【铝方面】架空输电线路用钢芯软铝绞线的

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,-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,一、前言,SATM B 856,ACSS,Concentric-Lay-Stranded Aluminum Conductor,Coated-Steel Supported,ASTM B 857,ACSS/TW,Shape Wire Compact Concentric-Lay-Stranded Aluminum Conductor,Coated-Steel Supported,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,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-61IACS,软铝线-63IACS,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-可到达29%,铝线采用型线绞合，结构紧凑，填充系数高,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 MPa,90,100,110,120,软铝线,3.21,81.3,250,81.3,81.2,81.4,81.3,500,80.9,81.3,81.2,81.2,750,81.3,81.4,81.3,81.2,1000,81.3,81.3,81.3,81.5,硬铝线,3.41,175.9,250,171.6,169.4,164.3,165.2,500,169.6,167.4,164.6,161.3,750,170.0,168.4,165.2,160.1,1000,167.3,164.7,163.8,158.7,镀锌钢线,3.20,1440,250,1444,1447,1439,1440,500,1439,1444,1438,1442,750,1440,1439,1444,1440,1000,1438,1440,1440,1439,2 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-400/50,ACSS/TW-400/50,（相同铝截面）,ACSS/TW-490/65,（相同外径）,运行温度 70,600,640,675,运行温度 80,744,761,844,运行温度 90,855,860,978,运行温度 100,945,945,1093,运行温度 120,-,1084,1283,运行温度 150,-,1249,1509,运行温度 180,-,1385,1699,运行温度 200,-,1465,1813,备注：环境温度为40,；环境条件：国内常用计算条件。,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,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,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100,0.0,20.0,40.0,60.0,80.0,100.0,120.0,140.0,160.0,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（50RTS预张力15min）,钢芯铝绞线300/40,2 钢芯软铝绞线的性能特点,4低弛度,5提高抗冰雪能力,2 钢芯软铝绞线的性能特点,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，外表光洁，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到达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，外表光洁，下雪和冰雨时不易凝固在导线外表,钢芯软铝线的通常设计运行温度在100150，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,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,当导线温度到达软铝线的迁移点时，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。,6自阻尼特性好,2 钢芯软铝绞线的性能特点,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,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,2原材料的控制,铝,由于退火后的铝线，其导电率要到达63IACS，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到达1770MPa以上，1%伸长应力到达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,3EST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：适宜的盘元预处理酸洗、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，严格控制外表质量，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正确配合，从而获得厚镀层及良好的锌层质量和外表质量。,3 钢芯软铝绞线的制造研究,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,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MPa,177,/,/,/,105,94,95,伸长率,2,/,/,/,13,24,26,325,抗拉强度MPa,177,114,105,/,89,/,/,伸长率,2,10,20,/,27,/,/,350,抗拉强度MPa,177,95,92,88,86,86,85,伸长率,2,25,28,32,32,30,30,375,抗拉强度MPa,177,90,83,85,/,/,/,伸长率,2,28,27,28,/,/,/,400,抗拉强度MPa,177,/,/,/,85,86,86,伸长率,2,/,/,/,29,28,26,3 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%IACS,20,时直流电阻 ,m/mm,2,美标ASTM B 609,60,61.8,0.027899,原IEC 60121：1960,98,61.6,0.0280,GB 3955-83,98,61.6,0.0280,建议修改后IEC 60121,6095,62.5,0.027586,6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,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-490/65,LGJ-400/50,导线外径,27.6,27.6,导线层数,2,3（12+18+24）,结构根数直径或截面,Al 8/23.5+13/23.1,St 7/3.40,Al 543.07,St 73.07,计 算,截面积,（mm,2,）,铝,488.3,400,钢,63.5,51.9,总,551.8,451.9,铝钢比,6.71,7.71,外径（mm）,27.686,27.6,计算重量（kgkm）,1845.4,1510.3,总拉断力（kN）（保证值）,125.8,103.6,拉力重量比,6.8,6.8,外层绞向,右向,右向,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 Al 13根,内层 Al 8根,钢 芯 St 6+1根,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,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,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：79.0 GPa；,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 17.610-6 1/,3热膨胀系数,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25UTS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,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25UTS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,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25UTS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,10-1000,=36.12T,0.195,/,15%RTS下10年蠕变量,332 mm/km,/,25%RTS下蠕变方程式,10-1000,=54.35T,0.207,10-1000,=53.81T,0.209,25%RTS下10年蠕变量,573 mm/km,581 mm/km,40%RTS下蠕变方程式,10-1000,=111.80T,0.209,10-1000,=97.08T,0.226,40%RTS下10年蠕变量,1206 mm/km,1271 mm/km,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,20下的蠕变曲线,5常温和高温的蠕变特性,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,150下的蠕变曲线,5常温和高温的蠕变特性,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,试验结果：导线未见起灯笼现象，也未见明显松股，软铝线外表有轻微擦痕；过滑轮后铝单线抗拉强度均在60 MPa 95MPa范围内，铝线强度没有明显的提高。,该试验结果说明，由于导线外层为软铝线，在完过尼龙轮时，外表有轻微擦伤现象，说明在工程实际放线时，应选用挂胶的放线轮。导线的紧密性能确保放线过程不会松散或起灯笼；而且过滑轮后，软铝线的性能不会有明显的改变。,6过滑轮试验,4 钢芯软铝线的应用研究,三种导线有关性能比较,LGJ-400/50,LGJ-560/70,ACSS/TW-400/50,铝截面 （mm,2,）,399.72,560,402.8,外径 （mm）,27.6