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解析特殊光电复合架空绝缘电缆设计技术

2014-08-18 来源:买卖宝

随着市场经济的快速发展和日益成熟,客户的需求也越来越趋于多样化和个性化。在这样市场环境中我们只有不断地推出新品、精品以及为客户“量身定做的专用产品,

解析特殊光电复合架空绝缘电缆设计技术

引言

随着市场经济的快速发展和日益成熟,客户的需求也越来越趋于多样化和个性化。在这样的市场环境中我们只有不断地推出新品、精品以及为客户“量身定做”的专用产品,并加强与客户交流、沟通,才能满足客户的需求。最近一客户需要一种光电复合架空绝缘电缆,其要求如下表1所示。

 光电复合架空绝缘电缆

可是我们通过查相关标准GB/T14049-2008《额定电压10kv架空绝缘电缆》及Q/HKL 23—2013《10kV光电复合耐高温架空绝缘电缆》得出的结果如下表2。

 光电复合架空绝缘电缆

通过表1和表2对比,可以发现在额定拉断力和载流量两个指标上均不能满足客户的要求,针对这种情况相关技术人员进行了细致地分析和大胆地尝试,后来又通过了多次的改进及试验验证,终于满足了客户的要求,研制出了这种新产品,达到了期望。

1导体的选择

导体决定着光电复合架空绝缘电缆的额定抗拉强度和电阻,所以,确定导体的结构是设计的关键,通过客户所需电阻值0.320Ω/km,通过查标准GB/T14049-2008《额定电压10kv架空绝缘电缆》,选择用A4铝杆作为电缆的导体可以满足其要求,同时,铝材又是轻金属,导电率比较大;但是其抗拉强度却达不到要求值,即22.6KN。如果选择铜作为架空电缆的导体,当然其抗拉强度及电阻值均可达到要求,甚至超出要求,显然成本也提高了许多,同时也是对资源的一种浪费,给施工也带来了些许麻烦,通过分析我们选择了以下三种方案。

1.1钢芯+铝绞线。这种结构能提高导体的抗拉强度,但是经过计算,其抗拉强度可达到24.5KN,可是其电阻却超出要求规定,并且在这种结构中,钢线与铝线间由于导电率不同,存在电位差,容易产生电化学反应,造成导体腐蚀;

1.2碳纤维芯+铝绞线。这种结构是被倡导的,因为碳纤维是典型的轻质高强、环境亲和的材料,可是碳纤维芯棒目前能做的最小直径也在5.5mm及以上,所以即使用这样的结构,其导体外径将显著增加,造成原材料的浪费和成本的提高;

1.3铝包钢芯+铝绞线。结合实际情况,尝试采用这种结构,因为铝包钢芯是采用钢芯与铝层结合的结构,这样既可增加导体的强度,又可提高导体的导电率,并且经过计算和实际验证,完全符合设计要求。本文着重介绍下这种设计的具体过程。

1.3.1额定抗拉力的计算

本文采用级别为14%铝包钢,导体的结构1/2.60+(5/2.60+1/2.50)+12/2.60

铝包钢的截面S1=5.31mm2,铝绞线的截面S2=90.3mm2

通过查标准GB/T17937-2008可知2.60mm14%铝包钢的断裂强度为1590Mpa;

查标准GB/T3955-2009可知2.60mm硬铝线的断裂强度为170Mpa。将数值带入下式

1.3.2直流电阻的计算

14%铝包钢的电阻率123.15nΩ˙m,铝的电阻率为28.264nΩ˙m,将相应的面积带入下式

可解得导体的直流电阻:

通过计算这种导体的结构完全符合客户之要求。

2光单元的植入

光单元有多种结构,有铝管型、不锈钢管型、铝骨架型及套塑型。本文采用的是不锈钢管结构。如图1

                    光电复合架空绝缘电缆

这种结构的光单元为光纤提供了进一步的抗压抗拉的机械保护而且制造了光纤的余长,光纤余长的产生使得光缆具有优越的机械、物理性能。在光缆的敷设与运输时,当环境温度变化及外力施加时,会使光缆有一定量的伸缩量,而光纤余长的产生使光纤在光缆受到伸缩变化时可以不受外力或使外力的作用减小到可以承受的程度。另一方面,由于管内壁与一次着色光纤间有一定的空间间隙,通常二者之间的间隙需填充触变性的阻水油膏,由于阻水油膏的存在,当有侧压力施加在松套管上时,钢管产生的形变不会直接作用于光纤。所以,阻水油膏有效地为光纤提供了阻水和机械保护作用。

在选用光纤时应注意,由于该电缆有耐高温的要求,要选择耐高温光纤,长期工作温度范围-40 to +150,短期+200,其他的性能应满足标准GB/T9771—2008-T 通信用单模光纤系列的要求。

3绝缘的选择

由于该电缆要求的载流量是325KA,通过查《电线电缆载流量大全》,如果用交联聚乙烯的话,其长期工作温度只有+90℃,载流量只有245KA,不能满足要求,所以只有选择耐温等级较高的绝缘材料。在市场上一般是氟塑料作为绝缘,因为氟塑料的耐温等级比较高,而且比较稳定,可是也存在着缺点:如比重大、燃烧时释放有毒气体等。通过多种绝缘料的对比,最终选择以125°辐照交联聚乙烯为绝缘料,这种绝缘虽然在挤出后需要辐照处理,比较麻烦,可是通过辐照后其性能有较大的提高,而且总体价格也比较低,同时燃烧时释放的气体对环境没有任何危害。

4成品结构图

                    光电复合架空绝缘电缆

如图2所示,为设计该种电缆的结构图,通过生产及试验证明,这种结构的电缆其抗拉强度达到24.1kN;电阻为 ,绝缘经过辐照后,其长期工作温度达到125°以上,其载流量提高30%左右,达到了增容的效果。

5结束语

电线电缆行业目前已处于饱和期,市场经济从某种意义上讲就是买方经济,客户需求不断趋向多样化。新产品订单日益增多,同时要求的性能比较苛刻,要满足客户的要求,必须进行新的尝试、探索,本文所介绍的这种电缆设计就是通过大胆的尝试和探索的方式取得的突破。

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