CN101395776A - 接合输电电缆的安装 - Google Patents

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Abstract

一种安装输电电缆的方法，包括提供从第一末端延伸至第二末端的输电电缆。该电缆包括第一末端与第二末端之间的柔韧的满张力接头。此外，所述输电电缆包括至少一根复合线材。此外，柔韧的满张力接头通过第一滑轮组件被拉伸。

Description

接合输电电缆的安装
背景技术
复合线材通常包括用基本上连续并且纵向延伸的纤维进行增强的基质材料。复合线材的例子包括用纤维(例如，碳纤维或陶瓷纤维)加强的金属或聚合物基质材料。一些复合线材具体应用于架空输电电缆中。此类线材的许多实施例可提供比传统输电电缆更大的电能传输，从而可以通过现有的输电基础设施增加电能传输容量。
在安装过程中，输电电缆通常布置在放线盘中，并越过悬挂于悬吊铁塔上的一系列滑轮将电缆从放线盘中拉出。越过滑轮组件拉动或拉紧电缆时，要注意避免将电缆弯曲至半径小于其最小弯曲半径，因为弯曲电缆时的过度张力将会导致(例如)损坏电缆芯。一般来讲，电缆张力增加时，其容许的弯曲量会减小。然而，含复合线材的输电电缆的最小弯曲强度通常高于未采用复合线材的传统输电电缆。
此外，输电电缆的长度不会是无限长，因此，为了提供足够长跨度的电缆，将一系列的输电电缆规律地端到端连接(也就是说，接合)。希望已安装的输电电缆中的接头是满张力接头。此外，希望在越过滑轮组件拉伸输电电缆前，通过满张力接头连接一系列电缆的末端。
用于具有钢芯线材的传统输电电缆的接头通常是由铝管和钢管构成的刚性压缩接头。这种压缩接头的刚度防止接头越过滑轮拉伸，并且不会存在永久弯曲、变形的高风险，或换句话讲，造成接头自身的应力损坏或损坏接合电缆的风险，例如，过渡到刚性接头处的损坏。具体地讲，在刚性接头的末端处形成“夹点”或其他小弯曲半径点，从而造成输电电缆损坏的高风险。
为了减少此类影响，在管的各末端处由带橡胶轴衬的铝管构成的接头覆盖件有时设置在刚性接头上，有助于减少刚性接头和接合的钢芯电缆的损坏。然而，由于存在其他的损坏风险，所以这种举措很少用于钢芯电缆。
更柔韧的满张力接头(诸如成形的线型接头)已被用于连接复合线材电缆。然而，越过滑轮组件拉伸这种柔韧的满张力接头的方法之前尚未被认识到或被采用。具体地讲，不是越过滑轮拉伸柔韧的满张力接头，而是先越过滑轮拉伸未接合的电缆，然后再进行接合。安装过程中还可采用连接复合线材电缆的其他方法，例如使用临时的丝网紧线夹，也被描述为短接头(sock splices)，以便在输电电缆经滑轮组件延伸时在输电电缆的长度之间提供临时的机械连接。
与电缆本身的额定抗断强度相比，使用这些丝网紧线夹形成的连接的强度相对较低，并且这种连接不提供任何电气连接。此外，即使采用这种丝网紧线连接，仍然对可有效地将丝网连接和电缆的连接长度越过滑轮组件拉伸到位的角度、张力和滑轮直径存在限制。例如，在安装过程中可能会损坏丝网紧线夹边缘处的电缆。
输电电缆越过滑轮定位后，丝网紧线夹通常被用于连接电缆长度的永久性满张力接头替换。然而，在输电电缆定位后，再对接头进行安装会增加安装步骤(包括附加的设备、时间及其他成本)，并且可能出现问题，例如，安装者没有在电缆长度之间安装接合跨度中点所需的必要现场接入口。
发明内容
本文所述发明的一个方面提供安装输电电缆的方法。在根据本发明实施的一个实施例中，安装输电电缆的方法包括提供含至少一根复合线材的第一电缆。第一电缆有第一末端和第二末端。还提供第二电缆。第二电缆包括至少一根复合线材。第二电缆也有第一末端和第二末端。第一电缆和第二电缆的每根复合线材包括在基质材料中的多根基本上连续并且纵向延伸的纤维。使用柔韧的满张力接头将第一电缆的第二末端与第二电缆的第一末端接合。第一电缆的第一末端通过第一滑轮组件被引导，并越过第一滑轮组件拉至第一电缆的第二末端。
在根据本发明实施的另一个实施例中，安装输电电缆的方法包括提供从第一末端延伸至第二末端的输电电缆。该电缆包括第一末端与第二末端之间的柔韧的满张力接头。输电电缆包括至少一个基本上连续并且纵向定位在基质中的纤维束。此外，柔韧的满张力接头被拉伸越过第一滑轮组件。
令人惊讶的是，申请人已发现越过滑轮组件安装具有柔韧的满张力接头的输电电缆的专门技能，这种专门技能不会对电缆和接头造成明显损坏，其中电缆包括至少一个基本上连续并且纵向定位在基质中的纤维束。
附图说明
结合附图进一步描述本发明，其中类似的附图标号表示多个视图中类似的部件，并且其中：
图1是根据本发明的一个示例性实施例实施的安装输电电缆方法的示意图。
图2A-图2C由前视图示出示例性的柔韧的满张力接头。
图3和图4是具有复合线材芯的架空电能传输电缆的两个示例性实施例的横截面示意图。
图5是绞合电缆的示例性实施例的端视图，在其多个股线周围带有维护装置。
图6是输电电缆的示例性实施例的端视图。
图7是根据本发明用熔化的金属浸渗纤维所用的示例性超声浸渗装置的示意图。
图8、8A和8B是根据本发明制备电缆所用的示例性绞合装置的示意图。
图9是根据本发明用于测试越过滑轮拉伸的接头之示例性测试装置的示意图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，将参考构成其一部分的附图，在这些附图中，以举例说明的方式示出能实施本发明的具体实施例。就这一点而言，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“前部”和“尾部”等定向术语应结合图示所描述的取向使用。因为本发明的实施例的元件可被设置为多个不同取向，所以使用定向术语是为了举例说明，而不局限于此。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构性或逻辑性的修改。因此，并不会局限于采取以下具体实施方式，本发明的涵盖范围由附加的权利要求限定。
参见图1，其示出了在架空构造中架线传输电缆12的示例性电缆安装系统10。系统10包括在承受张力的情况下用于输送输电电缆12的张力机14、由第一悬吊铁塔18维持的第一滑轮组件16、由第二悬吊铁塔22维持的第二滑轮组件20，以及用于从张力机14拉伸输电电缆12并使其通过第一滑轮组件16和第二滑轮组件20的拖拉器24。虽然仅示出了两个滑轮组件，但是应当理解，系统10可选地包括任何期望数量的附加滑轮组件，滑轮组件由相应的悬吊铁塔或其他适用的结构维持。
在一个示例性实施例中，输电电缆12包括第一电缆26、第二电缆28和第三电缆30。输电电缆12还包括连接第一电缆26和第二电缆28的第一接头32，以及连接第二电缆28和第三电缆30的第二接头34。第一电缆26从拖拉器24维持的前端36延伸到部分设置在第一接头32中的尾端38。第二电缆28从部分设置在第一接头32中的前端40延伸到部分设置在第二接头34中的尾端42。第三电缆30同样地从部分设置在第二接头34中的前端44延伸到张力机14维持的尾端46。在一个示例性实施例中，第一电缆26、第二电缆28和第三电缆30均至少为约980英尺(约300米)长，而其他尺寸为设想的。在一些实施例中，第一电缆26、第二电缆28和第三电缆30均至少为约1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000英尺长，或者甚至至少约10,000英尺长。
此外，下面将结合图3-图6进行更详细的描述，包括第一电缆、第二电缆和第三电缆的输电电缆包括至少一根复合线材，该复合线材包括在基质材料中的多根基本上连续并且纵向延伸的增强纤维。
