五芯电力电缆瓦形结构设计新方法.pdf

2 0 0 1 年第 4期 No 4 2 0 0 1 电 线 电 缆 EI e c t r ic Wi r e 8 Ca b I e 2 0 0 1年 8 月 Aug 2 0 0l 五芯电力 电缆瓦形结构设计新方法 段 国权 ( 1 武汉电缆 有限公司 胡北 武议4 3 0 0 3 5 ，刊、 改 玲 。 2 武汉第二 电线 电缆厂 湖北 武汉4 3 0 0 3 5 ) 摘要 ： 对 以前复杂繁琐的三太二小五芯太截面 电力电蜕瓦彤结构设 计提 出了新 的数 学理论计 算模 型 设计 更 严密、 更直观 ， 计 算更 简使 关键 词 ： 电力 电缆 ； 瓦彤 线芯 蛄构设计 中图分类号 ： TM2 4 7 1 文 献标 识码 A 文章 编号 3 1 - 1 3 9 2 ( 2 0 0 ) 0 4 0 0 2 2 一 O 2 A He W d e s i g n m e t ho d f o r f i v e c or e d c a bl e wi t h s e g me nt c o ndu c t i o n DUAN Gu o q u a n e t a l ( W u h a n C l b I e C o 】 t d W u h a n 4 3 0 0 3 5 Hu h e i P r o v i n Ch i n L ) Ab s t r a c t ：A n e w ma t h e ma t ic a l mo d e l f o r t h e d e s i g n o f l a r g e c r o s s e c t i o n f i v e c o r e d ( 3 l a r g e c o r e s p l u s 2 s ma l l c o r e s )p o we r c a ne wi t h s e g me n t c o n d u c t o r I p r e s e n t e db y u s i n g wh i c h t h e d e s i g n b e c o me s s t r i e l e r an d n l o r e p er e e i v ahl e a nd c o mpt l t a t i o n b e c olT l e s e as ier Ke y wor d s：powe r ： ab l e；s e gme nt c o ndu c t or；c ons t T uc t i on de s i g n 1 前言 为 了提高 电气装置的用 电安全和 电器保护能 力， 满足通信、 自动化设备抗干扰接地 的需要 ， 在低 压配电线路 中逐渐采用三相五线制将 中性线和 保护地线分开的五芯电力电缆越来越普遍 。大截面 五芯力缆采用瓦形结构 实践证 明是完全可行的， 也 是最经济的。 在此前 电缆行业有很多作者发表过多 篇有关五芯电缆设计的论文 我们都认同， 也从中学 到了许多东西 。 但总有 个这样 的感觉， 那就是几何 模拟、 数学计算太复杂 ， 太繁琐 ； 有些参数 的加入好 象是凭经验， 如瓦形 弓弧所占角度 、 瓦形内外圆角的 圆弧半径等。下面 ， 我们提出的这种新的， 自认为更 直观、 更准确、 更简便的算法 定有不足之处， 希望同 仁多提宝贵意见。 2 新设计 的基本思想 ( 1 )我们设计瓦形结构 ， 要确定的是满足 定 电缆工艺要求的瓦形线 芯的瓦形 紧压 轮的几何 尺 寸。在实际应用中， 瓦形线芯的内、 外圆角的圆弧在 紧压 过程 中能 自动 满足 ， 瓦形 紧压 轮 中 四个 角 的 空 隙在计算时可以不考虑 。 收稿 日期 ： 2 0 0 0 1 1 1 0 作 者简 介 ； 段 国 权 ( 1 9 6 7 一 ) 男 ， 湖 北 仙桃 人 ， 高 级 工程 师 ， 副总工程师 作者地址 ： 湖 北省武汉市古 团一路 3 号 4 3 0 0 3 5 3 ( 2 )瓦形线芯所在扇形 中心角， 对不同截 面的 线芯结构应是不完全样的。我们在设计时取为未 知数 。 3 几何模 型的建立 瓦形线芯 五 芯力缆 先把 中性线 芯设 计成 圆形 截 面， 并放置在电缆 中心 ， 其外再成缆组合四根瓦形结 构线芯 这样 电缆几何尺寸最小 ， 最经济。在五芯力 缆 中， 要数 3 +2结构设计最复杂 。 