WO2020042439A1 - 一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法 - Google Patents

一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法 Download PDF

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circular
repair
monofilament
submarine cable
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梅文杰
潘文林
李自为
钱志康
邢洁
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江苏亨通高压海缆有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/14—Submarine cables

Definitions

  • the invention belongs to the field of power cables, and particularly relates to a design method of a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure.
  • the technical problem mainly solved by the present invention is to provide a design method of a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure, which can manufacture conductors with different cross sections.
  • a technical solution adopted by the present invention is: a method for designing a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure, and the specific steps include:
  • S is the cross-sectional area of the conductor
  • k 1 is the conductor coefficient
  • k 2 is the stranding coefficient
  • ⁇ cu is the copper conductor resistivity
  • R cu is the resistance
  • ⁇ is the conductor fill factor
  • ⁇ is the compression factor
  • k 3 is the cable Coefficient of whether or not
  • n is the total number of monofilaments
  • D 2 D 1 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 2 repair
  • D 3 D 2 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 3 repair
  • D m D m-1 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D m repair .
  • D m is the stranded outer diameter of the conductor, and D m is modified to correspond to the outer diameter of the compacted conductor corresponding to the same layer of D m ;
  • n is an integer from 1 to 7;
  • step 6 is performed, and if it is not satisfied, step 3) is performed to reset D m repair ;
  • n 1 1, according to the formula (4) each calculate the number of filaments n v conductor of the second layer counted from the beginning,
  • n v meter ⁇ (D v repair + d) / d (4)
  • v is an integer greater than or equal to 2 and less than or equal to 7;
  • n 1 1
  • n v is the rounding process between the n v meter based on the number of conductor monofilaments in each layer calculated in step (6).
  • n v is obtained, where v is an integer greater than or equal to 2 and less than or equal to 7.
  • each cable company values are different, resulting in n layers
  • the submarine cable conductor is a circular conductor.
  • the submarine cable conductor is composed of a plurality of the monofilaments with a circular compression structure.
  • the submarine cable conductor is composed of one center of the monofilament and six layers of the monofilament.
  • the monofilament is a round copper wire.
  • n n 1 + n 2 + n 3 + n 4 + n 5 + n 6 + n 7 .
  • the number of individual filaments n v in each layer of conductors must be less than or equal to 1, 6, 12, 18, 24, 30, 36, respectively.
  • the beneficial effects of the present invention are: a design method of a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure according to the present invention.
  • the design method can be applied to the design of conductors with different cross sections, making the design of conductors with different cross sections more standardized. To make up for the lack of a universal conductor design method.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of a submarine cable conductor manufactured by a method for designing a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure.
  • Embodiments of the present invention include: a method for designing a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure, wherein the submarine cable conductor is a circular conductor.
  • the submarine cable conductor is composed of a number of the monofilaments using a circular compression structure.
  • the submarine cable conductor is composed of a monofilament in the center and six monolayers.
  • the round copper wire can reduce the processing difficulty and reduce the requirements for the drawing machine.
  • Design method for conductor with cross section S 2000mm 2 , the specific steps include:
  • k 1 is the conductor coefficient
  • k 2 is the stranding coefficient
  • ⁇ cu is the copper conductor resistivity
  • R cu is the resistance
  • ⁇ is the conductor fill factor
  • ⁇ is the compression factor
  • k 3 is the cable The coefficient of whether or not
  • n is the total number of monofilaments.
  • D 2 D 1 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 2 repair
  • D 3 D 2 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 3 repair
  • D 4 D 3 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 4 repair
  • D 5 D 4 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 5 repair
  • D 6 D 5 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 6 repair
  • D 7 D 6 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 7 repair .
  • m is an integer from 1 to 7; D m is the stranded outer diameter of the conductor; D m is modified to the outer diameter of the compacted conductor corresponding to the same layer of D m .
  • D 1 4.81 mm
  • D 2 14.43 mm
  • D 3 23.12 mm
  • D 4 31.42 mm
  • D 5 39.32 mm
  • D 6 47.02 mm
  • D 7 54.42 mm.
  • n is an integer of 1 or more and 7 or less.
  • ⁇ D 1 D 1 -D 1 repair
  • ⁇ D 2 D 2 -D 2 repair
  • ⁇ D 3 D 3 -D 3 repair
  • ⁇ D 4 D 4 -D 4 repair
  • ⁇ D 5 D 5 -D 5 repair
  • ⁇ D 6 D 6 -D 6 repair
  • ⁇ D 7 D 7 -D 7 repair .
  • ⁇ D 1 0mm
  • ⁇ D 2 0.93mm
  • ⁇ D 3 1.32mm
  • ⁇ D 4 1.72mm
  • ⁇ D 5 1.92mm
  • ⁇ D 6 2.22mm
  • ⁇ D 7 2.42mm.
