【铝方面精品文档】架空输电线路用钢芯软铝绞线的

-----上海电缆研究所-----架空输电线路用钢芯软铝绞线的研究及其应用上海电缆研究所季世泽二○○八年七月-----上海电缆研究所-----一、前言SATMB856ACSS（Concentric-Lay-StrandedAluminumConductor,Coated-SteelSupported）ASTMB857ACSS/TW（ShapeWireCompactConcentric-Lay-StrandedAluminumConductor,Coated-SteelSupported）-----上海电缆研究所-----一、前言设计理念（发挥铝和钢的各自材料性能优势）：铝------导电作用钢------承力作用是一种节能型导线是一种增容导线具有广泛应用的价值和前景-----上海电缆研究所-----2钢芯软铝绞线的性能特点软态型材铝线和钢线的材料和组合结构上的特点，决定了该导线具有以下性能特点：（1）节能型“资源节约型”是国家电网提倡“两型三新”之一。钢芯软铝绞线与普通钢芯铝绞线相比可以大大降低线路的损耗：导电率提高了3.3％硬铝线----61％IACS软铝线----63％IACS与相同截面的普通导线相比，能减少线路损耗6%与同直径的普通导线相比拥有更大的载流截面----可达到29%（铝线采用型线绞合，结构紧凑，填充系数高）-----上海电缆研究所-----2钢芯软铝绞线的性能特点（2）增容型最高长期运行温度：普通导线-----70℃该导线-------250℃线种直径mm抗拉强度MPa加热时间hr残存抗拉强度MPa90℃100℃110℃120℃软铝线3.2181.325081.381.281.481.350080.981.381.281.275081.381.481.381.2100081.381.381.381.5硬铝线3.41175.9250171.6169.4164.3165.2500169.6167.4164.6161.3750170.0168.4165.2160.11000167.3164.7163.8158.7镀锌钢线3.20144025014441447143914405001439144414381442750144014391444144010001438144014401439-----上海电缆研究所-----2钢芯软铝绞线的性能特点LGJ-400/50与ACSS/TW-400/50和ACSS/TW-490/65的载流量比较（单位：A）项目LGJ-400/50ACSS/TW-400/50（相同铝截面）ACSS/TW-490/65（相同外径）运行温度70℃600640675运行温度80℃744761844运行温度90℃855860978运行温度100℃9459451093运行温度120℃--10841283运行温度150℃--12491509运行温度180℃--13851699运行温度200℃--14651813备注：环境温度为40℃；环境条件：国内常用计算条件。-----上海电缆研究所-----（3）环境友好型“环境友好型”也是是国家电网提倡“两型三新”之一2钢芯软铝绞线的性能特点-----上海电缆研究所-----（4）低弛度2钢芯软铝绞线的性能特点不同类型导线弧垂－温升比较曲线100200300400500600700800900100011000.020.040.060.080.0100.0120.0140.0160.0温度℃弧垂mm碳纤维导线LINNET间隙型导线JNRLH1S/EST-240/30软铝导线350/55（无预张力）软铝导线350/55（50％RTS预张力15min）钢芯铝绞线300/40-----上海电缆研究所-----2钢芯软铝绞线的性能特点（4）低弛度-----上海电缆研究所-----（5）提高抗冰雪能力2钢芯软铝绞线的性能特点-----上海电缆研究所-----（5）提高抗冰雪能力2钢芯软铝绞线的性能特点钢芯软铝绞线是紧凑型结构，钢丝采用EST特高强度，表面光洁，运行温度明显高于普通钢芯铝绞线，因此，具有明显的抗冰雪能力：EST特高强度钢丝的抗拉强度达到1770MPa以上，比普通强度高，能承载荷多于常规设计覆冰的要求钢芯软铝绞线采用的外层梯形铝线绞合，结构紧凑，铝股间的间隙小，表面光洁，下雪和冰雨时不易凝固在导线表面钢芯软铝线的通常设计运行温度在100~150℃，比普通钢芯铝绞线的运行温度高40℃左右，自身具有足够的融冰能力-----上海电缆研究所-----（6）自阻尼特性好2钢芯软铝绞线的性能特点影响导线自阻尼特性因素：•铝线和钢线的韧性、直径、•导线绞制结构•线股之间的接触面积和摩擦系数•导线的松弛度----径向压力当导线温度达到软铝线的迁移点时，导线的机械载荷全部转移到钢芯，铝线股呈现一定的松弛，使钢芯软铝绞线的线股间具有比普通钢芯铝绞线较小的径向压力。因此，刚芯软铝绞线比普通钢芯铝绞线具有较好的自阻尼特性。-----上海电缆研究所-----（6）自阻尼特性好2钢芯软铝绞线的性能特点1101001000100007152327303545频率/Hz能量吸收/mW钢芯软铝绞线钢芯铝绞线-----上海电缆研究所-----（7）耐腐蚀性能好由于钢芯软铝绞线是采用紧凑型绞制，铝股层形成良好的密封性能，与普通钢芯铝绞线相比，中心层的钢线更不容易受雨水或腐蚀气氛的污染，因此，该导线具有良好的防腐性能，导线的使用寿命更长。2钢芯软铝绞线的性能特点-----上海电缆研究所-----（1）钢芯软铝绞线的设计相同外径相同截面积3钢芯软铝绞线的制造研究工程要求确定铝截面确定钢截面确定刚丝直径及钢芯外径确定铝层数确定铝线根数确定导线参数铝钢比宽厚比-----上海电缆研究所-----（2）原材料的控制铝由于退火后的铝线，其导电率要达到63％IACS，因此，铝锭的化学成分的控制是非常重要的，尤其是硅和铁含量的控制。在熔炼是，还要根据炉前分析的情况，进行必要的处理（如硼化处理）。