DE112016003098T5

DE112016003098T5 - Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht

Info

Publication number: DE112016003098T5
Application number: DE112016003098.3T
Authority: DE
Inventors: Mei Wenjie; Zhang Chong; Pan Wenlin; Xin Chen; Li Wenpeng; Li Chunmei; Gao Zhengping; Shen Xiaowei
Original assignee: State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Global Energy Interconnection Research Institute; Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Hengtong Submarine Power Cable Co Ltd
Current assignee: State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Global Energy Interconnection Research Institute; Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Hengtong Submarine Power Cable Co Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN106874590A; WO2018107537A1; CN106874590B

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht, umfassend Folgendes: dass die konkreten Schritt Folgendes umfassen: 1) Berechnen des Außendurchmessers; 2) Auswahl der Struktur; 3) Berechnen des Neigungswinkels jedes profilierten Einzeldrahts; 4) Konstruktion eines einzelnen profilierten Einzeldrahts; 5) Berichtigen des den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkels; 6) Berechnen des Füllkoeffizienten des profilierten Einzeldrahts; 7) Feststellen der Größe des Werts von η und η'; 8) Erhalten eines endgültigen Entwurfs. Wie oben erwähnt, offenbart die vorliegende Erfindung ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht, wobei das Konstruktionsverfahren den profilierten Kupfereinzeldraht zur Konstruktion des Seekabelleiters verwendet, dabei beträgt der Konstruktionswert des Kompressionskoeffizienten des Leiters 0,97, im Zusammenhang mit dem Einfluss des Pitches auf das Einreihen des profilierten Einzeldrahts wird die Wassersperrwirkung des Leiters erheblich verbessert, und die Schnittflächen der jeweiligen Kupfereinzeldrähte bleiben möglichst miteinander identisch, um Skin-Effekte und Proximity-Effekte zu verringern, aufgrund dessen eignet es sich zur Wechselstrom-Übertragung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Stromkabels, insbesondere ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht.
STAND DER TECHNIK
Mit der raschen Entwicklung der Insel-Entwicklungsstrategie und der Offshore-Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien sowie der schnellen Expansion der Offshore-Windenergieerzeugung bestehen immer größere Nachfragen nach den Unterseehochspannungsstromkabeln.
Die DC-Übertragung verfügt über einen kleinen Leitungsverlust, eine einfache nicht synchrone Zusammenschaltung mit dem Netz, die Wirtschaftlichkeit der Langstrecken-Hochleistungs-Übertragung und andere Vorteile und kann den Spannungsquelle-Konverter der Geräte ausschalten und die PWM-Technologie lösen, insbesondere mit der Vertiefung des Baus des internationalen Energieinternets wird ein immer größerer Wert auf HVDC-Flexible gelegt. Zurzeit wird in China ein DC-Seekabel von 500kV entwickelt, dabei wird ein Leiterschnitt von 3000mm2 gefordert, aber GB/T3956-2008 legt nur eine Nennschnittsfläche von 0,5mm2 bis 2500mm2 fest, dabei besteht noch keine deutliche Anforderung an den Leiter mit einem Schnitt von 3000mm2. Ein Teil der Patente der Leiter mit einem Schnitt von 3000mm2 berücksichtigt nur umfassend nur einen möglichst kleinen Schnitt des Kupfereinzeldrahts zum Erleichtern der Herstellung und den Schwierigkeitsgrad der Realisierung des Verseilprozesses, dabei wird das Problem mit dem Pitch beim Verseilen des Kupfereinzeldrahts nicht berücksichtigt, was dazu führt, dass die Wassersperrauswirkung des Leiters mit einem Schnitt von 3000mm2 nicht ideal ist, darüber hinaus ist die Widerstandmessung des Leiters mit einem Schnitt von 3000mm2 noch nicht ausgereift.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Hinsichtlich der oben geschilderten technischen Probleme stellt die vorliegende Erfindung ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht zur Verfügung.