  • step 6 is performed, and if it is not satisfied, step 3) is performed to reset D m repair .
  • step 4 it can be known that ⁇ D 1 ⁇ D 2 ⁇ D 3 ⁇ D 4 ⁇ D 5 ⁇ D 6 ⁇ ⁇ D 7 , which meets the calculation formula (3), and execute step 6).
  • n 1 1, according to the formula (4) each calculate the number of filaments n v conductor of the second layer counted from the beginning,
  • n v meter ⁇ (D v repair + d) / d (4)
  • v is an integer greater than or equal to 2 and less than or equal to 7.
  • the number of theoretical calculations differs from the actual number of monofilaments by ⁇ 1 in the inner layer and ⁇ 2 in the outer layer.
  • the difference is ⁇ 3 or more, and from the inner layer to the outer layer, the number of monofilaments The deviation is increasing.
  • the compaction amount of the layer is unchanged, and the values are 21.1mm, 29.1mm, 37.1mm, 44.8mm, and 52.0mm in order from the inside to the outer diameter.
  • the compaction amount of the outermost layer and the second outer layer increased from 1.92mm to 2.42mm.
  • the amplitude of the change is too large, and in the fourth layer, the theoretical calculation of the number of roots differs from the actual number of arranged ones by 1.1, which does not meet the trend of gradually increasing number of conductors.
  • Design method of conductor with cross section S 1800mm 2 , the specific steps include:
  • k 1 is the conductor coefficient
  • k 2 is the stranding coefficient
  • ⁇ cu is the copper conductor resistivity
  • R cu is the resistance
  • ⁇ is the conductor fill factor
  • ⁇ is the compression factor
  • k 3 is the cable The coefficient of whether or not
  • n is the total number of monofilaments.
  • D 2 D 1 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 2 repair
  • D 3 D 2 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 3 repair
  • D 4 D 3 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 4 repair
  • D 5 D 4 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 5 repair
  • D 6 D 5 repair + 2d, formulate the conductor outer diameter D 6 repair after compaction.
  • D 1 5.26 mm
  • D 2 15.78 mm
  • D 3 25.52 mm
  • D 4 35.02 mm
  • D 5 44.12 mm
  • D 6 52.28 mm.
  • n is an integer of 1 or more and 7 or less.
  • ⁇ D 1 D 1 -D 1 repair
  • ⁇ D 2 D 2 -D 2 repair
  • ⁇ D 3 D 3 -D 3 repair
  • ⁇ D 4 D 4 -D 4 repair
  • ⁇ D 5 D 5 -D 5 repair
  • ⁇ D 6 D 6 -D 6 repair .
  • ⁇ D 1 0 mm
  • ⁇ D 2 0.78 mm
  • ⁇ D 3 1.02 mm
  • ⁇ D 4 1.42 mm
  • ⁇ D 5 1.82 mm
  • ⁇ D 6 2.32 mm.
  • step 6 is performed, and if it is not satisfied, step 3) is performed to reset D m repair .
  • step 4) It can be known from step 4) that ⁇ D 1 ⁇ ⁇ D 2 ⁇ ⁇ D 3 ⁇ ⁇ D 4 ⁇ ⁇ D 5 ⁇ ⁇ D 6 conforms to the calculation formula (3), and step 6) is performed.
  • n 1 1, according to the formula (4) each calculate the number of filaments n v conductor of the second layer counted from the beginning,
  • n v meter ⁇ (D v repair + d) / d (4)
  • v is an integer greater than or equal to 2 and less than or equal to 7.
  • Design method for conductor with cross section S 1600mm 2 , the specific steps include:
  • k 1 is the conductor coefficient
  • k 2 is the stranding coefficient
  • ⁇ cu is the copper conductor resistivity
  • R cu is the resistance
  • ⁇ is the conductor fill factor
  • ⁇ is the compression factor
  • k 3 is the cable The coefficient of whether or not
  • n is the total number of monofilaments.
  • D 2 D 1 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 2 repair
  • D 3 D 2 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 3 repair
  • D 4 D 3 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 4 repair
  • D 5 D 4 repair + 2d, formulate the outer diameter of the conductor after compaction D 5 repair .
  • m is an integer from 1 to 7; D m is the stranded outer diameter of the conductor; D m is modified to the outer diameter of the compacted conductor corresponding to the same layer of D m .
  • D 1 6.03 mm
  • D 2 18.09 mm
  • D 3 29.26 mm
  • D 4 39.96 mm
  • D 5 50.26 mm.
  • D1 repair 6.03mm
  • D2 repair 17.2mm
  • D3 repair 27.9mm
  • D4 repair 38.2mm
  • D5 repair 48mm.
  • n is an integer of 1 or more and 7 or less.
  • ⁇ D 1 D 1 -D 1 repair
  • ⁇ D 2 D 2 -D 2 repair
  • ⁇ D 3 D 3 -D 3 repair
  • ⁇ D 4 D 4 -D 4 repair
  • ⁇ D 5 D 5 -D 5 repairs .
  • ⁇ D 1 0 mm
  • ⁇ D 2 0.89 mm
  • ⁇ D 3 1.36 mm
  • ⁇ D 4 1.76 mm
  • ⁇ D 5 2.26 mm.
  • step 6 is performed, and if it is not satisfied, step 3) is performed to reset D m repair .
  • step 6) It can be known from step 4) that ⁇ D 1 ⁇ ⁇ D 2 ⁇ ⁇ D 3 ⁇ ⁇ D 4 ⁇ ⁇ D 5 conforms to the calculation formula (3), and step 6) is performed.
  • n 1 1, according to the formula (4) each calculate the number of filaments n v conductor of the second layer counted from the beginning,
  • n v meter ⁇ (D v repair + d) / d (4)
  • v is an integer greater than or equal to 2 and less than or equal to 7.
  • the value of v changes, and the final value of n changes. Iteratively, iteratively, iteratively, the optimal monofilament diameter d and the number of monofilaments in each layer are n 1 , n 2 , n 3 ...... n v .
  • a design method of a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure it is possible to design conductors of various cross sections, making up for the lack of a universal conductor design method in the industry.
  • the present invention provides a design method of a submarine cable conductor using a circular monofilament and a circular compression structure.
  • the design method can be applied to the design of conductors with different cross sections, making the design of conductors with different sections more standardized To make up for the lack of a universal conductor design method.

