型线同心绞架空导线的结构设计

2010-06-26王国忠

电线电缆 2010年4期

王国忠

(江苏通光强能输电线科技有限公司，江苏海门226100)

0 引言

GB/T 20141—2006《型线同心绞架空导线》等同于IEC 62219:2002，自2006年发布实施后，型线导线越来越多地受到生产企业和使用部门的重视。与圆线同心绞架空导线相比，型线同心绞架空导线具有更大的导体截面利用率，截面相同时能减小直径约10%;等直径时，则可增大截面20%～25%;型线导线降低了风载的影响，光滑的导线表面和较小的直径，使风速达到30 m/s及以上时，其风载比相同截面的圆线同心绞架空导线低得多;由于型线单线间的接触面大，使导线在受力状态下风激振动时，各层铝线和钢芯的固有振动频率各不相同而相互干扰，自动消耗风激振动的能量比圆线同心绞架空导线的要大，因而，自阻尼性能更为优良;型线导线由于结构紧凑，雨水、灰尘等物质不容易沿缝隙进入导线内部，能较好地解决导线的抗化学腐蚀和电化学腐蚀问题，从而比圆线同心绞架空导线的寿命更长;单位长度导线的覆冰量比普通导线的要少些;同时，与同直径的圆线同心绞架空导线比，型线导线表面光滑，电晕损耗较小。型线同心绞架空导线有着很多优点，在架空线路上的应用将越来越广泛。

本文就型线同心绞架空导线应用中的首要问题——结构设计作一探讨。

1 型线导线结构设计

1.1 型线导线规格及单线材料选择

与选择普通架空导线一样，型线导线规格的选择，应使其机械与电气性能满足工程设计对导线的基本要求，适应于工程的应用。型线导线截面的选择应从其电气性能和经济性能两方面考虑，保证安全经济地输送电能。一般先按经济电流密度初选导线截面，再按电压损失、发热、电晕等条件校验。大跨越的型线导线截面宜按允许载流量选择，并应通过经济比较确定。绞合单线的材料和强度的选择应根据工程对导线的需要进行。钢芯或铝包钢芯、铝合金加强芯的截面及抗拉强度的选择，应满足导线的机械使用条件要求，型线同心绞架空导线的加强芯一般采用圆线绞合结构。

1.2 型线绞合结构

GB/T 20141—2006［1］标准中给出了几种典型的导线型式，各种型式的结构各有其优势。笔者认为，型线以“S”形或“Z”形，或这两种的混合结构，即相邻层以“S”形型线和“Z”形型线绞合，结构更为紧凑;在绞合层数选择上，不推荐单层型线同心绞架空导线的结构。表1为ASTM B 779—03《钢芯梯形型线铝绞线》标准［2］对结构的要求，其中，对梯形型线的绞合层数规定为2～4层，没有出现单层绞合结构。

表1 ASTM B 779—03型线同心绞钢芯铝绞线结构要求

1.3 尺寸设计

1.3.1 导线的标称直径

GB/T 20141—2006《型线同心绞架空导线》(等同于IEC 62219:2002)中，给出了几种典型的导线直径，如规格相同时，则应以标准中规定的值为准，但工程中往往采用非标准规格的结构。本文介绍一种型线导线标称直径的近似计算方法，供大家参考。

式中，D为导线直径(mm);Aa为导体截面积(mm2);Ds为钢芯(或其它种类的加强芯)直径(mm);η为填充系数，是指型线部分的导体截面积与所占圆环的面积之比。一般取0.92～0.94。

导线直径的允许偏差为:直径不小于10.0 mm时为±1%D，直径小于10.0 mm时为±0.1 mm。

1.3.2 型线单线的股数

型线单线的股数在GB/T 20141—2006(等同于IEC 62219:2002)标准中没有要求，可根据导线截面的大小来设计。大家知道，三峡工程用导线ACSR—720/50的圆铝单线直径为 4.53，单线标称截面为16.12 mm2。由于单线截面较常规导线大，在生产过程中须加以严格控制，才能满足铝单线的机械性能要求。同理，对型线单线拉制，单线截面太大，也有相似的问题。成型单线应具有基于它们的等效圆单线直径所应有的性能，所以，型线股数的选择原则是使得型线单线的截面不宜太大，但也不要太小。型线单线截面最好取8～16 mm2，如采用软铝型线，则单线截面可以适当放大。

在ASTM B 779—03中对单线的股数和绞合层数作了规定。为便于查询和对照，表1中给出了英制单位的国际单位换算值。在非标准规格设计时，宜尽量采用ASTM B 779—03中接近规格的单线根数和绞合层数。

1.3.3 型线单线的尺寸

型线单线一般按等截面设计。这样，确定了型线的股数后，将导线的要求截面除以股数，便得到了型线单线的截面。型线的形状有梯形、“S”形或“Z”形。考虑到拉制的型线在边角处应有圆滑过渡，根据型线的形状，将计算得到的单线截面放大1.5%～2%，以保证最终得到型线单线截面不小于设计值。型线单线在多层绞制中，可不按照逐层增加6根单线的常规导线方式。但一般内层型线的根数不得少于8根，因为根数太少，相应的扇形角度太大，会造成单线拉制及绞线困难。在确定了各层根数后，可求得各层的标称直径。

2 设计实例

以老型号的钢芯铝绞线LGJ—240/40为例，计算出梯形型线的结构，其它结构的设计可参照进行。

该规格钢芯铝绞线的钢绞线为7/2.66结构，钢芯直径为7.98 mm。根据式(1)，取填充系数0.93，计算得导线直径为19.8 mm。顺便说一下，该型号规格的导线按GB/T 20141—2006标准应表示为:JLX/G1A—240/40-198。

按照本文第1.3.2条原则，铝线股数选用18根，分为二层，内层为8根，外层为10根，单线截面为13.33 mm2。以内层、外层的单线股数及导线标称外径、钢绞线直径，求得内层铝绞线的标称直径为14.48 mm。采用梯形型线结构，将单线截面的计算值放大2%。使用AutoCAD机械制图软件，作出内、外层单线的形状，如图1所示。作圆滑过渡后，内外层单线的形状如图2所示。使用AutoCAD中的面积查询命令，查得作圆滑过渡后内层、外层单线的面积分别为13.39 mm2和13.38 mm2，比要求的单线标称截面大约0.4%。考虑到绞线过程中，单线略有拉细现象，这个略大的截面是合理的。导线的结构如图3所示。