电缆防风抗冰雪专利技术分析

2017-09-18赵亚楠

河南科技 2017年12期

关键词：融冰电线电缆防风

赵亚楠钟媛

电缆防风抗冰雪专利技术分析

赵亚楠钟媛

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州450046）

针对防风、抗冰雪电缆及电缆的除冰雪装置，尤其是防风、抗冰雪电缆，本文对相关领域的专利状况和重点申请人进行了梳理，对电缆防风抗冰雪的相关解决方案进行了深入探讨。

电缆；防风；防冰；防雪；专利

Abstract:Focusing on wind resistant cable and ice-snow-proof cable and its device of removing ice and snow on the cable,this paper introduces patents and important applicants in this area.Furthermore,the solution of wind resis⁃tant and ice snow proof technology of cable is also thoroughly discussed.

Key words:Cable;ice-proof;snow-proof;wind resistant;patent

1 引言

导线覆冰现象多发生于冬季或早春，是一种与流体学、气象学、传热学、热力学等学科有关的，受微地形、微气象和导线本身因素影响的自然随机现象。大风、大雪和冻雨等危害气候会造成输电线路的舞动、积雪和结冰，冰雪融化坠落时会引起架空导线跳动。舞动和跳动可能引起输电线路闪络，积雪、结冰可能引起绝缘子短路、杆塔倒塌、导线断线等事故。

并且，大气覆冰灾害多发生在冬季或初春季节，恶劣的天气和道路冰冻使线路难以抢修，恢复供电时间长。2008年初，我国南方和西北方遭遇50年来罕见的灾害天气，冰雪灾害给电网安全和电力供应带来了严峻考验，对电线电缆抵御冰雪灾害的能力提出了更高要求。

世界许多国家投入了大量人力物力研究电线电缆抗冰雪防冰冻技术。本文在整理和综合国内外有关技术专利文献的基础上，探讨和分析电缆抗风雪防冰冻技术的研究现状和进展。

2 技术发展脉络

目前，电力电缆的防风抗冰雪技术主要分为两大类：一种是防风防冰雪，一种是除冰雪。

2.1防风防冰雪

载荷型抗风雪电线电缆主要是通过提高强度，增大容量，减小体积和重量，降低周界附着力等进行设计，常见的有高强度轻型合金导线、自阻尼导线、低风压电线、表面光滑的防风雪导线等；

防雪环式防冰雪导线，防雪环由聚碳酸酯塑料制成，状如指环，在架设后夹装载导线上，间距约为股线节距的两倍，它可使积雪在沿导线滑动时受阻而脱落；为提高防积雪效果，进一步可采用隔雪环和防扭锤相组合的措施，但因防扭锤有诱发舞动的可能，后来又用相间隔离棒代之。对于分裂导线线路，还可以安装可转动式间隔棒。

带翼状股线的难积雪导线，也可以使积雪在导线上滑动时受阻而脱落。由于周围环境的恶劣，一般与融冰方式组合设计，防冰雪效果才能比较理想；

低居里合金是一种镍-铬-硅-铁四元合金，缠绕在导线上，在低温时能产生磁性，导致涡流发热而融冰；

防雪化学憎冰性涂料能减小冰对导线的附着力，使易于脱冰。硅胶、氟橡胶等涂料等让冰雪无法附着，但防冰效果不明显。

目前，低成本、防冰效果好的憎冰性涂料是防冰雪电缆的发展的方向之一。

2.2除冰

除冰是指当导线上积累了一定的覆冰时，采取积极有效的脱冰手段以保护线路的安全运行。除冰通常需要覆冰监测系统配合，以便除冰及时且适当。电线电缆中除冰手段主要有热力融冰、机械融冰等。

热力融冰是利用导线自身发热和附加热源，使冰雪晶体无法在导线上积累生长，或使已有冰雪融化。最早电线电缆中，采用缠绕电热丝、增设专门的绝缘线芯发热、过电流融冰法等进行融冰；后来采用热敏电阻感应温度，控制电热丝发热；近期，利用钢芯铝绞线中的高阻值钢芯发热融冰；还有部分场合可以采用短路电流法融冰，将线路一段三相短路，使导体受热熔冰；直流融冰法具有便于移动和携带、耗能少、经济等优点，也是一种有效的融冰方法。最近，部分公司提出电磁波加热防冰雪熔冰雪方法，有待进一步完善。热力融冰的研究及发展注重防冰融冰过程的监测、控制及如何不断电进行等方面。

