專利名稱：矩形截面絞合導(dǎo)線及其加工方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機、變壓器、電抗器用矩形繞組線，尤其涉及一種由多股導(dǎo)線絞合而成的矩形截面繞組線及其加工方法和裝置。
背景技術(shù)：
大容量的電機、變壓器、電抗器的繞組導(dǎo)線的截面積很大，為使繞組線的結(jié)構(gòu)緊湊，通常采用矩形截面導(dǎo)線繞制，傳統(tǒng)的矩形截面導(dǎo)線直接使用銅排、鋁排等實芯導(dǎo)體，此導(dǎo)體剛性大，繞制工藝難度大，受繞制工藝限制，實芯導(dǎo)體的截面積有限，使得電機、變壓器、電抗器的容量或電壓等級也有限，例如，目前只能生產(chǎn)500kV的電抗器，還不能生產(chǎn)更高電壓等級(交流1000kV、直流±800kV及以上)的電抗器。為改變這一狀況，一些電纜生產(chǎn)企業(yè)正在研發(fā)一種矩形截面絞合導(dǎo)線，加工方法是將絞合導(dǎo)線通過一個緊壓成型裝置，將絞合導(dǎo)線的截面形狀拉拔成矩形。例如中國專利公開的《矩形鋁電纜線》(申請?zhí)?3107996.9)，其柔韌性比實芯導(dǎo)體好，可降低繞制工藝難度，這樣，就可使用更大截面的導(dǎo)線生產(chǎn)更大容量電機、變壓器或更高電壓等級的電抗器。但是，該產(chǎn)品尚未試制成功，還存在許多缺陷，主要有1、導(dǎo)線內(nèi)線芯成型不規(guī)整，排列錯亂無規(guī)則，間隙不均勻，容易產(chǎn)生高壓放電現(xiàn)象。
2、導(dǎo)體截面的輪廓形狀只是近似矩形，表層導(dǎo)線不平整，同一條邊上的外層導(dǎo)線，其中心也不在同一直線上，四個角的圓弧半徑大小不均勻，給后序的絕緣層繞包工藝帶來困難，對絕緣性能產(chǎn)生不利影響。
3、導(dǎo)體內(nèi)各導(dǎo)線變形不一致，變形大的導(dǎo)體，其表層保護膜遭到破壞，使諧波阻抗增大，降低了電性能。
究其原因主要是1、絞合導(dǎo)線的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，不可能壓成目標(biāo)產(chǎn)品所需要的線芯排列結(jié)構(gòu)。
2、加工工藝不當(dāng)。現(xiàn)有工藝是兩步成型工藝，先將導(dǎo)線絞合成圓截面，再將圓截面的絞合線用成型裝置拉拔成矩形截面，截面輪廓形狀的改變是通過線芯受拉拔緊壓變形和縮小線芯間隙實現(xiàn)的，其不利后果是各線芯變形程度不一致，表層線芯變形大，中心層線芯變形小，使原本規(guī)則排列的線芯成為不規(guī)則排列，且間隙變得不均勻。
3、緊壓成型模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，采用常規(guī)的拉模，導(dǎo)線的截面輪廓被模具強制拉拔成矩形。該模具的缺點是①、模具工作時固定不動，導(dǎo)線運動時，與模具發(fā)生強烈滑動摩擦，表層導(dǎo)線劃傷嚴(yán)重，毛刺多，氧化保護層被破壞；②、由于滑動摩擦力很大，模具容易磨損，使用壽命短，而且設(shè)備能耗增大；③、模具的尺寸固定不可調(diào)，只能加工一種規(guī)格的導(dǎo)線，不同規(guī)格的導(dǎo)線需要對應(yīng)不同的模具，故模具的規(guī)格多，成本高；④、換模時，須重新對導(dǎo)體進行帶頭牽引，操作煩瑣、費時，工人勞動強度大，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的，是提供一種大截面、柔韌性好的矩形截面絞合線及其加工方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種大截面、柔韌性好、絕緣強度高，用其可生產(chǎn)交流1000kV、直流±800kV超高壓電抗器的矩形繞組線。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是一種矩形截面絞合導(dǎo)線，由多股線芯絞合而成，所述導(dǎo)線的線芯呈規(guī)則排列。
