NO800175L - Sammensatt elektrisk kraftledning - Google Patents

Description

Prinsippet med alujainimi på en fjerne av stål er ineget brukt for kraftledninger atrukkot soti luftledninger på grunn av at aluminium har stor ole.ktr.LsK; ledningsevne og stål har stor at/rJce. ø Innen fagområdet er denne type ledning Itjent aoro "ACSR", dvs. "Aluminium Conduetor, steil aeinforced", eller aUuniniujnsleder, atålforsterket. Den anerkjente spesifikasjon for konvensjonell ACSil or "ASTM Specification B 232", nied tittelen "standard Specification for Aluminium Conduetora, Concentric-La/-Utandard Steel Reinforced 1

(ACSft)". Prinsippet er også anvendt i dert type leder som Edwards baskriver i U.:-;. Patent nr. 3,373., 631.

Aluminium og alurainiuta-atål kcaftledninger blir tradisjonelt fremstilt med h5rdhetsgrader som gir så hoy strokkfasthet sora det er koiTimersielt, mulig å gjore. Vanligvis blir kraftledninger konstruert slik at denne strekkfasthet blir best mulig utnyttet, det viL ci at påkjenningen på alu:ainiu:iu>delen blir ganske betraktelig betraktelig. liårdhetsgraden og 'driftoåkjenningene er faktorer aom direkte er forbundet «ied slike problemer som nedsatt styrke vad hoy temperatur- og lanyLi ds krypning. For eksempel, når tråder av forskjellige raa taller,.ao-;3 utål og ivJ-H.10 aluminium, blir utsatt for strekk sammen, sora n.f;r de inngår i en sarrunensatt ledning, så vil det metall som har minst toyelighet briste forst.

I konvensjonelle sammensatte ledninger hvoc aluminium inngår sosa stroiiibæromde ruetall,• somACS.i, vil det være aluminiumatrådene som. har minst toyelighet og vil briste ved bare 1 prosent forlengelse.. Av denne grunn er a tyr ken av stålkjernen i ACSR utover 1 proaent ;^;iC' forlengelse ikke anvendelig for klassifisering av ledningens styrke.

Når konvensjonelle >\ CSR sammensatte ledninger med en hårdtrukket

SC aluminiumkomponent) blir strukket opp mellom to oppheng, blir

. slakken på kabelen beregnet ut fra strekkfasthoten og forlengelsen av både stålkjernen og aluminiumslederen. Ved hdyere temperaturer : vil Imidlertid den hårdtrukne aluminiuradelen begynne å bli temperert, og tape styrke og strekke seg, «slik at stålkjernen vil måtte bisce en stcJrrø del av ledningens vekt. Slakken på ledningen vil da bli sterre enn hva den var da den ble installert. Siden slakk på kraftledning ikke kan tillates utover et visst maksimum»vil det være klart at konvensjonelle Acsa typer kabel ikke kan anvendes ved temperaturer som vil frembringe denne uaksepterbare . , . temperering av aluminium.

U.S. Patent 3, Bl3,431 representerer ett forsak på å overkomme dette problem med AC G/t kabel. Dette patent beskriver en ledning, som .; består av en fulltemperert aluminiumsdel på en bærende atålkjerne.

•Fordi denne alu ninium er fullstendig temperert,' så har den bedre tftyningsegenskaper, og kabelen kan derfor anvendes vad hdyere tera temperaturer enn ACS-t-ledninger. Ved installasjonen blir aluminiums delen strukket ut over flytegrensen, slik at stålkjernen bærer så å si hele belastningen på den dammensatte ledning. All den stund ledningens slakk blir beregnet bare på grunnlag av stålkjernens

styrke og forlengelse, vil der ikke forkomme storre slakk ved .v hcSyere temperaturer, siden stålkjernen allerede bærer hele belastningen.

r Fordi alurainiumkom<p>onenten imidlertid ikko bidrar til ledningens bæreevne slik denne kjente kabel er utfort,.så i.iå stålkjernen<1>

ha storre tverrsnitt enn konvensjonelle AC&lbibler, for & erstatta aluminiumdelena manglende bæreevne. Dette storre trerrsnitt som den sammensatte ledning derved antar har gitt problemer ved opp-kobling av kabelen med konvensjonelle koblingsutstyr, somler dimensjonert for de spinklere AG5R ledninger. På den annen side/hvis stålkjernens tverrsnitt forblir som for konvensjonell kabel,£ \ så vil maksimum brudds tyr ke for den nye kabel enn bli mindre enn; for., den konvensjonelle.

