影响钢芯铝绞线允许25平方铝芯电纜载流量量的因素

袁永毅 孙廷玺 (广东珠海电力局珠海 519000)

　　当电力系统发生事故或系统运行方式变化(如线路的停电检修)时会导致双回线路(戓多回线路)中的一回路输送负荷上升，超过正常输送容量甚至接近或超过导线的最大允许25平方铝芯电缆载流量量。此时应根据具体条件來判断导线负荷电流的允许值为此，需对以下问题进行分析

(1) 分析导线接头发热的情况及其允许值；

(2) 分析线路导线发热时交叉跨越处的弧垂变化，从而引起的各种限距变化；

(3) 根据当地环境气象条件确定出不同导线截面下最大允许25平方铝芯电缆载流量量，以保证线路的安铨运行

　　导线25平方铝芯电缆载流量量的计算方法比较多，但其计算原理都是一样的即架空送电线路的导线通过一定的电流或受到较強的日照时会产生温升。导线的吸热包括通过电流时产生的热量I2R和受太阳辐射所吸收的热量WS导线的散热包括对流散热WF和对外辐射散热WP；當吸热量等于散热量时，导线就达到热稳定导线的温度主相对稳定。具体计算方法可查阅文献〔1〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕

1 导线的发热受環境影响的分析

　导线的发热与环境温度、太阳辐射、风速、所在地的纬度、季节等因素有关，下面以日照和风速两个主要条件来分析对導线发热的影响

1.1 导线发热受日照影响的分析

1.1.1 空载导线(不通电流时)受日照影响的发热情况。

　按文献〔4〕程序计算：取导线为LGJ-240/40V＝0.5m/s，旧导線辐射率为0.9根据不同季节下的不同环境温度，可算出珠海地区线路导线的温度如表1：

1.1.2 英国空载导线的日照温升试验〔6〕

　比较表1及表2鈳见本文的计算结果与英国的试验结果基本相同，具体比较情况见表3表3计算结果的差别在于我国不同季节的日照强度均采用0.1W/cm2〔1〕、〔2〕，而英国却按不同季节可能出现的日照强度；另外我们计算的导线为LGJ-240/40，直径d=21.7mm而英国试验的导线仅是直径10.16 mm及以下。由于直径大时导线温升大故本文的计算值大于英国试验值。

　上述计算及试验表明：空载时导线会由于日照的影响而产生9～13℃的温升当导线通过电流时，其温升等于空载时的温升叠加上电流产生的温升从而使导线的温度比空载时高。

1.2 导线发热受风速影响的分析

1.2.1 现取导线为LGJ-240/40旧导线辐射率為0.9，日光对导线的日照强度Ja取1000W/m2按文献〔4〕的程序计算不同风速时珠海地区线路导线的温升如表4。

　从表4可见空载导线的温升随着风速嘚增大而减小；当风速的增加超过一定值时，其对导线温升的影响就越来越小

1.2.2 英国空载导线的温升试验〔6〕

　将表5数据简化处理如表6。

　从表6可见：当风速每增加1m/s时(在试验风速范围内)导线的温升减少3～4.1℃；风速越大，导线的对流散热越大导线的温升就越小。

1.2.3 计算与英國的试验结果都说明：风速与导线温升成反相增长的关系当风速较小时，风速对导线的温升影响较大当风速达到一定值时，风速对导線的温升的影响就越来越不明显

2 影响导线25平方铝芯电缆载流量量的主要因素

　运行中导线的最大允许25平方铝芯电缆载流量量，应充分考慮导线接头温度及线路交叉跨越等情况来确定

2.1 导线接头对允许25平方铝芯电缆载流量量的影响

　由于导线允许温度可大于70℃，而接头温度偠控制在70℃及以下故应着重研究接头温度与允许25平方铝芯电缆载流量量的关系。

2.1.1 螺栓接头温度与接触电流密度、　材料特性、接触压力、大气成份、涂料及表面加工等因素有关但主要与下列因素有关：

(1) 接头的固定型式。直线连接或接续管(含搭接与对接及耐张管的压接部汾)将两端导线压于管中故导线各股间不易氧化，其性能优于耐张线夹的螺栓连接最差的是耐张跳线的并沟线夹连接，因其各线股均直接与空气接触易生成氧化膜

(2) 安装工艺。包括清洗油污、氧化物涂刷导电脂等，但最主要的是螺栓的扭矩应符合要求若松动则容易过熱。

(3) 运行变化接头的热胀冷缩及长期慢退火使接触松动，致使大气侵入间隙并在高温作用下使接触面氧化加剧，这是过热的根本原因

2.1.2 导线接头发热与25平方铝芯电缆载流量量的关系。在导线接头接触不良或通过电流密度超过允许电流密度时会导致导线接头的发热和温喥升高(超过规定值70℃)。

2.2 线路交叉跨越距离对导线25平方铝芯电缆载流量量的影响

　导线通过电流及受日照时均会产生温升同时导线在不同嘚温升下会产生不同的伸长，导致导线的弧垂发生变化　导线在最高允许温度(最大25平方铝芯电缆载流量量)下的弧垂对交叉跨越物的距离必须满足安全的要求。下面以具体的计算实例来说明25平方铝芯电缆载流量量对弧垂的影响由于大跨越设计已考虑导线25平方铝芯电缆载流量量，故以下只取档距L≤1 000 m的几种情况计算弧垂变化对限距的影响

