本實(shí)用新型涉及銅鋁復(fù)合材料、金屬母線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種銅鋁復(fù)合金屬封閉母線。

背景技術(shù)：

封閉母線包括離相封閉母線、共箱(含共箱隔相)封閉母線和電纜母線，廣泛用于發(fā)電廠、變電所、工業(yè)和民用電源的引線以及其他大型輸電設(shè)備等需要具備較強(qiáng)載流能力的場(chǎng)合。

在交流電傳輸過程中存在著明顯的集膚效應(yīng)，即當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導(dǎo)體外表的薄層，越靠近導(dǎo)體表面，電流密度越大，導(dǎo)線內(nèi)部實(shí)際上電流較小，且導(dǎo)體厚度越大，集膚效應(yīng)的影響越明顯。

目前，離相封閉母線等金屬封閉母線都采用鋁導(dǎo)體，銅導(dǎo)體的導(dǎo)電率約為鋁導(dǎo)體的1.5倍，相同載流要求的條件下，鋁導(dǎo)體的截面要比銅導(dǎo)體大很多。在集膚效應(yīng)的影響下，導(dǎo)體截面越靠近內(nèi)芯部分導(dǎo)體的電流密度越低，導(dǎo)電性能就無法充分利用，當(dāng)厚度達(dá)到一定程度后再加厚導(dǎo)體也無法有效提高導(dǎo)體的載流量。封閉母線的導(dǎo)體截面為環(huán)形，隨著發(fā)電機(jī)額定電流的逐漸增加，為提高母線的載流量，加厚導(dǎo)體截面的同時(shí)還要相應(yīng)擴(kuò)大母線導(dǎo)體直徑。因此母線外形也就會(huì)隨之加大，占用空間增加，運(yùn)輸、安裝的難度也隨之增加。

若金屬封閉母線全部采用銅導(dǎo)體，銅造價(jià)高，密度高于鋁導(dǎo)體(銅的密度為8.9噸/立方米；鋁的密度為2.7噸/立方米)，同樣載流量要求的銅導(dǎo)體比鋁導(dǎo)體價(jià)格高出許多，同時(shí)重量也高出幾倍，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的要求高很多，且焊接工藝復(fù)雜，難以大批量運(yùn)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種銅鋁復(fù)合金屬封閉母線，以解決鋁導(dǎo)體存在的載流能力低、銅導(dǎo)體重量大造價(jià)高等問題。

為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種銅鋁復(fù)合金屬封閉母線，其特征在于，包括芯體和包覆層，所述芯體為鋁導(dǎo)體，所述包覆層為銅導(dǎo)體，所述包覆層包覆于所述芯體的外表面。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體的壁厚:所述包覆層的壁厚＝4:1。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體為空心管型結(jié)構(gòu)。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體為U型槽結(jié)構(gòu)。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體的截面為圓形或八邊形。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體的壁厚為12mm，所述包覆層的壁厚為3mm、或者所述芯體的壁厚為8mm，所述包覆層的壁厚為2mm。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體的壁厚為8mm，所述包覆層的壁厚為2mm。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體的壁厚為8mm，所述包覆層的壁厚為2mm。

在如上所述的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線中，優(yōu)選：所述芯體和所述包覆層為一個(gè)整體。

分析可知，本實(shí)用新型提供的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線利用集膚效應(yīng)這一特性，將一定厚度的銅通過特殊工藝對(duì)晶格進(jìn)行處理，與鋁導(dǎo)體結(jié)合為一體，作為鋁導(dǎo)體的外表面材料，起到主要的導(dǎo)流作用，同時(shí)也更有利于散熱，而鋁材導(dǎo)體作為內(nèi)側(cè)的截面導(dǎo)體，在輔助導(dǎo)電的同時(shí)，由于自身比重較低，可以降低設(shè)備的總體重量。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

各個(gè)示例通過本實(shí)用新型的解釋的方式提供而非限制本實(shí)用新型。實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚，在不脫離本實(shí)用新型的范圍或精神的情況下，可在本實(shí)用新型中進(jìn)行修改和變型。例如，示為或描述為一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，所期望的是，本實(shí)用新型包含歸入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的此類修改和變型。