På grunnlag av foregående betraktninger skulle det være klart at der er fremdeles behov innen kabelindustrien for en mere effektiv kabel som kan fungere ved hoye temperaturer med full styrkg -cjg uforandret slakk- og strekkegenskaper. I henhold til foreliggende oppfinnelse er det derfor fremskaffet en ny type sammensatt ledning, hvori aluminiuradelen er utfomet av en aluminlumlegering som har en strekkfasthet i temperert til3tand soia er ekvivalent til strekk-fastheten av EC hårdtrukket materiale. Som en konsekvens av dette kan aluminlumdelen bære en del av belastningen, hvilket tillater att

• V 1. d*r kan anvendes mindre stål og derfor mere aluminium-i et tverrsnitt som svarer til det som er oppfort i nevnte U.S. Patent nr. 3,613,4;-1, slik at den nye kabel kan lede mere streta enn nevnte patenterte kabel, eller 2. déW samme tverrsnitt kan anvendes for stålkjernen som tidligere, slik at den nye kabelen kan fungere tilfredsstillende ved hdyere . * temperaturer enn konvenojonell EC ACSit kabel.

Samtidig vil dot være klart at den tempererte aluminlumdelen ;.i foreliggende oppfinnelse kan strekkes lengre enn tilsvarende i konvensjonell ACsa kabel, og den vil derfor fortsatt bære en del' av belastningen ved hdye temperaturer, hvorved tendensen til dket slakk vil bli redusert i forhold til den som forekommer ved konvensjonell ACSR sammensatt ledning ved ho/ere temperaturer, hvor dens hårdtrukne alujrainiumdeléntaper sin styrke.

Den foreliggende oppfinnelse er derfor i sine bredeste aspekter rettet mot en elektrisk ledning for kraftlinjer som omfatter en stålkjerne og aluminiumtrådér rundt kjernen, med en elektrisk ledningsevne på minst 6IV» IACS, idet nevnte aluminiumtrådér er i det minste delvi3temperert,karakterisert vedat nevnte i det i'r minste delvis tempererte aluminiumtråd er utfort av en aluminiumlegering som har slik fly tegrense og forlengelseskarakterlstlkk i!;;: delvis temperert tilstand at alurainiumtrådene vil bære en del ■av'"''?'?*' belastingen når ledningen henges opp mellom separate opphengspunkter og blir strukket utover slike belastninger som ville ha fort til at den tempererte aluminlumdelen i konvensjonelle sammensatte ledninger ville ha overskredet flytegrensen. Dette innebærer at den nye ledning har storre utmatningsmotstand sammenliknet med tidligere delvis tempererte aluminiuradeler,3oni ikke er egnet til å bære noen belastning under tilsvarende strekk, så vel som at den nye ledning ikke vil vcere utsatt for storre slakk som ftJlge av htty temperatur.

Mere spesielt har aluminiumlegeringen i foreliggende oppfinnelse

en flytegrense på 915 kg/cm 2 ved en forlengelse på b%, når den

7

delvis temperert, og minst 6>0 kg/cm' i fullstendig temperert tilstand.

