型线同心绞合导体结构的设计方法技术

本发明专利技术公开了型线同心绞合导体结构的设计方法，包括以下步骤：步骤1，通过标准规定的导体最大直流电阻设计导体称重截面；步骤2，根据导体称重截面设计导体绞合外径；步骤3，根据导体的绞合外径设计中心圆导体直径和每层型线高度；步骤4，设计每层型线根数；步骤5，对型线进行角度修正，通过角度修正后，根据每层型线尺寸参数，设计绘制每层单根型线成品截面图；步骤6，根据步骤1～5设计的参数，绘制成品型线尺寸图。本发明专利技术为型线同心绞合导体提供了一个系统的结构设计方案，避免了重复试制调整的麻烦。

Design method of concentric stranded conductor structure

【技术实现步骤摘要】
型线同心绞合导体结构的设计方法
本专利技术涉及型线同心绞合导体结构的设计方法。
技术介绍
导体的结构类型主要有独根圆形导体、非紧压圆形导体、紧压圆形导体和分割导体，这几类导体的区别在于独根圆形导体弯曲性不佳，一般应用于导体截面不大的电缆；非紧压圆形导体弯曲性改善，但导体外表不光滑，在高电压环境下易产生电场集中、且不均匀，在高压电缆中绝缘承受的畸变场强高；紧压圆形导体外表经紧压后光滑度有改善，但截面做不大，一般在800平方及以下；分割导体截面可做到2500平方，但分割导体的圆整性和表面光滑性不佳；基于上述情况下，型线同心导体引起工程应用人员的注意，由于型线同心导体采用的是预制瓦形股块，拼装而成的圆形导体，截面可做到2500平方，且导体外表圆整、光滑，具有良好的均化电场的作用，适合低、中、高电压等级电缆应用，特别是超高压电压等级的电缆，可大大降低绝缘所需承受的电场强度；另外型线同心绞具有极高的填充系数，可大大减小导体外径，从而降低电缆绝缘、护套材料的使用量，降低电缆材料使用成本；同时如此高的填充系数，大大减小了导体单丝之间的缝隙，提高了导体的密实性，特别有利于提高导体的纵向阻水能力，很好的满足了高电压阻水电缆的使用要求，如±320kV直流海底、湖底电缆的使用。型线同心绞导体的设计目前还没有一个系统、简便和有效的方法，一般采用的是不断设计和调整的方式得到最佳设计结构，然而这样的做法特别耗时耗材，特别是在高压、超高压电缆的设计过程中，由于电缆成本极高，频繁的设计调整将会造成巨大的设计成本；如果高压电缆采用德国TROESTER公司最新的500kV悬链式交联生产线生产的话，由于悬链线的特殊工艺要求，导体需要经受弯曲，拉伸、扭转的机械外力共同作用，对型线同心绞导体的设计要求就更高了，所以急需一套系统的，适合导体拉制(或挤制)、导体绞合、以及绝缘挤出(悬链交联)工艺要求的，直观、简便、精准的型线同心绞导体结构设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种型线同心绞合导体结构的设计方法。实现本专利技术目的的技术方案是：型线同心绞合导体结构的设计方法，包括以下步骤：步骤1，通过标准规定的导体最大直流电阻设计导体称重截面；步骤2，根据导体称重截面设计导体绞合外径；步骤3，根据导体的绞合外径设计中心圆导体直径和每层型线高度；步骤4，设计每层型线根数；步骤5，对型线进行角度修正，通过角度修正后，根据每层型线尺寸参数，设计绘制每层单根型线成品截面图；步骤6，根据步骤1～5设计的参数，绘制成品型线尺寸图。所述步骤1中导体称重截面的计算公式为：其中，As为导体称重截面，ρ为导体材质的电阻率，L为导体长度，R为导体电阻，k1为单根导线加工过程中引起金属电阻率增加所引入的系数，k2为由于多根导线绞合使单线长度增加所引入的系数；k3为因紧压过程使导线发硬，引起电阻率增加所引入的系数；k4为因成缆绞合，使线芯长度增加所引入的系数；k5为因考虑导线允许公差所引入的系数。所述步骤2中的导体绞合外径的计算公式为：其中，Dc为导体绞合外径，As为导体称重截面，0为填充系数，0的取值范围为92％～96％。所述步骤3具体为：设计导体层数n，根据步骤2计算的导体绞合外径，按照均匀分布的原则，计算中心圆形导体直径和每层型线高度，计算公式为：Dc＝Dc1+n×hDc1＝2×r其中，Dc为导体绞合外径，Dc1为中心圆形导体直径，n为型线层数，h为每层型线高度，r为中心圆导体半径。所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4.1，绘制型线绞合导体结构参数设计关系曲线图，其中横坐标表示型线宽高比η，纵坐标为内层半径与型线高的比值γ，曲线表示型线根数。步骤4.2，根据η和γ的设计值，在型线绞合导体结构参数设计关系曲线图上找到相应的型线根数值，其中，η的值为1.5～2.0，γ的值为(i-1)+0.98。所述步骤4.1中的型线绞合导体结构参数设计关系曲线图根据以下公式的计算值进行趋势曲线点线图的绘制后得到，计算公式包括：η＝Wi/hγ＝ri-1/hWi＝2×ri×SIN(α)ri＝ri-1+hα＝360/mi其中，i为型线所处的层数；Wi为第i层型线宽度；ri为第i层型线绞合后半径；ri-1为第i-1层型线绞合后半径；h为每层型线高度；α为型线角度；η为型线宽高比；mi为第i层型线根数。所述步骤5中对型线进行角度修正的计算公式为：α＝(360/mi)-β其中，i为型线所处的层数；mi为第i层型线根数，β为角度收缩值。所述角度收缩值β的由以下步骤得到：步骤5.1，绘制型线角度收缩曲线图，其中横坐标表示绞合节径比，纵坐标为角度收缩值，曲线表示型线根数。步骤5.2，根据每层型线的根数和节径比，在型线角度收缩曲线图上找到相应的角度收缩值。所述型线角度收缩曲线图根据以下多项式连列推导计算后绘制：W1＝Ro×SIN(β1)W2＝Ro×SIN(β2)其中，W1为绞合前型线宽度，W2为绞合后型线宽度，D为导体外径，h为每层型线高度，Ro为型线外弧半径，β1为绞合前型线角度的一半，β2为绞合后型线角度的一半。采用了上述技术方案，本专利技术具有以下的有益效果：(1)本专利技术为型线同心绞合导体提供了一个系统的结构设计方案，避免了重复试制调整的麻烦。(2)本专利技术通过工艺验证，统计量化型线同心绞导体结构尺寸设计关键参数，降低了设计错误的概率。(3)本专利技术提供了图表对照的设计方法，理清结构设计诸多影响因素之间的关系，大大降低了理论计算工作量，量化了诸多因素的影响结构设计的轻重程度；(4)通过本专利技术提供的设计方法设计的型线同心绞导体结构，能够满足各种绝缘挤出设备、工艺的生产，包括德国TROESTER公司最新的500kV悬链式交联生产线生产的需求。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为本专利技术的实施例1绘制的型线绞合导体结构参数设计关系曲线图。图2为本专利技术的实施例1绘制的型线角度收缩曲线图.具体实施方式(实施例1)本实施例的型线同心绞合导体结构的设计方法，包括以下步骤：步骤1，通过标准规定的导体最大直流电阻设计导体称重截面。根据金属电阻的物理特性，导体电阻与导体长度成正比、与导体截面成反比、与导体材质的电阻率成正比，计算公式如下：其中，A为导体称重截面，ρ为导体材质的电阻率，L为导体长度，R为导体电阻。由于导体的加工硬化和接触电阻的影响，都会增加导体的成品电阻值，所以引进5个加工系数来修正导体电阻值：k1、k2、k3、k4、k5。其中，k1为单根导线加工过程中引起金属电阻率增加所引入的系数，它与导线直径大小，金属种类，表面是否有涂层有关，一般可取1.02～1.07；k2为由于多根导线绞合使单线长度增加所引入的系数1.02(240mm2以下)～1.03(240mm2及以上)；k3为因紧压过程使导线发硬，引起电阻率增加所引入的系数，一般取1.01；k4为因成缆绞合，使线芯长度增加所引入的系数，一般取1.01左右；k5为因考虑导线允许公差所引入的系数，对紧压结构一般取1.01左右。通过上述k1、k2、k3、k4、k5系数修正后，导体电阻与截面的关系式如式下：通过公式推导可得到由电阻计算导体截面的设计计算公式：以1800平方导体为例，1800平方导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.型线同心绞合导体结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，通过标准规定的导体最大直流电阻设计导体称重截面；步骤2，根据导体称重截面设计导体绞合外径；步骤3，根据导体的绞合外径设计中心圆导体直径和每层型线高度；步骤4，设计每层型线根数；步骤5，对型线进行角度修正，通过角度修正后，根据每层型线尺寸参数，设计绘制每层单根型线成品截面图；步骤6，根据步骤1～5设计的参数，绘制成品型线尺寸图。