Um die obigen technischen Probleme zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung: ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht, umfassend Folgendes:
Der konkrete Schritt umfasst Folgendes:

1) Berechnen des Außendurchmessers: Zuerst wird die Leiterschnittfläche S anhand der Formel (1) berechnet; $S = \frac{k_{1} k_{2} ρ}{R}$
Dabei entspricht k₁ dem Leiterkoeffizienten, k₂ dem Verseilungskoeffizienten, ρ der Kupferleiterwiderstandsgröße und R dem Widerstand; dann wird die berechnete Leiterschnittfläche S in die Formel (2) eingeführt, um den Leiteraußendurchmesser DA zu berechnen; $D_{A} = \sqrt{\frac{4 S}{π η}}$
dabei entspricht η dem Leiterfüllkoeffizienten, wobei der Wert von η nach Bedarf eingestellt wird;
2) Auswahl der Struktur: anhand des im Schritt 1) erhaltenen Leiteraußendurchmessers DA und der Konfigurationslage der Betriebsmittel wird das Verhältnis zwischen W und H des profilierten Einzeldrahts auf ungefähr 1,5 gesteuert, dabei werden 5 Entwürfe für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht erhoben, dabei entspricht W der Breite des profilierten Einzeldrahts und H der Höhe des profilierten Einzeldrahts.
3) Berechnen des Neigungswinkels jedes profilierten Einzeldrahts: anhand der Formel (3) wird der Neigungswinkel δ jedes profilierten Einzeldrahts berechnet; $t a n δ = \frac{π * D}{L}$
dabei entspricht D der Außendurchmesser dieser Schicht und L dem Pitch dieser Schicht;
4) Konstruktion eines einzelnen profilierten Einzeldrahts: nach dem Vergleichen wird einer aus den im Schritt 2) erhobenen 5 Entwürfen für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht ausgewählt, um die Größen R₁, R₂, θ jedes einzelnen profilierten Einzeldrahts und die Anzahl n der Drähte jeder Schicht zu erhalten; dabei entsprechen R₁ und R₂ jeweils dem Radius des äußeren und inneren Kreisbogens des profilierten Einzeldrahts, θ entspricht dem den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkel, θ=360/n, n entspricht der Anzahl der jeder Schicht tatsächlich zugeordneten profilierten Einzeldrähte;
5) Berichtigen des den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkels: der im Schritt 4) erhaltene, den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordnete Zentriwinkel θ und der im Schritt 3) errechnete Neigungswinkel δ jedes profilierten Einzeldrahts werden in der Berichtigungsformel (4) eingführt, um den Winkel θ auf θ₀ zu berichtigen; $θ_{0} = θ∗ cos δ$
Dabei entspricht δ dem im Schritt 3) errechneten Neigungswinkel jedes profilierten Einzeldrahts, am Ende werden R₁, R₂ und θ₀ jedes profilierten Einzeldrahts erhalten;
6) Berechnen des Füllkoeffizienten des profilierten Einzeldrahts: in der Regel hat die kreisförmige eng gepresste Struktur aus profiliertem Einzeldraht einen höheren Füllkoeffizienten im Vergleich zur kreisförmigen eng gepressten Struktur aus Rundeinzeldrahts, dabei kann der Füllkoeffizient η der jeweiligen Schichten durch die Formel (5) erhalten werden; ${\begin{array}{l} η' = 1 - \frac{(0_{1} R_{1}^{2} - 0_{2} R_{2}^{2}) - r (R_{1} - R_{2} - 2 r) + r^{2} (0_{2} - 0_{1} - π)}{\frac{1}{n} (R_{1}^{2} - R_{2}^{2}) π} \\ tan θ_{1} = \frac{r}{R_{1} - r} \\ tan θ_{2} = \frac{r}{R_{2} + r} \end{array}$
Dabei entsprechen R₁ und R₂ jeweils dem Radius des äußeren und inneren Kreisbogens des profilierten Einzeldrahts, θ₁ und θ₂ entsprechen jeweils dem zugeordneten Bogengrad von den beiden, n entspricht der Anzahl der profilierten Einzeldrähte, r entspricht dem Radius der abgerundeten Fase des profilierten Einzeldrahts, wobei der Wert von r unter Berücksichtigung des durch den Kabelhersteller tatsächlich herzustellenden Werts und des angeforderten Werts der Konstruktion des Leiters festgestellt wird;
7) Feststellen der Größe des Werts von η und η', wenn η' größer als η ist, wird der Schritt 8) durchgeführt, wenn η' kleiner als η ist, wird der Wert von η oder r eingestellt, während die Schritte 1) bis 6) durchgeführt werden;
8) Erhalten eines endgültigen Entwurfs: R₁, R₂, θ₀, n und r jedes profilierten Einzeldrahts. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen 5 Entwürfe für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht im Schritt 2) Folgendes: a. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 5-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 50mm2 verwendet; b. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 5-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 70mm2 verwendet; c. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 95mm2 verwendet; d. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 185mm2 verwendet; e. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Schritt 4) für die Mittellinie ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für den zur Mittellinie verwendeten kreisförmigen eng gepressten Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm eine unregelmäßige Verseilung verwendet.
