超高压电力电缆瓦楞形分割导体的结构设计.pdf

2 0 1 0年第 6 期 No 6 2 0l 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca bl e 2 0 1 0年 1 2月 De e ， 201 0 超高压电力 电缆瓦楞形分割导体的结构设计 王柏 松 ( 江苏 中超电缆股份有限公 司， 江苏 宜兴 2 1 4 2 4 2 ) 摘要 ： 以 1 6 0 0 m m 导体为例 ， 介 绍了超 高压 电力 电缆五分割瓦楞 形加 中间圆形 紧压结构的导体设计 。 关键词 ： 超高压电力电缆 ；分割导体 ； A u t o C A D设计 ；瓦楞形股块 中图分类号 ： T M2 4 7 9 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 1 3 - 0 3 Co n s t r u c t i o na l De s i g n o f t h e S e g me n t a l Co n du c t or i n EHV Po we r Ca bl e s W ANG Bo s o n g ( J i a n g s u Z h o n g Ch a o E l e c t r i c C a b l e C o ，L t d ，Y i x i n g 2 2 4 2 4 2，Ch i n a ) Abs t r a c t ：Thi s pa p e r p r e s e n t s t h e de s i g n o f a c o mp a c t s e g me nt a l c o n d uc t o r i n EHV po we r c a b l e s c o n s i s t i n g o f 5 s e e t o r - s h a p e d s e g me n t s a n d o n e c e n t r a l r o un d wi r e，t a k i n g t he s i z e o f 1 6 00 mm a s a n e x a mpl e Ke y wo r ds ：EHV p o we r c a b l e；s e g me nt a l c o n du c t o r ；Aut o Ca d d e s i g n；s e c t o r s ha p e d s e g me n t 0 引 言 由于电缆导体在传输 交流 电流时 的“ 集肤 效 应” 和“ 邻近效应” ， 使导体有效截面积下降， 交流电 阻增 大 ， 导致 电力损 耗发 热 ， 使 电流传 输 的容 量大 大 减少 ， 这种现象随着导体截面的增大而越来越 明显。 因此在 G B T 1 i 0 1 7 2 0 0 2 ( 额 定 电压 1 1 0 k V交 联 聚乙烯绝缘电缆及其 附件 、 G B Z 1 8 8 9 0 -2 0 0 2 ( 额 定 电压 2 2 0 k V( U = 2 5 2 k V) 交 联 聚 乙烯 绝缘 电缆 及 其附件 和 G B T 2 2 0 7 8 -2 0 0 8 ( 额定 电压 5 0 0 k V ( U ： 5 5 0 k V ) 交联 聚乙烯 绝缘 电缆及其 附件 等 标 准中规定了截面在 8 0 0 m m 以上 的电缆导体必须 采用分割导体， 以减小“ 集肤效应” 和“ 邻近效应” 引 起电缆的导体电阻增加及输电容量的下降 。 1 分割导体 的结构设计 高压和超高压交联 电缆 8 0 0 m i ll 以上导体 ， 目 前 多采用 扇形 五分割 或六分 割结构 。考 虑到导体 成 缆后股块的稳定性以及 圆整度等因素 ， 我公司决定 采用 五分 割瓦楞 形加 中间 圆形 紧压 的结构 。 本文以 1 6 0 0 m m 导体为例 ， 结合 A u t o C A D等 设计软件对五分割瓦楞形加中间圆形的结构进行设 计分 析 。 