通常，线芯的一小部分(也就是说，线芯相对于整个电缆的一小部分，相对于电缆横截面被表示为线芯占整个电缆的面积的一小部分)在约5％至30％的范围内。在一些实施例中，线芯相对于整个电缆的的部分为至少2％、至少5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、30％、35％、40％、45％、50％，或者甚至至少60％。
示例性基质材料包括金属基质材料，诸如铝、钛、锌、锡、镁及其合金(例如，铝和铜的合金)，以及聚合物基质材料，诸如环氧树脂、酯、乙烯基酯、聚酰亚胺、聚酯、氰酸盐酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂和热塑性塑料。
适于制备复合线材的连续(也就是说，与平均纤维直径相比具有相对无限的长度)纤维的例子包括芳纶纤维、硼纤维、碳纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、聚(对亚苯基苯并二噁唑)、钨纤维和形状记忆合金(也就是说，经过马氏体相变后的金属合金，从而使得该金属合金可在相变温度以下由于孪晶机理引起变形，其中这种变形是可逆的，当该孪晶结构被加热到相变温度以上时会逆变回原相)纤维。陶瓷纤维包括玻璃、碳化硅纤维和氧化物陶瓷纤维。通常，陶瓷纤维是晶体陶瓷(也就是说，显示具有可辨别的X-射线粉末衍射图形)和/或晶体陶瓷和玻璃的混合物(也就是说，纤维可能包含晶体陶瓷和玻璃两相)，尽管也可能都是玻璃。在一些实施例中，纤维是至少50(在一些实施例中，为至少55、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99，或者甚至100)重量％的晶体。适用的晶体陶瓷氧化物纤维的例子包括耐火纤维，诸如氧化铝纤维、硅铝酸盐纤维、硼铝酸盐纤维、铝硼硅酸盐纤维、氧化锆-二氧化硅纤维以及它们的组合。
在一些实施例中，期望纤维包含至少40(在一些实施例中，为至少50、60、65、70、75、80、85、90、95、96、97、98、99，或者甚至100)体积％的Al2O3(基于纤维的总体积)。在一些实施例中，期望纤维包含40至70(在一些实施例中，在55至70，或者甚至55至65范围内)体积％的Al2O3(基于纤维的总体积)。
此外，示例性的玻璃纤维可得自(例如)康宁玻璃公司(纽约州康宁)。通常，连续玻璃纤维的平均纤维直径在约3微米至约19微米的范围内。在一些实施例中，玻璃纤维的平均抗拉强度为至少3GPa、4GPa，或者甚至至少5GPa。在一些实施例中，玻璃纤维的弹性模量在约60GPa至95GPa的范围内，或者在约60GPa至约90GPa的范围内。
氧化铝纤维在(例如)美国专利No.4,954,462(伍德(Wood)等人)和5,185,299(伍德等人)中有所描述。在一些实施例中，氧化铝纤维是多晶α-氧化铝纤维，并且包含(基于理论氧化物)大于99重量％的Al2O3和0.2-0.5重量％的SiO2(基于氧化铝纤维的总重量)。在另一方面，一些期望的多晶α-氧化铝纤维包含平均粒度小于1微米(或者甚至在一些实施例中小于0.5微米)的α-氧化铝。在另一方面，在一些实施例中，多晶α-氧化铝纤维具有至少1.6GPa(在一些实施例中，为至少2.1GPa，或者甚至至少2.8GPa)的平均抗拉强度，根据美国专利No.6.460,597(麦卡洛(McCullough)等人)中所述抗拉强度测试而测得。示例性α-氧化铝纤维由3M公司(明尼苏达州圣保罗)以商品名“NEXTEL 610”销售。
硅铝酸盐纤维在(例如)美国专利No.4，047,965(卡斯特(Karst)等人)中有所描述。示例性硅铝酸盐纤维由3M公司(明尼苏达州圣保罗)以商品名“NEXTEL 440”、“NEXTEL 550”和“NEXTEL 720”销售。
硼铝酸盐纤维和铝硼硅酸盐纤维在(例如)美国专利No.3,795,524(索曼(Sowman))中有所描述。示例性铝硼硅酸盐纤维由3M公司以商品名“NEXTEL 312”销售。
氧化锆-二氧化硅纤维如(例如)美国专利No.3,709,706(索曼)中所述。
通常，连续陶瓷纤维具有至少约5微米的平均纤维直径，更常见的是，在约5微米至约20微米的范围内；并且在一些实施例中，在约5微米至约15微米的范围内。
通常，陶瓷纤维是成束的。纤维束在纤维领域中是已知的，并且通常包括多根(单根)大体上非扭曲的纤维(通常至少100根纤维，更常见的是至少400根纤维)。在一些实施例中，纤维束包括每束至少780根单纤维，并且在一些情况下，每束至少2600根单纤维，或每束至少5200根单纤维。各种陶瓷纤维束有多种长度可供选择，包括300米、500米、750米、1000米、1500米以及更长。纤维的横截面形状可以是圆形、椭圆形或狗骨形。
示例性硼纤维可从(例如)德事隆特种纤维公司(Textron SpecialtyFibers，Inc.)(马萨诸塞州罗尼尔)商购获得。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续硼纤维的平均纤维直径在约80微米至约200微米的范围内。更常见的是，平均纤维直径不大于150微米，最常见的是在95微米至145微米的范围内。在一些实施例中，硼纤维的平均抗拉强度为至少3GPa，或者甚至至少3.5GPa。在一些实施例中，硼纤维的弹性模量在约350GPa至约450GPa的范围内，或者甚至在约350GPa至约400GPa的范围内。
此外，示例性碳化硅纤维由(例如)COI陶瓷公司(COI Ceramics)(加利福尼亚州圣地亚哥)以商品名为“NICALON”的每束有500根纤维的纤维束销售，由宇部兴产株式会社(Ube Industries)(日本)以商品名“TYRANNO”销售，以及由道康宁公司(密歇根州米德兰)以商品名“SYLRAMIC”销售。
示例性碳化硅单丝纤维由(例如)特种材料公司(Specialty Materials，Inc.)(马萨诸塞州罗尼尔)以商品名“SCS-9”、“SCS-6”和“Ultra-SCS”销售。
碳纤维可(例如)以商品名为“THORNEL CARBON”的每束有2000、4000、5000和12,000根纤维的纤维束得自阿莫科化学公司(AmocoChemicals)(乔治亚州阿尔法利塔)，还可得自赫氏公司(HexcelCorporation)(康涅狄格州斯坦福德)，以商品名“PYROFIL”得自格拉斐公司(Grafil，Inc.)(加利福尼亚州萨克拉门托)(三菱丽阳株式会社的子公司)，以商品名“TORAYCA”得自东丽株式会社(日本东京)，以商品名“BESFIGHT”得自日本东邦人造丝公司(Toho Rayon ofJapan，Ltd.)，以商品名“PANEX”和“PYRON”得自卓尔泰克公司(Zoltek Corporation)(密苏里州圣路易斯)，以及以商品名“12K20”和“12K50”得自英可特种产品公司(Inco Special Products)(新泽西州威科夫)(镀镍碳纤维)。通常，连续碳纤维的平均纤维直径在约4微米至约12微米、约4.5微米至约12微米，或者甚至约5微米至约10微米的范围内。
示例性石墨纤维由(例如)英国石油阿莫科公司(乔治亚州阿尔法利塔)以商品名为“T-300”的每束有1000、3000和6000根纤维的纤维束销售。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续石墨纤维的平均纤维直径在约4微米至约12微米、约4.5微米至约12微米，或者甚至约5微米至约10微米的范围内。在一些实施例中，石墨纤维的平均抗拉强度为至少1.5GPa、2GPa、3GPa，或者甚至至少4GPa。在一些实施例中，石墨纤维的弹性模量在约200GPa至约1200GPa，或者甚至约200GPa至约1000GPa的范围内。