Die vorliegende Erfindung hat folgende Vorteile: ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Konstruktionsverfahren den profilierten Kupfereinzeldraht zur Konstruktion des Seekabelleiters verwendet, dabei beträgt der Konstruktionswert des Kompressionskoeffizienten des Leiters 0,97, im Zusammenhang mit dem Einfluss des Pitches wird die Wassersperrwirkung des Leiters erheblich verbessert, und die Schnittflächen der jeweiligen Kupfereinzeldrähte bleiben miteinander identisch, um Skin-Effekt und Proximity-Effekte zu verringern, aufgrund dessen eignet es sich zur Wechselstrom-Übertragung.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines mit dem Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht entwickelten Leiters.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines profilierten Einzeldrahts gemäß dem Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht.
3 zeigt eine schematische Strukturansicht eines profilierten Einzeldrahts gemäß dem Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Zusammenhang mit Figuren werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert, so dass die Vorteile und die Merkmale einfacher für die Fachleute auf diesem Gebiet zu verstehen sind, um den Schutzumfang gemäß der vorliegenden Erfindung klarer und deutlicher zu definieren. Siehe 1 bis 3, betrifft die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht, umfassend Folgendes:
Die Schritte umfassen Folgendes:
1) Berechnen des Außendurchmessers: Zuerst wird die Leiterschnittfläche S anhand der Formel (1) berechnet. $S = \frac{k_{1} k_{2} ρ}{R}$
Dabei entspricht k₁ dem Leiterkoeffizienten, k₂ dem Verseilungskoeffizienten, ρ der Kupferleiterwiderstandsgröße und R dem Widerstand, in der vorliegenden Ausführungsform beträgt k₁ 1,02, k₂ 1,03, ρ 1,724 1×10-8 Ω·m und R 0,006 0 Ω/km, dabei wird S auf 3018,9 mm2 ermittelt.
Dann wird die berechnete Leiterschnittfläche S in die Formel (2) eingeführt, um den Leiteraußendurchmesser DA zu berechnen. $D_{A} = \sqrt{\frac{4 S}{π η}}$
Dabei entspricht η dem Leiterfüllkoeffizienten, wobei der Wert von η nach Bedarf eingestellt wird, in der vorliegenden Ausführungsform beträgt η 0,97, dann wird DA≈62,95 mm ermittelt, weiter wird es auf 63,0 mm berichtigt.

