一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法技術

本發明專利技術公開了一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，包括：具體步驟包括：1)外徑的計算；2)結構的選擇；3)每根異型單線傾斜角度的計算；4)單根異型單線的設計；5)異型單線兩邊延長線對應的圓心角的修正；6)異型單線填充系數的計算；7)判斷η與η′的值的大小；8)得到最終設計方案。通過上述方式，本發明專利技術一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，該設計方法采用異型銅單線設計海纜導體，導體緊壓系數設計值0.97，并結合節距對異型單線排列的影響，極大的提高了導體的阻水效果，每根銅單線的截面積盡量保持一致，減小集膚效應和鄰近效應，適合傳輸交流電。

A large section shaped copper wire cable conductor design method

The invention discloses a special-shaped copper wire with large cross section cable conductor design method, including: the specific steps include: 1) diameter of the calculation; 2) the choice of the structure; 3) to calculate each single shaped tilt angle; 4) the design of single shaped single wire; 5) fixed on both sides of the corresponding line shaped single center angle; 6) calculation of single shaped filling coefficient; 7) value judgment and ETA eta '; 8) to get the final design scheme. By the way, the invention relates to a special-shaped copper wire with large cross section cable conductor design method, the design method of the special-shaped copper wire conductor cable design, conductor pressing design coefficient value of 0.97, and combined with the influence of pitch arrangement of shaped wire, which greatly improves the water resistance effect of conductor, the cross-sectional area of each single copper wire to maintain consistency, reduce the skin effect and proximity effect, suitable for AC transmission.

【技術實現步驟摘要】
一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法
本專利技術屬于電力電纜領域，具體涉及一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法。
技術介紹
隨著海島開發戰略和海上可再生能源發電的快速發展，海上風力發電迅速擴張，海底高壓電力電纜需求越來越大。直流輸電具有線路損耗小、易與電網非同步互聯、遠距離大功率輸電經濟性等優點以及可關斷器件的電壓源換流器及PWM技術的解決，尤其是國際能源互聯網的建設深入，柔性直流輸電技術受到越來越多的關注，目前國內在研發500kV直流海底電纜，要求導體截面3000mm2，但GB/T3956-2008只規定了標稱截面積0.5mm2到2500mm2，對于3000mm2截面導體還沒有明確的要求，部分3000mm2截面導體設計專利只是綜合考慮了銅單線截面盡量小方便生產和絞合工藝實現難易，沒有考慮銅單線絞合的節距問題，導致3000mm2截面導體的阻水效果并不理想，另外3000mm2截面導體電阻測量還不成熟。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是提供一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法。為解決上述技術問題，本專利技術采用的一個技術方案是：一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，包括：具體步驟包括：1)外徑的計算：首先根據式(1)計算導體截面積S；其中k1為導體系數，k2為絞合系數，ρ為銅導體電阻率，R為電阻；然后將計算出的導體截面積S帶入式(2)中計算出導體外徑DA；其中η為導體填充系數，η的值根據要求設定；2)結構的選擇：根據步驟1)得出的導體外徑DA和生產設備的配置情況，將異型單線的W與H的比控制在1.5左右，提出異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案，其中W為異型單線的寬，H為異型單線的高；3)每根異型單線傾斜角度的計算：根據式(3)計算每根異型單線傾斜角度δ；其中D為此層的外徑，L為此層的節距；4)單根異型單線的設計：根據步驟2)提出異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案進行對比后選擇其中一種設計方案，從而得出每根單根異型單線的尺寸R1、R2、θ及每層的根數n；；其中R1和R2分別為異型單線的外、內圓弧半徑，θ為異型單線兩邊延長線對應的圓心角，θ＝360/n，n為每層實際對應的異型單線根數；5)異型單線兩邊延長線對應的圓心角的修正：將步驟4)得到的異型單線兩邊延長線對應的圓心角θ和步驟3)計算每根異型單線傾斜角度δ代入修正公式(4)，從而將θ角度修正為θ0；θ0＝θ*cosδ(4)其中δ為步驟3)計算出的每根異型單線傾斜角度，最終得出每根異型單線的R1、R2和θ0；6)異型單線填充系數的計算：通常異型單線圓形緊壓結構比圓單線圓形緊壓結構的填充系數要大，其各層填充系數η′可由式(5)求得；其中R1和R2分別為異型單線的外、內圓弧半徑，θ1和θ2分別兩者對應的弧度，n為異型單線數量，r為異型單線的倒角半徑，r的值綜合考慮電纜廠家實際可以生產的數值及導體設計要求值確定；7)判斷η與η′的值的大小：若η′大于η，則執行步驟8)，若η′小于η，則調節η或者r的值，執行步驟1)至步驟6)；8)得到最終設計方案：每根異型單線的尺寸R1、R2、θ0、n及r。在本專利技術一個較佳實施例中，所述步驟2)中異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案包括：a.中心線采用截面積為50mm2圓形緊壓導體的5層絞合異型單線圓形緊壓導體，b.中心線采用截面積為70mm2圓形緊壓導體的5層絞合異型單線圓形緊壓導體，c.中心線采用截面積為95mm2圓形緊壓導體的6層絞合異型單線圓形緊壓導體，d.中心線采用截面積為185mm2圓形緊壓導體的6層絞合異型單線圓形緊壓導體，e.中心線采用直徑為6mm實心銅棒的6層絞合異型單線圓形緊壓導體。在本專利技術一個較佳實施例中，所述步驟4)中選擇中心線采用直徑為6mm實心銅棒的6層絞合異型單線圓形緊壓導體。在本專利技術一個較佳實施例中，所述中心線采用直徑為6mm實心銅棒的6層絞合異型單線圓形緊壓導體采用非正規絞合。本專利技術的有益效果是：本專利技術一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，該設計方法采用異型銅單線設計海纜導體，導體緊壓系數設計值0.97，結合節距的影響，極大的提高了導體的阻水效果，每根銅單線的截面積保持一致，減小集膚效應和鄰近效應，適合傳輸交流電。附圖說明圖1為一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法所設計的導體的結構示意圖。圖2為一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法的異型單線的截面示意圖。圖3為一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法的異型單線結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的較佳實施例進行詳細闡述，以使本專利技術的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本專利技術的保護范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1至圖3，本專利技術實施例包括：一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，包括：具體步驟包括：1)外徑的計算：首先根據式(1)計算導體截面積S。其中k1為導體系數，k2為絞合系數，ρ為銅導體電阻率，R為電阻，本實施例中k1取值1.02，k2取值1.03，ρ取值1.7241×10-8Ω·m，R取值0.0060Ω/km，得出S為3018.9mm2。然后將計算出的導體截面積S帶入式(2)中計算出導體外徑DA。其中η為導體填充系數，η的值根據要求設定，本實施例中η取值0.97，得出DA≈62.95mm，進而修正為63.0mm。2)結構的選擇：根據步驟1)得出的導體外徑DA和生產設備的配置情況，將異型單線的W與H的比控制在1.5左右，其中W為異型單線的寬，H為異型單線的高，從而提出異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案，如表1所示，包括：a.中心線采用截面積為50mm2圓形緊壓導體的5層絞合異型單線圓形緊壓導體，b.中心線采用截面積為70mm2圓形緊壓導體的5層絞合異型單線圓形緊壓導體，c.中心線采用截面積為95mm2圓形緊壓導體的6層絞合異型單線圓形緊壓導體，d.中心線采用截面積為185mm2圓形緊壓導體的6層絞合異型單線圓形緊壓導體，e.中心線采用直徑為6mm實心銅棒的6層絞合異型單線圓形緊壓導體。表1異型單線圓形緊壓導體結構設計方案表3)每根異型單線傾斜角度的計算：根據式(3)計算每根異型單線傾斜角度δ。其中D為此層的外徑，L為此層的節距，節距是銅單線繞導體一周的距離，如果給導體做個剖面圖就可以發現，銅單線是斜著的，也就是說有一定的角度進入，銅單線進入的面積比銅單線正常的截面積大，導致正常排列時，部分銅單線排列不進去，銅單線的縫隙較大，阻水效果不理想，通過計算，預留一定的角度，銅單線會全部排列進去，銅單線的分布緊湊，阻水效果好。4)單根異型單線的設計：根據步驟2)提出異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案進行對比后選擇其中一種設計方案，方案a和方案b采用電纜廠家常規配置的91框絞機(絞合層數最多為5層)即可生產，但其最內層異型單線寬高比太大(接近2)，絞線時容易翻身，不利于生產，同時異型單線的最大截面積36.48mm2或者35.28mm2，對銅桿和拉絲機要求太高，生產難度太大，雖然從異型單線寬高比和截面積來看，方案b中異型單線截面積略小，生產加工難度稍小，但根據本公司多次試驗結果，反而是方案a阻水導體的阻水效果更優，因此，在采用91框絞機生產時，相對于方案b，方案a是較優的選擇。方案c、方案d和方案e需采用127框絞機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，其特征在于，包括：具體步驟包括：1)外徑的計算：首先根據式(1)計算導體截面積S；