所述線芯的排列規(guī)則是矩陣式或蜂窩式。
所述線芯排列為分層結(jié)構(gòu)，各層的線芯數(shù)由中心層向外層遞增，且滿足下式M＝n+(n+8)+(n+8+8)+…式中M為導(dǎo)線線芯總數(shù)n為中心層線芯數(shù)，n＝1.2.3…一種用做交流1000kV、直流±800kV電抗器的矩形繞組線，包括導(dǎo)體及包覆在導(dǎo)體表面的絕緣層，所述導(dǎo)體采用上述的矩形截面絞合導(dǎo)線，所述絕緣層是多層不同材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣層，其中至少有一層絕緣材料是聚酰亞胺。
一種矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，包括機架和安裝在機架上的模具，所述模具是滾壓模，該滾壓模由一對在垂直方向上、下布置的壓輪和一對在水平方向左、右布置的壓輪構(gòu)成，壓輪的輪緣是圓柱面，四只壓輪的輪緣圍成一矩形截面空間；所述壓輪具有中軸和壓輪座，中軸的兩端分別連接壓輪座。
所述壓輪與中軸回轉(zhuǎn)動配合，中軸的兩端固接在壓輪座上。
所述壓輪與中軸回轉(zhuǎn)動配合，配合部位設(shè)有軸承，中軸的兩端固接在壓輪座上。
所述壓輪座與機架為軌/槽滑動配合結(jié)構(gòu)，在機架上分別設(shè)有設(shè)有垂直壓輪、水平壓輪的間距調(diào)整螺栓，調(diào)整螺栓分別與各自的壓輪座螺接。
所述調(diào)整螺栓配有鎖緊螺母。
一種上述矩形截面絞合導(dǎo)線的加工方法，將導(dǎo)線緊壓成型裝置布置在絞合導(dǎo)線生產(chǎn)線中，使該成型裝置的模具位于導(dǎo)線的絞合點，導(dǎo)線貫穿模具內(nèi)，沿導(dǎo)線長度方向運動，由模具調(diào)整導(dǎo)線各線芯的相對位置，使其呈有序的規(guī)則排列，規(guī)范導(dǎo)線的截面輪廓為矩形。
上述結(jié)構(gòu)的矩形截面絞合導(dǎo)線的優(yōu)點是由于導(dǎo)線成型主要是通過調(diào)整線芯的相對位置來實現(xiàn)，線芯排列規(guī)則，各線芯變形小且變形程度一致，間隙均勻，表層平整，四個圓弧角大小一致，矩形截面成型規(guī)整，利于絕緣層繞包，降低繞包工藝難度，保證絕緣質(zhì)量，有效地減小了高壓放電幾率，同時又保證了導(dǎo)線表面的氧化膜不被破壞，最大限度降低諧波阻抗，為提高其電性能提供了保障。
上述電抗器繞組線的優(yōu)點是除導(dǎo)線本身的優(yōu)點外，其絕緣層為復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中NOMEX絕緣紙允許直接繞包于導(dǎo)線表面或繞包于聚酰亞胺之外，外層再繞包聚酰亞胺薄膜。聚酰亞胺是當(dāng)今耐溫等級最高、力學(xué)性能、介電性能、耐腐蝕性能最好的高分子材料，耐溫等級可達482℃。同時采用復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，其絕緣水平、耐壓等級及耐溫等級等指標(biāo)完全可滿足交流1000kV、直流±800kV干式電抗器繞組線的要求。
上述緊壓成型裝置的優(yōu)點是由于采用滾壓模，導(dǎo)線運動時，與模具不發(fā)生滑動摩擦，表層導(dǎo)線不會劃傷，無毛刺。2、由于模具與導(dǎo)線只有滾動摩擦，沒有滑動摩擦力，模具不易磨損，使用壽命長。3、模具的尺寸可調(diào)，可加工多種相近規(guī)格的導(dǎo)線，故模具的規(guī)格少，成本低。4、由于模具是分體結(jié)構(gòu)，換模時可拆卸，無須重新對導(dǎo)體進行帶頭牽引，操作簡便快捷，工人勞動強度小。5、導(dǎo)線截面尺寸精度高，正負偏差不大于0.05mm。
