王國(guó)忠

(江蘇通光強(qiáng)能輸電線科技有限公司，江蘇海門226100)

0 引言

GB/T 20141—2006《型線同心絞架空導(dǎo)線》等同于IEC 62219:2002，自2006年發(fā)布實(shí)施后，型線導(dǎo)線越來(lái)越多地受到生產(chǎn)企業(yè)和使用部門的重視。與圓線同心絞架空導(dǎo)線相比，型線同心絞架空導(dǎo)線具有更大的導(dǎo)體截面利用率，截面相同時(shí)能減小直徑約10%;等直徑時(shí)，則可增大截面20%～25%;型線導(dǎo)線降低了風(fēng)載的影響，光滑的導(dǎo)線表面和較小的直徑，使風(fēng)速達(dá)到30 m/s及以上時(shí)，其風(fēng)載比相同截面的圓線同心絞架空導(dǎo)線低得多;由于型線單線間的接觸面大，使導(dǎo)線在受力狀態(tài)下風(fēng)激振動(dòng)時(shí)，各層鋁線和鋼芯的固有振動(dòng)頻率各不相同而相互干擾，自動(dòng)消耗風(fēng)激振動(dòng)的能量比圓線同心絞架空導(dǎo)線的要大，因而，自阻尼性能更為優(yōu)良;型線導(dǎo)線由于結(jié)構(gòu)緊湊，雨水、灰塵等物質(zhì)不容易沿縫隙進(jìn)入導(dǎo)線內(nèi)部，能較好地解決導(dǎo)線的抗化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕問題，從而比圓線同心絞架空導(dǎo)線的壽命更長(zhǎng);單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的覆冰量比普通導(dǎo)線的要少些;同時(shí)，與同直徑的圓線同心絞架空導(dǎo)線比，型線導(dǎo)線表面光滑，電暈損耗較小。型線同心絞架空導(dǎo)線有著很多優(yōu)點(diǎn)，在架空線路上的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

本文就型線同心絞架空導(dǎo)線應(yīng)用中的首要問題——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作一探討。

1 型線導(dǎo)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 型線導(dǎo)線規(guī)格及單線材料選擇

與選擇普通架空導(dǎo)線一樣，型線導(dǎo)線規(guī)格的選擇，應(yīng)使其機(jī)械與電氣性能滿足工程設(shè)計(jì)對(duì)導(dǎo)線的基本要求，適應(yīng)于工程的應(yīng)用。型線導(dǎo)線截面的選擇應(yīng)從其電氣性能和經(jīng)濟(jì)性能兩方面考慮，保證安全經(jīng)濟(jì)地輸送電能。一般先按經(jīng)濟(jì)電流密度初選導(dǎo)線截面，再按電壓損失、發(fā)熱、電暈等條件校驗(yàn)。大跨越的型線導(dǎo)線截面宜按允許載流量選擇，并應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較確定。絞合單線的材料和強(qiáng)度的選擇應(yīng)根據(jù)工程對(duì)導(dǎo)線的需要進(jìn)行。鋼芯或鋁包鋼芯、鋁合金加強(qiáng)芯的截面及抗拉強(qiáng)度的選擇，應(yīng)滿足導(dǎo)線的機(jī)械使用條件要求，型線同心絞架空導(dǎo)線的加強(qiáng)芯一般采用圓線絞合結(jié)構(gòu)。

1.2 型線絞合結(jié)構(gòu)

GB/T 20141—2006［1］標(biāo)準(zhǔn)中給出了幾種典型的導(dǎo)線型式，各種型式的結(jié)構(gòu)各有其優(yōu)勢(shì)。筆者認(rèn)為，型線以“S”形或“Z”形，或這兩種的混合結(jié)構(gòu)，即相鄰層以“S”形型線和“Z”形型線絞合，結(jié)構(gòu)更為緊湊;在絞合層數(shù)選擇上，不推薦單層型線同心絞架空導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)。表1為ASTM B 779—03《鋼芯梯形型線鋁絞線》標(biāo)準(zhǔn)［2］對(duì)結(jié)構(gòu)的要求，其中，對(duì)梯形型線的絞合層數(shù)規(guī)定為2～4層，沒有出現(xiàn)單層絞合結(jié)構(gòu)。

表1 ASTM B 779—03型線同心絞鋼芯鋁絞線結(jié)構(gòu)要求

1.3 尺寸設(shè)計(jì)

1.3.1 導(dǎo)線的標(biāo)稱直徑

GB/T 20141—2006《型線同心絞架空導(dǎo)線》(等同于IEC 62219:2002)中，給出了幾種典型的導(dǎo)線直徑，如規(guī)格相同時(shí)，則應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的值為準(zhǔn)，但工程中往往采用非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的結(jié)構(gòu)。本文介紹一種型線導(dǎo)線標(biāo)稱直徑的近似計(jì)算方法，供大家參考。

式中，D為導(dǎo)線直徑(mm);Aa為導(dǎo)體截面積(mm2);Ds為鋼芯(或其它種類的加強(qiáng)芯)直徑(mm);η為填充系數(shù)，是指型線部分的導(dǎo)體截面積與所占圓環(huán)的面積之比。一般取0.92～0.94。

