型線同心絞架空導線的結構設計

王國忠

(江蘇通光強能輸電線科技有限公司，江蘇海門226100)

0 引言

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

本文就型線同心絞架空導線應用中的首要問題——結構設計作一探討。

1 型線導線結構設計

1.1 型線導線規格及單線材料選擇

與選擇普通架空導線一樣，型線導線規格的選擇，應使其機械與電氣性能滿足工程設計對導線的基本要求，適應于工程的應用。型線導線截面的選擇應從其電氣性能和經濟性能兩方面考慮，保證安全經濟地輸送電能。一般先按經濟電流密度初選導線截面，再按電壓損失、發熱、電暈等條件校驗。大跨越的型線導線截面宜按允許載流量選擇，并應通過經濟比較確定。絞合單線的材料和強度的選擇應根據工程對導線的需要進行。鋼芯或鋁包鋼芯、鋁合金加強芯的截面及抗拉強度的選擇，應滿足導線的機械使用條件要求，型線同心絞架空導線的加強芯一般采用圓線絞合結構。

1.2 型線絞合結構

GB/T 20141—2006［1］標準中給出了幾種典型的導線型式，各種型式的結構各有其優勢。筆者認為，型線以“S”形或“Z”形，或這兩種的混合結構，即相鄰層以“S”形型線和“Z”形型線絞合，結構更為緊湊;在絞合層數選擇上，不推薦單層型線同心絞架空導線的結構。表1為ASTM B 779—03《鋼芯梯形型線鋁絞線》標準［2］對結構的要求，其中，對梯形型線的絞合層數規定為2～4層，沒有出現單層絞合結構。

表1 ASTM B 779—03型線同心絞鋼芯鋁絞線結構要求

1.3 尺寸設計

1.3.1 導線的標稱直徑

GB/T 20141—2006《型線同心絞架空導線》(等同于IEC 62219:2002)中，給出了幾種典型的導線直徑，如規格相同時，則應以標準中規定的值為準，但工程中往往采用非標準規格的結構。本文介紹一種型線導線標稱直徑的近似計算方法，供大家參考。

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

導線直徑的允許偏差為:直徑不小于10.0 mm時為±1%D，直徑小于10.0 mm時為±0.1 mm。

1.3.2 型線單線的股數

型線單線的股數在GB/T 20141—2006(等同于IEC 62219:2002)標準中沒有要求，可根據導線截面的大小來設計。大家知道，三峽工程用導線ACSR—720/50的圓鋁單線直徑為 4.53，單線標稱截面為16.12 mm2。由于單線截面較常規導線大，在生產過程中須加以嚴格控制，才能滿足鋁單線的機械性能要求。同理，對型線單線拉制，單線截面太大，也有相似的問題。成型單線應具有基于它們的等效圓單線直徑所應有的性能，所以，型線股數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放大。

在ASTM B 779—03中對單線的股數和絞合層數作了規定。為便于查詢和對照，表1中給出了英制單位的國際單位換算值。在非標準規格設計時，宜盡量采用ASTM B 779—03中接近規格的單線根數和絞合層數。

1.3.3 型線單線的尺寸

型線單線一般按等截面設計。這樣，確定了型線的股數后，將導線的要求截面除以股數，便得到了型線單線的截面。型線的形狀有梯形、“S”形或“Z”形。考慮到拉制的型線在邊角處應有圓滑過渡，根據型線的形狀，將計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計值。型線單線在多層絞制中，可不按照逐層增加6根單線的常規導線方式。但一般內層型線的根數不得少于8根，因為根數太少，相應的扇形角度太大，會造成單線拉制及絞線困難。在確定了各層根數后，可求得各層的標稱直徑。

2 設計實例

以老型號的鋼芯鋁絞線LGJ—240/40為例，計算出梯形型線的結構，其它結構的設計可參照進行。

該規格鋼芯鋁絞線的鋼絞線為7/2.66結構，鋼芯直徑為7.98 mm。根據式(1)，取填充系數0.93，計算得導線直徑為19.8 mm。順便說一下，該型號規格的導線按GB/T 20141—2006標準應表示為:JLX/G1A—240/40-198。

按照本文第1.3.2條原則，鋁線股數選用18根，分為二層，內層為8根，外層為10根，單線截面為13.33 mm2。以內層、外層的單線股數及導線標稱外徑、鋼絞線直徑，求得內層鋁絞線的標稱直徑為14.48 mm。采用梯形型線結構，將單線截面的計算值放大2%。使用AutoCAD機械制圖軟件，作出內、外層單線的形狀，如圖1所示。作圓滑過渡后，內外層單線的形狀如圖2所示。使用AutoCAD中的面積查詢命令，查得作圓滑過渡后內層、外層單線的面積分別為13.39 mm2和13.38 mm2，比要求的單線標稱截面大約0.4%。考慮到絞線過程中，單線略有拉細現象，這個略大的截面是合理的。導線的結構如圖3所示。

圖1 未作圓滑過渡時的型線結構

圖2 作圓滑過渡后的型線結構

圖3 導線結構

3 結束語

隨著技術的進步，型線同心絞架空導線以其特有的優良性能，將會受到越來越多的重視。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良。在今后建設的輸電線路中，型線同心絞架空導線將會逐步成為主導線種。

［1］GB/T 20141—2006 型線同心絞架空導線［S］.

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