2) Auswahl der Struktur: anhand des im Schritt 1) erhaltenen Leiteraußendurchmessers DA und der Konfigurationslage der Betriebsmittel wird das Verhältnis zwischen W und H des profilierten Einzeldrahts auf ungefähr 1,5 gesteuert, dabei entspricht W der Breite des profilierten Einzeldrahts und H der Höhe des profilierten Einzeldrahts, dadurch werden 5 Entwürfe für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht erhoben, wie in Tabelle 1 dargestellt, umfassend Folgendes: a. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 5-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 50mm2 verwendet; b. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 5-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 70mm2 verwendet; c. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 95mm2 verwendet; d. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 185mm2 verwendet; e. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm verwendet. Tabelle 1 Entwurfstabelle der kreisförmigen eng gepressten Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht

Entwur f	Mittellini e	Rahmenanzahl/Stück		Radius/Höh e jeder Schicht/m m	Fläche des profilierten Einzeldrahts/mm 2	Breiten-Höhen-Verhältnis des profilierten Einzeldrahts
Entwur f	Mittellini e	Jede Schicht	Konstrukt ion	Radius/Höh e jeder Schicht/m m	Fläche des profilierten Einzeldrahts/mm 2	Breiten-Höhen-Verhältnis des profilierten Einzeldrahts
a	50 mm²	1	1	4,10	50	-
		6	6	5,20	36,48	1,938
		12	12	5,55	34,70	1,548
		18	18	5,55	33,69	1,424
		24	24	5,55	33,19	1,360
		30	30	5,55	32,88	1,322
b	70 mm²	1	1	5,0	70	-
		6	6	4,5	34,16	1,979
		12	12	5,5	35,28	1,569
		18	18	5,5	34,08	1,438
		24	24	5,5	33,48	1,371
		30	30	5,5	33,12	1,330
c	95 mm²	1	1	5,8	95	-
		6	-	-	-	-
		12	9	5,14	30,03	1,511
		18	15	5,14	29,09	1,351
		24	20	5,14	30,12	1,341
		30	25	5,14	30,73	1,333
		36	30	5,14	31,14	1,330
d	185 mm²	1	1	8,1	185	-
		6	-	-	-	-
		12	11	4,68	27,91	1,455
		18	15	4,68	29,64	1,467
		24	20	4,68	29,11	1,399
		30	25	4,68	28,79	1,358
		36	30	4,68	28,58	1,330
e	Kupferst ab mit einem Durchme sser von 6,0 mm	1	1	3,0	28,27	-
		6	6	4,0	20,94	1,750
		12	11	4,90	26,45	1,676
		18	15	4,90	29,45	1,426
		24	20	4,90	29,63	1,386
		30	25	4,90	29,74	1,361
		36	30	4,90	29,81	1,344

3) Berechnen des Neigungswinkels jedes profilierten Einzeldrahts: anhand der Formel (3) wird der Neigungswinkel δ jedes profilierten Einzeldrahts berechnet. $t a n δ = \frac{π * D}{L}$
Dabei entspricht D dem Außendurchmesser dieser Schicht und L dem Pitch dieser Schicht, der Pitch entspricht dem Abstand des Kupfereinzeldrahts um den Leiter herum, bei einer Schnittansicht des Leiters kann es herausgefunden werden, dass der Kupfereinzeldraht geneigt ist, d.h. besteht ein bestimmter Winkel beim Eintreten, die Eintretfläche des Kupfereinzeldrahts ist größer als die gewöhnliche Schnittfläche des Kupfereinzeldrahts, was dazu führt, dass beim gewöhnlichen Einreihen ein Teil der Kupfereinzeldrähte nicht eingereiht werden kann, die Kupfereinzeldrähte einen größeren Spalt haben und eine unideale Wassersperrwirkung besteht. Durch Berechnen wird ein bestimmter Winkel vorhergesehen, dadurch können alle Kupfereinzeldrähte eingereiht werden, die Kupfereinzeldrähte haben eine kompakte Verteilung, und eine gute Wassersperrwirkung wird realisiert.
4) Konstruktion eines einzelnen profilierten Einzeldrahts: nach dem Vergleichen wird einer aus den im Schritt 2) erhobenen 5 Entwürfen für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht ausgewählt, für den Entwurf a und Entwurf b kann die Herstellung mit einer durch den Kabelhersteller üblicherweise ausgestatteten 91-Rahmen-Verseilmaschine (höchstens 5 Verseilungsschichten) erfolgen, aber das Breiten-Höhen-Verhältnis des innersten profilierten Einzeldrahts ist zu große (näherungsweise 2), beim Verseilen kann ein Umdrehen leicht auftreten, was nicht förderlich für die Herstellung ist. Gleichzeitig hat der speziell geformte Einzeldraht eine größte Schnittfläche von 36,48 mm2 oder 35,28 mm2, dabei bestehen eine zu hohe Anforderung an die Kupferstange und die Ziehmaschine und eine zu große Schwierigkeit beim Herstellen. Obwohl in Hinsicht auf das Breiten-Höhen-Verhältnis des profilierten Einzeldrahts und die Schnittfläche der speziell geformte Einzeldraht im Entwurf b eine geringfügig kleinere Schnittfläche hat und die Schwierigkeit beim Herstellen und Verarbeiten geringfügig niedrig ist, zeigen die mehrmaligen Versuche des Unternehmens an, dass der Wassersperrleiter im Entwurf a eine bessere Wassersperrwirkung hat, aufgrund dessen ist der Entwurf a beim Herstellen mittels der 91-Rahmen-Verseilmaschine eine bessere Auswahl im Vergleich zum Entwurf b.
