架空电缆及制造其的方法技术

裸露架空电缆和制造架空电缆的方法。电缆包括中心强度构件和围绕强度构件的至少两个导电层，这两个导电层分别由第一和第二导电股线形成。第一导电股线由第一铝材料形成，第二导电股线由第二铝材料形成，其中第二铝材料具有与第一铝材料的相同材料特性不同的至少一个材料特性。例如，第二导电股线可以由具有比第一铝材料更低的导电性但是更高的硬度的铝材料形成。当架空电缆安装在受重冰加载的地理区域中时，这样的构造可以是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】架空电缆及制造其的方法
本公开涉及用于电力传输和分配的架空电缆领域。背景用于电力传输和分配的架空电缆通常包括具有足够直径(例如，横截面积)以安全地在高压下传输电力的裸露铝电导体。尽管铝的电导率与质量之比很高，但是某些铝合金在支撑结构之间(例如，在塔架之间)悬挂起来时太脆弱而无法自支撑，从而导致大的下垂，并且必须使用中心强度构件来支撑铝导体。在典型的配置中，单独的金属(例如铝)导电股线螺旋缠绕在中心强度构件周围并由其支撑。当安装时，强度构件承受大部分的机械(例如，拉伸)载荷，并在高拉伸载荷下安装。传统上，强度构件由绞合在一起的多根钢股线组成，电缆配置称为铝导体钢增强(ACSR)。近来，其他材料已经被用于强度构件，例如具有高拉伸强度、低热膨胀系数(CTE)以及其他期望的热和机械性能的改进纤维增强复合材料。具有这样的复合强度构件的架空电缆的一个例子是架空电缆，其可以从美国加州尔湾市的CTC全球公司获得。参见，例如Hiel等人的美国专利No.7,368,162，其通过引用整体并入本文。这种复合强度构件的使用有利地使得能够将高导电率、完全退火的铝用于外部导电股线。在复合强度构件中使用的碳纤维的弹性模量比钢的弹性模量更高(碳纤维约235GPa，而钢约200GPa)。但是，在强度构件中，包围碳的玻璃纤维的外层(约45.6GPa弹性模量)导致复合强度构件的组合模量约GPa，比钢低。玻璃纤维的外层用于改善抗冲击性并增加导体柔性，还用于使碳纤维与铝股线绝缘，以防止电腐蚀。架空电缆的配置中涉及许多设计标准，并且设计标准通常取决于电缆部署位置的当地气候。例如，当电缆安装在经常发生雪和冰事件的寒冷气候地区时，在低负载或断路条件下，由于在正常操作条件下通常不存在热量，当很少或没有电流流过裸露架空电缆时，冰可能会积聚在外导体的表面上。在冰很重的地区，电力公司使用冰厚高达2英寸(50毫米)来计算结冰导体的重量。冰堆积增加的重量将增加电缆上的张力，并可能导致电缆下垂的明显增加，即，支撑点和电缆最低点之间的垂直距离增加。高压裸露架空电缆经常横穿道路、树木和/或低压架空配电电缆。如果这些高压传输电缆由冰加载并且下垂太靠近这些物体，则它们将变得非常危险，并可能导致故障和随之而来的停电。同时，架空电缆还必须能够在电力需求最高的炎热夏季期间安全地传输增加的电力负载(例如，增加的电压)。这种增加的负载会升高电缆的温度(由于电阻加热)，从而导致电缆热膨胀(加长)并向地面下垂，从而产生与冰加载相同的问题。解决这些问题的一种解决方案是利用更高的塔架来支撑电缆。但是，此解决方案会增加成本。解决冰加载问题的另一种解决方案是利用具有非常高的拉伸强度的强度构件，例如纤维增强复合材料的强度构件，并且以非常高的张力将电缆安装在支撑结构之间。
技术实现思路
重冰加载会导致架空电缆永久伸长。由于增加的冰重量导致电缆张力增加，电缆可能会拉伸超过其初始屈服点，这会阻止电缆在冰消融后恢复到其初始下垂或张力状态。纤维增强复合材料的强度构件如强度构件的改进的弹性，允许冰载荷消散后电缆恢复到其初始下垂和张力状态。需要一种具有复合强度构件的架空电缆，其能够在重冰加载条件下和在非常高的电流条件下使用，同时提供与使用复合强度构件相关的其他益处。在一个实施例中，公开了这样的架空电缆。架空电缆包括强度构件、围绕强度构件的第一导电层，其中第一导电层包括第一铝材料的股线。第二导电层围绕第一导电层，其中第二导电层包括第二铝材料的股线。第二铝材料具有与第一铝材料的相同材料特性不同的至少一个材料特性。前述架空电缆可以被表征为具有特征改进和/或附加特征，其可以被单独地或以任何组合来实现。在一个特征中，第一和第二铝材料的不同材料特性选自由屈服应力、弹性模量、硬度、电导率和拉伸强度组成的特性组。在一个特定的特征中，一个不同材料特性是屈服应力。在一个改进中，第二铝材料的屈服应力大于第一铝材料的屈服应力。在另一个特定的特征中，第一铝材料和第二铝材料之间的不同材料特性是拉伸强度。在一个改进中，第二铝材料的拉伸强度小于第一铝材料的拉伸强度。在另一个特征中，第一铝材料和第二铝材料之间的不同材料特性是电导率。在一个改进中，第二铝材料的电导率大于第一铝材料的电导率。在另一个特征中，第一铝材料和第二铝材料中的至少一个具有至少约60％IACS(国际退火铜标准)的电导率。在另一改进中，第一和第二铝材料中的至少一个的电导率至少约62％IACS。在又一改进中，第二铝材料的电导率至少约62％IACS。在另一特征中，第二铝材料是1350-O退火铝合金。在又一特征中，第一铝材料是硬化铝合金。在另一特征中，第一铝材料选自铝锆(AlZr)铝合金和1350-H19铝合金。导电股线可具有各种截面，包括圆形、椭圆形和多边形。在一个特征中，第一铝材料股线和第二铝材料股线中的至少一个是梯形股线。在另一改进中，第一铝材料股线和第二铝材料股线均是梯形股线。架空电缆可以包括多于两层的导电股线。在一个特征中，架空电缆包括设置在第一导电层和第二导电层之间的第三导电层。在一个改进中，第三导电层包括与第一铝材料不同并且与第二铝材料不同的第三铝材料的导电股线。在另一改进中，第三导电层包括第一铝材料的股线。在又一改进中，第三导电层包括第二铝材料的股线。在又一特征中，架空电缆包括设置在第三导电层和第二导电层之间的至少第四导电层。在另一特征中，强度构件包括纤维增强复合材料的强度元件。在一个改进中，纤维增强复合材料的强度元件包括设置在结合基质中的基本连续的增强碳纤维。在另一改进中，强度构件的直径不大于约30mm。在另一改进中，强度构件的直径为至少约3mm。在另一特征中，强度构件的极限拉伸强度(UTS)至少约1700MPa。在另一实施例中，公开了一种用于制造架空电缆的方法。该方法包括以下步骤：将第一铝材料的多个第一股线缠绕到强度构件上以形成第一导电层，和将第二铝材料的多个第二股线缠绕在第一导电层周围以形成第二导电层。第二铝材料具有至少一个材料特性，该至少一个材料特性具有与第一铝材料的相同材料特性的值不同的值。前述方法可以被表征为具有改进和/或附加步骤，其可以被单独地或以任何组合来实现。在一个特征中，第一铝材料的多个第一股线具有梯形截面。在一个改进中，第二铝材料的多个第二股线具有梯形截面。在一个特征中，该方法包括：在将第二导电股线缠绕在第一导电层周围之前，将第三铝材料的多个第三股线缠绕在第一导电层周围。在另一改进中，该方法包括以下步骤：在将第三导电股线缠绕在第一导电层周围之前，将第四铝材料的多个第四股线缠绕在第一导电层周围。在另一实施例中，公开了一种用于安装电传输线的方法。该方法包括以下步骤：将架空电缆悬挂在至少两个支撑结构之间，并对架空电缆施加张力。当架空电缆处于施加的张力下时，夹持架空电缆的第一端和第二端，使得架空电缆至少部分地由两个支撑结构支撑并且以夹紧的张力悬挂。架空电缆包括：强度构件；围绕强度构件的第一导电层，第一导电层包括第一铝材料的股线；以及围绕第一导电层的第二导电层，第二导电层包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种架空电缆，包括：/n强度构件；/n围绕所述强度构件的第一导电层，所述第一导电层包括第一铝材料的股线；和/n围绕所述第一导电层的第二导电层，所述第二导电层包括第二铝材料的股线，/n其中，所述第二铝材料具有至少一个材料特性，所述至少一个材料特性与所述第一铝材料的相同材料特性不同。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180305 US 62/638,4361.一种架空电缆，包括：
强度构件；
围绕所述强度构件的第一导电层，所述第一导电层包括第一铝材料的股线；和
围绕所述第一导电层的第二导电层，所述第二导电层包括第二铝材料的股线，
其中，所述第二铝材料具有至少一个材料特性，所述至少一个材料特性与所述第一铝材料的相同材料特性不同。


