一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法技术

本发明专利技术公开了一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，包括：具体步骤包括：1)外径的计算；2)结构的选择；3)每根异型单线倾斜角度的计算；4)单根异型单线的设计；5)异型单线两边延长线对应的圆心角的修正；6)异型单线填充系数的计算；7)判断η与η′的值的大小；8)得到最终设计方案。通过上述方式，本发明专利技术一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，该设计方法采用异型铜单线设计海缆导体，导体紧压系数设计值0.97，并结合节距对异型单线排列的影响，极大的提高了导体的阻水效果，每根铜单线的截面积尽量保持一致，减小集肤效应和邻近效应，适合传输交流电。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法
本专利技术属于电力电缆领域，具体涉及一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法。
技术介绍
随着海岛开发战略和海上可再生能源发电的快速发展，海上风力发电迅速扩张，海底高压电力电缆需求越来越大。直流输电具有线路损耗小、易与电网非同步互联、远距离大功率输电经济性等优点以及可关断器件的电压源换流器及PWM技术的解决，尤其是国际能源互联网的建设深入，柔性直流输电技术受到越来越多的关注，目前国内在研发500kV直流海底电缆，要求导体截面3000mm2，但GB/T3956-2008只规定了标称截面积0.5mm2到2500mm2，对于3000mm2截面导体还没有明确的要求，部分3000mm2截面导体设计专利只是综合考虑了铜单线截面尽量小方便生产和绞合工艺实现难易，没有考虑铜单线绞合的节距问题，导致3000mm2截面导体的阻水效果并不理想，另外3000mm2截面导体电阻测量还不成熟。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，包括：具体步骤包括：1)外径的计算：首先根据式(1)计算导体截面积S；其中k1为导体系数，k2为绞合系数，ρ为铜导体电阻率，R为电阻；然后将计算出的导体截面积S带入式(2)中计算出导体外径DA；其中η为导体填充系数，η的值根据要求设定；2)结构的选择：根据步骤1)得出的导体外径DA和生产设备的配置情况，将异型单线的W与H的比控制在1.5左右，提出异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案，其中W为异型单线的宽，H为异型单线的高；3)每根异型单线倾斜角度的计算：根据式(3)计算每根异型单线倾斜角度δ；其中D为此层的外径，L为此层的节距；4)单根异型单线的设计：根据步骤2)提出异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案进行对比后选择其中一种设计方案，从而得出每根单根异型单线的尺寸R1、R2、θ及每层的根数n；；其中R1和R2分别为异型单线的外、内圆弧半径，θ为异型单线两边延长线对应的圆心角，θ＝360/n，n为每层实际对应的异型单线根数；5)异型单线两边延长线对应的圆心角的修正：将步骤4)得到的异型单线两边延长线对应的圆心角θ和步骤3)计算每根异型单线倾斜角度δ代入修正公式(4)，从而将θ角度修正为θ0；θ0＝θ*cosδ(4)其中δ为步骤3)计算出的每根异型单线倾斜角度，最终得出每根异型单线的R1、R2和θ0；6)异型单线填充系数的计算：通常异型单线圆形紧压结构比圆单线圆形紧压结构的填充系数要大，其各层填充系数η′可由式(5)求得；其中R1和R2分别为异型单线的外、内圆弧半径，θ1和θ2分别两者对应的弧度，n为异型单线数量，r为异型单线的倒角半径，r的值综合考虑电缆厂家实际可以生产的数值及导体设计要求值确定；7)判断η与η′的值的大小：若η′大于η，则执行步骤8)，若η′小于η，则调节η或者r的值，执行步骤1)至步骤6)；8)得到最终设计方案：每根异型单线的尺寸R1、R2、θ0、n及r。在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤2)中异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案包括：a.中心线采用截面积为50mm2圆形紧压导体的5层绞合异型单线圆形紧压导体，b.中心线采用截面积为70mm2圆形紧压导体的5层绞合异型单线圆形紧压导体，c.中心线采用截面积为95mm2圆形紧压导体的6层绞合异型单线圆形紧压导体，d.中心线采用截面积为185mm2圆形紧压导体的6层绞合异型单线圆形紧压导体，e.中心线采用直径为6mm实心铜棒的6层绞合异型单线圆形紧压导体。在本专利技术一个较佳实施例中，所述步骤4)中选择中心线采用直径为6mm实心铜棒的6层绞合异型单线圆形紧压导体。在本专利技术一个较佳实施例中，所述中心线采用直径为6mm实心铜棒的6层绞合异型单线圆形紧压导体采用非正规绞合。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，该设计方法采用异型铜单线设计海缆导体，导体紧压系数设计值0.97，结合节距的影响，极大的提高了导体的阻水效果，每根铜单线的截面积保持一致，减小集肤效应和邻近效应，适合传输交流电。附图说明图1为一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法所设计的导体的结构示意图。