Beim Entwurf c, d und e kann die Herstellung nur mit einer 127-Rahmen-Verseilmaschine (höchstens 6 Verseilungsschichten) erfolgen, dabei wird die Schnittfläche des profilierten Einzeldrahts erheblich verringert, und das Breiten-Höhen-Verhältnis wird immer angemessener, und die Produktionsschwierigkeit, die Verseilungsschwierigkeit und die Effizienz werden extrem erheblich verbessert. Der Entwurf c hat ein fast gleiches Breiten-Höhen-Verhältnis des profilierten Einzeldrahts wie der Entwurf d, die größten Schnittflächen des profilierten Einzeldrahts von den beiden betragen jeweils 31,14 mm2 und 29,64 mm2. Nach den Ergebnissen der mehrmaligen Versuche durch das Unternehmen haben die Wassersperrleiter von den beiden eine ähnliche Wassersperrwirkung, aufgrund dessen ist der Entwurf d aufgrund einer geringfügig kleineren Schnittfläche des profilierten Einzeldrahts und einer geringfügig niedrigen Herstellungs- und Verarbeitungsschwierigkeit besser als der Entwurf c.
Für die Mittellinie wird ein Entwurf der kreisförmigen eng gepressten Leiterstruktur verwendet, dabei soll ein Verseilen für zwei Male durchgeführt werden, die Bedürfnisse nach einer einfachen Herstellung und einem leichten Verseilprozess werden erfüllt, aber die Produktionseffizienz ist zu niedrig, darüber hinaus wird es angefordert, dass die Mittellinie selbst eine gute Wassersperrwirkung hat. Im Entwurf e wird für die Mittellinie ein massiver Kupferstab mit einem Durchmesser von 6 mm verwendet, der aus einem massiven Kupferstab mit einem Durchmesser von 8 mm durch Drahtziehen und Tempern hergestellt ist. Da ein einmaliges Formen verwendet wird, besteht eine bessere Wassersperrwirkung, darüber hinaus bestehen eine gute Produktionseffizienz und niedrige Herstellungskosten, so dass die Vorteile erheblich sind. Im Entwurf d und Entwurf e bestehen fast gleiche Breiten-Höhen-Verhältnisse des profilierten Einzeldrahts und der größte Schnittflächen, sogar ist die maximale Schnittfläche des profilierten Einzeldrahts im Entwurf e etwas kleiner.
Aufgrund dessen eignet sich der Entwurf e in den 5 Entwürfen der spziell geformten Leiterstruktur entweder in Hinsicht auf die Verarbeitungsschwierigkeit oder auf die Produktionseffizienz am besten, und für den zur Mittellinie verwendeten kreisförmigen eng gepressten Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm wird eine unregelmäßige Verseilung verwendet, dadurch werden die Größen R₁, R₂, θ jedes einzelnen profilierten Einzeldrahts und die Anzahl n der Drähte jeder Schicht erhalten;
Dabei entsprechen R₁ und R₂ jeweils dem Radius des äußeren und inneren Kreisbogens des profilierten Einzeldrahts , θ entspricht dem den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkel, θ=360/n, n entspricht der Anzahl der jeder Schicht tatsächlich zugeordneten profilierten Einzeldrähte.