钢EST特高强度钢丝的抗拉强度达到1770MPa以上，1%伸长应力达到1550MPa以上，因此，该种特高强度级镀锌钢丝选择82B经连续轧制的盘元。盘元中采用添加微量合金，以细化晶粒提高强度3钢芯软铝绞线的制造研究-----上海电缆研究所-----（3）EST特高强度镀锌钢线的研究制造高强度镀锌钢线的主要的工艺流程如下：合适的盘元——预处理（酸洗、磷化、涂层）——拉拔——镀锌——轻拉——绞制——包装。预处理工艺技术：控制磷化层厚度及均匀性，并作好涂层处理.拉拔工艺：采用直线式拉丝机，大压缩率拉拔，严格控制表面质量，保证扭转性能。关键点：冷却、拉丝模、润滑粉、拉拔速度。热镀锌工艺：探索研究特殊工艺技术，使温度、速度、覆盖层等各项工艺取得最佳配合，从而获得厚镀层及良好的锌层质量和表面质量。3钢芯软铝绞线的制造研究-----上海电缆研究所-----（4）梯形铝线拉制技术的研究模具的孔型设计。拉丝机的改造及研制。收放线排列整齐。3钢芯软铝绞线的制造研究-----上海电缆研究所-----3钢芯软铝绞线的制造研究（5）铝线的退火技术研究退火时间退火前5分钟10分钟15分钟20分钟40分钟60分钟300℃抗拉强度MPa177///1059495伸长率％2///132426325℃抗拉强度MPa177114105/89//伸长率％21020/27//350℃抗拉强度MPa177959288868685伸长率％2252832323030375℃抗拉强度MPa177908385///伸长率％2282728///400℃抗拉强度MPa177///858686伸长率％2///292826-----上海电缆研究所-----3钢芯软铝绞线的制造研究（5）铝线的退火技术研究向IEC提交的软铝线性能比较标准抗拉强度MPa导电率%IACS20℃时直流电阻Ω·m/mm2美标ASTMB609≥6061.80.027899原IEC60121：1960≤9861.60.0280GB3955-83≤9861.60.0280建议修改后IEC6012160~9562.50.027586-----上海电缆研究所-----（6）梯形铝线绞制技术的研究防止铝线擦伤防翻身装置3钢芯软铝绞线的制造研究-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究ACSS/TW-430/65导线的主要技术参数项目设计参照GB/T1179结构（导线外径相同）型号ACSS/TW-490/65LGJ-400/50导线外径27.627.6导线层数23（12+18+24）结构根数／直径或截面Al8/23.5+13/23.1St7/3.40Al54／3.07St7／3.07计算截面积（mm2）铝488.3400钢63.551.9总551.8451.9铝钢比6.717.71外径（mm）27.68627.6计算重量（kg／km）1845.41510.3总拉断力（kN）（保证值）125.8103.6拉力重量比6.86.8外层绞向右向右向-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究ACSS/TW-430/65导线的结构图外层Al13根内层Al8根钢芯St6+1根-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究1）高温拉断力试验1.固定端2.牵引端3.被测试导线4.调压器5.大电流低压变压器6.电流互感器7.电流表8.连接电缆-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究试验结果：试样通电加热至150℃保温3h，在150℃下直接做拉力试验，试样的高温拉断力为：128.5kN，仍然满足导线保证值125.8kN的要求。1）高温拉断力试验-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究2）应力-应变及弹性模量试验结果：试样的最终弹性模量为：79.0GPa；-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究试验结果：该导线实测线膨胀系数为17.6×10-6（1/℃）3）热膨胀系数热膨胀系数y=1.7706x-9.21490.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00160.00180.000.020.040.060.080.0100.0120.0温度伸长系列1线性(系列1)-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究在25％UTS初始张力下的弧垂－温升曲线4）弧垂-温升曲线和张力-温升曲线1001251501752002252502753003253503754004250.020.040.060.080.0100.0120.0140.0温度℃弧垂mm-----上海电缆研究所-----（7）试验技术的研究和性能分析3钢芯软铝绞线的制造研究在25％UTS初始张力下的张力－温升曲线4）弧垂-温升曲线和张力-温升曲线051015202530350.020.040.060.080.0100.0120.0140.0温度℃张力kN-----上海电缆研究所-----3钢芯软铝绞线的制造研究（7）试验技术的研究和性能分析在25％UTS初始张力下的张力－温升曲线5）常温和高温的蠕变特性常温蠕变20℃高温蠕变150℃15%RTS下蠕变方程式ε10-1000=36.12T0.195/15%RTS下10年蠕变量332mm/km/25%RTS下蠕变方程式ε10-1000=54.35T0.207ε10-1000=53.81T0.20925%RTS下10年蠕变量573mm/km581mm/km40%RTS下蠕变方程式ε10-1000=111.80T0.209ε10-1000=97.08T0.22640%RTS下10年蠕变量1206mm/km1271mm/km-----上海电缆研