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    降低電網損耗 新型架空鋁電線開發
    發布時間:2016.03.03 新聞來源:重慶安享電纜有限公司 瀏覽次數:

    降低電網損耗 新型架空鋁電線開發  安享電纜

     

     

     

     

    鋁有良好的導電性能與低的密度,因此廣泛用作導電體,主要以線材、管材、匯流排條、箔材形式應用于電力、電訊部門。鋁用作導體始于1896年,那年英國人柯利(W.L.E.Curlei博爾頓架設了世界上第一條架空鋁導線,距原鋁的工業化提取僅8年,至今已約120年。

     

    導電線的發展可分為五個階段(里程碑)1882年德國架設了一條60km長、功率2kW輸電線路,用銅與銅合金制造的開架空輸電線路的先河,可將此舉認為是架空線路史上第一塊里程碑;第二塊里程碑是1898年美國工程師用全鋁線(AA C,all-aluminumconductor取代銅線架設加利福尼亞州藍湖-斯托克頓之間的輸電線;1909年用鋼芯鋁絞線(ACSR架設33kV高壓線路可認為是第三塊里程碑,4年之后用鋼芯鋁絞線勝利地建造了一條150kV輸電線路,鋼芯鋁絞線是美國鋁業公司(Alcoa技師胡普斯發明的第四塊里程碑是1930年問世的全鋁合金導電體(AA A C,all-aluminumalloiconductor這種電工鋁合金的商品名稱為Aldrei或Almelec上世紀60年代從日本開始的高溫低撓度電工鋁合金研究,與慣例輸配電鋁合金相比,HTLS合金線路可顯著提高輸電容量,這次研究可認為是輸配電鋁線發展路線圖上的第五塊里程碑,現在已在高壓輸配電電路中獲得應用的高溫鋁合金電線的商品名稱有:ACSSACCRACCCTA CSRGZTA CSR與ZTA CSR等,不同公司的產品,各有其特點,或在結構方面有不同之處,或在鋼芯線或鋁線型式方面有特異之處。

     

    電力鋁合金

     

    電力線中以鋁代銅有如下優點:質量輕、電導率高,單位質量鋁的電導率是銅的208%當電導率相等時,鋁導體的質量只有銅的50%即便于架設,又有利于搬運,可顯著加寬架線間距;導熱性好、蓄熱少,流過相同電流時,鋁線的截面積比銅線的大60%所以散發電流熱的能力比銅的好得多;鋁在大氣中有很強的抗蝕性,對硫化物的抗蝕性比銅強得多;加工成形性好,資源豐富,供應穩定等。另外,鋼芯鋁絞線的強度大,外表電位梯度小、電暈特性好也是鋁的優點。廢鋁導體的可回收性比銅的好得多,其回收再生能耗僅相當于原鋁提取的5%而廢銅導體的回收再生能耗幾乎與原生銅的相等。

     

    當然與銅相比,鋁也有一些不足之處,如鋁的力學性能比銅低,鋁的切口敏感性比銅大,因此在裝置鋁線時應格外小心,另外,鋁的線膨脹系數比銅大35%也是其缺點。

     

    慣例電力線鋁合金

     

    經過一百余年的發展,電力線鋁合金已形成3組,有著不同的用途:

     

    工業純鋁

     

    電線電纜制造中用得最多的工業純鋁是1350與1370過去往往將1350稱為電工純鋁(EC1350合金是一個美國合金,1975年在美國鋁業協會注冊,成分(質量%Si0.10Fe0.40Cu0.05Mn0.01Cr0.01Zn0.05B0.05Ga0.03V+Ti0.02其他雜質單個0.03總計0.10Al99.501370合金是一個法國合金,1976年在美國鋁業協會注冊,成分(質量%Si0.10Fe0.25Cu0.02Mn0.01Mg0.02Cr0.01Zn0.04B0.02Ga0.03V+Ti0.02其他雜質單個0.02總計0.10Al99.501370合金的純度比1350合金的更大一些,因此它電導率也大一些,不過其價格也略高一點點。歐洲傾向于使用1370合金,而此美洲則多使用1350合金。

     

    1350及1370合金的導電率:H19線材的34.4MS/mO線材的35.4MS/mH19線材的抗拉強度約180N/mm2最高使用溫度80℃,而工作溫度高的HTLS線材則在O狀態下應用,不過它抗拉強度則下降到60N/mm2~90N/mm2電導率上升到35.9MS/m工作溫度可達230℃。

     

    6xxx系合金

     

    上世紀30年代由于電力的高速發展呈現了6xxx系的電工合金,典型合金為61016063及6061合金,其商品名稱為AL2AL3AL4AL5等,都含有一定量的Mg及Si電導率32.7MS/m~30.0MS/m抗拉強度280N/mm2~320N/mm2人工時效T6狀態下應用,工作溫度不得超越80℃?;瘜W成分(質量%

     

    耐熱鋁合金

     