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Abstract

一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，具体步骤包括：1)确定电阻；2)计算导体外径D A和单丝直径d；3)计算出各层导体绞合外径D m；4)计算各层紧压量ΔD m；5)对各层紧压量ΔD m进行比较；6)计算每层导体单丝根数；7)确定每层导体单丝根数。该设计方法可以应用于不同截面的导体设计，使得不同截面的导体设计更加的规范，弥补了没有通用的导体设计方法这一缺陷。

Description

一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法 技术领域
本发明属于电力电缆领域，具体涉及一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法。
背景技术
随着海岛开发战略和海上可再生能源发电的快速发展，尤其是海上风力发电的迅速扩张，海底高压电力电缆需求越来越大，国内220kV交流光电复合海底电缆已经产业化，500kV交流海底高压电缆在舟山也有成功应用，且大截面交流海缆导体依然是采用圆形单丝圆形紧压绞合方式制作而成，但对于现有的大截面海缆导体的设计方法还不完善，没有一个通用的方法来制造不同截面的导体。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，能够制造不同截面的导体。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，具体步骤包括：
1)确定电阻：确定所设计海缆导体的电阻R cu；
2)计算导体外径D A和单丝直径d：将步骤1)确认好的海缆导体的电阻R cu代入计算公式(1)中，从而计算出导体外径D A和单丝直径d，
Figure PCTCN2018121053-appb-000001
其中S为导体截面积，k 1为导体系数，k 2为绞合系数，ρ cu为铜导体电阻率，R cu为电阻，η为导体填充系数，μ为紧压系数，k 3为成缆与否的系数，n为单丝总根数；
3)计算出各层导体绞合外径D m：
其中D 1＝d，制定紧压后导体外径D 1修
D 2＝D 1修+2d，制定紧压后导体外径D 2修
D 3＝D 2修+2d，制定紧压后导体外径D 3修
                        ·
                        ·
                        ·
D m＝D m-1修+2d，制定紧压后导体外径D m修.
其中m为大于等于1小于等于7的整数，D m为导体绞合外径，D m修为D m同一层对应的紧压导体外径；
4)计算各层紧压量ΔD m：根据计算公式(2)计算各层紧压量ΔD m，
ΔD m＝D m-D m修                          (2)
其中m为大于等于1小于等于7的整数；
5)对各层紧压量ΔD m进行比较：根据计算公式(3)对各层紧压量ΔD m进行 比较，
ΔD m≤ΔD m+1                            (3)
其中m为大于等于1小于等于7的整数，若满足，则执行步骤6)，若不满足，则执行步骤3)重新设置D m修；
6)计算每层导体单丝根数：n 1＝1，根据计算公式(4)计算从第二层开始每层导体单丝根数n v计，
n v计＝π(D v修+d)/d                          (4)
其中v为大于等于2小于等于7的整数；
7)确定每层导体单丝根数：n 1＝1，n v为在步骤(6)计算的每层导体单丝根数的基础上对n v计进行±2之间的取整处理，从而得到n v，其中v为大于等于2小于等于7的整数。