示例性钨纤维可得自(例如)加州精细线材公司(California FineWire Company)(加利福尼亚州格洛尔海滩)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续钨纤维的平均纤维直径在约100微米至约500微米、约150微米至约500微米，或者甚至约200微米至约400微米的范围内。在一些实施例中，钨纤维的平均抗拉强度为至少0.7GPa、1GPa、1.5GPa、2GPa，或者甚至至少2.3GPa。在一些实施例中，钨纤维的弹性模量大于400GPa到大约不大于420GPa，或者甚至不大于415GPa。
示例性形状记忆合金纤维可得自(例如)庄信万丰公司(宾夕法尼亚州西惠特兰德)(Johnson Matthey，West Whiteland，PA)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续的形状记忆合金纤维的平均纤维直径在约50微米至约400微米、约50至约350微米，或者甚至约100微米至300微米的范围内。在一些实施例中，形状记忆合金纤维的平均抗拉强度为至少0.5GPa，或者甚至至少1GPa。在一些实施例中，形状记忆合金纤维的弹性模量在约20GPa至约100GPa，或者甚至约20GPA至约90GPa的范围内。
示例性芳纶纤维可以用商品名“KEVLAR”得自(例如)杜邦公司(特拉华州威尔明顿)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续芳纶纤维的平均纤维直径在约10微米至约15微米的范围内。在一些实施例中，芳纶纤维的平均抗拉强度为至少2.5GPa、3GPa、3.5GPa、4GPa，或者甚至至少4.5GPa。在一些实施例中，芳纶纤维的弹性模量在约80GPa至约200GPa，或者甚至约80GPa至约180GPa的范围内。
示例性聚(对亚苯基苯并二噁唑)纤维可以用商品名“ZYLON”得自(例如)东洋纺织株式会社(日本大阪)。通常，此类纤维的长度为大约至少50米，并且可能甚至为大约上千米或更长。通常，连续聚(对亚苯基苯并二噁唑)纤维的平均纤维直径在约8微米至约15微米的范围内。在一些实施例中，聚(对亚苯基苯并二噁唑)纤维的平均抗拉强度为至少3GPa、4GPa、5GPa、6GPa，或者甚至至少7GPa。在一些实施例中，聚(对亚苯基苯并二噁唑)纤维的弹性模量在约150GPa至约300GPa，或者甚至约150GPa至约275GPa的范围内。
芳纶纤维、碳纤维、石墨纤维、陶瓷纤维、聚(对亚苯基苯并二噁唑)纤维(包括纤维束)通常包括至少一些氧化物陶瓷纤维的至少一部分外表面上的有机浆料。通常浆料提供0.5重量％至10重量％范围内的附加重量。经观察，浆料提供润滑性，并且在操作期间保护纤维股线。据信，上浆有利于(例如，在转为织物期间)减少纤维的破损、减少静电以及减少粉尘量。可去除浆料，例如，溶解或烧掉。优选的是，在根据本发明构成基质复合线材之前去除浆料。这样，在构成复合线材前，纤维上没有任何浆料。
用作基质材料的示例性金属为含有高纯度(例如，大于99.95％)铝元素或者是纯铝与其他元素(例如铜)的合金。通常，选择金属基质材料以使得基质材料与纤维不发生显著的化学反应(也就是说，相对于纤维材料呈化学惰性)，例如，消除在纤维外部提供保护性涂层的必要。示例性金属基质材料包括铝、锌、锡、镁及其合金(例如，铝和铜的合金)。在一些实施例中，基质材料有利地包含铝及其合金。
通常，用作金属基质复合材料的纤维包括硼纤维、碳纤维、含晶体陶瓷的纤维、石墨纤维、钨纤维以及形状记忆合金纤维。
在一些实施例中，金属基质包含至少98重量％的铝，为至少99重量％的铝，大于99.9重量％的铝，或者甚至大于99.95重量％的铝。铝与铜的示例性铝合金包含至少98重量％的铝和最多2重量％的铜。在一些实施例中，可用的合金为1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000和/或8000系列铝合金(铝业协会牌号)。虽然制备高抗拉强度线材倾向于需要高纯度金属，但是低纯度形式的金属也是可用的。
适用的金属可商购获得。例如，铝可以用商品名“超纯铝；99.99％铝”(SUPER PURE ALUMINUM；99.99％ Al)得自美铝公司(宾夕法尼亚州匹兹堡)。铝合金(例如，Al-2重量％Cu(0.03重量％的杂质))可得自(例如)贝尔蒙特金属公司(Belmont Metals)(纽约州纽约)。锌和锡可得自(例如)金属服务公司(Metal Services)(明尼苏达州圣保罗)(“纯锌”；99.999％纯度和“纯锡”；99.95％纯度)。例如，镁可以用商品名“PURE”得自亿莱科特镁业公司(Magnesium Elektron)(英格兰曼彻斯特)。镁合金(例如，WE43A、EZ33A、AZ81A和ZE41A)、钛和钛合金可得自(例如)钛美特公司(TIMET)(科罗拉多州丹佛)。
复合线芯和线材通常包括至少15体积％(在一些实施例中，为至少20、25、30、35、40、45，或者甚至50体积％)的纤维(基于纤维和基质材料的总组合体积)。更常见的是，复合线芯和线材包含40至75(在一些实施例中，为45至70)体积％范围内的纤维(基于纤维和基质材料的总组合体积)。
通常，线芯的平均直径在约5毫米至约15毫米的范围内。在一些实施例中，期望线芯的平均直径为至少1毫米，至少2毫米，或者甚至达到约3毫米。通常，复合线材的平均直径在约1毫米至12毫米、1毫米至10毫米、1毫米至8毫米，或者甚至在1毫米至4毫米的范围内。在一些实施例中，期望复合线材的平均直径为至少1毫米、至少1.5毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、6毫米、7毫米、8毫米、9毫米、10毫米、11毫米，或者甚至至少12毫米。
制备金属和聚合物基质复合线材的技术在本领域中是已知的。例如，连续金属基质复合线材可采用连续金属基质浸渗方法制备。一种适用的方法在(例如)美国专利No.6,485,796(卡彭特(Carpenter)等人)中有所描述。连续纤维增强金属基质复合材料的其他加工方法在(例如)ASM Handbook Vol.21，Composites，pp.584-588(ASMInternational，Metals Park，OH)，published in 2001(2001年出版的《美国金属学会手册》第21卷第584-588页“复合材料”(俄亥俄州金属园区美国材料信息学会))中有所论述。
此外，例如，制备金属基质复合线材的技术包括以下文献中所讨论的那些技术：例如，美国专利No.5,501,906(德维(Deve))、6,180,232(麦卡洛等人)、6,245,425(麦卡洛等人)、6,336,495(麦卡洛等人)、6,544,645(麦卡洛等人)、6,447,927(麦卡洛等人)、6,460,597(麦卡洛等人)、6,329,056(德维等人)、6,344,270(麦卡洛等人)、6,485,796(卡彭特等人)、6,559,385(约翰逊(Johnson)等人)、6,796,365(麦卡洛等人)、6,723,451(麦卡洛等人)和6,692,842(麦卡洛等人)和6,913,838(麦卡洛等人)；提交于2003年3月31日，序列号为10/403,643的美国专利申请、提交于2004年2月13日，序列号为10/778,488的美国专利申请、提交于2004年2月13日，序列号为10/779,438的美国专利申请、提交于2005年12月23日，序列号为11/317,608的美国专利申请、提交于2005年12月23日，序列号为11/318,368的美国专利申请，以及提交于2004年6月17日，序列号为10/870,262的美国专利申请。