在此 以三大二小 为例 介绍我们 的设计思路。 电缆结构形状如图 1所 示 。 其部分截面形状如图 2 所示 图中各符号说明如 下 ： 图 1 瓦形结构 的五芯 电缆 R。 一 一中心中性绝缘线芯的半径。 R， r 大、 小瓦形导体的外圆弧半径。 f 大、 小瓦形线芯的绝缘厚度 。 大 瓦形 线 芯所在 扇形 中心 角 。 图 2中B、 C、 F、 G在 R半径圆弧； A、 D、 E、 H在 以( 风 +t ) 为半径 的圆弧上； E F C D即是 我们要求 维普资讯 2 0 0 1 年第 4期 No 4 2 l l 01 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 1年 8月 A g 2 0 图 2 瓦形线 芯截面几何 形状 的大 瓦形线 蒜 的瓦形 紧压轮 几何 尺 寸。从 图中可 以 看 出 GF、 CB 、 HE、 DA 完 全 可 以看 作 直 线 将 AB C D、 E F GH当作两个长方形 那么， 根据几何图 形面积相等 对大瓦形 E F CD可列出计算式 ( 1 ) 。同 理 对小 瓦形 可列 出计 算式 ( 2 ) R 一 ( 月 -： 一f ) f 1 2 t 】 ( R Rc f L )一 S L 兰 一 ( R j J 一 2 t 2 ( r R 一 2 )= S 式中 s 、 分别为大 、 小瓦形紧压轮几何截面 4 方程计算说 明 ( 1 )五芯 电缆做成瓦形结构组 台 是为 r减小 电缆外径 降低成本 ， 要想外径最小 ， 只有一种选择 小截面紧压线芯放置电缆中心。各线芯绝缘厚度根 据工艺要求是已知数 那么瓦形导体线芯内圆弧半 径( R +f ) 和( R 。 + ) ， 可由中心线芯结构直接计算 确定 。 ( 2 )大、 小瓦形几何截面 s 可由下式算出。 S L ( 或 S 2 )一 S ( K ) 式 中 s导体 紧压前计算总截面。 一一 导体紧压延伸系数 。 一导体紧压填充系数。 对具体规格 电缆而言， s 、 K、 均为已知数 或 可确定的经验数据。 ( 3 )上 述 方程 组 中有 三个 未知 数 ： R r 0 从 几 何 图中可看出 R+f =r +屯， 所以实际 只有两个 未 知数 R、 口 。 s 计算过程 将式( i ) 式( 2 ) 台并为式( 3 ) ， 求出 R与 的关 系式 。由于所求的是建立在一个数学几何模型上的 方程式 所以求解时 ， 能从实际可 以估算的数据出发 去求算 几何模型中 角的取值是有范围的 三大二 小的五芯力缆中 角的范围是( 9 0 。 l 2 0 。 ) 。 取不 同 的 口 值代人式( 3 ) ， 求得 的R值是很相近的。因为各 已知数包括所取经验数据都是确定 的， 得出的结论 也只有一个 。为简便、 精确起见 可以分布地取五个 不 同 的 0角 ， 如 9 3 。 、 9 j 。 、 l 0 O 。 、 1 0 5 。 、 1 1 0 。 代 人 式 ( 3 ) 求解 R值。取 R的平均值 R 将 R 代人式( 1 ) 或式 ( 2 ) 求出准确的 0 值 ， 确定 0值 。将确定的 0值代人 式( ) 或式( 2 ) 最后求得 R值 检验 R值 最后确定 R值 。 R值、 0值确定后 ， 瓦形紧压轮的几何尺寸不难 算 出， 这里不作细述 。 6结束语 ( 1 )我们用上述方法 ， 以 3 1 2 0mm： +2 7 0 mm 和 3 l 8 5 mm +2 9 5 mm 为例， 计算 出的 R、 0值 分别为 Rl 6 1 mm， 0 =l o 0 。 和 R一1 9 4 IT I I ， 一1 0 2 。 。 与同行们的数据很接近。 不过， 单丝直 径、 绞入率 、 延伸系数、 填充系数等的取值不相同， 都 会带来计算结果的误差。 ( 2 )从数学 模型的建立及计算 过程来看 ， 此方 法似乎更严密、 更直观、 更简单 。 参考文献 1 3 王长法 五芯电力电缆龉掏形式的研究_ j 中西南电线电缆通 讯 1 9 9 7 C 3 )： 7 8 2 张逸民 三太二小五芯电力电境瓦彤截面导电线芯 的结构理论 计算_ j 电线 电缆 1 9 9 4 ( 3 ) 7 8 口 啦 州 啊 啦 te 啦 B 为 了 地 球 上 的 生 命， ； l 请保 护 好 自 然 环 境 i 譬 R 讪 曲 罅 ， ， 社， 维普资讯