新型节能导线特性研究

摘要：导线作为输电线路的重要组成部分，其对线路的技术经济指标、输送容量、传输性能、环境保护等都具有较大影响。随着社会的不断发展，越来越多的新型节能导线出现在我们的生活中。由于其具有线路损耗小，年费用低等特点，所以被大范围的推广应用。节能导线对于发展绿色电网有非常重要的意义，所以加强对其的研究是非常有必要的，基于此本文分析了新型节能导线的相关内容。

关键词：新型节能导线；结构特性；性能

中图分类号： TE08 文献标识码： A

1、新型节能导线简述

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1、概述

新型节能导线主要包括：钢芯高电导率铝绞线、铝合金芯高电导率铝绞线和中强度铝合金绞线，相比于等外径的普通钢芯铝绞线，三类节能导线的直流电阻均略小；钢芯高电导率铝绞线的线密度、额定拉断力与之相等；铝合金芯高电导率铝绞线的线密度、额定拉断力比之略小，中强度铝合金绞线的线密度比值略小，但其额定拉断力比值略大。图1为其截面示意图。

图1新型节能导线截面示意图

除电阻损耗外，电晕损耗是输电线路损耗的另一个来源。若两种导线的电晕损耗基本相同时，则整个电路损耗由该导线的直流电阻决定。而在交流输电中，还对产生诸如铁心及集肤效应引起的少量损伤（2～5%），故导线电阻决定了损耗大小，故降低输电线路电阻是节能的可行措施。

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3、节能导线适用范围

节能导线总体上是在等外径普通钢芯铝绞线的基础上，通过降低其直流电阻，进一步将其导电能力提高，降低输电过程中电能损耗。由于不同导线的特性及参数不同，因此在实际应用中有一定要求。

与普通钢芯铝绞线相比，高导电率钢芯铝绞线具有相当的机械特性，仅通过技术手段提高了其导电能力，故在实施电路设计及施工过程中，无需特殊考虑其机械性能，可直接代替钢芯铝绞线，故节省了设计时间，提高了工程效率。中强度铝合金绞线在3类节能导线中节能优势最为显著，故可优先使用在大功率输送及最大负荷利用小时数高的电路中，但由于该导线的张力较大，因此对耐张塔的耗钢量要求较高，在实际使用中应注意。

在使用节能导线的输电工程中，若为年损耗小时数及输送功率较大时，节能导线增量投资回收年限应控制在3年以内，而对于年损耗小时数及输送功率较小的线路，回收年限在10～15年。

2、导线设计选型计算原则

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1、导线选择原则

导线选择对线路的输送容量、传输特性、环境问题、技术经济指标都有很大的影响，因此导线选择应从电磁环境特性、机械安全性和全寿命经济性等方面对各种导线结构进行了详细的技术经济比较，推荐出在技术和经济上最优的导线型式。

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2、全寿命周期的经济比较原则

全寿命周期费用比较用基本数据见下表1。

表1不同导线全寿命周期费用比较用基本数据

3、节能导线的机械物理性能

选取三种节能导线具有代表性的规格产品试验分析。导线在使用过程中的主要机械物理性能：20℃时直流电阻、综合拉断力、弹性模量、线膨胀系数、拉重比等。

直流电阻比较分析：相比于同型号的普通钢芯铝绞线，三种节能导线的直流电阻理论计算值和实测值均小于普通钢芯绞线，电阻值降低幅度大于3.5%，可使导线输送损耗降低3.5%左右。因此，三种节能导线比普通钢芯铝绞线具有明显的节能效果。

导线拉断力比较分析：钢芯高导电率硬铝绞线和中强度铝合金绞线的理论和试验值均大于普通钢芯铝绞线，而高强度铝合金芯铝绞线的理论和试验值均小于普通钢芯铝绞线。因此，对导线机械过载能力要求高的项目，如重冰区或风荷载大的区域，不推荐采用高强度铝合金芯铝绞线。