1 1 导 体 实际截 面的设 计 收稿 日期 ： 2 0 1 0 -05 2 1 作者简介 ： 王柏松 ( 1 9 7 6一) ， 男 ， 高级工程师 作者 地 址 ： 江 苏 宜 兴市 西 郊 工 业 园 振 丰 东 路 9 9 9号 2 1 4 2 4 2 GB T 1 1 01 7 2 2 0 0 2、 GB Z 1 8 8 9 02 2 0 0 2、 G B T 2 2 0 7 8 2 2 o 0 8等标准规定 了标称截面 1 6 0 0 m m 铜导体 2 0直流电阻不大于 0 O 1 1 3 Q k m， 且单丝 根数 最少不 小于 1 7 0根 。 ( 1 )导体实 际截面 积 S的计算 。 s： ( 1 ) u n 式 中， k 。 为金属电阻增值 的调整系数 ； k ：为多根导 线绞制的绞合系数； k ，为股块成缆的绞合 系数 ， k 、 k ： 、 k ， 按 我 厂经 验 均取 1 0 2 ； p为 2 0 铜 导体 电阻 率 ， 取0 0 1 7 2 4 1 n m m m； R为 2 O铜导体直流 电阻 ， 取 0 0 1 1 3 O k m。 将上述有关参数取值代入式 ( 1 ) 计算可得 ： 一! ： ： ： ： ! ! 一 0 0 0 0 O1 1 3 = 1 6 1 9 1 4( mm ) ( 2 )五分 割瓦楞 形 中间加 圆形 紧压 股块 的实际 面积 和 |S 的计 算 。假 定 圆形紧压 股块 的实 际面 积 Js 。 为 1 0 0 m m ， 则瓦楞形单个股块的实际面积 5 为 ： S S口 1 61 9 1 4 1 0 0 丁 厂一 = 3 0 3 8 3( mm ) 1 2导体直 径 D 和 圆形紧压 导体直 径 D 设计 根据电力电缆结构设计原理 ， 分层圆单线紧 压导体的填充系数可提高到 0 8 80 9 2 。根据经 验 ， 填充系数 7 7 取为 0 9 0 。同样 ， 五分割瓦楞形加 中间 紧压 圆形 导体 ， 填充 系数 叩也取 为 0 9 。 ( 1 )导体直径 D的计算。 2 0 1 0年第 6期 No 6 2 01 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 1 0年 1 2月 De e ， 201 0 D= = 44 X 1 6 1 9 1 4 ( 3 1 4 X 0 9 ) = 4 7 9( mm) 考虑 到股块成 缆 后 反 弹 ， 以及 需用 绝 缘 纸隔 离 等原因， 导体直径先取为 4 8 1 ra i n 。 ( 2 )圆形紧压 导体直 径 D 的计算 。 D =, 4 S , ( X 叼 ) =、 而 _ T = 1 1 9( 1 T i m) 1 3导体单 丝直径 d的设计 根 据标 准 要求 ， 1 6 0 0 m m 导 体 的 单 丝最 少 根 数不 小于 1 7 0根 ， 因此设 计 单个 瓦 楞形 股块 单 丝根 数 n 为 6 l 根 ， 结构 为 l + 6+l 2+l 8+ 2 4 ； 圆形 紧压 股块单 丝根数 1 。 为 l 9根 ， 结构 为 1 + 6+ 1 2 。 根据填充系数和单线延伸率 的关系 ( 如 图 1 所示 ) 可 以看 出， 影 响 紧压 绞 线 填 充 系数 卵和单 线 延伸率 6的因素 很 多 ， 如绞 线 中 的单 线 经 紧压后 产 生 塑性和 弹性的 变形 以及 绞 线 速度 、 模 具 压力 及 模 具光洁度等因素 ， 所以根据经验 ， 单线延伸率 6 应控 制 在 8 1 5 之间 。 辟 量 湖 填充系数 图 1 导体填充系数与单线延伸率的关系 由图 1可以看出， 填充系数 为 9 0 时 ， 延伸 率 6为 1 0 。 ( 1 )瓦楞形股块单丝直径 d 。 的计算。 d。 = 4S X( 1+6 ) ( 竹1 ) = 4 43 0 3 8 3I 1 0 ( 3 1 46 I ) =2 6 4( fi l m) ( 2 )圆形股块单丝直径 d 的计算。 d ： 、 可 _ ( =, 41 0 01 1 0 ( 3 1 4 X 1 9 ) =2 7 2( mm) ( 3 )设计导体单丝直径 d取两者的平均值： ， d 。 5 r t l+d6 X 1 X 2 5 X l+ 1 X n2 】 4 d 。5 61 + d 6 1 1 9 5 X 6l + 1 X l 9 =2 6 4( m m) 1 4分 割导体 股块 的设计 ( 1 )压形角度 的选择。按理论计算 ， 五分割角 度应为 7 2 。 ， 考虑股块成缆时容易到位 ， 以及导体紧 压后反 弹等原 因 ， 实 际压形角 度先选 择 7 1 5 。 。 ( 2 )利用 A u t o C A D辅助设计 软件 ， 对股块进行 设 计 ， 瓦楞 形股块 底 弧 的半 径要 比 中间 圆形 紧 压导 体的半径略大些 ， 如图2所示。 图 2瓦楞形股块 截面图 ( 3 )五分割瓦楞形加中间紧压圆形导体结构如 图 3所示 。 图 3 五分割瓦楞形加中间紧压 圆形导体结构 2 股块的绞制和成缆 ( 1 )单个股块采用 6 1根直径为 2 6 4 m m的单 丝， 排列方式为 1+6+l 2+l 8+2 4 ， 最外层绞 向为 左 向 ， 最 外层节 距 为 2 6 01 0 mm。股块预扭 方 向为 左向， 股块节距应在 1 1 0 01 2 0 0 mm。 绞制开始后， 股块预扭节距应保持一致。股块 高度和宽度偏差不应超过 0 2 m m。 绞制时应根据实际情况， 调整旋转模具与分线 板的距离 以及模具压下量， 避免单丝拱起或松股。 ( 下转第 l 7页) 2 0 1 0年第 6期 No 6 2 01 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 1 0年 l 2月 De c 2 01 0 准备 ， 浪费较大。为此曾采用钢丝、 钢丝绳等作为代 用品， 但效果都不理想 ， 最后选用了铁质的锚链。这 种链条 在 自然状 态 下 各链 环 间能够 任 意 转 动弯 曲 ， 而在受拉 力状态 下各链 环 问可有 限的扭转 一定 的角 度 ， 一旦 扭转到 位又 具有 相 当 的刚性 ， 可谓 “ 刚柔 并 济” ， 与大 截面绝 缘线 芯具 有 相 似 的柔 韧性 ， 适 合 作 为成 缆线 芯的牵 引线 。 牵引锚链 的长度要 大于从放 线 轮到并线 模 的距 离 ， 并 且在线芯 的首 尾端 都 进 行 连接 。起 车 时先 将 锚链牵 到并线 模处 扭 结在 一 起 ， 然 后 对线 芯 进行 预 扭 ， 并 保 持 。收尾 时 ， 锚 链 就 成 为绝缘 线 芯 的延 长 ， 从 而达 到整个 成缆线 芯上 的绞合节 距均 匀 的 目的 。 锚链 便于连 接 ， 操 作 简单 ， 适 用 规 格多 ， 一 般 准 备 一个规格 的锚链 即可 ， 并可反 复使 用 ， 使 用完毕 后 堆到一起 ， 节省空间， 便于现场管理。 通过 采用 锚链 作 为牵 引线 ， 并选 用 合适 的收 线 轮 ， 在生产中蛇形弯曲现象基本消失。 4 结 论 ( 1 )蛇形 弯 曲的产 生 是 由于成 缆 节距 过 大 ， 使 处 于收线 轮 内外 侧绝 缘 线 芯 的绕 行 距 离不 一 致 ， 单 一 绝缘线芯固定受拉伸或压缩产生弯曲所致。 ( 2 )保证 线芯 间具有 一定 的相对 滑动能减 少蛇 形 弯 曲现 象 的产生 ， 钢 带装 铠 后 线 芯 间相对 滑动 变 得困难 ， 蛇形弯曲现象加剧。 ( 3 )处于收线盘内外侧绝缘线芯的绕行距离差 只与成缆线芯直径有关 ， 与所采用收线盘筒径无关 ， 采用大筒径收线盘可减小单位长度电缆线芯的绕行 距离差 ， 从而使蛇形弯曲现象得到一定程度的缓解。 