X en forste utfdrelse av oppfinnelsen består aluminiumlegeringen

av 0,30-0,95 vektprosent jern, 0,'Jl-0,15 vektprosent silisium,

og resten aluminium, med tilhorendo sporeelementor ikke over 0,05 vektprosent.. ;. '.^

I en annen utfbrelse av oppfinnelsen består aluraifa.- omleger ingen av 0,20-2,00 vektprosent kobolt, 0,10-1,30 vektprosent Jern, 0,0001-1,00 vektprosent magnesium, 0-1,75 vektprosent av minst ett c av elementene nikkel, kobber,silisium, sireon, niob, tantal, . yttrium, scandium, torium, karbon og de skjeldne jordarter, og resten aluminium med tilhørende sporelementer.

I en tredje utfbrelse av oppfinnelsen består aluminiumlegeringen av 0,20-1,60 vektprosent nikkel, 9,30-1,30 vektprosent jern, og resten aluminium med tilhørende sporelementer.

Den sammensatte flertråds elektriske ledning i henhold til foreliggende oppfinnelse er særskilt velegnet og brukbar i slike omgivelser hvor en ledning av sammensatt konstruksjon ikke bare må ha relativ hoy elektrisk ladningsevne men samtidig relativt hdyt styrke/vekt forhold, relativt hoyt styrke/temperatur forhold,, samt relativt hoy amperekåpasitot. Disse og andre formål, i: fordeler og karakteristiske trekk ved foreliggende oppfinnelse ; w vil komrrø klarere frem ved gjennomgåelse av.de følgende sposifik- , " as loner, under henvisning til vedlagte tegninger, som bare er ment"'som illustrasjon..

rig. 1 er et tverrsnitt av en kraftledning av aluminiunilegering

pa stålkjerne, aom omfatter et hylster av aluminiumtrådér spiralviklet rundt en kjerne av ståltråder,

Fig. 2 er et tverrsnitt av en kraftledning av aluminiumlegering

på stålkjerne, som omfatter et somloat rdr av en aluminium-leger ing rundt en kjerne av ståltråder Fig. 3 er et tverrsnitt av en kraftledning av aluminiuarlegering på stålkjerne, som omfatter et svei3et r fir av en aluminiumlegering rundt en kjerne av ståltråder,

Fig. 4 or et tverrsnitt av en kraftledning av aluminiumlegering

på stålkjerne, som omfatter et hylster av aluminiumstrimler rundt en kjerne av ståltråder, og ;:'---! '■'

Fig. 5» er et tverrsnitt av en kraftledning av aluminiuialegoring

på stålkjerne, som omfatter avrundede strimler av en aluminiumlegering splralviklet rundt en kjerne av ståltråder .

I samsvar med praksis innen kabelindustrien vil heretter uttrykket "ledning" bli brukt \ betydning av hele den artikkel som oppfinnelsen omfatter, skjent dette uttrykk i ain strikte tekniske betydning bare henspeiler på den delen aom består av en aluminiums-legering.

Hvis ikke annet er angitt, eller klart fremgår av sammenhengen,

så er alla dimensjoner angitt bare for å illustrere, og for å

gjore det mulig å gl en mere konsis beskrivelse av de foretrukne utforeiser.

Fig. 1 viser en kraftledning 10 av aluminiumlegering på stålkjerne, som omfatter stålkjernen 12 oppbygget av flere tråder 22, og en T:,;v elektrisk ledende del 14 av en aluminiumlegering oppbygget ved '\: vikling av en rekke tråder 20 i apiral rundt stålkjernen 12. I

eksempelet er der to lag 16 og 1h med tråder 20 av aluminiumlegering.

Stålkjernen 12 kan være av mange, slag, men en kjerne sammensatt

av ståltråder er å foretrekke, uisoe kan, f. eks,, være identiske med da tråder som blir brukt i tilsvarendeACSR-ledninger hva angår sammensetning og fremstillingsmåte. Det henvises til følgende publikasjoners

1.&STH 0 232 "Aluminium Conductor3, Steel Reinforced, Concentric-Lay stranded (acsr)<h>, 2. li 311 "Aluminiuin-Coated (Aluminized) Steel Ore Wire for Aluminium Conductors, Steel Reinforced (ACSa)'"', 3. B 502 "Aluminium-Clad Steel Reinforced (A0SR-/AW)og . 4. fl 493 "Zinc-Coated (Galvanized) Steel Core Wire for Aluminium Conductors, steel Reinforced (ACSA)".

