钢芯铝绞线载流量的计算

钢芯铝绞线载流量的计算

赵长令

摘要：根据ＧＢ１１７９－８３《铝绞线及钢芯铝绞线》标准导线的具体结构和尺寸，提出了钢芯铝绞线的交直流电阻和载流量的计算方法。该方法对出口钢芯铝绞线及作技术经济分析有一定参考价值。

主题词：钢芯铝绞线交直流电阻载流量计算程序

1.概述

目前，钢芯铝绞线载流量的计算方法有许多种，其中英国摩尔根公式考虑影响因素较多，并有实验基础。我国在制定现行标准时，将摩尔根公式进行适当简化，并结合试验，推出文献[1]的载流量计算方法。本文将根据ＧＢ１１７９－８３《铝绞线及钢芯铝绞线》标准导线的具体结构和尺寸进行交直流电阻和载流量的计算,并给出７０℃、８０℃及９０℃导线载流量的计算结果。

2.载流量的计算条件

架空导线的载流量是受导线载流发热后的强度损失制约的，因此控制导线使用温度是很重要的。导线的载流量的大小还与导线直流电阻、结构、表面状况、环境温度及风速大小方向等因素有关。

由于我国幅员辽阔，常年气象条件极不一致，为了统一计算方法，推荐采用下述条件：环境温度４０℃，风速０．５ｍ／ｓ，日照强度１０００Ｗ／ｍ2,导线表面状况按使用后氧化发黑的情况考虑，辐射和吸热系数均为0.9。

3.载流量的计算公式

文献[2]中摩尔根公式对于有风有日照的载流量为：

(A) (1)

式中 WR －导线单位长度的辐射散热功率，(W／m)；

WF －导线单位长度的有风对流散热功率，(W/m)；

WS －导线单位长度的吸热功率，(W/m)；

K －交直流电阻比；

Rd －导体ｔ℃时的直流电阻，(Ω/m)。

3.1辐射散热功率

(W/m) (2)

式中ε－导线表面的辐射系数(光亮新线0.23～0.43,涂黑旧线.90～0.95);

S －斯蒂芬－波尔茨曼常数＝5.67×10-8 (W/m2);

θ－导线表面平均温升，(℃)；

ta －环境温度，(℃)；

D －钢芯铝绞线外径，(m)。

3.2有风时对流散热功率

(W/m) (3)

式中ρ－风向与导线轴线的夹角，（°）；

λf －导线表面空气层的传热系数,

(W/m ℃);

υf －导线表面空气层的运动粘度,

(m2/s);

VD/ υf －雷诺系数;

V －风速。

系数C和指数p与雷诺系数有关。当雷诺系数为100～3000 时C=0.75,P=0.485。通常(ta+θ/2) =40～80℃时,并且风速垂直于导线轴线, n=0.9,(3)式可以简化为：

(W/m) (4)

3.3日照吸热功率

(W/m) (5)

式中αs －导线表面的吸热系数:光亮新线0.23～0.46,涂黑旧线0.90～0.95;

Is －日照强度:850～1050, (W/m2)。

4.直流电阻及交流电阻的计算

4.1直流电阻

导线２０℃时的直流电阻R20可按式(6)计算：

(Ω/km) (6)

式中ρ20 －铝导线在２０℃时的电阻率，(0.028264Ω·mm2 /m);

λam －铝线股绞的平均绞入系数[1] ;

N －导线中铝线的总根数；

d －铝单线直径，(mm)。

(Ω/km) (7)

式中α20 －钢芯铝绞线的电阻温度系数。

根据摩尔根的实验数据，185-400mm2在0-100℃之间的电阻温度系数分别为0.00466/℃和0.00425/℃。

我国对LGJ－400/25及LGJ-400/35 的实验数据分别为0.00464/℃和0.00429/℃。

4.2交流电阻

导线的交流电阻主要由集肤效应、邻近效应及钢芯的磁滞、涡流损耗而产生的。

4.2.1由集肤效应引起的损耗因数

集肤效应引起的损耗因数[3] ，由式(8)计算：

(8)

式中：

D －钢芯铝绞线外径，(cm)；

Ds －钢芯绞线外径，(cm)。

4.2.2由邻近效应引起的损耗因数

邻近效应引起的损耗因数[3] ，由式(9)计算：

(9)

式中：

L －导电线芯中心间距，(cm)。

当导电线芯中心间距L大于5倍钢芯铝绞线外径时，由邻近效应引起的损耗可忽略不计。由集肤效应和邻近效应引起的损耗因数之和由式(10)计算：

(10)

导线载流时，假定电流沿导线轴方向的流动略而不计，电流全部沿导线中铝股线的螺旋方向流动，则由交流产生的磁场强度而引起电阻增量(Ω/m) ：

(11)

式中 f －频率，(Hz)；

Ag －钢芯总截面，(cm2 )；

m －铝线的层次；

Nm －第ｍ层铝线的总匝数, (1/cm); Nm =ｎm /ｌm

ｎm －第ｍ层铝线的根数；

ｌm－第ｍ层铝线的节距长度，(cm);

μ－钢芯的综合磁导率；

tgδ－磁损耗角正切；

N －导线中铝线的总根数。

式中(-1)m-1项为考虑到导线中相邻层铝线的绞向相反，而形成的不同方向的磁通。μ及tgδ两项是由相应的磁场强度H决定的。其磁场强度Ｈ由式(12)计算：

(Oe) (12)

计算磁滞和涡流引起的电阻增量时, 一般先设定电流Ｉ,计算出磁场强度Ｈ,然后从文献[1] 表４中根据钢丝的直径ds查出相应的μtgδ之积，由式(11)计算出△R。为了适应计算机计算△R，本文附录程序给出计算△R的回归方程。

由钢芯的磁滞和涡流引起的损耗因数由式(13)计算：

4.2.3交直流电阻比

由上述分析可知，交流电阻为线芯集肤效应、邻近效应及钢芯磁滞、涡流引起的电阻增量与其工作温度下的直流电阻之总和, 其与直流电阻之比。称交直流电阻比：

(14)

５．钢芯铝绞线载流量的计算

按ＧＢ1179－83《铝绞线及钢芯铝绞线》标准中导线的具体结构和尺寸，经附录程序计算，结果如表１(略）。

结合我厂出口(54/3.53+7/3.53)规格的钢芯铝绞线为例,计算结果如表２所示。

表２出口钢芯铝绞线(54/3.53+7/3.53)载流量的计算

参考文献

１．刘士璋．铝绞线钢芯铝绞线交直流电阻及载流量的计算．电线电缆 1988.6

２．刘士璋．南京长江大跨越架空输电线．电线电缆1979.2

３．ＩＥＣ２８７电缆连续允许载流量的计算