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机械法破冰是通过使用机械动力在冰体内部产生应力破坏，实现覆冰从导线表面脱落。目前，主要有人工除冰、滑轮铲刮法、强力振动法和机器人除冰。早期采用人工除冰法，劳动繁琐，效率极低；后来采用的在覆冰线路上附加外部振动器使覆冰振碎脱落的方法，会加速导线疲劳。目前，新型除冰机器人具有效率高等优点，是研究发展的方向。

3 重要申请人的技术路线

对国内相关的专利申请进行统计，如图1所示，我国防冰雪电缆的专利申请量从2008年激增，这是因为我国在2008年遭遇了特大冰雪灾害，社会各界开始关注防冰雪电缆的研究。自2010年后，防冰雪电缆及防冰雪方法的专利申请量逐年增长，这也表明社会上对防冰雪电缆的研究日益增长。

图1 电缆防风抗冰雪技术专利申请量分布图（国内）

其中，国家电网及其下属的研究单位对防冰雪电缆及电缆防冰雪方法申请量最多，各电缆公司及部分高校对防冰雪电缆及电缆防冰雪方法也有许多研究。

国家电网公司是中国最大的电网企业，其经营区域覆盖全国多个省份、自治区和直辖市，其专利申请涉及到电缆外形改进、涂覆疏水憎水性涂料、增设保温层、增设电热丝、利用导体本身发热融冰、直流和交流融冰、增设防雪环、机械除冰等多个方面。关于采用低居里合金材料防冰雪电缆的专利有十几篇，中国电力科学院是国家电网的科研机构，其研究了一种发热功能涂料，采用低居温度铁磁性材料和成膜物质组成发热涂料，低居里温度铁磁性材料可以是La-Fe-Si-X、La-Fe-Al-X、Fe-Cr-B-X系、Fe-Ni-x系、Fe-Zr系、Fe-Sn系和/或Ni-Cu系低居里温度的软磁合金粉中的一种或几种；另外，关于涂覆疏水憎水涂料的有16件，早期的专利涉及采用含氟聚合物进行憎水处理，而由于含氟聚合物成本较高，国网新疆电力公司哈密供电公司采用甲基丙烯酸酯等物质制成超憎水涂膜，在低温条件下具有憎水性和防覆冰性能，且不含氟聚合物。可以预见，成本较低、防覆冰效果好的憎冰涂料是防冰雪电缆发展研究的新热点；并且，国家电网的专利申请中，较多涉及通入电流的方式进行融冰，可利用钢芯铝绞线的高阻值钢芯发热，也可利用导体发热、也可专门增设发热线芯或电热丝。通电融冰的过程控制、检测，减小融冰对供电的影响，融冰的经济性等是研究的热点。

另外，相关专利申请量较大的是河南科信电缆有限公司，其申请多采用紧压导体以增加电缆表面光滑性以防止覆冰雪。此外，江苏亨通电力电缆有限公司关于防冰雪电缆的申请多达52件，涉及带加热丝的加热层、减小导体绞合间隙等措施防冰雪。贵州星天电线电缆有限公司的申请有7件，其中涉及一种带加热丝、骨架的扩径光电复合缆，佛冈鑫源恒业电缆科技有限公司的申请涉及一种异型、采用低居里合金金属绞线、两层导体间带间隙防风舞的架空导线。可见，防冰雪电缆中，多种防冰雪方式相结合、光电复合多功能线缆、防风和防冰雪相结合电缆是研究的方向之一。

日本在防冰雪电缆及电缆的防冰雪方法中，防雪环具有广泛的使用。日本在防冰雪电缆及防冰雪方法方面比较重要的申请人有：FURUKAWA ELECTRIC CO LTD（古河电气有限公司），其关于防冰雪电缆的申请量在140件以上。其申请主要是关于电缆外形的异型、减小外径、防风螺旋条、防雪环等；另外拥有较大相关专利申请量的是HITACHI CABLE（日立电缆），其早期关注异型电缆、憎冰性涂料等，近期在电磁波融雪等方面有所关注。