Som vist på fig. 1 består stålkjernen 12 av syv 3,454 mm diameter

ståltråder z> viklet sammen i <jf>iral slik at kjernens diameter blir 10,36 raa. Tråder av en aluminiumlegering, halv-temperert eller full-temperert, blir derpå viklet direkte på kjernen 12, hvilket frembringer en ledning i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Tabell I viser tre forskjellige aluniniuralegiringér i henhold til oppfinnelsen, betegnet med X, / og Z. Det vil fremgå at disse legeringer, ekjont deres strekkfasthet og flytegrense er noe lavere enn for ÉC-H-19 aluminium, er overlegne samtnenliknet med konvensjonelle tempererte alu;ninium/atål ledninger, opptil 200 prosent. Enn vi dere har trådene 20 av aluoiniuialegering i henhold til oppfinnelsen en tcJylighot som gjor at ledningen får mindre okning 1 slakk og kan brukes ved hdyere temperaturer.

Mår temperert aluminiumlegering anvendes, blir klassifisert styrke for ACSR type ledninger beregnet på en annen måte enn når hård- •• trukne tråder anvendes. Dette skyldes at forlengelsen av hård- ' trukket aluminiumtråd sootrent TU) er betraktelig mindre enn for

ståltrådene (omtrent 5%), mens for temperert aluminiumlegering

^er denne betraktelig sterre enn for ståltrådene. - Med hårdtrukne

aluminiumtrådér med liten forlengelseblir den klassifiserte styrke beregnet på grunnlag av full styrke for aluminiumtrådene pluss ståltrådenes styrke basert på bara W forlengelse. Med tråder av temperert aluminiumlegering, som har sterre forlengelse og stor styrke, kan den fulle styrken av ståltrådene anvendes for beregnet;vjav klassifisert styrke, hvilket frembringer en ledning med storre styrke,.som dessuten kan fungere kontinuerlig ved 150 til 200°C uten vesentlig tap av mekaniske egenskaper.

I en utfdreise av foreliggende oppfinnelse, i tabell 1 betegnet med legering x, er aluminlumdelen 14 av ledningen 10 fortrinnsvis i frémstilt av en aluminiumlegering som består av 0,30-0,95% jern,

O,01-0,15°/4 silisium,og 0,0001-0,05% sporelementer, som vanadium, kobber, mangan, magnesium, bor og titan. I den foretrukne versjon av denne utf dreise av aluminiumlegeringen 14 i ledning 10 må *3--.3--.^':-: forholdet mellom jern og 3ilisiui,\ være minst 1,99 eller storre, fortrinnsvis storre enn 3.0. I den mest foretrukne versjon vil. aluminiumlegeringen ottar tompereringen omfatte inneslutninger av Jern aluminat, hvorav de fleste har partiklar-: under 2000 Å,

målt normalt på inneslutningens longitudinale akse. Disse inneslutninger er tilnærmet jevtat fordelt over hele aluminiumlegeringen 14. '--^v

I et andre utforelæ av foreliggende oppfinnelse, i tabell 1 betegnet med legering Y, er aluminiumdelen* 14 av ledning 10 fortrinnsvis fremstilt av en aluminiumlegering som består av 0,20-2,00% kobolt, 0,1-1,3% jern, 0,001-1,00% magnesium, og opptil cirka 1,75% av et annet element, innen gruppen nikkel, kobber, silisium, z.jrkoh, niob, tantal, yttrium, scandium, torium, karbon;i sjela© a jordmetaller, og blandinger av to eller flere av disse, idet resten er aluminium med henhørende sporelementer.

