電纜防風抗冰雪專利技術分析

趙亞楠 鐘 媛

電纜防風抗冰雪專利技術分析

趙亞楠 鐘 媛

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南鄭州450046）

針對防風、抗冰雪電纜及電纜的除冰雪裝置，尤其是防風、抗冰雪電纜，本文對相關領域的專利狀況和重點申請人進行了梳理，對電纜防風抗冰雪的相關解決方案進行了深入探討。

電纜；防風；防冰；防雪；專利

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

導線覆冰現象多發生于冬季或早春，是一種與流體學、氣象學、傳熱學、熱力學等學科有關的，受微地形、微氣象和導線本身因素影響的自然隨機現象。大風、大雪和凍雨等危害氣候會造成輸電線路的舞動、積雪和結冰，冰雪融化墜落時會引起架空導線跳動。舞動和跳動可能引起輸電線路閃絡，積雪、結冰可能引起絕緣子短路、桿塔倒塌、導線斷線等事故。

并且，大氣覆冰災害多發生在冬季或初春季節，惡劣的天氣和道路冰凍使線路難以搶修，恢復供電時間長。2008年初，我國南方和西北方遭遇50年來罕見的災害天氣，冰雪災害給電網安全和電力供應帶來了嚴峻考驗，對電線電纜抵御冰雪災害的能力提出了更高要求。

世界許多國家投入了大量人力物力研究電線電纜抗冰雪防冰凍技術。本文在整理和綜合國內外有關技術專利文獻的基礎上，探討和分析電纜抗風雪防冰凍技術的研究現狀和進展。

2 技術發展脈絡

目前，電力電纜的防風抗冰雪技術主要分為兩大類：一種是防風防冰雪，一種是除冰雪。

2.1防風防冰雪

載荷型抗風雪電線電纜主要是通過提高強度，增大容量，減小體積和重量，降低周界附著力等進行設計，常見的有高強度輕型合金導線、自阻尼導線、低風壓電線、表面光滑的防風雪導線等；

防雪環式防冰雪導線，防雪環由聚碳酸酯塑料制成，狀如指環，在架設后夾裝載導線上，間距約為股線節距的兩倍，它可使積雪在沿導線滑動時受阻而脫落；為提高防積雪效果，進一步可采用隔雪環和防扭錘相組合的措施，但因防扭錘有誘發舞動的可能，后來又用相間隔離棒代之。對于分裂導線線路，還可以安裝可轉動式間隔棒。

帶翼狀股線的難積雪導線，也可以使積雪在導線上滑動時受阻而脫落。由于周圍環境的惡劣，一般與融冰方式組合設計，防冰雪效果才能比較理想；

低居里合金是一種鎳-鉻-硅-鐵四元合金，纏繞在導線上，在低溫時能產生磁性，導致渦流發熱而融冰；

防雪化學憎冰性涂料能減小冰對導線的附著力，使易于脫冰。硅膠、氟橡膠等涂料等讓冰雪無法附著，但防冰效果不明顯。

目前，低成本、防冰效果好的憎冰性涂料是防冰雪電纜的發展的方向之一。

2.2除冰

除冰是指當導線上積累了一定的覆冰時，采取積極有效的脫冰手段以保護線路的安全運行。除冰通常需要覆冰監測系統配合，以便除冰及時且適當。電線電纜中除冰手段主要有熱力融冰、機械融冰等。

熱力融冰是利用導線自身發熱和附加熱源，使冰雪晶體無法在導線上積累生長，或使已有冰雪融化。最早電線電纜中，采用纏繞電熱絲、增設專門的絕緣線芯發熱、過電流融冰法等進行融冰；后來采用熱敏電阻感應溫度，控制電熱絲發熱；近期，利用鋼芯鋁絞線中的高阻值鋼芯發熱融冰；還有部分場合可以采用短路電流法融冰，將線路一段三相短路，使導體受熱熔冰；直流融冰法具有便于移動和攜帶、耗能少、經濟等優點，也是一種有效的融冰方法。最近，部分公司提出電磁波加熱防冰雪熔冰雪方法，有待進一步完善。熱力融冰的研究及發展注重防冰融冰過程的監測、控制及如何不斷電進行等方面。

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機械法破冰是通過使用機械動力在冰體內部產生應力破壞，實現覆冰從導線表面脫落。目前，主要有人工除冰、滑輪鏟刮法、強力振動法和機器人除冰。早期采用人工除冰法，勞動繁瑣，效率極低；后來采用的在覆冰線路上附加外部振動器使覆冰振碎脫落的方法，會加速導線疲勞。目前，新型除冰機器人具有效率高等優點，是研究發展的方向。

3 重要申請人的技術路線

對國內相關的專利申請進行統計，如圖1所示，我國防冰雪電纜的專利申請量從2008年激增，這是因為我國在2008年遭遇了特大冰雪災害，社會各界開始關注防冰雪電纜的研究。自2010年后，防冰雪電纜及防冰雪方法的專利申請量逐年增長，這也表明社會上對防冰雪電纜的研究日益增長。