包含聚合物和纤维的线材可通过(例如)本领域已知的挤拉成型法制备。例如，于2003年11月6日公开的、公开号为WO 2003/091008A的PCT专利申请和于2005年5月6日公开的、公开号为WO2005/040017A的PCT专利申请中提供了纤维增强聚合物的一个例子。挤拉成型法在(例如)ASM Handbook Vol.21，Composites，pp.550-564(ASM International，Metals Park，OH)，published in 2001(2001年出版的《美国金属学会手册》第21卷第550-564页“复合材料”(俄亥俄州金属园区美国材料信息学会))中有进一步的描述。
通常，用作聚合物基质复合材料的纤维包括芳纶纤维、硼纤维、碳纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、聚(对亚苯基苯并二噁唑)纤维、钨纤维和形状记忆合金纤维。
在一些实施例中，线芯中至少85％(在一些实施例中，为至少90％，或者甚至至少95％)的纤维都是连续的。
再次参见图1，第一电缆26、第二电缆28和第三电缆30均具有额定抗断强度，其中电缆26、28、30的极限抗拉强度大于或等于额定抗断强度。一般来讲，额定抗断强度由限定电缆的最小可接受强度的计算进行确定(参见2005年公布的Standard Reference ASTM B232(标准参考ASTM B232))。
在一个示例性实施例中，包括接头32、34和构成输电电缆12的复合线材的输电电缆12易受损坏(包括复合线材的纵向增强纤维的破损)，取决于下列因素：施加在输电电缆12上的张力量；输电电缆12的直径；经过滑轮的输电电缆12的弯曲半径；电缆12的组成，包括基质材料、纤维材料的类型，纤维材料的相对量以及其他；越过滑轮的输电电缆12的转角(下文将进行更详细的描述)。
在这些铁路沿线，在一个示例性实施例中，包括第一电缆26、第二电缆28和第三电缆30的输电电缆12具有相关的最小滑轮直径。具体地讲，在没有机械载荷的条件下相关的最小滑轮直径与输电电缆12的最小弯曲半径相对应，机械载荷可在输电电缆12没有明显损坏的条件下被施加在输电电缆12上。承受机械载荷时，输电电缆12的最小弯曲半径取决于越过滑轮的输电电缆12的张力和实际转角。随着张力和转角增加，输电电缆12的最小弯曲半径增大。因此，滑轮可据此选择足够大的直径，并且大于最小滑轮直径。应该指出的是，通常滑轮直径还由物理约束条件限定，诸如个人在安装过程中提拉滑轮或满足其他安装需求的能力。
在一个示例性实施例中，每个第一接头32和第二接头34都是柔韧的满张力接头。一般来讲，“柔韧的”接头能够被弯曲或弯成曲线形，例如，越过一个或多个滑轮组件拉伸而产生的弯曲，而不会对输电电缆12(包括接头32、34)造成明显的损坏。这与刚性接头(例如，将钢套管压缩在一定长度的输电电缆的线芯上，然后将铝套管压缩在钢套管和邻近铝套管的部分输电电缆上而构成的压缩接头)形成对比。一般来讲，这类刚性接头不能够在不明显弯曲损坏刚性接头和/或损坏与刚性接头接合的输电电缆的条件下越过一个或多个滑轮组件拉伸。具体地讲，越过滑轮组件拉伸的刚性接头在越过滑轮组件拉伸后会永久变形或弯曲。作为附加参考，“满张力”接头一般指能够经受相当于输电电缆12的额定抗断强度的张力的接头。
结合图2A-图2C，在一个示例性实施例中，第一接头32为满张力的柔韧接头。例如，第一接头32可选的是成形的线型接头。具体地讲，第一接头32包括多根包裹在第一电缆26的尾端38和第二电缆28的前端40周围的螺旋缠绕内杆50，以及多根包裹在多根内杆50周围的螺旋缠绕外杆52。结合图2B，将三根、四根或者期望数量的内杆50的群组依次施加在第一电缆26和第二电缆28上，直到期望数量的内杆50都设置在第一电缆26和第二电缆28周围为止。结合图2C，将三根、四根，或者期望数量的外杆52的群组依次施加在多根内杆50上，直到期望数量的外杆52都设置在多根内杆50周围为止。多根内杆和外杆50、52可选地由铝合金制成。
参考上文，适合的接头包括柔韧的满张力接头，诸如成形的线型接头，包括可以用商品名“THERMOLIGN”(零件编号为TLSP-795)得自预制管线产品公司(Preformed Line Products)(俄亥俄州克里夫兰)的接头。在一个示例性实施例中，接头32足够大，可有效散热。由复合线材构成的输电电缆通常专用于在高温(例如，约200℃以上)下工作，相比之下，具有钢芯线材的电缆的工作温度(例如)约100℃以上。较大的接头能够有助于保持接头的温度相对较低。因此，接头32可选地由两层螺旋杆构成，以添加另外的散热器至接头32。虽然适合作为散热器，但是由于过去其他类型接头(例如，丝网连接器)的破损经历，输电电缆12的柔韧的满张力接头可安全经过滑轮的性能仍是令人惊讶的结果。此外，双层接头构造的成功使用也令人吃惊，因为双层构造更显示出接头边缘处集中的弯曲力，获得更令人惊讶的成功效果。
再次参见图2A-图2C，在一个示例性实施例中，第二接头34采用与第一接头32基本上类似的方式形成，但是第一接头32和第二接头34可选地为基本上不同的形式。
结合图1，张力机14可选的是本领域已知的类型，它通常用于维持输电电缆12的放线盘，还被描述为电缆的放线长度。具体地讲，张力机14用于放出承受张力的输电电缆12，例如，使用制动机构，以避免输电电缆12从放线盘中释放过快。此外，为了减小电缆下垂度，在拉伸过程中可能需要增加张力，以便输电电缆12清除障碍或保持必要的清晰水平(例如，在公路上)。作为参考，第一电缆26、第二电缆28和第三电缆30中的每根可选地与输电电缆12的放线长度相对应，在一个示例性实施例中，也可以设想其他长度。
第一滑轮组件16由第一悬吊铁塔18维持，例如，悬挂于第一悬吊铁塔18上，一般包括滑轮阵列56，用于支承输电电缆12，并顺着弧(例如，45度弧)定位以限定滑轮阵列56的总曲率半径R1。这样，滑轮阵列56可选地用于为输电电缆12提供相对较大的半径以使其穿过，而不必提供单独的直径相对较大的滑轮。在一个示例性实施例中，每个滑轮56的直径为约7英寸，并且滑轮阵列56限定的总曲率半径R1为约60英寸。还应该指出的是，第一滑轮组件16可选地安装在第一悬吊铁塔18或其他适合的结构上，以此方式使整个第一滑轮组件16能够绕枢轴转动，以适应输电电缆12从第一滑轮组件16的不同引入线和引出线，下文将进行更加详细的描述。在一个示例性实施例中，第一悬吊铁塔18为本领域已知的类型(例如，金属框架塔)。
第二滑轮组件20由第二悬吊铁塔22维持，例如，悬挂于第二悬吊铁塔22上，并且通常包括滑轮58。在一个示例性实施例中，滑轮58的直径为约36英寸，但还可以设想其他尺寸。由此，滑轮58可选地限定总曲率半径，例如，约18英寸。还应该指出的是，第二滑轮组件20可选地安装在第二悬吊铁塔22或其他适合的结构上，以此方式使整个第二滑轮组件20能够绕枢轴转动，以适应输电电缆12从第二滑轮组件20的不同引入线和引出线，下文将进行更加详细的描述。在一个示例性实施例中，第二悬吊铁塔22为本领域已知的类型(例如，金属框架塔)。还应该指出的是，还可以设想第一滑轮组件16和第二滑轮组件20的后续滑轮组件(未示出)。
拖拉器24可选的是本领域已知的类型，并且通常用于从张力机14中拉伸输电电缆12。具体地讲，拖拉器24用于在输电电缆12上施加张力，以便拉伸输电电缆12越过第一滑轮组件16和第二滑轮组件20或附加的滑轮组件(需要时)。
至于相对位置，张力机14可选地与第一滑轮组件16横向隔开一段距离，该距离是第一滑轮组件16所维持高度的约三倍。继而，在一个示例性实施例中，第一滑轮组件16和第二滑轮组件20间隔开，以便将侧向跨度或跨度距离限定在约200英尺至约1600英尺的范围内，但是也可设想其他尺寸，包括(例如)约200英尺至约600英尺，约600英尺至约1500英尺，或者甚至约1200英尺至约1600英尺。此外，附加的后续滑轮组件/悬吊铁塔可选地限定相似的跨度距离，或根据具体应用要求限定其他跨度距离。拖拉器24可选地与第二滑轮组件20横向隔开一段距离，该距离是第二滑轮组件20所维持高度的约三倍，但是还可以设想其他尺寸。
