型线同心绞特高强度钢芯软铝导线梯形铝线的角度设计

张永仲

(江苏东峰电缆有限公司，江苏无锡214251)

0 引言

型线同心绞特高强度钢芯软铝导线由特高强度的钢芯和梯形软铝线绞合而成，其钢芯的强度比GB/T 1179—2008中G3A的强度更大，软铝线的导电率达63%，其设计理念是软铝仅起导电作用，经过处理的特高强度钢芯起整根导线的承力作用。因其充分发挥了铝、钢材料各自的性能优势，产品节能、增容、弛度低、抗冰雪能力强、自阻尼特性好。本文结合我公司开发该产品的经验，阐述该产品的结构及性能要求、材料要求，重点推导梯形铝线角度计算。

1 产品结构及性能要求

型线同心绞特高强度钢芯软铝导线的型号为JLRX/EST，其中JL表示铝线绞合，R表示软线，X表示型线，EST表示特高强度钢线。型线同心绞特高强度钢芯软铝导线目前没有行业标准，主要是参照ASTM B857-09编制，但是钢芯的强度和软铝线的导电率的要求更高。表1是我公司根据该产品所需要的钢芯强度和软铝线的导电率，参照 ASTM B857-09编制的产品结构及性能要求。

2 材料要求

(1)钢丝。EST特高强度钢丝的抗拉强度达到1 770 MPa以上，1%伸长应力达到1 550 MPa以上。

(2)铝杆。采用A6铝杆，由于退火后的铝线的导电率要达到63%IACS，因此，铝锭的化学成分的控制是非常重要的，尤其是硅和铁含量的控制。

3 梯形铝线的角度设计

我公司梯形铝线的生产采用拉制方式，退火采用罐式退火，绞线采用框绞机。其拉制和绞合生产工艺在文献［1］、［2］中已有详细介绍，退火工艺与圆铝线的退火没有区别，这里不再赘述。关于梯形铝线的角度设计，文献［2］的作者是采用经验方法，本文根据理论推导，提出一种更准确实用的方法。

3.1 梯形铝线角度设计的计算公式推导

图1为沿绞线轴向某层梯形铝线的横截面图。任取一经过梯形铝线两条直边的圆柱体，设其直径为D。在横截面上，圆柱体与某根梯形铝线两直边的交点分别为A、B，圆弧的中点为O。

表1 JLRX/EST的结构及性能要求

图1 沿轴向内层梯形铝线截面图

经过O点，沿该根梯形铝线的轴向取一横截面，如图2。在此横截面上，圆柱体与该根梯形铝线两直边的交点分别为A'、B'。

如果α足够大，则

图2 沿该根梯形铝线轴向取横截面

图3 平面展开图

于是:

式中，k为该层铝线的绞入率。

在图2中，β为梯形铝线的角度，则有:

由式(3)和式(4)得:

在图1中，设该层梯形铝线的根数为n，当绞合间隙为0时有:

由式(5)和式(6)得:

简化式(7)得:

在设计时，可根据产品标准中该层梯形铝线的最小绞合节径比来计算梯形铝线的角度，实际角度可比计算角度略大或略小。如果实际角度比计算角度过小，则绞合时间隙比较大;如果实际角度比计算角度过大，绞合时铝线可能会隆起。

3.2 应用举例

以JLRX/EST-240/40为例。该绞线中，梯形铝线的总根数为18根，我们确定内层根数为8根，绞合节径比为10～14;外层根数为10根，绞合节径比为10～16。

由于内外层最小绞合节径比均为10，查《电线电缆手册》(第一册)表7-2-1得对应绞入系数为1.048，因此绞入率为0.048。

4 结束语

型线同心绞特高强度钢芯软铝导线的结构比较简单，其技术难点主要在于梯形铝线的拉制，由于文献［1］、［2］已有比较详细的阐述，本文未再重复。本文的重点在于推导出梯形铝线角度设计的计算公式，对这两篇文章是一个很好的补充，其正确性在实际生产过程中已得到了验证。

［1］张传省，刘 斌.型线的拉制与绞合工艺［J］.电线电缆，2009(2):19-20.

［2］王国忠.型线同心绞架空导线的结构设计［J］.电线电缆，2010(4):1-3.

［3］王春江主编.电线电缆手册(第一册)［M］.北京:机械工业出版社，2008.