下面以交流1000kV、直流±800kV干式電抗器繞組線為例，詳細說明本發(fā)明。


圖1是中心層為(1×1)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意2是中心層為(1×2)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意3是中心層為(1×3)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意4是中心層為(1×4)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意5是中心層為(2×4)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意6是中心層為(2×2)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意7是中心層為(2×3)根導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意8是無中心層導(dǎo)線時電抗器繞組剖面結(jié)構(gòu)示意9緊壓成型裝置的結(jié)構(gòu)示意中代號含義20-外層絕緣；30-中層絕緣；40-內(nèi)層絕緣；50-外層導(dǎo)線；60-中間層導(dǎo)線；70-中心層導(dǎo)線；1-垂直壓輪；2-水平壓輪；3-垂直壓輪軸；4-垂直壓輪間距調(diào)節(jié)螺栓；5-水平壓輪間距調(diào)節(jié)螺栓；6-垂直調(diào)節(jié)螺栓鎖緊螺母；7-水平調(diào)節(jié)螺栓鎖緊螺母；8-導(dǎo)線(工件)；9-垂直導(dǎo)軌；10-水平導(dǎo)軌；11-機架；12-水平壓輪軸；13-垂直壓輪軸承；14-水平壓輪軸承。
具體實施例方式
參見圖1至圖8圖中列出了8種不同排列結(jié)構(gòu)的繞組線，該繞組線具有中心層導(dǎo)線70，中間層導(dǎo)線60，外層導(dǎo)線50，內(nèi)層絕緣40，中層絕緣30，外層絕緣20。
生產(chǎn)該繞組線的技術(shù)難點有三個，一是如何才能在導(dǎo)線成型時使線芯排列規(guī)則，變形盡量小，從而保證矩形截面規(guī)整，二是如何才能在導(dǎo)線成型時表層線芯不被劃傷，無毛刺，氧化保護層不受破壞；三是選擇什么絕緣材料，才能滿足交流1000kV、直流±800kV干式電抗器的技術(shù)要求?，F(xiàn)分述如下一、要使導(dǎo)線的線芯結(jié)構(gòu)呈有序的規(guī)則排列，有兩個技術(shù)關(guān)鍵。
1、目標(biāo)產(chǎn)品的線芯結(jié)構(gòu)設(shè)計。并非任何結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線都能壓成規(guī)則排列，只有符合絞合線芯排列規(guī)律的，在壓成矩形截面后，其線芯才能規(guī)則排列。要根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品的截面幾何尺寸、標(biāo)稱截面積，設(shè)計線芯結(jié)構(gòu)，包括線芯直徑、數(shù)量、排列組合方式，圖1～圖8分別列出了8種線芯排列結(jié)構(gòu)，這8種結(jié)構(gòu)是發(fā)明人長期反復(fù)實驗優(yōu)選出的最佳方案，應(yīng)優(yōu)先采用。經(jīng)成型裝置緊壓后，產(chǎn)品的線芯呈矩陣式或蜂窩式排列(圖中只示出矩陣式)，一般而言，矩形截面長寬比小的，呈矩陣式排列，長寬比大的，呈蜂窩式排列。線芯排列為分層結(jié)構(gòu)，各層的線芯數(shù)由中心層向外層遞增，且滿足下式M＝n+(n+8)+(n+8+8)+…式中M為導(dǎo)線線芯總數(shù)n為中心層線芯數(shù)，n＝1.2.3… 。