    耐熱電工鋁合金是用于制造可在>80℃下長期工作的電導體,用作架空線時具有低的撓度,即HTLS架空線。這些合金的抗拉強度為170N/mm2~240N/mm2比退火的HTLS-A CSS合金、HTLS合金的高,而比AT1~A T4耐熱合金的低;另一個特點是這類耐熱鋁合金的其電導率比退火線的低3%~11%

     

    AL59合金

     

    此類合金線材的抗拉強度比1xxx系合金的高,而電導率又比6xxx系的好,因而是制造兼有這兩類合金優點導線的鋁合金。

     

    由以上分析可知,研發新的電力線鋁合金可從以下幾方面著手工作:第一,開發6xxx系合金,制造均一的高架線,雖有高的強度,但電導率較低,同時還必須研究AL59與AT2合金;第二個研究領域是開發高溫鋁合金,力學性能與6xxx系合金的相當,但是工作溫度可高1~2倍;第三個領域,開發退火線有高電導率的新合金,盡管它抗拉強度有所下降。由此可見,研發目標非常明確,就是研發一類電導率可與1370合金媲美或更高的導線合金,而其強度又與其相當。

     

    波蘭導線鋁合金的發展

     

    波蘭斯卡維納市波里濟現代鋁產品公司自1954年電解鋁系列投產至今已逾60年,用普羅帕齊(Properzi連鑄機連續鑄造線桿,由于經濟與環保方面原因,電解鋁廠關閉,2條線桿連鑄線仍在生產,但用外購的重熔用錠,公司名稱已改為NPA 這種形勢下,公司自愿研發新的電工鋁合金與生產電線的新工藝。

     

    從1990年起,公司對現有的線桿連鑄機進行了現代化技術改造,可以鑄造6xxx系合金線桿,2013年公司勝利地鑄出了AT1及AT3耐熱合金線桿,6xxx系合金AL2及AL7線桿,還生產了汽車工業用的8xxx系合金線材。由于生產發展和不時地推出新產品,公司得到擴大,以汽車電纜為基礎成立了現代線纜部。為了進一步擴大與不時地創新,NPA 公司與波蘭克拉科夫AGH科技大學有色金屬系列進行了緊密的合作,研發新產品,同時將生產方向集中于兩類產品:大量生產1xxx系合金線桿與先進鋁合金線桿,后者用于拉制室內(in-hous線路用的線材。

     

    當前,NPA 公司的研發集中于:拉制AT2及AT4合金線的耐熱鋁合金線桿,改進鋁合金線桿和AL59合金線材的生產工藝。確定生產優質性能導線的工藝路線與工藝參數,以及性能指標。AT2耐熱合金的工作溫度為150℃,而AT4合金的應達到230℃,力學性能及其他性能見歐洲標準。耐熱線纜鋁合金都含有一定量的鋯與稀土元素。

     

    AL59也是一種重要的電力線合金,瑞典規范SS4240813對其性能有詳細規定,其均一線材的性能見。

     

    NPA 公司在AL1合金基礎上研制出電導率最大化的而力學性能又與其相當的AL1-HC合金線材,AL1一種1xxx系合金,HC高電導率(highconduct縮寫。

     

    新鋁合金導線

     

     

    以實際應用為例對新研制的鋁合金導線的性能作研究,導線直徑為3.51mm導體結構為鋼芯鋁絞線與全鋁合金導體(線)即AA A C實際上是一種裸鋁合金線。這些輸電線在波蘭與歐洲220kV與400kV輸電網中獲得廣泛應用。為了比擬,鋼芯鋁絞線芯線采用標準的ST6A 鋼絲,而鋁線用的AL1AL1-HC工業純鋁線編織帶與耐熱鋁合金AT4線編織帶;為了比擬AA A C輸電線的性能,采用高力學性能的AL7AL59鋁合金線與AT2耐熱鋁合金線。有關計算用的參數都引自歐洲標準EN50182與國際電工規范IEC61597

     

     

    對比研究顯示,絞線中采用強度更高一些鋼絲可使鋼芯鋁絞線的屈服強度上升約8%絞線中的規范鋁線以AL1-HC合金取代可使電阻下降1.6%從長遠來看,采用典型相導線,電力系統中可節約大量的電。如使用AT4鋁合金線,電阻可增加約5%但優點是工作溫度可提高到230℃,AT4合金線輸送的電流可比AL-1純鋁線的大50%大大提高了電鋼平安運行能力。

     

    分析用的AA A C導線的斷裂強度低一些,最大下降11%不過當質量小的導線比擬時,不會對線路設計有大的影響,對全鋁導線來說,最有意義的參數是其電阻,所研究的事例中約下降10%采用AT2合金線,可提高相線負載約25%不過此時線路的工作溫度可上升到150℃。

     

    值得指出的ACSR與AA A C導線的主要區別是彈性模量與熱膨脹系靈敏,決定高壓輸電線架設的高度,ACSR線的這兩個參數值為67.1GN/mm2與19.510-6/℃,AA A C線的分別為58.3GN/mm2與2310-6/℃。

    本文共分 1

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