结合图1并根据上文，安装输电电缆12的方法包括引导第一电缆26的前端36越过第一滑轮组件16，并拉伸第一电缆26越过第一滑轮组件16。在一个示例性实施例中，适合的牵引件(未示出)连接到第一电缆26的前端36，然后用拖拉器24拉伸牵引件，以直接从张力机14维持的放线盘拉伸第一电缆26越过第一滑轮组件16。
如虚线所示，输电电缆12通过第一滑轮组件16，用以为输电电缆12第一次进入或第一次越过第一滑轮组件16处输电电缆12的切线限定引入线。继而，输电电缆12通过第一滑轮组件16，用以为输电电缆12退出或不再越过第一滑轮组件16处输电电缆12的切线限定引出线。第一滑轮组件16处的引入线和引出线之间的夹角被描述为输电电缆12越过第一滑轮组件16的第一转角α。在一个示例性实施例中，较大的总曲率半径R1是有利的，因为第一转角α相对较高。具体地讲，张力机14(输电电缆12自张力机直接馈送到第一滑轮组件16中)常常处于比第一滑轮组件16低很多的高度，并且相比于(例如)第一滑轮组件16和第二滑轮组件20之间的跨度距离，张力机与第一滑轮组件16横向间隔开一段相对较短的距离。因此，进入第一滑轮组件16时通常采用相对较高的角度。
张力机14将第一电缆26拉出至尾端38后，可选地通过第一接头32(如上文所述的柔韧的满张力接头)将第二电缆28接合或连接到第一电缆26上。在一个示例性实施例中，第二电缆28可选地维持在第一电缆26的单独放线盘上，并且在第一电缆26被拉出至尾端38后，将第二电缆28的前端40与第一电缆26的尾端38接合。
在一个示例性实施例中，拉伸第一电缆26至第一电缆26的尾端38越过第一滑轮组件16，直到第一接头32最终越过第一滑轮组件16拉伸到(例如)图1所示的第二接头34的位置。通过施加在第一接头32及第一电缆26和第二电缆28上的相关张力，将第一接头32以第一转角α拉伸越过第一滑轮组件16。在一个示例性实施例中，将第一接头32以约10度至约40度范围内的第一转角α拉伸越过第一滑轮组件16，并且所施加的张力在第一电缆26和第二电缆28中每根的额定抗断强度(RBS)的约5％至约20％的范围内。应该指出的是，还可以想到其他第一转角α和张力。虽然第一接头32是柔韧的，但是可以通过增加总曲率半径R1以减少第一接头32的弯曲量，从而进一步避免一些破损风险。例如，曲率半径R1可被选择为基本上大于输电电缆12的最小滑轮直径的一半。
该方法也包括引导来自第一滑轮组件16的第一电缆26的前端36越过第二滑轮组件20，并越过第二滑轮组件20将第一电缆26向第一电缆26的尾端38拉伸至第一接头32。如虚线所示，输电电缆12通过第二滑轮组件20，用以为输电电缆12第一次进入或第一次越过第二滑轮组件20处输电电缆12的切线限定引入线。输电电缆12越过第二滑轮组件20后，输电电缆12通过第二滑轮组件20，用以为输电电缆12退出或不再穿越第二滑轮组件20处的输电电缆12的切线限定引出线。
第二滑轮组件20处输电电缆12的引入线和引出线之间的夹角被描述为输电电缆12越过第二滑轮组件20的第二转角β。在一个示例性实施例中，滑轮58的总曲率半径不需要与滑轮阵列56的总曲率半径R1一样大，以确保第一接头32不会使其弯曲至半径过小。具体地讲，在第二滑轮组件20位于第一滑轮组件16和后续第三滑轮组件(未示出)之间的位置，第二转角β常常小于第一转角α，因为输电电缆12自第一滑轮组件16送入第二滑轮组件20，第一滑轮组件16与张力机14的相对高度相比，其处于与第二滑轮组件20更为适当的高度上，然后输电电缆将馈送至第三滑轮组件，第三滑轮组件也将处于与第二滑轮组件20更为适当的高度上。换句话讲，“塔与塔”或“滑轮与滑轮”的角度通常比第一个“地与塔”或第一个“地与滑轮”的角度和最后的“塔与地”或最后的“滑轮与地”的角度小得多。
第一电缆26可选地越过第一滑轮组件16拉伸至尾端38，第一接头32越过第二滑轮组件20拉伸(例如)至图1中大致示出的位置。通过施加第一电缆26和第二电缆28上的相关张力，将第一接头32以第二转角β拉伸越过第二滑轮组件20。在一个示例性实施例中，将第一接头32以约10度至约40度范围内的第二转角β拉伸越过第二滑轮组件20，并且所施加的张力在第一电缆26和第二电缆28中每根的额定抗断强度(RBS)的约5％至约20％的范围内。应该指出的是，还可以想到其他第二转角β和张力。虽然第一接头32是柔韧的，但是可以通过增加滑轮58的总直径以减少第一接头32的弯曲量，从而进一步避免一些破损风险。在一个示例性实施例中，第二滑轮组件20的滑轮58的直径被选择为基本上大于输电电缆12的最小滑轮直径。
虽然所示第一接头32拉伸越过两组滑轮组件，但是在一个示例性实施例中，第一接头32还拉伸越过附加的滑轮组件，例如，基本上类似于第一滑轮组件18或第二滑轮组件20的滑轮组件。此外，在一个示例性实施例中，第二接头34在第二电缆28和第三电缆30之间通过基本上类似于所述与第一接头32相关的方式构成。此外，第二接头34可选地越过第一滑轮组件16、第二滑轮组件20，或任何数量的后续滑轮组件，通过基本上类似于所述与第一接头32相关的方式拉伸。
上文所述的系统和方法具有多种优点。例如，在电缆长度之间采用永久性的柔韧的满张力接头，而不是使用临时的机械接头(诸如丝网紧线夹，也被描述为短接头)来拉伸输电电缆12。这样，不必在稍后的某些时候安装永久性接头，减少了安装步骤并提高了效率。此外，减少了电缆定位后与永久性接头安装相关的问题，例如，输电电缆12的安装者没有在滑轮组件之间安装接合跨度中点所需的必要现场接入口。
如上文所述，含复合线材的电缆尤其适用于架空电能传输电缆。根据本发明实施的输电电缆12可以是均一的(也就是说，仅包含一种复合线材)或不均一的(也就是说，包含多根次要线材，诸如金属线材)。例如不均一电缆，输电电缆12的线芯可包括多根复合线材，该复合线材含纵向设置的增强纤维，其外壳包括多根次要线材(例如，铝线材)。根据本发明实施的电缆可包括(例如)金属基质材料或聚合物基质材料复合线材。
此外，根据本发明实施的电缆可被绞合。绞合电缆通常包括中心线材和围绕中心线材螺旋绞合的第一层线材。电缆绞合是一种工艺方法，其中各股线材以螺旋结构组合，制备出成品电缆(参见(例如)美国专利No.5,171,942(鲍尔斯(Powers))和5,554,826(吉恩崔(Gentry)))。所得螺旋形绞合线绳的柔韧性远远高于可得自横截面积相等的固体棒的柔韧性。螺旋结构也是有利的，因为电缆在固定、安装和使用过程中承受弯曲时，绞合电缆可维持其圆形的总横截面形状。螺旋缠绕电缆可包括少至7根单股线，更常见的构造包括50根股线或更多根股线。
根据本发明实施的一个示例性电能传输电缆或输电电缆如图3所示，其中根据本发明实施的电能传输电缆130可以是十九根单根复合材料(例如，金属基质复合材料)线材134的线芯132，该复合线材被三十根单根金属线材(例如，铝或铝合金线材)138的护套136包围。同样，如图4所示，作为许多选择之一，根据本发明实施的架空电能传输电缆140可以是三十七根单根复合材料(例如，金属基质复合材料)线材144的线芯142，该复合线材被二十一根单根金属(铝或铝合金)线材148的护套146包围。
图5还示出了绞合电缆80的另一个示例性实施例。在此实施例中，绞合电缆包括中心复合材料(例如，金属基质复合材料)线材81A和第一层82A复合材料(例如，金属基质复合材料)线材，该第一层复合线材螺旋缠绕在中心复合材料(例如，金属基质复合材料)线材81A的周围。此实施例还包括第二层82B复合材料(例如，金属基质复合材料)线材81，其螺旋缠绕在第一层82A的周围。任何层中都可以包含任何适当数量的复合材料(例如，金属基质复合材料)线材81。此外，如果需要，绞合电缆80中可包括多于两层的复合线材。