2、改進工藝方法?，F(xiàn)有工藝是兩步成型工藝，先將導(dǎo)線絞合成圓形，再將圓形的絞合線用成型裝置拉拔成矩形截面，由于導(dǎo)線已經(jīng)絞合成型，要改變其線芯間的相對位置關(guān)系，重新排列，已經(jīng)不可能，故只能通過施加強大的擠壓力，使線芯變形，縮小線芯間隙，使導(dǎo)線的截面輪廓成為矩形。本發(fā)明采用一步成型工藝，直接將成型裝置的模具布置在導(dǎo)線的絞合點，導(dǎo)線貫穿模具內(nèi)，沿導(dǎo)線長度方向運動，由模具調(diào)整導(dǎo)線各線芯的相對位置，使其呈有序的規(guī)則排列，規(guī)范導(dǎo)線的截面輪廓為矩形，這是本發(fā)明與傳統(tǒng)工藝的本質(zhì)區(qū)別。
二、成型裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理。參見圖9本矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，包括機架11和安裝在機架11上的模具，該模具由一對在垂直方向上、下布置的壓輪1和一對在水平方向左、右布置的壓輪2構(gòu)成，壓輪1、2的輪緣是圓柱面，四只壓輪的輪緣圍成一矩形截面空間。
壓輪1、2分別具有中軸3、12和壓輪座9、10，中軸3、12的兩端分別連接各自的壓輪座9、10。
壓輪1、2分別與各自的中軸3、12回轉(zhuǎn)動配合，配合部位設(shè)有軸承13、14，中軸3、12的兩端分別固接在各自的壓輪座9、10上。
壓輪座9、10與機架11均為軌/槽滑動配合結(jié)構(gòu)，可分別沿垂直、水平方向滑動。在機架11上分別設(shè)有設(shè)有垂直壓輪1、水平壓輪2的間距調(diào)整螺栓4、5，調(diào)整螺栓4、5分別與各自的壓輪座9、10螺接。調(diào)整螺栓4、5分別配有鎖緊螺母6、7。
本成型裝置的使用方法將本成型裝置布置在絞合導(dǎo)線8的生產(chǎn)線中，將導(dǎo)線8的線頭穿入模具，并使其模具位于絞合導(dǎo)線8的絞合點，擰動調(diào)整螺栓4、5，調(diào)節(jié)垂直壓輪1、水平壓輪2的間距，使模具的空間截面尺寸與目標(biāo)產(chǎn)品的截面尺寸一致，擰緊鎖緊螺母6、7，以防止調(diào)整螺栓4、5回退松動。然后啟動絞線機、收線機，導(dǎo)線8在絞合成型的同時，其截面形狀也被擠成矩形。
由于采用滾壓模，導(dǎo)線運動時，與壓輪不發(fā)生滑動摩擦，表層導(dǎo)線不會劃傷，無毛刺。由于壓輪與導(dǎo)線只有滾動摩擦，沒有滑動摩擦，壓輪不易磨損，使用壽命長。壓輪的尺寸可調(diào)，可加工多種規(guī)格的矩形導(dǎo)線，故壓輪的規(guī)格、數(shù)量少，成本低，加工范圍大。由于模具是分體結(jié)構(gòu)，更換時可拆卸，無須重新對導(dǎo)體進行帶頭牽引，操作簡便快捷，工人勞動強度小，能耗低。導(dǎo)線截面尺寸精度高，正負偏差不大于0.05mm。
三、采用新的絕緣材料，解決絕緣強度問題。
聚酰亞胺是當(dāng)今耐溫等級最高、力學(xué)性能、介電性能、耐腐蝕性能最好的高分子材料，但從未用做電纜絕緣，本發(fā)明使用該材料，是用于電機、變壓器、電抗器的繞組絕緣，其中，交流1000kV、直流±800kV電抗器的繞組線，內(nèi)層絕緣3采用聚酰亞胺繞包帶，中間層絕緣2采用NOMEX繞包帶，外層絕緣1采用聚酰亞胺繞包帶，經(jīng)實驗表明，完全滿足交流1000kV、直流±800kV電抗器的技術(shù)要求。
有必要說明，本發(fā)明的技術(shù)方案是在研發(fā)交流1000kV、直流±800kV電抗器繞組線的過程中形成的，但該技術(shù)方案應(yīng)用范圍決不僅僅限于交流1000kV、直流±800kV電抗器，可廣泛用于電機、電器制造領(lǐng)域，例如，大型發(fā)電機、電動機、變壓器等。
權(quán)利要求