5) Berichtigen des den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkels: der im Schritt 4) erhaltene, den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordnete Zentriwinkel θ und der im Schritt 3) errechnete Neigungswinkel δ jedes profilierten Einzeldrahts werden in der Berichtigungsformel (4) eingeführt, um den Winkel θ auf θ₀ zu berichtigen. $θ_{0} = θ * cos δ$
Dabei entspricht δ dem im Schritt 3) errechneten Neigungswinkel jedes profilierten Einzeldrahts, am Ende werden R₁, R₂ und θ₀ jedes profilierten Einzeldrahts erhalten.
6) Berechnen des Füllkoeffizienten des profilierten Einzeldrahts: in der Regel hat die kreisförmige eng gepresste Struktur aus profiliertem Einzeldraht einen höheren Füllkoeffizienten im Vergleich zur kreisförmigen eng gepressten Struktur aus Rundeinzeldrahts, dabei kann der Füllkoeffizient η der jeweiligen Schichten durch die Formel (5) erhalten werden. ${\begin{array}{l} η' = 1 - \frac{(0_{1} R_{1}^{2} - 0_{2} R_{2}^{2}) - r (R_{1} - R_{2} - 2 r) + r^{2} (0_{2} - 0_{1} - π)}{\frac{1}{n} (R_{1}^{2} - R_{2}^{2}) π} \\ tan θ_{1} = \frac{r}{R_{1} - r} \\ tan θ_{2} = \frac{r}{R_{2} + r} \end{array}$
Dabei entsprechen R₁ und R₂ jeweils dem Radius des äußeren und inneren Kreisbogens des profilierten Einzeldrahts, θ₁ und θ₂ entsprechen jeweils dem zugeordneten Bogengrad von den beiden, n entspricht der Anzahl der profilierten Einzeldrähte, r entspricht dem Radius der abgerundeten Fase des profilierten Einzeldrahts, wobei der Wert von r unter Berücksichtigung des durch den Kabelhersteller tatsächlich herzustellenden Werts und des angeforderten Werts der Konstruktion des Leiters festgestellt wird. Wenn die vorliegende Ausführungsform den Entwurf e verwendet, beträgt der Radius der abgerundeten Fase r=0,3 mm. Zurzeit kann die minimale Radius der abgerundeten Fase des durch den Kabelhersteller hergestellten profilierten Einzeldrahts 0,16 mm erreichen, aufgrund dessen kann der obige Radius der abgerundeten Fase von r=0,3 mm völlig realisiert werden. Die Formel (6) verwendet eine approximativ theoretische Berechnung, je größer der Radius des Außenkreises und der Radius des Innenkreises bezüglich des Radius der abgerundeten Fase sind, desto annähernd ist der errechnete Wert zum theoretischen Wert. Da das Berechnungsergebnis des Radius der abgerundeten Fase eines Formwerkzeugs nur ein approximativer Wert ist, sollen der Radius der abgerundeten Fase des Formwerkzeugs und die Leiterstruktur anhand der Probeherstellungssituation in der tatsächlichen Herstellung weiter berichtigt werden.
7) Feststellen der Größe des Werts von η und η', wenn η' größer als η ist, wird der Schritt 8) durchgeführt, wenn η' kleiner als η ist, wird der Wert von η oder r eingestellt, während die Schritte 1) bis 6) durchgeführt werden. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Radius der abgerundeten Fase des Umfangs des Formwerkzeugs r=0,3 mm, mit der obigen Formel kann η'=0,997 errechnet werden. Es kann herausgefunden werden, dass der Füllkoeffizient der kreisförmige eng gepressten Struktur aus profiliertem Einzeldraht viel größer als der Koeffizient der kreisförmige eng gepressten Struktur aus rundem Kupfereinzeldraht von 0,9 ist, dadurch wird das angenommen η=0,97 beim theoretischen Berechnen des Außendurchmessers des Kabels erfüllt.