根据本发明实施的电缆可用作裸电缆，或者它们可用作较大直径电缆的线芯。同样，根据本发明实施的电缆可以是在多根线材周围有维护装置的多根线材的绞合电缆。维护装置可以是条带外包裹物(请参见(例如)图5所示的条带外包裹物83)，带或不带粘合剂或粘结剂。
根据本发明实施的绞合电缆可用于许多应用中。由于此类绞合电缆结合了重量轻、强度高、导电性好、热膨胀系数较低、使用温度高和抗腐蚀等性能，所以据信尤其适用于架空电能传输电缆。
此类输电电缆的一个示例性实施例的端视图示出如图6所示的输电电缆90。输电电缆90包括可以是本文所述的任何绞合线芯的线芯91。电能传输电缆90也包括绞合线芯91周围的至少一个导电层。如图所示，电能传输电缆包括两个导电层93A和93B。如果需要，可使用更多导电层。在一些实施例中，各导电层包括多根导线。适于用作导线的材料包括铝和铝合金。导线可以在绞合线芯91周围通过本领域已知的适合的电缆绞合设备进行绞合。
在其他应用中，其中绞合电缆本身被用作成品，或者其中绞合电缆用作不同后续制品中的中间制品或元件，期望绞合电缆的多根金属基质复合线材81周围没有电源导电层。
有关由复合线材制成的电缆的其他详细信息，在(例如)美国专利No.6,180,232(麦卡洛等人)、6,245,425(麦卡洛等人)、6,329,056(德维等人)、6,336,495(麦卡洛等人)、6,344,270(麦卡洛等人)、6,447,927(麦卡洛等人)、6,460,597(麦卡洛等人)、6,485,796(卡彭特等人)、6,544,645(麦卡洛等人)、6,559,385(约翰逊等人)、6,692,842(麦卡洛等人)、6,723,451(麦卡洛等人)、6,796,365(麦卡洛等人)、6,913,838(麦卡洛等人)、7,093,416(约翰逊等人)和7,131,308(麦卡洛等人)；2005年8月18日公布的美国专利公开No.2005/0181228-A1、2006年5月18日公布的美国专利公开No.2006/0102377-A1和2006年5月18日公布的美国专利公开No.2006/0102378-A1；2003年3月31日提交的序列号为10/403,643的美国专利申请、2005年12月23日提交的序列号为11/317,608的美国专利申请、2005年12月23日提交的序列号为11/318,368的美国专利申请和2004年6月17日提交的序列号为10/870,262的美国专利申请；以及1996年5月21日公布的专利申请号为WO97/00976、2003年11月6日公布的专利申请号为WO 2003/091008A和2005年5月6日公布的专利申请号为WO 2005/040017A的PCT专利申请中有所公开。含铝基质复合材料的电缆也可(例如)以商品名“795 kcmil ACCR”得自3M公司。
下面的实例进一步说明了本发明的优点和实施例，但是这些例子中所提到的具体材料及其数量以及其他条件和细节均不应被解释为对本发明的不适当限制。除非另外指明，否则所有份额和百分比都按重量计。
实例
实例1
按照下文所述制备实例1电缆的线材。使用图7所示的装置60制备线材。七(7)束10,000旦尼尔α-氧化铝纤维(由3M公司(明尼苏达州圣保罗)以商品名“NEXTEL610”销售)由供卷筒62提供，对准形成圆形束，然后通过以549厘米/分钟(216英寸/分钟)的速度加热至1100℃的3米(9.8英尺)长氧化铝管63进行热清洗。然后，经过热清洗的纤维61在进入含金属铝(99.99％铝)基质材料(得自贝克铝业公司(Beck Aluminum Co.)(宾夕法尼亚州匹兹堡))的熔融物(熔化的金属)75的坩埚65前，在真空室64中抽真空。使用牵引器70将纤维从供卷筒62拉出。超声探针66、66A布置在纤维附近的熔融物75，用以辅助使熔融物75浸渗入纤维束61中。线材71的熔化金属在经由出口模具68离开坩埚65后冷却并凝固，但是一些冷却过程可能在线材71完全离开坩埚65之前进行。此外，线材71的冷却采用通过冷却装置69递送空气流(以160升/分钟的流速冲击线材71)的方法得到加强。线材71被收集在线轴72上。
纤维61在进入熔融物75前抽真空。真空室中的压强为约200毫托。真空系统64有25厘米长的氧化铝入口管，其尺寸与纤维束61的直径匹配。真空室64的长为21厘米，直径为10厘米。真空泵的抽真空能力为0.37m3/分钟。抽真空后的纤维61通过真空系统64中的管子(渗入金属浴)插入熔融物75(也就是说，经抽真空的纤维61在进入熔融物75时处于真空环境下)。出口管的内径与纤维束61的直径匹配。出口管的一部分浸在熔化的金属中，其深度达3毫米(0.125英寸)。
通过使用振动的电极片66、66A(19.8厘米(7.8英寸)在熔化的金属75外，3.2厘米(1.25英寸)浸入熔化的金属75，以使得电极片接近纤维61)增强熔化的金属75在纤维61中的浸渗。电极片66、66A被驱动以19.7kH的频率振动，在空气中的振幅为0.018毫米(0.0007英寸)。电极片66、66A经由与钛波导管配合的热缩套连接到另一个钛波导管(由直径为31.8毫米(1.25英寸)的Ti6-4棒材坯加工而成，该Ti6-4棒材坯得自钛业公司(Titanium Industries)(伊利诺伊州芝加哥))(也就是说，使用了四个钛波导管)，每个钛波导管依次连接到超声增压器(也就是说，有两个超声增压器)，超声增压器依次连接到换能器(也就是说，有两个换能器)；超声增压器和超声换能器可得自声能与材料公司(Sonics & Materials)(康涅狄格州丹伯里)。
纤维61在相对于纤维中心线1.3毫米的电极片头内。电极片头由氮化硅和氧化铝(“SIALON”；得自统一陶瓷公司(俄亥俄州布兰切斯特)(Consolidated Ceramics，Blanchester，OH))的混合物制成。陶瓷电极片头被制成长度为30.5厘米(12英寸)，直径为2.5厘米(1英寸)的圆柱体。陶瓷电极片头配有十字交叉的90°“V”槽，槽深0.5毫米(0.020英寸)，中心至中心的距离为0.25厘米(0.1英寸)。通过改变圆柱体的长度将其调节至期望的振动频率19.7kHz。
熔化的金属75在浸渗前脱气(例如，减少溶解在熔化的金属中的气体(例如，氢气)量)。使用的是便携式旋转脱气设备(得自伯那曼德铸造公司(Brumund Foundry，Inc)(伊利诺伊州芝加哥)。使用的气体是氩气，氩气流速为1.05升/分钟，该速度通过50升/分钟的空气流速提供给电动机组，持续时间为60分钟。
氮化硅出口模具68被构造为可提供所期望的线材直径。出口模具的内径为2.08毫米(0.082英寸)。
绞合线芯通过绞合设备绞合，该设备得自钢绳公司(Wire RopeCompany)(加拿大蒙特利尔)。电缆的中心有一根线，第一层有六根左旋扭绞的线，然后在第二(外)层有十二根右旋扭绞的线。在螺旋缠绕在一起前，各线材均布置在单独的线圈上，然后放置在驱动绞合设备滑架的两台电动机中。第一滑架固定第一层成品绞合电缆的六个线轴，第二滑架固定第二层绞合电缆的十二个线轴。每层的线材在滑架出口处汇集在一起，并排列在前一个线材或层上。在电缆绞合过程中，将中心线材拉出穿过滑架中心，每个滑架向绞合电缆添加一层。添加在每层中的各个线材同时自其各自的线轴中拉出，同时通过由电动机驱动的滑架使其绕电缆的中心轴旋转。结果制成了螺旋绞合线芯。