图2为一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法的异型单线的截面示意图。图3为一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法的异型单线结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1至图3，本专利技术实施例包括：一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，包括：具体步骤包括：1)外径的计算：首先根据式(1)计算导体截面积S。其中k1为导体系数，k2为绞合系数，ρ为铜导体电阻率，R为电阻，本实施例中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为3018.9mm2。然后将计算出的导体截面积S带入式(2)中计算出导体外径DA。其中η为导体填充系数，η的值根据要求设定，本实施例中η取值0.97，得出DA≈62.95mm，进而修正为63.0mm。2)结构的选择：根据步骤1)得出的导体外径DA和生产设备的配置情况，将异型单线的W与H的比控制在1.5左右，其中W为异型单线的宽，H为异型单线的高，从而提出异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案，如表1所示，包括：a.中心线采用截面积为50mm2圆形紧压导体的5层绞合异型单线圆形紧压导体，b.中心线采用截面积为70mm2圆形紧压导体的5层绞合异型单线圆形紧压导体，c.中心线采用截面积为95mm2圆形紧压导体的6层绞合异型单线圆形紧压导体，d.中心线采用截面积为185mm2圆形紧压导体的6层绞合异型单线圆形紧压导体，e.中心线采用直径为6mm实心铜棒的6层绞合异型单线圆形紧压导体。表1异型单线圆形紧压导体结构设计方案表3)每根异型单线倾斜角度的计算：根据式(3)计算每根异型单线倾斜角度δ。其中D为此层的外径，L为此层的节距，节距是铜单线绕导体一周的距离，如果给导体做个剖面图就可以发现，铜单线是斜着的，也就是说有一定的角度进入，铜单线进入的面积比铜单线正常的截面积大，导致正常排列时，部分铜单线排列不进去，铜单线的缝隙较大，阻水效果不理想，通过计算，预留一定的角度，铜单线会全部排列进去，铜单线的分布紧凑，阻水效果好。4)单根异型单线的设计：根据步骤2)提出异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案进行对比后选择其中一种设计方案，方案a和方案b采用电缆厂家常规配置的91框绞机(绞合层数最多为5层)即可生产，但其最内层异型单线宽高比太大(接近2)，绞线时容易翻身，不利于生产，同时异型单线的最大截面积36.48mm2或者35.28mm2，对铜杆和拉丝机要求太高，生产难度太大，虽然从异型单线宽高比和截面积来看，方案b中异型单线截面积略小，生产加工难度稍小，但根据本公司多次试验结果，反而是方案a阻水导体的阻水效果更优，因此，在采用91框绞机生产时，相对于方案b，方案a是较优的选择。方案c、方案d和方案e需采用127框绞机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，其特征在于，包括：具体步骤包括：1)外径的计算：首先根据式(1)计算导体截面积S；

【技术特征摘要】
2016.12.12 CN 20161113951931.一种异型铜单线大截面海缆导体设计方法，其特征在于，包括：具体步骤包括：1)外径的计算：首先根据式(1)计算导体截面积S；其中k1为导体系数，k2为绞合系数，ρ为铜导体电阻率，R为电阻；然后将计算出的导体截面积S带入式(2)中计算出导体外径DA；其中η为导体填充系数，η的值根据要求设定；2)结构的选择：根据步骤1)得出的导体外径DA和生产设备的配置情况，将异型单线的W与H的比控制在1.5左右，提出异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案，其中W为异型单线的宽，H为异型单线的高；3)每根异型单线倾斜角度的计算：根据式(3)计算每根异型单线倾斜角度δ；其中D为此层的外径，L为此层的节距；4)单根异型单线的设计：根据步骤2)提出异型单线圆形紧压导体结构的五种设计方案进行对比后选择其中一种设计方案，从而得出每根单根异型单线的尺寸R1、R2、θ及每层的根数n；；其中R1和R2分别为异型单线的外、内圆弧半径，θ为异型单线两边延长线对应的圆心角，θ＝360/n，n为每层实际对应的异型单线根数；5)异型单线两边延长线对应的圆心角的修正：将步骤4)得到的异型单线两边延长线对应的圆心角θ和步骤3)计算每根异型单线倾斜角度δ代入修正公式(4)，从而将θ角度修正为θ0；θ0＝θ*cosδ(4)其中δ为步骤3)计算出的每根异型单线倾斜角度，最终得出每根异型单线的R1、R2和θ0；6)异型单线填充系数的计算：通常异型单线圆形紧压结构比圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅文杰，张翀，潘文林，陈新，李文鹏，李春梅，高正平，沈小伟，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，江苏亨通高压海缆有限公司，国网江苏省电力公司，国网江苏省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11