2.根据权利要求1所述的架空电缆，其中，所述至少一个材料特性选自由屈服应力、弹性模量、硬度、电导率和拉伸强度组成的特性的组。


3.根据权利要求2所述的架空电缆，其中，所述至少一个材料特性是屈服应力。


4.根据权利要求3所述的架空电缆，其中，所述第二铝材料的屈服应力大于所述第一铝材料的屈服应力。


5.根据权利要求2所述的架空电缆，其中，所述至少一个材料特性是拉伸强度。


6.根据权利要求5所述的架空电缆，其中，所述第二铝材料的拉伸强度小于所述第一铝材料的拉伸强度。


7.根据权利要求2所述的架空电缆，其中，所述至少一个材料特性是电导率。


8.根据权利要求7所述的架空电缆，其中，所述第二铝材料的电导率大于所述第一铝材料的电导率。


9.根据权利要求1所述的架空电缆，其中，所述第二铝材料的电导率为至少约60％IACS。


10.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，其中，所述第二铝材料的电导率为至少约62％IACS。


11.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，其中，所述第二铝材料是1350-O退火的铝合金。


12.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，其中，所述第一铝材料是硬化铝合金。


13.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，其中，所述第一铝材料选自铝锆(AlZr)铝合金和1350-H19铝合金。


14.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，其中，所述第一铝材料的股线和所述第二铝材料的股线中的至少一个是梯形股线。


15.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，其中，所述第一铝材料的股线和所述第二铝材料的股线均为梯形股线。


16.根据前述权利要求中任一项所述的架空电缆，还包括设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间的第三导电层。


17.根据权利要求16所述的架空电缆，其中，所述第三导电层包括与所述第一铝材料不同并且与所述第二铝材料不同的第三铝材料的股线。


18.根据权利要求16所述的架空电缆，其中，所述第三导电层包括第一铝材料的股线。


19.根据权利要求16所述的架空电缆，其中，所述第三导电层包括第二铝材料的股线。


20.根据权利要求16-19中任一项所述的架空电缆，还包括设置在所述第三导电层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：EJ博兹，W韦布，DA皮林，C翁，
申请(专利权)人：CTC环球公司，
类型：发明
国别省市：美国;US