CN107203688A

CN107203688A - 一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法

Info

Publication number: CN107203688A
Application number: CN201710251343.9A
Authority: CN
Inventors: 杨帆; 王振华; 刘刚; 朱宁西
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2037-04-18
Also published as: CN107203688B

Abstract

本发明公开了一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，该方法包括下列步骤：S1、结合电缆线芯正规绞合工艺，计算其绞合外径D₁；S2、电缆线芯紧压以后，计算导体外接圆直径D₂；S3、假设压接后各层导体形变量相同，计算内切圆与外切圆半径差值d_c；S4、计算紧压绞合导体横切面外层的有效接触长度l_e；S5、假设导体与套管充分接触，计算中间接头导体压接连接的实际接触面积A_s；S6、计算电缆线芯与压接管间接触电阻R_j。该方法可解决当前电缆输电线路中间接头与连接管压接时无理论模型计算方法的窘态，为实现电力电缆输电的安全运行提供重要依据，为压接工艺初始设计提供可靠参考。

Description

一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法

技术领域

本发明涉及压接式套管连接器技术领域，具体涉及一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法。

背景技术

电缆中间接头是电缆线路的重要组成部分，用于实现电缆长度的接续和三相线路的交叉互联。电缆线路能否安全运行，很大程度上取决于电缆芯连接的成功与否。电缆线芯的连接方法有焊接和压接两种。由于焊接工艺技术要求高，目前通常采用压接方式实现电缆线芯的连接。

电缆线芯的连接是通过在两断开的电缆线芯上套上压接式连接器(压接管)辅以工具压接而成，其可靠性不仅取决于足够的机械保持力，还需要良好的电气性能。接触电阻是描述其电气性能的主要参数。若接触电阻过大，连接器通流产生极高热量，将使局部过热运行，甚至导致连接失效损坏，从而引发重大事故。且压接管处于接头主绝缘件内部，其运行状况不易监测。

然而，在国内此类研究开展迟缓，目前尚未存在任何一种确实可行的计算方法。因此，准确计算中间接头压接管接触电阻，在工程设计之初有效控制其值大小，对高压电缆中间接头输电的安全可靠性有着极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，所述接触电阻计算方法包括：

S1、结合电缆线芯正规绞合工艺，计算其绞合外径D₁；

S2、电缆线芯紧压以后，计算导体外接圆直径D₂；

S3、假设压接后各层导体形变量相同，计算内切圆与外切圆半径差值d_c；

S4、计算紧压绞合导体横切面外层的有效接触长度l_e；

S5、假设导体与套管充分接触，计算中间接头导体压接连接的实际接触面积A_s；

S6、计算电缆线芯与压接管间接触电阻R_j。

进一步地，所述绞合外径D₁的计算公式如下：

D₁＝(2n+1)d

式中，n表示绞线层数；d表示单线直径，单位：mm。

进一步地，所述导体外接圆直径D₂的计算公式如下：

D₂＝d[(k/μη)^1/2]

式中，d表示单线直径，单位：mm；k表示单线根数；μ表示导体延伸系数。

进一步地，所述半径差值d_c的计算公式如下：

式中，n表示绞线层数；d表示单线直径。

进一步地，所述有效接触长度l_e的计算公式如下：

式中，m表示绞合导体外层单线根数。

进一步地，所述实际接触面积A_s的计算公式如下：

A_s＝l_d×l_e

式中，l_d表示导体与套管搭接长度。

进一步地，所述接触电阻R_j的计算公式如下：

式中，R_j表示接触电阻，单位：mΩ；F表示接触压力，单位：N；m为与接触形式，压力大小和实际接触点数目有关的系数；k_j为与接触材料、表面状况有关的系数。

进一步地，面面接触时，m取值1，铜-铜接触时，k_j取值0.08。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明公开了一种电缆中间接头压接管处接触电阻的理论计算方法，可解决当前电缆输电线路中间接头与连接管压接时无理论模型计算方法的窘态，为实现电力电缆输电的安全运行提供重要依据，为压接工艺初始设计提供可靠参考。

附图说明

图1是本发明中电缆铜导体压接示意图；

图2是本发明中240mm²绞合导体横截图；

图3是本发明中绞合导体紧压形变图；

图4是本发明中压接连接部位电流流向；

图5是本发明中公开的电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例结合电接触理论和无接触界面重叠接头的电阻特性，公开了一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，具体步骤如下：

S1、结合电缆线芯正规绞合工艺，计算其绞合外径D₁。

D₁＝(2n+1)d (1)

式中，n表示绞线层数；d表示单线直径，单位：mm。

S2、当电缆线芯紧压后，计算导体外接圆直径D₂。

D₂＝d[(k/μη)^1/2] (2)

S3、假设压接后各层导体形变量相同，计算内切圆与外切圆半径差值d_c(对任意层有效)。

S4、结合公式(1)(2)(3)，计算得到紧压绞合导体横切面外层的有效接触长度l_e。

式中，m表示绞合导体外层单线根数。

S5、由于套管集中通过任意一端导体与套管的接触面，接触电阻计算只需考虑一端。假设导体与套管充分接触，结合公式(4)，则可计算中间接头导体压接连接的实际接触面积A_s。

A_s＝l_d×l_e (5)

式中，l_d表示导体与套管搭接长度。

S6、计算电缆线芯与压接管间接触电阻R_j。

式中，R_j表示接触电阻，单位：mΩ；F表示接触压力，单位：N；m为与接触形式，压力大小和实际接触点数目有关，面接触时可取m＝1；k_j为与接触材料、表面状况等有关的系数。

实施例二

当电缆完成剥切，将套管套入铜导体，再利用带六角形压模的压接钳紧压套管，使套管与铜导体紧密连接，压接完成。电缆铜导体压接连接示意图如图1所示。

压接面的接触压力主要与套管与电缆导体，六角形压模与套管的尺寸配合有关。110kV电缆常见几种截面紧压型绞合导体结构和相关尺寸如表1所示。

表1.截面紧压型绞合导体结构和相关尺寸

标称截面积/mm²	线芯结构/单线直径(mm)	外层根数	计算外径(mm)
				240	1+6+12+17/3.00	17	18.40
300	1+6+12+18+23/2.60	23	20.60
				400	1+6+12+18+23/3.00	23	23.50
500	1+6+12+18+23/3.40	23	26.60
				630	1+6+12+18+23/3.80	23	29.90

参考GB/T14315，110kV电缆几种常见截面的直通型套管尺寸及对应压模尺寸如表2所示。

表2. 10kV电缆几种常见截面的直通型套管尺寸及对应压模尺寸

导体截面/mm²	长度/mm	内径/mm	外径/mm	压模直径/mm
					240	110	20	26	28
300	120	24	31	-
					400	135	26	34	-
500	150	30	38	40
					630	170	35	45	47

110kV电缆导体通常采用圆铜单线紧压绞合而成。如图2所示，300mm²-630mm²截面导体同心绞合采用五层结构：第一层单线根数为1；第二层单线根数为6；第三层单线根数为12；第四层单线根数为18；第五层单线根数为23。这种少一根的绞合方式在国内较为常见，但在正规排列方式中，四层绞合的外层导体数为18根，五层绞合的外层导体数为24根。以正规排列方式为例，240mm²绞合导体横截面如图3所示。

通常，导体分层绞合以后，还需通过圆形模具进行紧压。紧压前，绞合导体外层表面并不平整，存在诸多凹陷部分；紧压后，各层铜单线发生不同程度的形变，在通流截面不变的情况下，绞合外径变小。以240mm²绞合导体为例，假设中心单线不发生形变，且在外力作用下，各层导体形变近似在两个同心圆内发生，如图4所示。图中，阴影A用于填充阴影B；r₁表示中心单线半径；r₂表示紧压后第一层导体外切圆半径；r₃表示紧压后第二层导体外切圆半径；r₄表示紧压后第三层导体外切圆半径。

当电流流经接触部位时，无论导体是否紧密对接，两导体对接面总无电流通过。电流是从一端电缆导体流经该端导体与套管接触面，经套管过渡，再流经另一端导体与套管接触面，最终汇集到另一端电缆导体，如图4所示。

由此，根据上述分析，以表1中240mm²截面电缆、表2中110mm长度直通型铜套管为例，计算其接触电阻。

S1、根据公式(1)，代入层数n＝3，单线直径d＝21mm，计算可得绞合外径d为21mm。

S2、根据公式(2)，代入单线直径d＝21mm，单线根数k＝61，导体延伸系数μ＝1.12(铜),紧压系数η＝0.9，计算可得导体外切圆直径D₂为18.176mm。

S3、根据公式(3)，代入S1、S2计算结果，可得内切圆与外切圆半径差dc为2.53mm。

S4、根据公式(4)，代入绞合导体外层单线根数m＝24，并结果上述步骤结果，计算可得紧压绞合导体横切面外层的有效接触长度l_e为29.06mm。

S5、根据公式(5)，取导体与套管的搭接长度为l_d＝55mm，计算可得中间接头导体压接连接的实际接触面积As＝1598.45mm²。

S6、根据公式(6)，面面接触m＝1，铜-铜接触k_j＝0.08，计算可得接触电阻为4.1×10^－6Ω。

综上所述，本发明公开了一种高压电缆中间接头压接管处接触电阻的理论计算方法，可解决当前电缆输电线路中间接头与连接管压接时无理论模型计算方法的窘态，为实现电力电缆输电的安全运行提供重要依据，为压接工艺初始设计提供可靠参考。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述接触电阻计算方法包括：

S1、结合电缆线芯正规绞合工艺，计算其绞合外径D₁；

S2、电缆线芯紧压以后，计算导体外接圆直径D₂；

S4、计算紧压绞合导体横切面外层的有效接触长度l_e；

S6、计算电缆线芯与压接管间接触电阻R_j。

2.根据权利要求1所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述绞合外径D₁的计算公式如下：

D₁＝(2n+1)d

式中，n表示绞线层数；d表示单线直径，单位：mm。

3.根据权利要求1所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述导体外接圆直径D₂的计算公式如下：

D₂＝d[(k/μη)^1/2]

4.根据权利要求1所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述半径差值d_c的计算公式如下：

<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>d</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>n</mi> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow>

式中，n表示绞线层数；d表示单线直径。

5.根据权利要求1所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述有效接触长度l_e的计算公式如下：

式中，m表示绞合导体外层单线根数。

6.根据权利要求1所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述实际接触面积A_s的计算公式如下：

A_s＝l_d×l_e

式中，l_d表示导体与套管搭接长度。

7.根据权利要求1所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，所述接触电阻R_j的计算公式如下：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>k</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mn>0.102</mn> <msup> <mi>F</mi> <mi>m</mi> </msup> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

8.根据权利要求7所述的一种电缆中间接头压接管处接触电阻计算方法，其特征在于，面面接触时，m取值1，铜-铜接触时，k_j取值0.08。