【技術特征摘要】
2016.12.12 CN 20161113951931.一種異型銅單線大截面海纜導體設計方法，其特征在于，包括：具體步驟包括：1)外徑的計算：首先根據式(1)計算導體截面積S；其中k1為導體系數，k2為絞合系數，ρ為銅導體電阻率，R為電阻；然后將計算出的導體截面積S帶入式(2)中計算出導體外徑DA；其中η為導體填充系數，η的值根據要求設定；2)結構的選擇：根據步驟1)得出的導體外徑DA和生產設備的配置情況，將異型單線的W與H的比控制在1.5左右，提出異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案，其中W為異型單線的寬，H為異型單線的高；3)每根異型單線傾斜角度的計算：根據式(3)計算每根異型單線傾斜角度δ；其中D為此層的外徑，L為此層的節距；4)單根異型單線的設計：根據步驟2)提出異型單線圓形緊壓導體結構的五種設計方案進行對比后選擇其中一種設計方案，從而得出每根單根異型單線的尺寸R1、R2、θ及每層的根數n；；其中R1和R2分別為異型單線的外、內圓弧半徑，θ為異型單線兩邊延長線對應的圓心角，θ＝360/n，n為每層實際對應的異型單線根數；5)異型單線兩邊延長線對應的圓心角的修正：將步驟4)得到的異型單線兩邊延長線對應的圓心角θ和步驟3)計算每根異型單線傾斜角度δ代入修正公式(4)，從而將θ角度修正為θ0；θ0＝θ*cosδ(4)其中δ為步驟3)計算出的每根異型單線傾斜角度，最終得出每根異型單線的R1、R2和θ0；6)異型單線填充系數的計算：通常異型單線圓形緊壓結構比圓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梅文杰，張翀，潘文林，陳新，李文鵬，李春梅，高正平，沈小偉，
申請(專利權)人：全球能源互聯網研究院，江蘇亨通高壓海纜有限公司，國網江蘇省電力公司，國網江蘇省電力公司經濟技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11