實(shí)施例一：

如圖1所示，本實(shí)用新型的實(shí)施例一提供一種銅鋁復(fù)合金屬封閉母線，其包括芯體2和包覆層1，芯體2為鋁導(dǎo)體，包覆層1為銅導(dǎo)體，包覆層1包覆于芯體2的外表面，芯體2為空心結(jié)構(gòu)，具體而言，芯體2及該實(shí)施例一的整體均呈空心管型結(jié)構(gòu)，芯體2和包覆層1為一個(gè)整體，無法分割開。

使用時(shí)，受集膚效應(yīng)的影響，不同截面載流效率不同，因此，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品本身的制作工藝要求，選擇不同的規(guī)格參數(shù)，優(yōu)選芯體2的壁厚:包覆層1的壁厚＝4:1。例如，載流要求為40000A的風(fēng)冷金屬封閉母線采用3mm壁厚的包覆層1和12mm壁厚的芯體2制成；載流要求為30000A的風(fēng)冷金屬封閉母線可采用2mm壁厚的包覆層1和8mm壁厚的芯體2制成，但是壁厚比例基本保持4:1。

優(yōu)選芯體2的壁厚:包覆層1的壁厚＝4:1是源自銅鋁復(fù)合排(整體的斷面為實(shí)心矩形)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，表示的內(nèi)部鋁的面積與外部環(huán)繞的銅的面積之比是4:1，并不是厚度的比例(內(nèi)部的鋁為矩形，環(huán)繞在鋁外部的銅為空心矩形管形)，這個(gè)面積的比例一方面是性能綜合考量的優(yōu)選比例，另一方面非常重要的一點(diǎn)是為了規(guī)范統(tǒng)一不同廠家銅鋁的比例，材料成本最低。對(duì)于離相封閉母線的導(dǎo)體而言，結(jié)構(gòu)是空心圓管，將空心圓管展開成一塊平板，厚度的比例近似就是面積的比例，所以說成厚度比為4:1更為便于表述。當(dāng)然也可以是其他比例，但是為了與既有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)盡量靠近，芯體2的壁厚:包覆層1的壁厚＝4:1是性能和價(jià)格兩方面的一個(gè)平衡點(diǎn)，即在一定的價(jià)格下得到最優(yōu)的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線。

該實(shí)施例一的具體制造工藝可以參考如下：

將爆破焊接工藝處理后的銅鋁復(fù)合板材(也可以是其他方式處理得到的銅鋁復(fù)合板材，而且均為市售產(chǎn)品，以下同)卷制成圓形導(dǎo)體，銅導(dǎo)體在外。借此，本實(shí)施例一不但提高了載流量，而且母線運(yùn)行過程中導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，銅作為更優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱材料，有利于將導(dǎo)體與冷卻氣體進(jìn)行熱交換，從而降低導(dǎo)體溫度，提高導(dǎo)體載流量。

實(shí)施例二：

將爆破焊接工藝處理后的銅鋁復(fù)合板材卷制成槽形導(dǎo)體，銅導(dǎo)體在外。也即如圖2所示的本實(shí)用新型實(shí)施例二，其包括芯體22、包覆于芯體22表面的包覆層11，其中，芯體22為U型槽結(jié)構(gòu)，芯體22和包覆層11為一個(gè)整體，無法分割開。優(yōu)選芯體22的壁厚:包覆層11的壁厚＝4:1。芯體22、包覆層11的規(guī)格參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體需要制作，例如，可以將芯體22的壁厚設(shè)計(jì)為8mm，包覆層11的壁厚設(shè)計(jì)為2mm。

該實(shí)施例二的具體制造工藝可以參考如下：

將特殊工藝下處理的銅鋁復(fù)合板材卷制成U型槽導(dǎo)體，銅導(dǎo)體在外。借此，本實(shí)施例二不但提高了載流量，而且母線運(yùn)行過程中導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，銅作為更優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱材料，有利于將導(dǎo)體與冷卻氣體進(jìn)行熱交換，從而降低導(dǎo)體溫度，提高導(dǎo)體載流量。