8) Erhalten eines endgültigen Entwurfs: R₁ , R₂ , θ₀, n und r jedes profilierten Einzeldrahts sind wie in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Prozessparametertabelle des Verseilungskäfigs im Entwurf mit einer Mittellinie von ϕ6,0

	Erste Schicht	Zwei te Schicht	Dritt e Schicht	Viert e Schicht	Fünf te Schicht	Sech ste Schicht
Prozesspitch/mm	224-280	286-381	349-465	610-738	750-905	884-1080
Eingestellter Pitch/mm	240	353	390	690	850	910
Tatsächlicher Pitch/mm	240	355	390	710	870	920
Anzahl der Drähte in jeder Schicht/n	6	11	15	20	25	30
R₁/mm	7,0	11,9	16,8	21,7	26,6	31,5
R₂/mm	4,0	7,0	11,9	16,8	21,7	26,6
θ/°	59,0 2	32,0 2	23,1 7	17,6 8	14,1 4	11,7 2
r/mm	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Spannkraft/N	100	100	150	135	150	150
Außendurchmesser /mm	13,9-14,0	23,7-23,8	33,4-33,6	43,4-43,5	53,2-53,3	63,0-63,2
Berichtigungskoeffi zient jeder Schicht (cosδ)	0,98 36	0,97 85	0,96 53	0,98 21	0,98 20	0,97 71
θ₁/Bogengrad	0,04 4746	0,02 5856	0,01 818	0,01 4018	0,01 1406	0,00 9615
θ₂/Bogengrad	0,06 9655	0,04 1073	0,02 4585	0,01 7542	0,01 3636	0,01 1152
Füllkoeffizient	0,99 6	0,99 7	0,99 7	0,99 7	0,99 7	0,99 7
Breiten-Höhen-Verhältnis	1,75	1,68	1,43	1,39	1,36	1,34

Im Vergleich zum Stand der Technik offenbart die vorliegende Erfindung ein Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht, wobei das Konstruktionsverfahren den profilierten Kupfereinzeldraht zur Konstruktion des Seekabelleiters verwendet, dabei beträgt der Konstruktionswert des Kompressionskoeffizienten des Leiters 0,97, im Zusammenhang mit dem Einfluss des Pitches wird die Wassersperrwirkung des Leiters erheblich verbessert, und die Schnittflächen der jeweiligen Kupfereinzeldrähte bleiben miteinander identisch, um Skin-Effekte und Proximity-Effekte zu verringern, aufgrund dessen eignet es sich zur Wechselstrom-Übertragung.
Der vorstehende Inhalt ist eine Erläuterung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit Ausführungsformen. Jedoch ist der Patentumfang der Erfindung nicht darauf beschränkt. Alle mit Hilfe der Beschreibung und Figuren der vorliegenden Erfindung ausgeführten äquivalenten Strukturtransformation oder äquivalenten Prozesstransformation oder direkte oder indirekte Verwendung in anderen verwandten technischen Gebieten sollen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB T39562008 [0003]

Claims

Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: dass der konkrete Schritt Folgendes umfasst: 1) Berechnen des Außendurchmessers: Zuerst wird die Leiterschnittfläche S anhand der Formel (1) berechnet; $S = \frac{k_{1} k_{2} ρ}{R}$
Dabei entspricht k₁ dem Leiterkoeffizienten, k₂ dem Verseilungskoeffizienten, ρ der Kupferleiterwiderstandsgröße und R dem Widerstand; dann wird die berechnete Leiterschnittfläche S in die Formel (2) eingeführt, um den Leiteraußendurchmesser D_A zu berechnen; $D_{A} = \sqrt{\frac{4 S}{π η}}$
dabei entspricht η dem Leiterfüllkoeffizienten, wobei der Wert von η nach Bedarf eingestellt wird; 2) Auswahl der Struktur: anhand des im Schritt 1) erhaltenen Leiteraußendurchmessers D_A und der Konfigurationslage der Betriebsmittel wird das Verhältnis zwischen W und H des profilierten Einzeldrahts auf ungefähr 1,5 gesteuert, dabei werden 5 Entwürfe für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht erhoben, dabei entspricht W der Breite des profilierten Einzeldrahts und H der Höhe des profilierten Einzeldrahts. 3) Berechnen des Neigungswinkels jedes profilierten Einzeldrahts: anhand der Formel (3) wird der Neigungswinkel δ jedes profilierten Einzeldrahts berechnet; $t a n δ = \frac{π * D}{L}$
