作为用于电力电缆的铠装丝的涂覆的钢丝制造技术

一种作为用于传输电功率的电力电缆(20)的铠装丝(24)的钢丝，其中所述钢丝具有钢芯和非磁性涂层，所述涂层具有在0.2mm至3.0mm的范围中的厚度并且选自具有低于700℃的熔点的金属或合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非磁性材料涂覆的钢丝和其使用，例如，用于传输电功率的水下电力电缆的铠装丝。
技术介绍
电力是现代生活中必不可少的一部分。电功率传输是电能从发电厂到位于接近需求中心的变电站的批量传送。传输线大多使用高电压三相交流(AC)。电力以高电压(110kV或以上)传输从而减小在长距离传输中损失的能量。功率通常通过架空电力线路被传输。地下电力传输具有显著更高的成本和更大的操作上的限制，但有时在城市地区和敏感地点被使用。最近，水下电力电缆提供了如下可能性:向小岛屿或海洋生产平台供电而不需要它们自己的电力生产。在另一方面，水下电力电缆也提供了以下可能性:使海上产生的电力(风、潮汐、洋流……)带上岸到大陆。这些电力电缆通常是钢丝铠装电缆。钢丝铠装电缆10的典型构造由图1示出。导体12通常由纯铜绞线制成。绝缘体14，诸如由交联聚乙烯(XLPE)制成，具有良好的耐水性和优良的绝缘特性。在电缆中的绝缘体14确保导体和其它金属物质不会与彼此接触。垫层16，诸如由聚氯乙烯(PVC)制成，被用来在电缆的内层和外层之间提供保护边界。铠装18，诸如由钢丝制成，提供机械保护，特别是提供对外部影响的保护。此外，铠装丝18可以缓解在安装期间的张力，从而防止铜导体的伸长。可能的护套19，诸如由黑色PVC制成，保持电缆的所有部件在一起，并且提供对外部应力的附加保护。由于这些电缆的应用环境是潮湿或含有水分，用于这些电缆的某些腐蚀保护是需要的，特别是对于其应用环境非常腐蚀的水下电缆。因为电缆(芯)加热并且大多钢种在海水中的耐腐蚀性随温度升高而强烈降低，电力电缆的腐蚀保护变得至关重要。因此，不锈钢或镀锌钢丝都被认为是用作尤其是针对水下电力电缆的铠装丝。美国专利申请2002/0027012 A1提供了一种较便宜的替代解决方案，其中应用由具有覆盖一层不锈钢制的标准型的钢芯的复合钢制成的增强线。另一方面，考虑与高电压水下电缆关联的磁场，中国专利申请101950619A公开了通过交替布置圆铜丝和非磁性不锈钢丝形成的铠装结构。通过相隔一定距离逐一布置圆铜丝和非磁性不锈钢丝形成的混合铠装层可以减小在用于铠装水下电缆时的磁损耗。然而，由于两种材料的应用，生产过程变得复杂，并且电缆到例如插座的装配可能会产生问题。而且，铜的使用使得该铠装结构相当昂贵。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供适合用于特别是在水下环境中的高电压电气电力电缆的铠装或加强丝。本专利技术的另一目的是提供钢丝铠装结构以最小化电力电缆的磁损耗并且同时具有强的机械保护和优秀的腐蚀保护。根据本专利技术，钢丝被用作用于传输电功率的电力电缆的铠装丝，其中钢丝具有钢芯和非磁性涂层，涂层具有在0.2mm至3.0mm的范围中的厚度并且选自具有低于700°C的熔点的金属或合金。在本文中，厚非磁性涂层可以通过任何适当的技术而形成。例如，其可以通过包层而形成。在本专利技术的环境中，术语“包层”意为以带、箔或管的形式围绕钢芯提供涂层并且凭借焊接或拉伸或通过热处理经由扩散而将此固定到钢芯的过程。本专利技术的作为用于电力电缆的铠装丝的具有在钢芯上的非磁性厚涂层钢丝的应用由于在钢丝上的厚涂层的非磁性特性而减小了电力电缆的能量损耗。同时，用作钢丝的芯的钢保障对电力电缆的机械保护。本专利技术的重度涂覆的钢丝特别适用于三相水下电力电缆。在三相电力电缆中，流经三个导体的单独的电流的总和在理想情况下等于零。这意味着不需要特定的电流回路导体。如果由于某种原因，如非对称功率产生或消耗时，该总和不完全为零，返回电流不能完全流过常规钢丝铠装；通常由铅或铅合金、有时由铜或铝制成的阻水屏障被用于此目的。根据本专利技术，诸如铝或铜之类的厚金属非磁性涂层也可以被用作回路导体。