1.一種矩形截面絞合導(dǎo)線，由多股線芯絞合而成，其特征在于，所述導(dǎo)線的線芯呈規(guī)則排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形截面絞合導(dǎo)線，其特征在于，所述線芯的排列規(guī)則是矩陣式或蜂窩式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所所述的矩形截面絞合導(dǎo)線，其特征在于，所述線芯排列為分層結(jié)構(gòu)，各層的線芯數(shù)由中心層向外層遞增，且滿足下式M＝n+(n+8)+(n+8+8)+…式中M為導(dǎo)線線芯總數(shù)n為中心層線芯數(shù)，n＝1.2.3…。
4.一種用作交流1000kV、直流±800kV電抗器的矩形繞組線，包括導(dǎo)體及包覆在導(dǎo)體表面的絕緣層，其特征在于，所述導(dǎo)體采用如權(quán)利要求1所述的矩形截面絞合導(dǎo)線，所述絕緣層是多層不同材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣層，其中至少有一層絕緣材料是聚酰亞胺。
5.一種矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，包括機架和安裝在機架上的模具，其特征在于，所述模具是滾壓模，該滾壓模由一對在垂直方向上、下布置的壓輪和一對在水平方向左、右布置的壓輪構(gòu)成，壓輪的輪緣是圓柱面，四只壓輪的輪緣圍成一矩形截面空間；所述壓輪具有中軸和壓輪座，中軸的兩端分別連接壓輪座。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，其特征在于，所述壓輪與中軸回轉(zhuǎn)動配合，中軸的兩端固接在壓輪座上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，其特征在于，所述壓輪與中軸回轉(zhuǎn)動配合，配合部位設(shè)有軸承，中軸的兩端固接在壓輪座上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，其特征在于，所述壓輪座與機架為軌/槽滑動配合結(jié)構(gòu)，在機架上分別設(shè)有設(shè)有垂直壓輪、水平壓輪的間距調(diào)整螺栓，調(diào)整螺栓分別與各自的壓輪座螺接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的矩形截面絞合導(dǎo)線的緊壓成型裝置，其特征在于，所述調(diào)整螺栓配有鎖緊螺母。
10.一種上述矩形截面絞合導(dǎo)線的加工方法，將導(dǎo)線緊壓成型裝置布置在絞合導(dǎo)線生產(chǎn)線中，使該成型裝置的模具位于導(dǎo)線的絞合點，導(dǎo)線貫穿模具內(nèi)，沿導(dǎo)線長度方向運動，由模具調(diào)整導(dǎo)線各線芯的相對位置，使其呈有序的規(guī)則排列，規(guī)范導(dǎo)線的截面輪廓為矩形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電機、變壓器、電抗器用矩形截面絞合繞組線，特點是該矩形截面絞合導(dǎo)線的線芯呈矩陣式或蜂窩式排列。加工方法是將緊壓成型裝置布置在導(dǎo)線的絞合點，由壓輪調(diào)整導(dǎo)線各線芯的相對位置，使其呈有序的規(guī)則排列，規(guī)范導(dǎo)線的截面輪廓為矩形，繞組線有聚酰亞胺和NOMEX絕緣層，可用于生產(chǎn)交流1000kV、直流800kV的電抗器。
文檔編號H01B13/00GK101013615SQ20061002260
公開日2007年8月8日 申請日期2006年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月23日
發(fā)明者劉春昉, 劉惠華, 翟旭亞 申請人:特變電工(德陽)電纜股份有限公司