En tredje utforol^vj *v foreliggende oppfinnelse, i tabell 1 betegne betegnet med legering Z, er aluminlumdelen av ledning 10 fortrinns-I vis-fremstilt av an aluminiumlegering som består av nikkel, Jera;'*»^ og eventuelt andre elementer, samt aluminium. Det er fastslått at gode resultater*-fremkommer hvis nikkel forekommer i ve tprosent 0,20-1,60. Resultantene blir-..;, aks tr a gode hvis denne vektprosent .: ligger i området 0,50-1,00, og aller best hvis den er 0,60-0,80. Videre er det oppnådd gode resultater ved at Jern forekommer med 0,30-1,30 vektprosent, samt ektitra gode resultater hvis vekt-,

prosenten ligge? i området 0,40-0,00, og aller best o-a don er 0,45-0,65. Inneholdet av aluminium i denne aluminlumdelen kan variere fra 97,00 til 99,50 vektprosent, møn ekstra gode resultater fremkommer hvis vektprosenten ligger i området 97,80-99,20.

Siden makaimim og minimum for aluminium ikke korresponderer med

maksimum og minimum for de andre elementene, så er det klart at gode resultater ikke fremkommer hvis legeringen inneholder maksimum av alle elementer. Hvis kommersielt tilgjengelig aluminium blir anvendt for produksjon av aluminlumdelen 14, så er det å foretrekke at denne, aluminium for de omtalte iegeringselemeter tilsattes,

ikke inneholder mer enn 0,10 prosent forurensninger.

Som et alternativ kan foreliggende aluminiumdel 14 inneholde nok'' et, legoringaelement oller en gruppe av sådanne. Den totale konsentrasjon av dette nye tilskudd kan beltSpo seg til cirka 2,00 vektprosent, men fortrinnsvis anvendes cirka 0,10-1,50 vektprosent. Særlig gode resultater fremkommer hvis tilskuddet er på 0,10-1,00 vektprosent. Meget gode resultater oppnås når tilskuddet består av elementer i tabell II.

Det er å foretrekke at ko!x>lt el.lo ir :viagnesluim anvendes for

dette tila;«uld. Oode r es ul tåtor oppnås' bvis ett av disse fore-kommet som .1, .01-1,0.1 vektprosent, og meget gode hvis dette området innsnevras til 0, i 25-0,50 vektprosent. Resultatene er aller beat med o, ^3-0,10-vektprosent .kobolt eller magnesium.

ie sjeldne jordmetu.il kan >:ore*>*!io individuelt som vist i tabell I eller helt oller delvis som en gruppe, begrenset til det

område som tabell II vi3erfor sjeldne jordmetaller.

Det skal forstås slik at i nevnte tilskudd kan elementene.fore-komme hver for seg, eller i grupper av to eller flere elementer.

Det skal gjotes klart, imidlertid, at hvis to eller flere elementer anvendes, så ;aå sarolet. konsentrasjon' av disse tilskudd ikke over-skride cirka 2,00 vektprosent.

På fig. 2 er det vist en ledning 30 av aluminium på stålkjerne,

som omfatter sameie stålkjernen 12 som på fig. 1, samt en rorformet del 32 av alu dniuralegering ek3trudect over kjernen<;>'..U et hele. Ekstruderingenforetas ved en temperatur aom forer til at aluminiuradelen blir temperert, med do egenskaper son foreliggende oppfinnelse krever.

Fig. 3 viaer rjt alternativ til fig. 2, idet en ledning 42 av aluminiumlegering på stålkjerne er fremstilt med en rørformet aluiuiniumdol i0, ved at en bred strimmel 44 av elektrisk ledende teciperert aluminium! eger ing er avopt rundt kjernen, og de motende kanter3velaet sammen ved 46 med konvensjonel utstyr og taknikk.

Der kan anvendes alumlniumlegeringer også i andre former enn dem som har sirkulært tverrsnitt. Flg. 4 viser f. eks. en kjerne 12

med 11,35 mm diaraeter, fremstilt ved spiralvikling av syv ståltråder, 3,78 mm dia-nator, og et ror av elektrisk ledende temperert aluminiumlegering 27 med innvendig dia;*»ter 11,35 ram, fremstilt av ti - trap©3formede tråder 29 med tykkelse 5,OB mm.