導(dǎo)線直徑的允許偏差為:直徑不小于10.0 mm時(shí)為±1%D，直徑小于10.0 mm時(shí)為±0.1 mm。

1.3.2 型線單線的股數(shù)

型線單線的股數(shù)在GB/T 20141—2006(等同于IEC 62219:2002)標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求，可根據(jù)導(dǎo)線截面的大小來(lái)設(shè)計(jì)。大家知道，三峽工程用導(dǎo)線ACSR—720/50的圓鋁單線直徑為 4.53，單線標(biāo)稱截面為16.12 mm2。由于單線截面較常規(guī)導(dǎo)線大，在生產(chǎn)過(guò)程中須加以嚴(yán)格控制，才能滿足鋁單線的機(jī)械性能要求。同理，對(duì)型線單線拉制，單線截面太大，也有相似的問題。成型單線應(yīng)具有基于它們的等效圓單線直徑所應(yīng)有的性能，所以，型線股數(shù)的選擇原則是使得型線單線的截面不宜太大，但也不要太小。型線單線截面最好取8～16 mm2，如采用軟鋁型線，則單線截面可以適當(dāng)放大。

在ASTM B 779—03中對(duì)單線的股數(shù)和絞合層數(shù)作了規(guī)定。為便于查詢和對(duì)照，表1中給出了英制單位的國(guó)際單位換算值。在非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格設(shè)計(jì)時(shí)，宜盡量采用ASTM B 779—03中接近規(guī)格的單線根數(shù)和絞合層數(shù)。

1.3.3 型線單線的尺寸

型線單線一般按等截面設(shè)計(jì)。這樣，確定了型線的股數(shù)后，將導(dǎo)線的要求截面除以股數(shù)，便得到了型線單線的截面。型線的形狀有梯形、“S”形或“Z”形?？紤]到拉制的型線在邊角處應(yīng)有圓滑過(guò)渡，根據(jù)型線的形狀，將計(jì)算得到的單線截面放大1.5%～2%，以保證最終得到型線單線截面不小于設(shè)計(jì)值。型線單線在多層絞制中，可不按照逐層增加6根單線的常規(guī)導(dǎo)線方式。但一般內(nèi)層型線的根數(shù)不得少于8根，因?yàn)楦鶖?shù)太少，相應(yīng)的扇形角度太大，會(huì)造成單線拉制及絞線困難。在確定了各層根數(shù)后，可求得各層的標(biāo)稱直徑。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

以老型號(hào)的鋼芯鋁絞線LGJ—240/40為例，計(jì)算出梯形型線的結(jié)構(gòu)，其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可參照進(jìn)行。

該規(guī)格鋼芯鋁絞線的鋼絞線為7/2.66結(jié)構(gòu)，鋼芯直徑為7.98 mm。根據(jù)式(1)，取填充系數(shù)0.93，計(jì)算得導(dǎo)線直徑為19.8 mm。順便說(shuō)一下，該型號(hào)規(guī)格的導(dǎo)線按GB/T 20141—2006標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)表示為:JLX/G1A—240/40-198。

按照本文第1.3.2條原則，鋁線股數(shù)選用18根，分為二層，內(nèi)層為8根，外層為10根，單線截面為13.33 mm2。以內(nèi)層、外層的單線股數(shù)及導(dǎo)線標(biāo)稱外徑、鋼絞線直徑，求得內(nèi)層鋁絞線的標(biāo)稱直徑為14.48 mm。采用梯形型線結(jié)構(gòu)，將單線截面的計(jì)算值放大2%。使用AutoCAD機(jī)械制圖軟件，作出內(nèi)、外層單線的形狀，如圖1所示。作圓滑過(guò)渡后，內(nèi)外層單線的形狀如圖2所示。使用AutoCAD中的面積查詢命令，查得作圓滑過(guò)渡后內(nèi)層、外層單線的面積分別為13.39 mm2和13.38 mm2，比要求的單線標(biāo)稱截面大約0.4%?？紤]到絞線過(guò)程中，單線略有拉細(xì)現(xiàn)象，這個(gè)略大的截面是合理的。導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 未作圓滑過(guò)渡時(shí)的型線結(jié)構(gòu)

圖2 作圓滑過(guò)渡后的型線結(jié)構(gòu)

圖3 導(dǎo)線結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，型線同心絞架空導(dǎo)線以其特有的優(yōu)良性能，將會(huì)受到越來(lái)越多的重視。它與常用的鋼芯鋁絞線相比，在相同直徑的條件下，能增加20%～25%的截面積，電阻更小，載流更大，且自阻尼性能更為優(yōu)良。在今后建設(shè)的輸電線路中，型線同心絞架空導(dǎo)線將會(huì)逐步成為主導(dǎo)線種。

［1］GB/T 20141—2006 型線同心絞架空導(dǎo)線［S］.

［2］ASTM B 779—03 Stand Specification for Shaped Wire Compact Concentric-Lay-Stranded Aluminum Conductors，Steel-Reinforced(ACSR/TW)［S］.