母線為U型槽時(shí)，從附圖2看，鋁材的外表面被銅覆蓋，鋁材的內(nèi)表面沒有被銅覆蓋，主要從集膚效應(yīng)的角度考慮。對(duì)于交流電而言，頻率越高，電流越趨近于在導(dǎo)體的表面流動(dòng)，這就是集膚效應(yīng)的簡(jiǎn)單解釋，因此，要把價(jià)格高、導(dǎo)電性能好的材料用于導(dǎo)體的外表面，這樣才能達(dá)到降低成本提升性能的目的。在內(nèi)部使用價(jià)格高的銅導(dǎo)體，沒有電流或者只有很小的電流流過，從技術(shù)原理上講是沒有意義的。外表面的電流密度較高，槽型母線導(dǎo)體通常是成對(duì)使用，因此結(jié)構(gòu)上有點(diǎn)類似于圓形導(dǎo)體的內(nèi)外表面。內(nèi)表面是鋁外表面是銅有利于靈活的進(jìn)行銅鋁過渡連接。

實(shí)施例三：

將爆破焊接工藝下處理的銅鋁復(fù)合板材卷制成槽形導(dǎo)體，銅導(dǎo)體在外。也即如圖3所示的本實(shí)用新型實(shí)施例三，其包括芯體222、包覆于芯體222表面的包覆層111，其中，芯體222為U型槽結(jié)構(gòu)，芯體222和包覆層111為一個(gè)整體，無法分割開。優(yōu)選芯體222的壁厚:包覆層111的壁厚＝4:1。芯體222、包覆層111的規(guī)格參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體需要制作，例如，可以將芯體222的壁厚設(shè)計(jì)為8mm，包覆層111的壁厚設(shè)計(jì)為2mm。

該實(shí)施例三的具體制造工藝可以參考如下：

將銅鋁復(fù)合板材卷制成截面為八邊形的導(dǎo)體，銅導(dǎo)體在外。借此，本實(shí)施例三不但提高了載流量，而且母線運(yùn)行過程中導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，銅作為更優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱材料，有利于將導(dǎo)體與冷卻氣體進(jìn)行熱交換，從而降低導(dǎo)體溫度，提高導(dǎo)體載流量。

目前銅鋁復(fù)合板材有應(yīng)用于工藝品，如版畫，代替純銅以降低成本，利用此材料二次加工成金屬封閉母線的導(dǎo)體或外殼尚未有先例。

本實(shí)用新型提供的銅鋁復(fù)合金屬封閉母線具有如下優(yōu)點(diǎn)：

成本比單純銅材制作的低；

重量比單純銅材制作的輕；

在外形尺寸相同的情況下，可以承受更大的電流；

利用了電學(xué)理論中的集膚效應(yīng)，將銅材置于外表面，充分利用銅的高導(dǎo)電率的特性。

利用了銅的良好的散熱性能，有利于導(dǎo)體散熱。

綜上，本實(shí)用新型提供的金屬封閉母線(銅鋁復(fù)合排)將銅和鋁結(jié)合在一起，形成不同材質(zhì)分層的銅鋁復(fù)合材料，替代傳統(tǒng)的純銅或純鋁導(dǎo)體母線。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)要求，可以使用不同種類和規(guī)格的銅鋁復(fù)合材料，加工成相應(yīng)的不同零件。

本實(shí)用新型提供的使用銅鋁復(fù)合材料作成的母線尤其適用于離相封閉母線，原因是離相封閉母線的導(dǎo)體是圓形空心管，在大電流應(yīng)用的時(shí)候，若完全用純鋁材料，需要加大直徑和厚度，但是由于交流導(dǎo)體存在的集膚效應(yīng)，超出一定厚度后繼續(xù)增加材料厚度幾乎不能起到提高導(dǎo)電能力的作用，因此只能增加直徑，導(dǎo)體增加直徑后外殼也要相應(yīng)增加直徑，這樣整個(gè)的母線尺寸將會(huì)很大，同時(shí)外殼增大直徑后，從保持外殼強(qiáng)度方面考慮還要增加外殼的厚度，這樣會(huì)使材料成本進(jìn)一步提升，也增加了運(yùn)輸成本，以及加大了對(duì)安裝空間的要求。因此，在導(dǎo)體直徑不變的情況下，適當(dāng)提升導(dǎo)體的載流能力是有很大意義的，但是又沒有必要完全采用銅導(dǎo)體，因此銅鋁復(fù)合材料既能滿足性能要求，也能兼顧成本，這是選擇銅鋁復(fù)合材料的主要原因。

由技術(shù)常識(shí)可知，本實(shí)用新型可以通過其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實(shí)用新型范圍內(nèi)或在等同于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實(shí)用新型包含。