På fig. o er et forote lag med rørformet aluminiumlegering utført ved spiralvikling av fire 2,54 ram tykke strimler, idet dette laget utfores med an indre diameter på 10,13 mm og en yt tre diameter på 15,21 mm. Det andire yttre laget av rørformet aliminiumlegering blir apiralviklet rett på det første men i motsatt retning, og består av fire strimler av alrkminiumlegering. 2,54 mm tykke og cirka 10 mm brede, idet dette laget er fremstilt med indre diameter på 15,21 ram og yttre diameter 20,29 rora. I begge tilfelle er strimlene utformet med krumning rundt ledningens akse, nøyaktig som vist i tverrsnittet.

Strimlene 20 er utfort av «ilektrisk ledende aluminiumlegering, og er fullstendig temperert for viklingen. Det indre laget 16 kan^wtformes med flero eller færre strimler 20. '

Det skulle være klart at heltrukno eller sveisede rør, såvel som tråder og strimler, kan alle anvendes som likeverdig» alternativer ved fremstilling av en ledning i henhold til foreliggende oppfinnelse, valget av alternativ vil til ethvert tidspunkt varre diktert av økonomiske vurderinger, eller være grunnlagt på andre kriterier av ko jtfjtruk3jonamossig art.

Skjønt nuværende foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i det foregående, så skal det presiseres at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse, men vil kunne finne andre utførelser uten at disse forer bort fra den lde og utover, det omfang som foreliggende oppfinnelse o raf at ter.

Claims (6)

1. Elektrisk leder for kraftlinje og utført som luftledning, idet den omfatter en kjerne av stål og.en aluminiuradel med elektrisk ledningsevne på minst 61% IACS lagt rundt kjernen og nevnte aluminiumdel befinner seg i en i det minste delvis glødet tilstand samt utgjø res av en aluminiumlegering som har flytegrense fra 915 kg/cm 2 ved en forlengelse på o 5% i delvis glø det tilstand til en flytegrense på o minst 600 kg/cm 2 ved en forlengelse på 15% i fullstendig glø det tilstand, således at den i det minste delvis glødede aluminiumdel kan bidra til å bære luftledningens belastning, ved strekkspenninger over 600 kg/cm 2, samtidig som den forhindrer utillatelig slakk i ledningen ved høye temperaturer, karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering i det vesentlige består av 0,20-2,00 vektprosent kobolt, 0,10-1,30 vektprosent jern, 0,001-1,00 vektprosent magnesium, 0-1,75 vektprosent av minst ett av elementene nikkel, kobber, silisium, zerkonium, niob, tantal, yttrium, scandium, torium, karbon og de sjeldne jordmetaller, mens resten utgjø res av aluminium med tilhø rende sporelementer.

2. Elektrisk leder som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering fortrinnsvis omfatter 0,55-0,95 vektprosent kobolt, 0,10-0,30 vektprosent jern, og resten aluminium med tilhørende sporelementer.

3. Elektrisk leder som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering omfatter hovedsaklig jevnt fordelte inneslutninger av kobolt-aluminat med partikkelstørrelse mindre enn 2 /im i lengde og mindre enn 0,5 ^fm i bredde. h.

Elektrisk leder som angitt i krav 1 -3 j karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering befinner seg i fullstendig glø det tilstand og har en flytegrense på minst 700 kg/cm ved en forlengelse på 15% over 250 mm.

5. Elektrisk leder som angitt 1 krav 1 , karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering består av 0,20-1,60 vektprosent nikkel, 0,30-1,30 vektprosent jern, og resten aluminium med tilhørende sporelementer.

6. Elektrisk leder som angitt i krav 5?karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering fortrinnsvis består av 0,^0-0,80 vektprosent jern, 0,50-1,00 vektprosent nikkel, og resten aluminium med tilhørende sporelementer.

7- Elektrisk leder som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at nevnte aluminiumlegering er i fullstendig glødet tilstand og har en flytegrense på minst 850 kg/cm for en forlengelse på 15% over 250 mm.