使用传统的带绕设备(300型同心式包带头，得自沃森机器国际公司(Watson Machine International)(新泽西州帕特森))用胶带缠绕绞合线芯。条带背衬为带玻璃纤维的铝箔条带，并且含有压敏硅树脂粘合剂(可以用商品名“箔/玻璃布胶带363”(FOIL/GLASS CLOTH TAPE363)得自3M公司(明尼苏达州圣保罗))。条带18的总厚度为0.18毫米(0.0072英寸)。条带有1.90厘米(0.75英寸)宽。
成品线芯的直径为标称10.4±0.25毫米(0.410±0.01英寸)，绞合层的扭绞长度为标称第一层左旋扭绞41.1厘米(16.2英寸)，第二(外)层右旋扭绞68.8厘米(27.1英寸)。
铝合金线材由铝/锆棒材(直径为9.8毫米(0.386英寸))制备而成；棒材可以用商品名“ZTAL”得自拉米佛N.V(比利时海米克瑟姆)(Lamifil N.V.，Hemiksem，Belgium)。最小性能要求：抗拉强度为120.0MPa(17,400psi)，延伸率为10.0％和导电率为60.5％ IACS。棒材在室温下使用五付模具拉制而成，正如本领域已知的那样。拉延模具(得自布朗逊和布朗顿公司(伊利诺伊州伯尔瑞吉(Bronson & Bratton，Burr Ridge，IL))由碳化钨制成，并且具有经高度抛光处理的模具表面(原样)。碳化钨模具的几何形状：进入角为60°，压缩角为16-18°，轴承长度为模具直径30％，减压角为60°。模具使用拉延油润滑和冷却。拉延系统传递油的速率设置在每付模具60-100升/分钟的范围内，温度设置在40-50℃的范围内。
然后将此线材缠绕在线轴上。分别由6根给料棒材制备所得的线材的各种性质列于下面的表2中。
表2
Figure A200780008168D00301
用于滑轮测试的电缆被制成一批八根的电缆，使用的线材参照上面表2的6种不同线材。绞合设备装有26个线轴，其中10根线材绞合第一内层，16根线材绞合第二外层，自这些线材的子集中抽取线材进行测试，即为“样本线轴”。
电缆由耐克森公司(加拿大萨斯喀彻温省维本市)(Nexans，Weyburn，SK，Canada)使用传统的行星式绞线机和线芯及(内部和外部)线材制成。制备电缆的装置180的示意图示于图8、图8A和图8B中。
传统的行星式绞线机180在头部提供线芯线轴181，其中线轴181可自由旋转，能够经由制动系统施加张力。施加到线芯上的张力在放线时为45kg(100磅)。在室温(约23℃(73℉))下输入线芯。线芯穿过线轴滑架182、183，经过合型模184、185，绕过主动轮186，并且连接到传统的收线盘(直径为152厘米(60英寸))187上。
在施加外绞合层189前，各线材布置在各自的线圈188上，线轴被放置在绞合设备中多个电动机驱动的滑架182、183中。将线材89从线轴188拉出所需的张力的范围设置在11-14kg(25-30磅)的范围内。绞合工位包括滑架和合型模。在每个绞合工位处，每层的线材189分别在合型模184、185的各滑架的出口处汇集在一起，并分别排列在中心线材或前一层上。因此，线芯穿过两个绞合工位。在第一工位10处，线材以左旋扭绞在线芯上绞合。在第二工位16处，线材以右旋扭绞在前一层绞合。
根据具体应用情况，使给定层的线芯材料和线材借助于合型模184、185开始接触。合型模为圆柱体(参见图8A和图8B)，并且用螺栓固定到位。模具由尼龙制成，并且能够完全闭合。
成品电缆穿过主动轮186，最终缠绕在(直径为107厘米(42英寸))收线盘187上。
内层由10根线材构成，外层直径为19.3毫米(0.760英寸)，每单位长度的内层质量为422千克/千米(283.2磅/千英尺)，左旋扭绞为27.4厘米(10.8英寸)。内层的闭合嵌段(由尼龙制成)的内径设置为19.3毫米(0.760英寸)。因此闭合嵌段的直径被设置为与电缆直径完全相等。
外层由16根线材构成，外层直径为28.1毫米(1.106英寸)，每单位长度的外部铝层质量为691.0千克/千米(463.1磅/千英尺)，右旋扭绞为30厘米(11.8英寸)。每单位长度的铝合金线材的总质量为1109千克/千米(743.6磅/千英尺)，每单位长度线芯的总质量为229.0千克/千米(153.5磅/千英尺)，每单位长度导线的总质量为1342千克/千米(899.8磅/千英尺)。外层的闭合嵌段(由尼龙制成)的内径被设置为28毫米(1.1英寸)。因此闭合嵌段的直径被设置为与最终电缆直径完全相等。
内部线材和外部线材的张力(放开线轴时)使用手持式测力仪(得自麦克马斯特-卡德公司(McMaster-Card)(伊利诺伊州芝加哥)测量，并设置在13.5-15kg(29-33磅)的范围内，线芯放线张力使用与线轴相同的测量方法通过制动器设置为约90kg(198磅)。并且，未使用矫直机，并且卷绕电缆。在室温(约23℃(73℉))下输入线芯。
结合图9，使用以下测试方法，采用测试夹具200测试所得的导线电缆202。将一段12.2米(40英尺)的导线电缆202在地面上拉直。使用拉伸夹(未示出)将单根49米(160英尺)的低延伸率线绳204(以商品名“UNILINE”得自沃尔工业公司(Wall Industries)(南卡罗莱纳州斯潘塞))连接到导线电缆202的各端，构成61米(200英尺)的套环。具体地讲，在低延伸率线绳的各端安装丝网紧线夹，然后在导线电缆部分的各端连接丝网紧线夹。将线绳204和导线电缆202末端处的丝网紧线夹套环收集在一起，并使用旋转接头(未示出)连接在一起。然后将套环的导线电缆部分切下一半，重新与柔韧的满张力接头206(以商品名“THERMOLIGN”得自预制管线产品公司(俄亥俄州克里夫兰)；零件编号为TLSP-795)连接。接头206的末端缠绕条带，以防止接头206的杆碰上滑轮214。
然后，将低延伸率线绳204、导线电缆202以及接头206之后的套环安装在测试夹具200上。测试夹具200由三个滑轮构成，按箭头所指示的方向驱动线绳套环204、导线电缆202和接头206的第一固定驱动滑轮210、向套环上施力(F)的第二可变张力滑轮212以及配有测力传感器216的第三滑轮214。第一固定驱动滑轮210的直径为140厘米(55英寸)，第二可变张力滑轮212的直径为140厘米(55英寸)，第三滑轮214的直径为92厘米(36英寸)。导线电缆202和接头206拉伸越过第三滑轮214，其转角θ为18.7度，％RBS张力在16.3％至17.3％的范围内。
转角θ可通过改变第二滑轮212的位置或通过调节线绳套环204、导线电缆202和接头204的长度进行设置。在现场设置预期转角，稍后通过测试夹具200的数字图像的图像处理对实际转角进行精确测量。使用通过测力传感器216测得的合力(R)(使用公式T＝R/2sin(θ/2))对套环上的％ RBS张力(T)进行监测。测试过程中，％ RBS张力随着套环的拉伸而波动，在测试期间通过第二滑轮212调节张力。
导线电缆202和接头206在第三滑轮214上循环，其循环过程为：拉伸导线电缆202和接头206越过第三滑轮214，在越过第一滑轮210或第二滑轮212之前停住导线电缆202和接头206，然后除去线绳套环204、导线电缆202和接头206上的张力，并使套环复位。在循环过程中，测试操作者听见任何声音，诸如“喀哒”声，可能是复合线材线芯破损的表征。导线电缆202和接头206越过第三滑轮214循环二十次后，拆开导线电缆202和接头206，并目测导线电缆线材的破损情况。线材经目测表明无明显破损。此外，接头206显示无扭曲或永久性变形的迹象。也未听到喀哒声或其他声音提示。从而得出结论，电缆或接头无明显破损。
实例2
实例2遵循实例1中所述的工序进行，不同的是，第三滑轮214为六个直径为18厘米(7英寸)的滑轮滚柱阵列，其沿45度弧设置以限定使总有效半径为60英寸，并在转角θ为29.6度，％ RBS张力在9.7％至11％的范围内的条件下进行测试。越过第三滑轮214循环三次后，拆开导线电缆202和接头206，并目测导线电缆线材的破损情况。未听到喀哒声或其他声音提示。线材经目测表明无明显破损。此外，接头206显示无扭曲或永久性变形的迹象。从而得出结论，电缆或接头无明显破损。
