体横截面的应力均呈对称分布，并且铝合金导体的平均应力大小顺序为：芯丝的最大，内层丝的次之，外层丝的最小。18000次循环后，直股中内部应力水平高，而螺旋股中靠近直股部分应力水平较高，20000次循环后，应力分布规律未发生变化，不过应力水平急剧提高，但未发生单线断裂的情况。

实际试制后，样品经检测验证，与原先设定数值相同，20000次正反扭转后未发生单丝断裂的情况。足以证明软铝合金导体的扭转性能与软铜导体的扭转性能基本持平，风机塔筒扭转电缆可以使用软铝合金导体替代。

铝合金导体的密度为2.71g/dm

高扭转、高韧性Si-Al-Mg-Fe铝合金导体的价格是传统软铜导体的60％左右，成本低，质量高，应用前景好。

经上述制备方法制备而成的电缆，铝合金导体电阻及工频耐压及冲击电压试验均优于设计值，作为铝合金导体可保证安全、可靠的电气连接及运行。

辐照交联热固性弹性体绝缘和护套的机械性能优异，特别是护套材料，除了需要具备阻燃性能、耐寒性能外，还要经受人工气候老化试验及耐油、抗撕性能试验，护套的综合性能较好；绝缘也具有良好的电气绝缘性能、耐低温性能和柔软性。

电缆通过了10000个周期的常温扭转试验和2000个周期的-25℃低温扭转试验，说明电缆导体具有良好的延展性和耐扭转性，电缆的绝缘和护套具有较好的绝缘性能、机械性能和耐低温性能。

电缆通过了GB29631-2013标准规定的负重试验和-40℃低温弯曲试验，说明电缆具有良好的机械强度和耐低温性能。

电缆进行了盐雾试验和1008h人工气候老化试验，试验结果均优于设计值，有效保证了电缆可在野外、海边等恶劣环境的使用要求。

电缆通过了单根垂直燃烧试验和C类成束燃烧试验，阻燃性能较好，且有一定预度。

本发明可有效降产品的材料成本，相较于同类铜导体产品，约节省50％；在相同载流量条件下，比铜导体重量轻15％-30％。

一种电缆，基于上述任一实施例中的电缆制备方法制备，电缆包括由内至外依次设置的铝合金导体、绝缘层和护套。

其中，铝合金导体包括Si-Al-Mg-Fe软铝合金导体。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。