[发明专利]用于成束电力传输电缆中的电线的电瓷涂层

说明书

相关申请的交互参引

本申请要求2014年8月7日递交的美国临时申请第62/034,358号和2014年8月7日递交的美国临时申请第62/034,308号的权益，上述申请的全部公开内容在此通过援引加入的方式纳入本文。

技术领域

在至少一个方面中，本发明涉及用于高压电缆的涂覆电线。

背景技术

电力传输和通用配电系统包括高压(即大于100kV等)输电从而用于分配和传输的架空电缆。各电缆是由多根电线构成的束(bundle)。电缆是并排延伸且结合、绞合或编织在一起形成单个组件的两根或更多根电线。这些电线通常由单质铝金属和/或铝合金制成或者包含单质铝金属和/或铝合金。用于架空电力传输应用的电缆的所期望的性能要求包括耐腐蚀性、环境耐久性(例如，UV和水分)、高温下的强度损失耐性、抗蠕变性以及相对较高的弹性模量、低密度、低热膨胀系数、高导电性和高强度。即使具有高导电性，电线也具有某一电阻(R)，所述电阻往往随着温度增加而增大。当电流通过电缆中的电线时，所述电线的电阻导致一些功率(P)作为热量损失；根据公式P＝I²R，电流越大，产生的热量越多，这又增大了电阻R。

铝传输电缆通常是裸露的或未涂覆的，充当在高温(例如，大大约60～160℃)下工作的电导体，并且具有较差的发射率(emissivity)。发射率(ε)是同一温度下与理想黑体(其ε被定义为1)相比表面发出辐射能的能力。发射率被表示为表面所发出的辐射与黑体所发出的辐射的比率(大小为0～1，较小的数字表示较差的发射率)。使用中的未涂覆铝电线和电缆的发射率可以为0.05～0.10等，留下了改善电缆散热能力的巨大空间。热铝电缆具有声子振动，其进而导致额外的焦耳热或电阻热。

架空通用传输电缆的用户(例如，电力公司和公用事业公司)经历了在电缆的工作温度增加时电缆所引起的较大能量损失，因为导体的电阻率通常随着温度的增加而增大。估计这种能量损失每年因为在通过电网时产生的功率损失而导致数十亿的费用。例如，典型的负载电缆(loaded cable)在最高达180℃的温度下在负载下工作。当电缆工作温度增加时，常规的未涂覆铝架空通用传输电缆因过多的焦耳热而具有能量损失。未涂覆电缆的焦耳热损失可能超过所产生功率的25％，这取决于电网规模。此外，随着铝电缆的温度增加，电缆也会由于重力而下垂，这可能导致危险。这种下垂现象需要增加电缆的强度，这通常通过在电缆芯中纳入重钢丝实现；以及使用重硬件(hardware)和塔架来保持电线并将其固定在安全距离，以消除与电缆接地和电短路相关的问题。虽然包含铝电线的架空电力传输电缆是已知的，但对于一些应用而言，存在例如用于提高传导效率的持续需求。

常规裸露电缆先前已经通过以下方式涂覆：使用其它涂料例如油漆和阳极化等(参见例如WO 2014025420)，和将不同金属层阴极电镀到金属电线上；然而，这些涂层在覆盖率和柔韧性方面有限，显示出裂纹和剥离，并且未提供对电缆的粘附性以致于所述涂层具有低的耐久性。

发明内容

本发明通过在至少一个实施方案中提供涂覆电线而解决了现有技术的一个或多个问题。涂覆电线包括金属电线和设置在所述金属电线上并与所述金属电线直接接触的高发射率涂层。高发射率涂层包含占所述高发射率涂层的总重量的至少10重量％的氧化铝和至少一种非氧化铝的金属氧化物。其特征是，高发射率涂层具有大于或等于0.5的在电磁波谱的红外区域中的发射率以及比涂覆之前的电线的表面积大至少20倍的表面积。

在另一实施方案中，提供了一种用于电力分配应用的电缆。电缆包括成束(bundled)为所述电缆的多根电线。多根电线通常具有内部电线和外围电线，其中所述外围电线围绕所述内部电线。至少一根外围电线可以涂覆有高发射率涂层。高发射率涂层包含占所述高发射率涂层的总重量的至少10重量％的氧化铝和至少一种非氧化铝的金属氧化物。其特征是，高发射率涂层具有大于或等于0.5的在电磁波谱的红外区域中的发射率以及比涂覆所述高发射率涂层之前的裸露电线的表面积大至少20倍的表面积。