实例3
实例3遵循实例2中所述的工序进行，不同的是，第三滑轮214同样是六个直径为18厘米(7英寸)的滑轮滚柱阵列，在转角为33.8度，％ RBS张力在16.6％至17.4％的范围内的条件下进行测试。越过第三滑轮214循环三次后，拆开导线电缆202和接头206，并目测导线电缆线材的破损情况。未听到喀哒声或其他声音提示。线材经目测表明无明显破损。此外，接头206显示无扭曲或永久性变形的迹象。从而得出结论，电缆或接头无明显破损。
实例4
实例4遵循实例2中所述的工序进行，不同的是，第三滑轮214同样是六个直径为18厘米(7英寸)的滑轮滚柱阵列，在转角为39度，％RBS张力在10.1％至10.6％的范围内的条件下进行测试。越过测试滑轮循环三次后，拆开导线电缆202和接头206，并目测导线电缆线材的破损情况。未听到喀哒声或其他声音提示。线材经目测表明无明显破损。此外，接头206显示无扭曲或永久性变形的迹象。从而得出结论，电缆或接头无明显破损。
比较例A
比较例A遵循实例1中所述的工序进行，不同的是，第三滑轮214的直径为71厘米(28英寸)，在转角为33度，％ RBS张力在8.7％至10.1％的范围内的条件下进行测试。此外，未使用接头，导线电缆部分是连续的。同样，套环并非未卸载，在每次循环后反向，但是套环在测试张力下围绕整个套环被连续驱动。第一次循环后，当导线电缆202离开第三滑轮214时，在导线电缆202尾端的丝网紧线夹区听见“喀哒声”。5次循环后停止测试。越过第三滑轮214循环五次后，拆开导线电缆202，并目测导线电缆线材的破损情况。线材经目测，显示在导线电缆202尾端侧，从导线电缆202向丝网紧线夹过渡处有一根破损的线芯线材。剩余的线材完好无损，并显示无其他明显的破损。从而得出结论，由于丝网紧线夹的存在，导线电缆202有明显破损。
比较例B
比较例B遵循比较例A中所述的工序进行，不同的是，虽然第三滑轮214具有相等的直径71厘米(28英寸)，但测试是在转角为33度，％ RBS张力在7.3％至7.9％的范围内的条件下进行的。越过第三滑轮214循环二十次后，拆开导线电缆202，并目测导线电缆线材的破损情况。未听到喀哒声或其他声音提示。线材经目测表明无明显破损。从而得出结论，导线电缆202无明显破损。
尽管本文图示并描述了具体的实施例，但本领域中的普通技术人员应当认识到，在不脱离本发明范围的前提下，可以用多种替代和/或等效的具体实施方式来取代图示及描述的具体实施例。该专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的所有修改形式或变体。因此，本发明仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (20)

1.一种安装输电电缆的方法，所述方法包括：
提供包括至少一根复合线材的第一电缆，所述第一电缆具有第一末端和第二末端；
提供包括至少一根复合线材的第二电缆，所述第二电缆具有第一末端和第二末端，其中所述第一电缆和第二电缆的每根复合线材包括在基质材料中的多根基本上连续并且纵向延伸的纤维；
使用柔韧的满张力接头将所述第一电缆的所述第二末端与所述第二电缆的所述第一末端接合；
引导所述第一电缆的所述第一末端越过第一滑轮组件；
拉伸所述第一电缆至所述第一电缆的所述第二末端越过所述第一滑轮组件；以及
拉伸所述柔韧的满张力接头越过所述第一滑轮组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多根基本上连续并且纵向延伸的纤维选自陶瓷纤维、碳纤维以及它们的混合物之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每根所述复合线材的所述基质材料为选自铝、钛、锌、锡、镁及其合金之一的金属。
4.根据权利要求1所述的方法，其中每根所述复合线材的所述基质材料为聚合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述柔韧的满张力接头为螺旋杆满张力接头。
6.根据权利要求1所述的方法，其中以约10度至约40度范围内的转角拉伸所述柔韧的满张力接头越过所述第一滑轮组件。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电缆和第二电缆分别具有额定抗断强度，并且其中以所述第一电缆和第二电缆中每根的所述额定抗断强度的约5％至约20％范围内的张力拉伸所述柔韧的满张力接头越过所述第一滑轮组件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电缆和第二电缆中的每根都没有钢芯。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一滑轮组件包括沿弧设置的一排滑轮。
10.根据权利要求1所述的方法，其中引导所述第一电缆的所述第一末端越过滑轮的过程包括：
从维持所述第一电缆和第二电缆的放线盘沿着直接路径拉伸所述第一电缆和第二电缆越过所述第一滑轮组件。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
自所述第一滑轮组件引导所述第一电缆的所述第一末端越过第二滑轮组件，所述第一滑轮组件和第二滑轮组件间隔开以限定跨度距离；
拉伸所述第一电缆至所述第一电缆的所述第二末端越过所述第二滑轮组件；以及
拉伸所述柔韧的满张力接头越过所述第二滑轮组件。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述跨度距离在约200至约1600英尺的范围内。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一滑轮组件限定至少约36英寸的总曲率半径。
14.一种安装输电电缆的方法，所述方法包括：
提供从第一末端延伸至第二末端的输电电缆，所述电缆包括所述第一末端和所述第二末端之间的柔韧的满张力接头，所述输电电缆包含至少一束基本上连续并且纵向设置在基质材料中的纤维束；以及
拉伸所述柔韧的满张力接头越过第一滑轮组件。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
拉伸所述柔韧的满张力接头越过至少一个后续滑轮组件。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述输电电缆从所述第一末端延伸至所述第二末端的长度至少约980英尺。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述柔韧的满张力接头包括多根螺旋缠绕的杆。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述基本上连续并且纵向设置的纤维束选自由陶瓷纤维、碳纤维以及它们的混合物组成的组，并且其中所述基质材料选自由铝及其合金、钛及其合金、锌及其合金、锡及其合金、镁及其合金以及聚合物组成的组。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述输电电缆布置在以第一高度设置的放线盘中，并且其中所述第一滑轮组件维持在大于所述放线盘的所述第一高度的第二高度处。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述输电电缆具有相关的最小滑轮直径，并且其中第一滑轮的直径大于标称滑轮直径。
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