因此 ， 大规格 成缆线 芯不 宜采用 小 内径 收线轮 ， 必须 保证线芯或成品的弯曲半径符合工艺要求。 ( 4 )成 缆 线 芯 的 内外 端 部 没 有 前 后 线 芯 的束 缚 ， 极易 出现平 行线 芯或节距 过大情 况 ， 是 产生蛇 形 弯 曲 的“ 重 灾 区 ” 。铁 质锚 链 具 有 和大 截 面 绝 缘 线 芯相似的刚柔性 ， 作为成缆时绝缘线芯的前后牵引 线 ， 可有效 解决 电缆端部 的蛇 形弯 曲 。 参考文献 1 韩中洗 电缆工艺原理 M 北京 ： 机械工业 出版社 ， 1 9 9 1 2 张智勇 ， 李洁 0 6 1 k V硅烷交联聚 乙烯绝缘电力 电缆扇形 导体最外层绞向的探讨 J 电线电缆 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 4 1 _ 4 2 3 张学军 扇形铝芯塑料绝 缘电力 电缆弯 曲问题 的解决 J 电 线 电缆 ， 1 9 9 9 ( 5 )： 1 8 - 2 0 4 于金花 0 6 1 k V扇形导体 硅烷交联 电缆 成缆工艺设计 J 电线电缆 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 2 43 ( 上 接 第 l 4页 ) ( 2 )股块的绞合成缆。瓦楞形股块绞合成缆方 向为左 向， 节距 1 1 0 01 2 0 0 m m， 并 根据 实 际 情 况 进 行调 整 。 瓦 楞形 股 块 的放线 盘 采 用退 扭 式 ， 收线 盘 每旋 转 一周 ， 放 线盘 同 向旋 转一周 。 瓦楞 形 股块 在合 股 绞 合成 缆 时 ， 股线 间应有 绝 缘纸隔开绝缘 ， 其宽度与瓦楞形单个股块的下弧长 和 两个 侧边 长相加 的长度 基本 一致 ， 约为 4 2 m m， 并 且保证 成缆后 的导 体 圆弧表 面无绝缘 纸 。 股 块 绞合 成 缆呈 圆形 后 ， 连 续 绕包 半 导 电尼龙 带 ， 要求 5 0 重 叠 率 。要 求 绕 包 紧 实 、 平 整 。在 绕 包半导电带的同时 ， 重叠绕包一层保护带 ， 保护半导 电表面 以免摩擦 ， 并保 持清 洁 。 股块绞合成缆时就要注意观察预扭角度和节距 的变化， 并及时调整 ， 成缆后导体直径 的偏差值厂 应 控制 在 0 5 D 以内 。 3 结束语 本 文按 照有关 标 准 和技 术 文 件 ， 对 五 分 割 瓦楞 形加中间紧压圆形导体的相关参数进行了计算。并 采用 A u t o C A D等软件 ， 对其结构进行了设计分析， 经测试达到设计要求。为今后超高压交联电缆的批 量生产 提供 了技术保 证 。 随 着 我 国经 济 和城 市化 建设 的飞速 发 展 ， 带动 了 电网建设 的快速 发 展 ， 其 中大 容 量配 电系 统 的建 设可有效缓解用电紧张的问题 ， 并带动超高压电缆 需求 的快 速增长 。开 发超高 压 电缆尤其是 大截 面超 高压电缆 ， 不仅改变了我国长期进 口该电缆的历史 ， 也标 志着我 国从 电缆 制 造 大 国成 为 电缆 制 造 强 国 ， 我公 司将 为此做 出不懈 努力 。 参考文献 ： 1 刘子玉， 王惠 明 电力 电缆结构设计原 理 M 西安交通 大学 出版社 ， 1 9 9 6 2 G B T 1 1 0 1 7 -2 0 0 2 额 定电压 1 1 0 k V交联聚 乙烯绝缘 电缆 及其 附件 S 3 C B Z 1 8 8 9 0 -2 0 0 2 额定 电压 2 2 0 k V( U =2 5 2 k V) 交联聚 乙烯绝缘电缆及其 附件 S 4 GB T 2 2 0 7 8 -2 0 0 8 额定 电压 5 0 0 k V( U = 5 5 0 k V) 交联聚 乙烯绝缘电缆及其附件 S 5 黄豪士 裸电线工艺学 M 电器工业职工教育研究会电线电 缆分会， 1 9 9 4