导线弧垂特性分析：导线的弧垂特性与导线弹性模量、导线线膨胀系数及导线拉重比紧密相关，一般而言弹性模量越高，线膨胀系数越低及拉重比越大，导线的弧垂特性越好。由表1看出：钢芯高导电率硬铝绞线的弹性模量和普通钢芯铝绞线基本一致，中强度铝合金绞线和高强度铝合金芯铝绞线的弹性模量均小于普通钢芯铝绞线。对于线膨胀系数，钢芯高导电率硬铝绞线和普通钢芯铝绞线基本一致，中强度铝合金绞线和高强度铝合金芯铝绞线均大于普通钢芯铝绞线。中强度铝合金导线拉重比明显大于普通钢芯铝绞线，钢芯高导电率硬铝导线和高强度铝合金芯铝绞线拉重比与普通钢芯铝绞线相差不大。因此，对弧垂控制严格的地方，推荐采用钢芯高导电率硬铝绞线，其次是中强度铝合金绞线，而不推荐采用高强度铝合金芯铝绞线。

4、节能导线的蠕变特性

对三种节能导线具有代表规格的产品进行了蠕变特性试验研究和分析，试验结果见表2。

表2节能导线蠕变量

从表2中可以看出，高导电率硬铝绞线的蠕变量与中强度铝合金导线差别不大，因此采用降温补偿其初伸长温度基本相同，与普通钢芯铝绞线的降温补偿基本相同。但铝合金芯铝绞线的蠕变量明显高于前两者，因此用于补偿其初伸长的降温幅度要大些。

5、节能导线的交直流电阻比

三种不同型号的节能导线的交直流电阻比与导体温度关系曲线如图1所示。

图1交直流电阻比与导体温度关系曲线

交直流电阻比是导线在交流负荷下，处于热稳态时的交流电阻与同温度下直流电阻之比（略大于1）。由图可以看出，交直流电阻比与导体温度呈非线性关系，而且随着导体温度的升高，各规格导线的交直流电阻比不尽相同。 全铝合金绞线的交直流电阻比基本随着温度成线性减小，且绝对值较小；在导体温度较低时（≤50℃），铝合金芯铝绞线和钢芯铝绞线的交直流电阻比都较大（≥1.1），随着温度的升高，这两种导线的交直流电阻比减小的趋势也较为明显。

同等温度下，同一类型的导线截面越大，其交直流电阻比基本上也越大。即钢芯铝绞线的交直流电阻比：900/40>630K720>500/52（80℃以上时），铝合金芯铝绞线的交直流电阻比：745/335>465/210。即使是不同类型的导线，截面越大，其交直流电阻比也相对较大。

同等温度下，交直流电阻比：775-91 主要是由于：导线在交流作用下会产生集肤效应，使导线截面分布的电流不均匀，越接近导线表面电流密度越大；带有钢芯的导线在交流作用下，会产生涡流和磁滞损耗，而铝合金芯导线不存在此类问题。在交流状况下，虽然导线相邻层绞向相反，但外层产生的磁场大于内层，不能完全被抵消（外层导线股数多），这种现象在导线为奇数层时更为明显。这种不平衡磁场加大了导线钢芯的涡流和磁滞损耗。

6、节能导线的应用

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1、节能导线年费用分析

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2、节能导线应用

通过上述论述，由于高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线的电阻损耗小，因此这三种节能导线均具有良好节能较果，与普通钢芯铝绞线相比，虽然节能导线的初投资较普通钢芯铝绞线大，但由于节能导线的年费用低，多出的投资可以在很短的年限内回收。

以某220kV线路工程为例，计算得出各节能导线的回收年限，如下表2所示。

表2不同节能导线费用回收年限

由上表中可以得出，该工程如采用节能导线预计2.6～6.8年即可回收增加的投资，因此采用节能导线降低线路损耗是值得大范围推广的，对于发展绿色电网有非常重要的意义。

总之，导线是实施输电的基本载体，其在输电过程中会产生损害，因此需要加强对其的研究，从而确保在输电线路中普及、全面推广节能导线的应用。