圖1 電纜防風抗冰雪技術專利申請量分布圖（國內）

其中，國家電網及其下屬的研究單位對防冰雪電纜及電纜防冰雪方法申請量最多，各電纜公司及部分高校對防冰雪電纜及電纜防冰雪方法也有許多研究。

國家電網公司是中國最大的電網企業，其經營區域覆蓋全國多個省份、自治區和直轄市，其專利申請涉及到電纜外形改進、涂覆疏水憎水性涂料、增設保溫層、增設電熱絲、利用導體本身發熱融冰、直流和交流融冰、增設防雪環、機械除冰等多個方面。關于采用低居里合金材料防冰雪電纜的專利有十幾篇，中國電力科學院是國家電網的科研機構，其研究了一種發熱功能涂料，采用低居溫度鐵磁性材料和成膜物質組成發熱涂料，低居里溫度鐵磁性材料可以是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系低居里溫度的軟磁合金粉中的一種或幾種；另外，關于涂覆疏水憎水涂料的有16件，早期的專利涉及采用含氟聚合物進行憎水處理，而由于含氟聚合物成本較高，國網新疆電力公司哈密供電公司采用甲基丙烯酸酯等物質制成超憎水涂膜，在低溫條件下具有憎水性和防覆冰性能，且不含氟聚合物。可以預見，成本較低、防覆冰效果好的憎冰涂料是防冰雪電纜發展研究的新熱點；并且，國家電網的專利申請中，較多涉及通入電流的方式進行融冰，可利用鋼芯鋁絞線的高阻值鋼芯發熱，也可利用導體發熱、也可專門增設發熱線芯或電熱絲。通電融冰的過程控制、檢測，減小融冰對供電的影響，融冰的經濟性等是研究的熱點。

另外，相關專利申請量較大的是河南科信電纜有限公司，其申請多采用緊壓導體以增加電纜表面光滑性以防止覆冰雪。此外，江蘇亨通電力電纜有限公司關于防冰雪電纜的申請多達52件，涉及帶加熱絲的加熱層、減小導體絞合間隙等措施防冰雪。貴州星天電線電纜有限公司的申請有7件，其中涉及一種帶加熱絲、骨架的擴徑光電復合纜，佛岡鑫源恒業電纜科技有限公司的申請涉及一種異型、采用低居里合金金屬絞線、兩層導體間帶間隙防風舞的架空導線。可見，防冰雪電纜中，多種防冰雪方式相結合、光電復合多功能線纜、防風和防冰雪相結合電纜是研究的方向之一。

日本在防冰雪電纜及電纜的防冰雪方法中，防雪環具有廣泛的使用。日本在防冰雪電纜及防冰雪方法方面比較重要的申請人有：FURUKAWA ELECTRIC CO LTD（古河電氣有限公司），其關于防冰雪電纜的申請量在140件以上。其申請主要是關于電纜外形的異型、減小外徑、防風螺旋條、防雪環等；另外擁有較大相關專利申請量的是HITACHI CABLE（日立電纜），其早期關注異型電纜、憎冰性涂料等，近期在電磁波融雪等方面有所關注。

4 結語

電纜防風抗冰雪技術是一個綜合性課題，在冰雪災害時，應采取多種措施和手段，建立有效的防治體系，加強電纜除冰雪和防冰雪技術的研究，提高電網的容災抗壓水平。

（1）電纜防風抗冰雪問題，涉及到電纜、電磁、變壓器、輸配電等行業，需要共同面對自然災害。其中電纜行業應當推廣抗冰雪電纜品種，并加大新型防冰雪導線研發的力度，加強對導線材料和結構的研究，以提供適應性更好的產品；

（2）電纜行業應與輸配電行業緊密合作，針對架空導線在使用中遇到的自然災害，研究解決辦法，包括開發融冰雪設備和新型防扭、防舞動裝置等；

（3）電纜除冰雪監測及控制、新型憎冰涂料、防風抗冰雪結合、防風抗冰雪光電復合纜等方面是研究的熱點，電磁波融雪、機械人除冰雪等方面具有較大發展空間。

[1]馬俊香.電線電纜抗風雪防冰凍的設計探討[J].中國科技縱橫，2015，(15):139-140.

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[3]毛阿興,王巖.架空輸電線路冰雪災害的形成和預防措施[J].電線電纜，2009，(01):13-15，20.

Analysis on the patent technology of wind resistant and ice-snowproof cable

ZhaoYanan ZhongYuan
(Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office,SIPO,Zhengzhou,450002,Henan,China)

TM247

A

1003-5168（2017）06-0047-03

2017-04-21

趙亞楠（1989.12-），女，碩士研究生，研究實習員，研究方向：線纜、電連接器、導電材料；鐘媛（1989.1-），女，碩士研究生，研究實習員，研究方向：線纜、電連接器、導電材料（等同于第一作者）。