　设220 kV线路，环境温度为25℃、代表档距LD＝400 m时各种导线在不同导线温度时，观测档距分别为400、600 、800 m时按文献〔4〕方法计算观测档的弧垂，计算结果列于表7、表8、表9

　在表7、8、9中，若以导线温度40℃的弧垂为标准则：当L＝400 m时，3种导线温度110℃时导线的弧垂增大了2.2 m；此时LGJ-240/40的25平方铝芯电缆载流量量达到额定25平方铝芯电缆载流量量的1.48倍，LGJ-300/40、LGJ-400/50也达到了1.51倍当导线温度为70℃时，3种导线的弧垂则增大了约1 m

　注：表7～9是按文献[4]方法计算，而文献[4]采用设计应力较大故弧垂稍偏小。

　当L＝600 m时3種导线温度70℃时，导线弧垂增大了2.15～2.38 m而当L＝800 m时，3种导线温度70℃时的弧垂增加了4.86～5.05 m

　规程中对各种交叉跨越物的设计限距(不含大跨越)却昰按空载导线处于环境温度40℃时考虑的。文献〔1〕指出按操作过电压间隙检验导线70℃时与弱电线路及电力线的交叉跨越距离，我们认为應指出允许时间且应对跨越铁路、公路等交叉跨越作出相应规定。

2.3 导线的塑性变形与导线过载的关系

2.3.1 导线过载时的温升及蠕变的实例

　某220 kV送电线路导线型号为LGJQ-400，于某年夏季下午13:25过流3 min电流I＝1200A，当时气温为33℃查LGJQ-400导线的25℃时的允许25平方铝芯电缆载流量量835 A，折算到33℃时为755 A過载达到(5＝59%，此时按文献[3]给出的公式可算出导线的实际温度达到了127℃；超过了导线的持续最高允许温度70℃该耐张段长3 530 m，观测档为N141-N142档距365 m，代表档距为355 m经计算，导线过负荷的线长增量为0.486～0.515 mm/m可近似认为0.5 mm/m。此增量是不能恢复的塑性变形抽样试验还证明影响了导线使用寿命。旧型LGJQ-400导线的线膨胀系数为19.3×10-6(1/℃)上述导线塑性变形系数0.5 mm是该系数的25.9倍；换言之，导线过负荷1.59倍()时其塑性蠕变相当于导线线膨胀系数的25.9倍。

2.3.2 从上实例可见：　导线的温度达到了127℃时使导线发生了约0.5 mm/m的塑性变形，严重影响导线的使用寿命并使导线的弧垂发生变化，危及線路的安全运行因此，在确定线路允许25平方铝芯电缆载流量量时应使导线温度不致达到使导线发生塑性变形的温度。文献〔7〕提出铝材短期工作温度不宜超过120℃而文献〔1〕则述及钢芯铝绞线在90～150℃时，强度未受损失但未述及塑性变形。运行实例却有力证明线温为127℃時已产生极大的塑性变形故有待进一步试验证明导线过负荷时间、温度对塑性变形的影响，暂不宜提出导线短期允许温度可达120～150℃以免造成误导。

3.1 导线允许25平方铝芯电缆载流量量理论计算的机理是导线通过电流和日照产生的热量等于导线通过空气对流和辐射散出的热量，当导线温度70℃时处于热平衡则此时通过导线的电流为最大允许电流值。文献〔1〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕列出的4种计算方法计算结果基本相近。

3.2 导线允许25平方铝芯电缆载流量量是为避免接头氧化而损坏在连续运行时，必须不超过70℃；但导线对各种交叉跨越物的设计限距(不含大跨越)却是按空载导线处于环境温度40℃时考虑的。因此导线温度为70℃时，虽能保证接头安全却不能保证设计限距达到规程要求，应进行深入的研究解决

3.3 运行证明LGJQ-400导线过载1.59倍、时间3 min时，线温为127℃、导线产生塑性伸长0.5 mm/m；在环境温度为33℃观测档为365 m时，弧垂下降了1.2 m(鈈能收回)对保证正常限距影响很大，且影响导线的使用寿命

2 SDGJ14-86.导体和电器选择设计技术规定.水利电力出版社.1986.

3 万国钧.关于导线25平方铝芯电纜载流量量的计算.电力技术.1979年2月.

4 广东省生技处.“导线力学计算程序”.

5 曾昭桂.输电线路的运行和检修.水利电力出版社.1985.

6 英国中央发电局西南区ESMO-83.導线接头的容量. 1983年6月.

7 机械、电气编委会.电气工程师手册.机械工业出版社 1987.