另一方面，即使三相电流是零或接近零，这并不必施加到磁场:由诸如距离电缆10米或更远的长距离所见，三个导体的磁场的确彼此补偿，在该处产生非常低的磁场辐射。但由于铠装丝通常被施加为十分接近单独的导体，我们必须考虑到由三个单独导体辐射的磁场在该处并不完全补偿彼此。这意味着在铠装中的波动磁场强度是相当高的，这导致在铠装中大量的损耗:磁滞损耗和涡流损耗，由此，在50Hz处，磁滞约占90%的磁损耗而涡流占不大于10%。在更高的频率处，涡流损耗相对于磁滞显著增大(在400Hz处，两个成分或多或少具有相同大小，但400Hz通常不被用于功率传输)。在铠装丝上的非磁性厚涂层可以在一定程度上使磁场中断或偏离，因而降低在铠装层中的磁场强度。因此，与传统的铠装层相比，根据本专利技术的由非磁性材料重度涂覆的钢丝制成的铠装层可以显着消除磁滞损耗及降低涡流损耗。典型的(AC、150kV、三相)50千米长的电力电缆消耗通过其传输的能量的大约1.5%。因为它们的欧姆电阻(功率损耗=电阻X电流2)，大多数能量在芯导体中被损失。磁损耗通常在总电缆损耗的15%至30%之间并且可以通过使用具有非磁性厚涂层的铠装丝而被显著消除，因为以上所述的磁滞效应大为受限。图2示意性地示出了高电压三相电力电缆20的铠装层中的磁感应线。如图2所示，由导体22生成的磁场穿过铠装丝24并且形成磁感应线。因而发生了磁损耗。根据本专利技术，在铠装丝上的非磁性厚涂层将在两个铠装丝24之间建起屏障以使穿过的磁场中断或偏离。因此，磁场将流出并且将在铠装层中被显著降低。结果示出了薄涂层对磁场的影响难以观测到，该薄涂层例如为传统的镀锌碳钢丝的热浸锌镀层，其中涂层厚度为约50 μm。与之对比的是，在铠装层中接近70%的磁损耗通过在碳钢铠装丝上应用500 μ m厚度的锌包层而被消除。所述非磁性涂层的厚度处于0.2mm至3mm的范围中，优选在0.5mm至3.0mm的范围中，更优选在1.0mm至2.0mm的范围中。例如，所述非磁性包层的厚度大约是0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 或 1.5mm。优选地，已经在所述钢芯上被拉伸或焊接的所述非磁性涂层也具有耐腐蚀特性。涂层的厚度比通常使用的通过热浸形成的镀锌层的厚度大得多。在这个意义上，根据本专利技术的铠装丝的耐腐蚀性比具有热浸形成的耐腐蚀涂层的钢丝的耐腐蚀性更好。电力电缆的寿命由于厚涂层的保护而被显著延长。非磁性厚涂层可以是具有非磁性特性的任何材料。具有良好耐腐蚀性和低熔点(优选低于约700°C)的金属或合金在本专利技术中被应用为非磁性涂层。具有低熔点的材料易于通过包层而施加。由于包层过程的低熔点材料的焊接区域与高熔点材料相比通常平滑得多。由于材料的低熔点，图层到钢丝的粘合更好。而且，低熔点材料的涂层对于例如在覆线期间的损坏较不敏感。因此，低熔点材料的涂层可对潜在的高损坏的地方提供更好的电化腐蚀防护。重要的是，作为非磁性涂层，来自低熔点材料的涂层的厚度非常均匀，特别是来自具有低于700°C的熔点的材料，诸如锌(熔点约为420°C )、铝(熔点约为660°C )、镁(熔点约为650°C)及其合金，诸如锌-铝合金和锌-铝-镁合金。当这样的均匀涂覆的丝作为铠装丝针对电气电力电缆被施加时，磁损耗或磁损耗的消除并不被该铠装丝的非磁性涂层的不均匀性所影响。关于不锈钢，已知的是仅有奥氏体不锈钢是非磁性的，而铁素体和马氏体不锈钢是铁磁性的。因此，奥氏体不锈钢可以被用作根据本专利技术的非磁性涂层。然而，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作为用于传输电功率的电力电缆的铠装丝的钢丝，其中所述钢丝具有钢芯和非磁性涂层，所述涂层具有在0.2mm至3.0mm的范围中的厚度并且选自具有低于700℃的熔点的金属或合金。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·戈戈拉，L·范科梅尔贝克，
申请(专利权)人：贝卡尔特公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE