CN111753342B - 一种型线阻水导体设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种型线阻水导体设计方法，包括如下步骤：步骤100：获取导体截面面积Sth；步骤200：获取单根梯型单丝截面面积S；步骤300：对应获取各层的单根梯型单丝夹角θ＝360/n；步骤400：根据中心圆柱导体直径d0、S、θ、以及设定的内外角部圆弧倒角半径r1、r2获取各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2；步骤500：计算当前导体紧压系数η’，并判断是否符合预设导体紧压系数η要求，若不符合要求，调整相关参数并返回上述步骤以重新计算对应参数；步骤600：获取各层所述梯型单丝的宽径比，判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整相关参数。该型线阻水导体设计方法能够有效地解决型线阻水导体结构参数设计困难和制造工艺成型效果不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及导体技术领域，更具体地说，涉及一种型线阻水导体设计方法。
背景技术
随着海上输电线路建设的迅速发展，节约海缆路由、提高海缆传输容量以及节省海缆建设和运行成本等成为业内越快越关注的问题。实际制造经验证明，对于2000mm2(平方毫米)及以上大截面海缆导体而言，圆形紧压结构导体的生产制造工艺和阻水性能存在不足，这时宜选用紧压系数高、外径和材耗少的异形单丝绞合导体结构。目前，异形阻水导体主要以梯型单丝和SZ型的自锁形单丝两种结构为主，其中，SZ型单丝绞合紧压密实，但存在制造工艺要求高、导体单丝剥开困难等问题，不利于导体电阻测试和海缆故障后的导体接头焊接修复，而梯形线导体结构剥开相对容易，且已在相关海缆项目中有所应用，在高电压、大水深、大截面海洋线缆中具有广阔的应用前景。但由于梯型线导体不像SZ型导体具有自锁结构，如果单丝设计不合理，很容易引起单丝翻身、绞合成型困难、电阻不合格、紧压系数不高等一系列问题。因此，如何保证梯型线阻水导体设计的合理性是提高海洋线缆产品阻水性能、节能降本的前提和关键。
现有梯型线结构设计方法主要有软件绘图法和解析法两种，其中，软件绘图法采用AutoCAD、CAXA等软件进行梯型线导体设计，这种方法比较直观，但由于每个导体结构都要进行绘图设计和优化，比较费时，效率不高；解析法则是利用公式和经验系数设计单丝和导体结构，可以较快的得出需要的结构参数，提升设计效率。目前，现有梯型线导体专利中，大多提出某个具体的导体结构型式，未形成系列的设计方法，而梯型线导体设计类专利中也基本没有考虑阻水材料对导体尺寸的影响，不一定适用于海洋线缆导体结构的制造，设计的合理性有待商榷。
综上所述，如何有效地解决型线阻水导体结构参数设计困难、制造工艺成型效果不佳的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种型线阻水导体设计方法，该型线阻水导体设计方法可以有效地解决型线阻水导体结构参数设计困难和制造工艺成型效果不佳的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种型线阻水导体设计方法，包括如下步骤：
步骤100：根据导体单丝电阻率ρ20、导体直流电阻R20获取导体截面面积Sth；步骤200：根据所述导体截面面积Sth以及梯型单丝数量N获取单根梯型单丝截面面积S；
步骤300：根据各层梯型单丝数量n，对应获取各层的单根梯型单丝夹角
步骤400：根据中心圆柱导体直径d0、单根梯型单丝面积S、各层单根所述梯型单丝夹角θ、以及设定的内外角部圆弧倒角半径r1、r2获取各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2，其中相邻两层的所述梯型单丝中，内层所述梯型单丝的外弧边半径与外层所述梯型单丝的内弧边半径相等，且各层所述梯型单丝中位于最内层的所述梯型单丝中内弧边半径与所述中心圆柱导体直径d0相等；
步骤500：根据各层所述梯型单丝中位于最外层的所述梯型单丝中外弧边直径Dc以及所述导体截面面积Sth计算当前导体紧压系数η’，并判断所述当前导体紧压系数η’是否符合预设导体紧压系数η要求，若符合则执行下一步，若不符合要求，根据所述当前导体紧压系数η’相对所述预设导体紧压系数η的偏差，调整相关参数并返回上述步骤以重新计算与相关参数相对应的参数；
步骤600：根据各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2以及所述梯型单丝夹角θ获取各层所述梯型单丝的宽径比，判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整相关参数并返回上述步骤以重新计算对应参数。
在该型线阻水导体设计方法中，设置了一系列计算步骤，将导体单丝电阻率ρ20、导体直流电阻R20、梯形单丝绞合层数m、各层梯型单丝数量n、梯型单丝数量N、中心圆柱导体直径d0、内外角部圆弧倒角半径r1、r2等参数设置为已知参数，进而在满足设置要求的状态下，计算出梯型单丝内外弧边半径R1、R2、当前导体紧压系数η’以及宽径比等参数，并验算当前导体紧压系数η’以及宽径比等是否满足要求，并在不满足要求时，对已知参数进行对应调整，直到当前导体紧压系数η’以及宽径比均满足要求，进而完成整个型线阻水导体的参数设计。通过设计该型线阻水导体设计方法，以使得可以快速获取型线阻水导体的具体参数。综上所述，该型线阻水导体设计方法能够有效地解决型线阻水导体结构参数设计困难的问题，保证制造工艺成型效果。
优选地，所述步骤100为：计算所述导体截面面积其中k1为导体成型系数，k2为导体绞合延伸系数，k3为导体绞合后电阻率影响系数。
优选地，所述步骤200为：若所述中心圆柱导体为圆形单丝导体时且与单根所述梯型单丝截面面积大小相等时，单根所述梯型单丝截面面积若所述中心圆柱导体为中心紧压圆形导体，则单根所述梯型单丝截面面积/>其中Scir为中心圆形紧压导体截面面积。
优选地，所述步骤400包括如下步骤：
步骤410：令各层的梯型单丝内弧边半径R1与相邻的内层的所述梯型单丝的外弧边半径R2相等，且导体最内层的所述梯型单丝中内弧边半径R1与所述中心圆柱导体直径d0相等；
步骤420：根据从内到外依次获取的对应层所述梯型单丝中内弧边半径R1，从内到外通过下述公式依次计算各层所述梯型单丝的外弧边半径R2：
其中，α1、α2分别为梯型单丝侧边延长线与内、外圆弧倒角圆心和导体圆心之间的连线形成的夹角，Sin、Sou分别为由夹角θ形成的梯型单丝内、外弧边所对应的扇形面积，S1为内角部圆弧倒角去除面积，S2为外角部圆弧倒角去除面积。
优选地，所述步骤500包括如下步骤：
步骤510：计算当前导体紧压系数：
其中k4为型线绞合过程中每层间阻水材料厚度的缩小系数，Di为各层所述梯型单丝外弧边直径，m为所述梯型单丝的层数，t为阻水材料厚度；
步骤520：判断所述当前导体紧压系数η’与预设导体紧压系数η大小，若η’≥η，则执行下一步；若η’＜η，调大导体成型系数k1、导体绞合延伸系数k2或导体绞合电阻率影响系数k3以增大所述导体截面面积Sth，或增大所述阻水材料厚度t，然后返回所述步骤100。
优选地，所述步骤600包括如下步骤：
步骤610：计算所述梯型单丝的径向长度T＝R2-R1，所述梯型单丝的外侧宽度计算宽径比W/T；
步骤610：判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整单层所述梯型单丝数量n或梯形单丝层数m，并返回所述步骤300。
优选地，内层所述梯型单丝绞合的节径比要大于外层所述梯型单丝的节径比。
优选地，最内层所述梯型单丝的节径比取值为16～20，最外层所述梯型单丝的节径比取值为10～14。
优选地，所述中心圆柱导体为圆形单丝导体，所述圆形单丝的直径其中t0为阻水材料厚度引起的金属丝直径变化量。
优选地，所述阻水材料厚度引起的金属丝直径变化量t0在0.04～0.06毫米之间，所述导体成型系数k1的取值范围为1.02～1.07；导体绞合延伸系数k2的取值范围为1.01～1.03，导体绞合后电阻率影响系数k3的取值范围为1.005～1.02。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的型线阻水导体设计方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的单根梯型单丝的截面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的型线阻水导体的截面结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种型线阻水导体设计方法，以有效地解决型线阻水导体的具体参数设计难的问题。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的型线阻水导体设计方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的单根梯型单丝的截面结构示意图；图3为本发明实施例提供的型线阻水导体的截面结构示意图。
在本实施例中，本实施例提供了一种型线阻水导体设计方法。其中，型线阻水导体的中心线，即中心圆柱导体，可以是单根圆形单丝，也可以是中心紧压圆形导体结构，小截面中心圆柱导体可采用单根圆形单丝，大截面中心圆柱导体可采用中心紧压圆形阻水导体。
外面每层均由梯型单丝绞合而成，需要说明的是，其中梯型单丝指的是横截面大致呈梯形的导体单丝，主要呈扇面型，即上下底边是同轴线设置的内外弧边，而两侧腰边为与上述轴线对应的径向线段，四个角一般做倒角设置，且两个内侧角部的倒角相等，两个外侧角部的倒角相等。
而同一层的梯型单丝形状、大小相同，不同层的梯型单丝截面面积大小相同，相邻层梯型单丝之间填充有阻水材料，如阻水带或其它阻水化合物。梯型线内外为圆弧结构，以便使梯型单丝内外与相邻绞合层贴合更加紧密；梯型线四个角均为圆弧倒角，防止梯型单丝穿线和绞合过程中边缘产生刮蹭。
具体的型线阻水导体设计方法，包括如下步骤，如下步骤并不严格要求依次执行。
步骤100：根据导体单丝电阻率ρ20、导体直流电阻R20获取导体截面面积Sth。
其中导体截面面积Sth指的是整个型线阻水导体的截面面积，即为中心圆柱导体截面面积以及各根梯型单丝截面面积之和。此处主要是根据导体标准中要求的最大直流电阻值计算型线阻水导体理论最小截面积，同时优选进一步的考虑实际生产过程中导体结构会受到阻水材料、绞合方式、导体直径、成缆芯数、延伸系数、成型后梯型单丝电阻率等多种因素的影响，设计的导体截面面积Sth应不小于理论最小截面，才能更好的保证生产出的导体截面符合电阻要求。
具体的，此处优选根据如下公式(1)计算所述导体截面面积：
其中k1为导体成型系数，k2为导体绞合延伸系数，k3为导体绞合电阻率影响系数。式中，Sth为符合电阻要求的导体设计截面积，单位一般为平方毫米(mm2)；ρ20为20℃时梯型单丝的电阻率，Ω·mm2/m(欧姆乘平方毫米每米)；R20为20℃时导体最大直流电阻，如可以依据中国标准GB/T 3956获得，单位一般为Ω/m(欧姆每米)；k1为导体成型系数，即是与阻水材料厚度、绞合方式、成缆芯数等相关的引入系数，优选取值范围为1.02～1.07；k2为导体延伸系数，因为型线结构绞合后截面积变化不大，故延伸系数较小，优选取值范围为1.01～1.03；k3导体电阻系数，即为单丝绞合后考虑金属丝电阻率增大的引入系数，优选取值范围为1.005～1.02。
步骤200：根据所述导体截面面积Sth以及梯型单丝数量N获取单根梯型单丝截面面积S。
其中型线阻水导体的总体梯型单丝根数N、梯型单丝层数m以及各层的梯型单丝根数n，主要根据需要进行设置，一般需要满足当前需要的行业标准要求，如可以是满足中国标准GB/T 3956中的最小单丝根数要求和实际设备最大生产能力。根据现有电缆导体绞合设备生产能力，m可取1～6层。
如上所述的，其中中心圆柱导体，可以是单根圆形单丝，也可以是中心紧压圆形导体。如若是圆形单丝导体，则一般会使该圆形单丝导体的截面面积与单根梯形单丝的截面面积大小相等，如若是中心紧压圆形导体，即根据中心紧压圆形导体的尺寸获取中心圆形紧压导体截面积Scir。
基于此，此处优选上述步骤200具体为：若中心圆柱导体为单丝时且与单根梯型单丝截面面积大小相等时，则根据下述式(2)计算单根所述梯型单丝截面面积S：
若所述中心圆柱导体为中心紧压圆形导体，则根据下述式(3)计算单根所述梯型单丝截面面积S：
其中Scir为中心圆形紧压导体截面面积，单位一般为平方毫米。
上述式(2)以及式(3)中，S为单根梯型线等效平均截面积，单位一般为平方毫米；N为梯型单丝总根数，不含中心线结构，其中Sth即为上述计算的导体截面面积。
步骤300：根据各层梯型单丝数量n，对应获取各层的单根梯型单丝夹角θ，其中根据如下式(4)计算单根梯型单丝夹角θ：
其中单根梯型单丝夹角θ单位为度。如上所述，各层的梯型单丝的横截面大小形状均相等，所以一层的n根梯型单丝紧密衔接以围成一个圆周型，因此，对于某一层的各根梯型单丝来说，其夹角即为一个圆周角的n等份均分。需要说明的是，因为各层的梯型单丝的数量可能不一样，所以各层的梯型单丝夹角应对应计算。
步骤400：根据中心圆柱导体直径d0、单根梯型单丝面积S、各层单根梯型单丝夹角θ、以及设定的内外角部圆弧倒角半径r1、r2获取各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2，其中相邻两层的所述梯型单丝中，内层所述梯型单丝的外弧边半径与外层所述梯型单丝的内弧边半径相等，且各层所述梯型单丝中位于最内层的所述梯型单丝中内弧边半径与所述中心圆柱导体直径d0相等。
需要说明的是，其中中心圆柱导体直径d0的获取，一般需要先考虑中心圆柱导体是圆形单丝导体，还是中心紧压圆形导体，若是中心紧压圆形导体，可以直接从设置好的中心紧压圆形导体获取其直径d0，若是圆形单丝导体，则该圆形单丝导体可以通过如下式(5)进行计算：
其中S即为上述计算的梯型单丝截面面积S，t0为阻水材料厚度引起的金属丝直径微小变化量，根据生产经验得出取值范围为0.04～0.06毫米。
其中梯型单丝内外角部圆弧倒角半径r1、r2，取值范围为0.2～0.8毫米，其中两个内角部圆弧倒角半径应当相等，而两个外角部圆弧倒角半径应当相等。因为梯形单丝内圆弧长度小于外圆弧长度，所以梯型单丝内角部的圆弧倒角半径r1≤r2。
需要说明的是，梯型单丝内弧边半径R1一般认为与上一层梯型单丝外弧边半径R2相等，而各层梯型单丝中位于最内层的所述梯型单丝中内弧边半径与中心圆柱导体直径d0相等。如可以通过中心圆柱导体直径d0与第一层梯型单丝的内弧边直径相等，便可以进一步计算得到第一层梯型单丝外弧边半径R2；那么第二层梯型单丝内弧边半径与第一层梯型单丝外弧边半径相同，可以求得第二层梯型单丝外圆弧半径，依次可求出各层梯型单丝内、外圆弧半径。
因此，优选步骤400具体包括如下步骤：
步骤410：令各层的梯型单丝内弧边半径R1与相邻的内层的所述梯型单丝的外弧边半径R2相等，且导体最内层的所述梯型单丝中内弧边半径R1与所述中心圆柱导体直径d0相等；
步骤420：根据从内到外依次获取的对应层所述梯型单丝中内弧边半径R1，从内到外通过下述式(6)依次计算各层所述梯型单丝的外弧边半径R2：
其中，α1、α2分别为梯型单丝侧边延长线与内、外圆弧倒角圆心和导体圆心之间的连线形成的夹角，单位一般为度。Sin、Sou分别为由夹角θ形成的梯型单丝内、外弧边所对应的扇形面积，单位一般为平方毫米。S1为内角部圆弧倒角去除面积，即梯型单丝内、外弧边扇形包围的面积减去型线截面积S外内侧一端的剩余面积；S2为外角部圆弧倒角去除面积，即梯型单丝内、外弧边扇形包围的面积减去型线截面积S外外侧一端的剩余面积。Di为第i层梯型单丝所在绞合层的导体外径，即等于这一层梯形导体外弧边直径，单位一般为毫米，其中，导体最外层直径用Dc表示。
步骤500：根据导体最外层直径Dc以及所述导体截面面积Sth计算当前导体紧压系数η’，并判断所述当前导体紧压系数η’是否符合预设导体紧压系数η要求，若符合则执行下一步，若不符合要求，根据所述当前导体紧压系数η’相对所述预设导体紧压系数η的偏差，调整相关参数并返回上述步骤以重新计算与相关参数相对应的参数。其中最外层的所述梯型单丝中外弧边直径Dc，即为最外层梯形单丝外弧边半径的两倍。
对于型线阻水导体来说，预设导体紧压系数η会根据型线导体阻水需求确定，一般紧压系数越高，导体阻水效果越好，一般根据敷设环境和水深可设置预设导体紧压系数η≥0.94。
具体的，此处优选步骤500包括如下步骤：
步骤510：计算当前导体紧压系数：
其中k4为型线绞合过程中每层间阻水材料厚度的缩小系数，取决于材料特性，半导电阻水带可取2-4之间；Di为各层所述梯型单丝外弧边直径，m为所述梯型单，丝的层数，t为阻水材料厚度，阻水材料厚度一般取值0.2～0.5毫米，其中d0中心圆柱导体直径，k1为导体成型系数，π为圆周率，Dc为导体最外层直径，Sth为导体截面面积。
步骤520：判断所述当前导体紧压系数η’与预设导体紧压系数η大小，若η’≥η，则执行下一步；若η’＜η，调大导体成型系数k1、导体绞合延伸系数k2或导体绞合电阻率影响系数k3以增大所述导体截面面积Sth，或增大所述阻水材料厚度t，然后返回所述步骤100。
需要说明的是，调整参数时，可以根据η’与η差值，进行对应比例调整。一种更好的调整方式，可以对调整参数的取值范围进行等份划分，等分份数可以是5份、10份、100份等，以每次增加一份，进行调整。如导体绞合延伸系数k2，取值范围为1.01～1.03，可将系数范围划分为20份，假若导体绞合延伸系数k2为1.01时，当前导体紧压系数η’仍小于所述预设导体紧压系数η，那么可以把导体绞合延伸系数k2重新取值为1.011毫米，以重新进行计算相关参数，进而重新计算当前导体紧压系数η’，如仍然不行，则需要再次增加导体绞合延伸系数k2，直到当前导体紧压系数η’满足设计要求。而导体绞合延伸系数k2达到最大值时，可以调整其它的参数，以增大当前导体紧压系数η’。直到无法调整，此时终止计算。
步骤600：根据各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2以及所述梯型单丝夹角θ获取各层所述梯型单丝的宽径比，判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整相关参数并返回上述步骤以重新计算对应参数。
其中宽径比即径向长度T与梯型单丝的外侧宽度W的比值。比较每层型线绞合层的单丝宽径比W/T的大小，比如可以使W/T≥1.1，则认为符合要求；若W/T＜1.1，则梯型单丝宽面较短，绞合时易出现翻身现象，应优化调整相关参数，然后再返回执行上述步骤。基于此，此优选所述步骤600包括如下步骤：
步骤610：计算所述梯型单丝径向长度T＝R2-R1，所述梯型单丝的外侧宽度计算宽径比W/T；
步骤620：判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整单层所述梯型单丝数量n或梯型单丝层数m，并返回所述步骤300。其中对于单层梯型单丝数量n的调整，也可以参考上述调整参数导体绞合延伸系数k2的方式。具体的调整方式，可以使每次对单层梯型单丝数量n减1以增大单根梯形单丝宽度，若单丝宽径比W/T仍不满足要求，则需要增减梯型单丝层数m调整单丝宽径比W/T，每次增减层数为1层。需要说明的是，此处应当使各层的宽径比均满足要求。
在该型线阻水导体设计方法中，设置了一系列计算步骤，将导体单丝电阻率ρ20、导体直流电阻R20、梯形单丝绞合层数m、各层梯型单丝数量n、梯型单丝数量N、中心圆柱导体直径d0、内外角部圆弧倒角半径r1、r2等参数设置为已知参数，进而在满足设置要求的状态下，计算出梯型单丝内外弧边半径R1、R2、当前导体紧压系数η’以及宽径比等参数，并验算当前导体紧压系数η’以及宽径比等是否满足要求，并在不满足要求时，对已知参数进行对应调整，直到当前导体紧压系数η’以及宽径比均满足要求，进而完成整个型线阻水导体的参数设计。通过设计该型线阻水导体设计方法，以使得可以快速获取型线阻水导体的具体参数。综上所述，该型线阻水导体设计方法能够有效地解决型线阻水导体结构参数设计困难的问题，保证制造工艺成型效果。
进一步的，此处优选内层所述梯型单丝的节径比要大于外层所述梯型单丝的节径比。具体的，最内层所述梯型单丝的节径比一般取值为16～20左右，最外层所述梯型单丝的节径比一般取值为10～14左右，中间层所述梯型单丝的节径比取值范围在内外层范围之间，从内向外逐渐减小。需要说明的是，其中节径比指的是节距长度与绞线外径之比，绞线中每层的任何一根单线，都是按一定的绞制角度环绕一中心线作螺旋状绞绕的，在绞线轴线方向的一个完整的螺旋线间距为节距长度。
在另一种具体实施例中，提供400mm2(平方毫米)铜芯型线阻水导体设计方法，导体结构具体设计步骤如下：
步骤101：根据导体单丝电阻率ρ20、导体直流电阻R20获取导体截面面积Sth：
式中，铜单丝电阻率ρ2取值为0.0171Ω·mm2/m；导体20℃最大直流电阻R20取值为4.7×10-5Ω/m；k1为导体成型系数，取1.05；k2为导体绞合延伸系数，取1.01；k3导体绞合电阻率影响系数，取1.01。
根据公式计算得到Sth＝389.3mm2(平方毫米)。
步骤201：根据所述导体截面面积Sth以及梯型单丝数量N获取单根梯型单丝截面面积S。
具体的可以预设铜芯型线阻水导体：1根位于中心的圆形单丝导体，第一层6根梯形单丝，第二层12根梯形单丝，第三层18根梯形单丝，第四层23根梯形单丝，即梯型单丝层数m＝4，那么总体梯型单丝根数N＝59根。
那么根据下式计算单根所述梯型单丝截面面积S：
(平方毫米)。
步骤301：计算各层单根梯型单丝夹角因为从内到外，n分别：6、12、18、23，所以对应，从内到外各层单根梯型单丝夹角θ＝60°、30°、20°、15.65°。
步骤411：计算圆形单丝导体直径t0为阻水材料厚度引起的金属丝直径微小变化量，取0.05mm。计算后圆形单丝导体直径d0＝2.82mm。
步骤421：从内到外通过下式依次计算各层所述梯型单丝的外弧边半径R2
其中梯型单丝内外角部圆弧倒角半径r1、r2，均取0.3mm。然后根据上述获取的中心圆柱导体直径d0＝2.82mm、单根梯型单丝面积S＝6.49mm2、各层单根梯型单丝夹角θ＝60°、30°、20°、15.65°，计算得到各层单根梯型单丝内外弧边半径R1、R2，具体数据见表1。
步骤511：根据下式计算当前导体紧压系数：
其中k4为型线绞合过程中每层间阻水材料厚度的缩小系数，半导电阻水带k4＝3，t为阻水材料厚度，取0.3mm，计算后当前导体紧压系数η’＝0.974。
步骤521：比较当前导体紧压系数η’与预设导体紧压系数η大小，其中型线导体紧压系数η根据敷设环境和水深设置，此处取η＝0.96，那么η≤η’，则设计型线导体结构合理。
步骤601：根据公式计算各层梯型单丝宽径比W/T，计算后从内到外，梯型单丝宽径比W/T分别为：1.46、1.20、1.12、1.16，均大于预设值1.1，符合要求。进而上述导体设计结果满足验证要求。
根据上述计算结果，获取400mm2(平方毫米)铜芯型线阻水导体的设计参数如表1所示。
表1：400mm2(平方毫米)铜芯型线阻水导体参数表
/>
在另一种具体实施例中，根据上述计算方法，对应的可以获取2000mm2(平方毫米)铝芯型线阻水导体各项参数，导体设计参数数据表见表2。
表2：2000mm2(平方毫米)铝芯型线阻水导体参数表
/>
通过上述实施例可以发现，本实施例的有益效果主要有如下几点：
第一，采用上述型线阻水导体设计方法设计出的阻水型线导体为等截面全型线结构，外径比圆形紧压导体要小0.5mm～2.5mm，大截面导体优化更加显著，可有效减轻海缆重量，降低海缆整体材料用量和制造成本。
第二，采用上述型线阻水导体设计方法设计出的阻水型线导体紧压系数可达到0.94～0.98，而圆形紧压导体结构只能达到0.88～0.92，型线结构阻水性能显著，导体层与层之间贴合紧密，适用于3000m(米)及以下大水深海洋线缆导体结构的设计。
第三、采用上述型线阻水导体设计方法设计出的阻水型线导体考虑阻水材料厚度的影响，相比其他型线导体设计方法设计结构更加合理，对于阻水型电缆及海缆的设计是有效和可靠的。
第四、上述型线阻水导体设计方法采用解析法、几何法和经验法相结合的型式，设计流程完整，通用性强，可编程性高，相比绘图法设计更加高效，还可根据实际工艺调试结果反馈调整设计系数，具有灵活的自优化特点，可适用于50～3500mm2(平方毫米)的各类梯型线阻水导体结构设计。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种型线阻水导体设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100：根据导体单丝电阻率ρ20、导体直流电阻R20获取导体截面面积Sth；
步骤200：根据所述导体截面面积Sth以及梯型单丝数量N获取单根所述梯型单丝截面面积S；
步骤300：根据各层所述梯型单丝数量n，对应获取各层的单根所述梯型单丝夹角
步骤400：根据中心圆柱导体直径d0、单根梯型单丝面积S、各层单根所述梯型单丝夹角θ、以及设定的内外角部圆弧倒角半径r1、r2获取各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2，其中相邻两层的所述梯型单丝中，内层所述梯型单丝的外弧边半径与外层所述梯型单丝的内弧边半径相等，且各层所述梯型单丝中位于最内层的所述梯型单丝中内弧边半径与所述中心圆柱导体直径d0相等；
步骤500：根据各层所述梯型单丝中位于最外层的所述梯型单丝中外弧边直径Dc以及所述导体截面面积Sth计算当前导体紧压系数η’，并判断所述当前导体紧压系数η’是否符合预设导体紧压系数η要求，若符合则执行下一步，若不符合要求，根据所述当前导体紧压系数η’相对所述预设导体紧压系数η的偏差，调整相关参数并返回上述步骤以重新计算与相关参数相对应的参数；
步骤600：根据各层单根所述梯型单丝内外弧边半径R1、R2以及所述梯型单丝夹角θ获取各层所述梯型单丝的宽径比，判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整相关参数并返回上述步骤以重新计算对应参数；
所述步骤600包括如下步骤：
计算所述梯型单丝的径向长度T＝R2-R1，所述梯型单丝的外侧宽度W，计算宽径比W/T；
步骤620：判断所述宽径比是否符合预设值，若不符合，则调整单层梯型单丝数量n或梯形单丝层数m，并返回所述步骤300；所述步骤500包括如下步骤：
步骤510：计算当前导体紧压系数：
其中k4为型线绞合过程中每层间阻水材料厚度的缩小系数，Di为各层所述梯型单丝外弧边直径，m为所述梯型单丝的层数，t为阻水材料厚度；
步骤520：判断所述当前导体紧压系数η’与预设导体紧压系数η大小，若η’≥η，则执行下一步；若η’＜η，调大导体成型系数k1、导体绞合延伸系数k2或导体绞合电阻率影响系数k3以增大所述导体截面面积Sth，或增大所述阻水材料厚度t，然后返回所述步骤100。
2.根据权利要求1所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，所述步骤100为：计算所述导体截面面积其中k1为导体成型系数，k2为导体绞合延伸系数，k3为导体绞合后电阻率影响系数。
3.根据权利要求2所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，所述步骤200为：若所述中心圆柱导体为圆形单丝导体时且与单根所述梯型单丝截面面积大小相等时，单根所述梯型单丝截面面积若所述中心圆柱导体为中心紧压圆形导体，则单根所述梯型单丝截面面积/>其中Scir为中心圆形紧压导体截面面积。
4.根据权利要求3所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，所述步骤400包括如下步骤：
步骤410：令各层的梯型单丝内弧边半径R1与相邻的内层的所述梯型单丝的外弧边半径R2相等，且导体最内层的所述梯型单丝中内弧边半径R1与所述中心圆柱导体直径d0相等；
步骤420：根据从内到外依次获取的对应层所述梯型单丝中内弧边半径R1，从内到外通过下述公式依次计算各层所述梯型单丝的外弧边半径R2：
其中，α1、α2分别为梯型单丝侧边延长线与内、外圆弧倒角圆心和导体圆心之间的连线形成的夹角，Sin、Sou分别为由夹角θ形成的梯型单丝内、外弧边所对应的扇形面积，S1为内角部圆弧倒角去除面积，S2为外角部圆弧倒角去除面积。
5.根据权利要求4所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，所述梯型单丝的外侧宽度
6.根据权利要求5所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，内层所述梯型单丝绞合的节径比要大于外层所述梯型单丝的节径比。
7.根据权利要求6所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，最内层所述梯型单丝的节径比取值为16～20，最外层所述梯型单丝的节径比取值为10～14。
8.根据权利要求3所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，所述中心圆柱导体为圆形单丝，所述圆形单丝的直径其中t0为阻水材料厚度引起的金属丝直径变化量。
9.根据权利要求8所述的型线阻水导体设计方法，其特征在于，所述阻水材料厚度引起的金属丝直径变化量t0在0.04～0.06毫米之间，所述导体成型系数k1的取值范围为1.02～1.07；导体绞合延伸系数k2的取值范围为1.01～1.03，导体绞合后电阻率影响系数k3的取值范围为1.005～1.02。
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