【技术特征摘要】
1.型线同心绞合导体结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，通过标准规定的导体最大直流电阻设计导体称重截面；步骤2，根据导体称重截面设计导体绞合外径；步骤3，根据导体的绞合外径设计中心圆导体直径和每层型线高度；步骤4，设计每层型线根数；步骤5，对型线进行角度修正，通过角度修正后，根据每层型线尺寸参数，设计绘制每层单根型线成品截面图；步骤6，根据步骤1～5设计的参数，绘制成品型线尺寸图。2.根据权利要求1所述的型线同心绞合导体结构的设计方法，其特征在于：所述步骤1中导体称重截面的计算公式为：其中，As为导体称重截面，ρ为导体材质的电阻率，L为导体长度，R为导体电阻，k1为单根导线加工过程中引起金属电阻率增加所引入的系数，k2为由于多根导线绞合使单线长度增加所引入的系数；k3为因紧压过程使导线发硬，引起电阻率增加所引入的系数；k4为因成缆绞合，使线芯长度增加所引入的系数；k5为因考虑导线允许公差所引入的系数。3.根据权利要求1所述的型线同心绞合导体结构的设计方法，其特征在于：所述步骤2中的导体绞合外径的计算公式为：其中，Dc为导体绞合外径，As为导体称重截面，0为填充系数。4.根据权利要求1所述的型线同心绞合导体结构的设计方法，其特征在于：所述步骤3具体为：设计导体层数n，根据步骤2计算的导体绞合外径，按照均匀分布的原则，计算中心圆形导体直径和每层型线高度，计算公式为：Dc＝Dc1+n×hDc1＝2×r其中，Dc为导体绞合外径，Dc1为中心圆形导体直径，n为型线层数，h为每层型线高度，r为中心圆导体半径。5.根据权利要求1所述的型线同心绞合导体结构的设计方法，其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4.1，绘制型线绞合导体结构参数设计关系曲线图，其中横坐标表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆正荣，蒋国君，唐芸，
申请(专利权)人：圣安电缆有限公司，江苏威达电缆有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32