dabei entspricht D der Außendurchmesser dieser Schicht und L dem Pitch dieser Schicht; 4) Konstruktion eines einzelnen profilierten Einzeldrahts: nach dem Vergleichen wird einer aus den im Schritt 2) erhobenen 5 Entwürfen für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht ausgewählt, um die Größen R₁, R₂, θ jedes einzelnen profilierten Einzeldrahts und die Anzahl n der Drähte jeder Schicht zu erhalten; dabei entsprechen R₁ und R₂ jeweils dem Radius des äußeren und inneren Kreisbogens des profilierten Einzeldrahts, θ entspricht dem den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkel, θ=360/n, n entspricht der Anzahl der jeder Schicht tatsächlich zugeordneten profilierten Einzeldrähte; 5) Berichtigen des den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordneten Zentriwinkels: der im Schritt 4) erhaltene, den Verlängerungslinien auf beiden Seiten des profilierten Einzeldrahts zugeordnete Zentriwinkel θ und der im Schritt 3) errechnete Neigungswinkel δ jedes profilierten Einzeldrahts werden in der Berichtigungsformel (4) eingführt, um den Winkel θ auf θ₀ zu berichtigen; $θ_{0} = θ * cos δ$
Dabei entspricht δ dem im Schritt 3) errechneten Neigungswinkel jedes profilierten Einzeldrahts, am Ende werden R₁, R₂ und θ₀ jedes profilierten Einzeldrahts erhalten; 6) Berechnen des Füllkoeffizienten des profilierten Einzeldrahts: in der Regel hat die kreisförmige eng gepresste Struktur aus profiliertem Einzeldraht einen höheren Füllkoeffizienten im Vergleich zur kreisförmigen eng gepressten Struktur aus Rundeinzeldrahts, dabei kann der Füllkoeffizient η der jeweiligen Schichten durch die Formel (5) erhalten werden; ${\begin{array}{l} η' = 1 - \frac{(0_{1} R_{1}^{2} - 0_{2} R_{2}^{2}) - r (R_{1} - R_{2} - 2 r) + r^{2} (0_{2} - 0_{1} - π)}{\frac{1}{n} (R_{1}^{2} - R_{2}^{2}) π} \\ tan θ_{1} = \frac{r}{R_{1} - r} \\ tan θ_{2} = \frac{r}{R_{2} + r} \end{array}$
Dabei entsprechen R₁ und R₂ jeweils dem Radius des äußeren und inneren Kreisbogens des profilierten Einzeldrahts, θ₁ und θ₂ entsprechen jeweils dem zugeordneten Bogengrad von den beiden, n entspricht der Anzahl der profilierten Einzeldrähte, r entspricht dem Radius der abgerundeten Fase des profilierten Einzeldrahts, wobei der Wert von r unter Berücksichtigung des durch den Kabelhersteller tatsächlich herzustellenden Werts und des angeforderten Werts der Konstruktion des Leiters festgestellt wird; 7) Feststellen der Größe des Werts von η und η', wenn η' größer als η ist, wird der Schritt 8) durchgeführt, wenn η' kleiner als η ist, wird der Wert von η oder r eingestellt, während die Schritte 1) bis 6) durchgeführt werden; 8) Erhalten eines endgültigen Entwurfs: R₁, R₂, θ₀, n und r jedes profilierten Einzeldrahts.
Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 5 Entwürfe für die kreisförmige eng gepresste Leiterstruktur aus profiliertem Einzeldraht im Schritt 2) Folgendes umfassen: a. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 5-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 50mm² verwendet; b. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 5-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 70mm² verwendet; c. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 95mm² verwendet; d. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des kreisförmigen eng gepressten Leiters mit einer Schnittfläche von 185mm² verwendet; e. für die Mittellinie wird ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm verwendet.
Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt 4) für die Mittellinie ein kreisförmiger eng gepresster Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm verwendet wird.
Konstruktionsverfahren eines Seekabelleiters mit großem Schnitt aus profiliertem Kupfereinzeldraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den zur Mittellinie verwendeten kreisförmigen eng gepressten Leiter aus 6-schichtig verseilten profilierten Einzeldrähten des massiven Kupferstabs mit einem Durchmesser von 6mm eine unregelmäßige Verseilung verwendet wird.