在本发明一个较佳实施例中，由于d及D 修根据各家公司设备、工艺及技术偏好的因素进行取值，存在不确定性，每家电缆公司取值有差异，导致各层的n 1，n 2，n 3……n v值有变化，最终的n值有变化，需要反复，循环求解，得到最优的单丝直径d及各层单丝根数n 1，n 2，n 3……n v。
在本发明一个较佳实施例中，当相邻的ΔD m变化幅值过大时使得生产过程中不好排列，紧压量突然增大对设备的牵引力要求高，容易出现断丝，不利于生产，此时应该重新设定D m修，从而进行重新设计。
在本发明一个较佳实施例中，所述海缆导体为圆形导体。
在本发明一个较佳实施例中，所述海缆导体由若干所述单丝采用圆形紧压结构组成。
在本发明一个较佳实施例中，所述海缆导体由一中心所述单丝和六层所述单丝组成。
在本发明一个较佳实施例中，所述单丝采用圆铜丝。
在本发明一个较佳实施例中，ΔD 1≤ΔD 2≤ΔD 3≤ΔD 4≤ΔD 5≤ΔD 6≤ΔD 7。
在本发明一个较佳实施例中，n＝n 1+n 2+n 3+n 4+n 5+n 6+n 7。
在本发明一个较佳实施例中，每层导体单丝根数n v其对应数量须分别小于等于1，6，12，18，24，30，36。
本发明的有益效果是：本发明一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，该设计方法可以应用于不同截面的导体设计，使得不同截面的导体设计更加的规范，弥补了没有通用的导体设计方法这一缺陷。
附图说明
图1为一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法制作的海缆导体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，所述海缆导体为圆形导体。
所述海缆导体由若干所述单丝采用圆形紧压结构组成，所述海缆导体由一中心所述单丝和六层所述单丝组成，所述单丝采用圆铜丝，采用圆铜丝可以减 小加工难度，减小对拉丝机要求。
实施例1
截面为S＝2000mm 2导体的设计方法，具体步骤包括：
1)确定电阻：确定所设计海缆导体的电阻R cu，本实施例中，R cu＝0.0090Ω/km。
2)计算导体外径D A和单丝直径d：将步骤1)确认好的海缆导体的电阻R cu代入计算公式(1)中，从而计算出导体外径D A和单丝直径d，
Figure PCTCN2018121053-appb-000002
其中S为导体截面积，k 1为导体系数，k 2为绞合系数，ρ cu为铜导体电阻率，R cu为电阻，η为导体填充系数，μ为紧压系数，k 3为成缆与否的系数，n为单丝总根数，通过查询国家标准中规定的导体电阻要求，或者测算所需的载流量，对20□铜导体电阻率ρ cu取值1.7241×10 –8Ω·m，R cu取值0.0090Ω/km，k 1取值1.02，k 2取值1.02，k 3取值1.00，η取值0.96，μ取值1.12，n取值123，根据计算公式(1)可计算得S＝1993.1mm 2，D A≈51.41mm(修正为52.0mm)，d＝4.81mm。
3)计算出各层导体绞合外径D m：
其中D 1＝d，制定紧压后导体外径D 1修
D 2＝D 1修+2d，制定紧压后导体外径D 2修
D 3＝D 2修+2d，制定紧压后导体外径D 3修
D 4＝D 3修+2d，制定紧压后导体外径D 4修
D 5＝D 4修+2d，制定紧压后导体外径D 5修
D 6＝D 5修+2d，制定紧压后导体外径D 6修
D 7＝D 6修+2d，制定紧压后导体外径D 7修.
其中m为大于等于1小于等于7的整数，D m为导体绞合外径，D m修为D m同一层对应的紧压导体外径。
本实施例中，D 1＝4.81mm，D 2＝14.43mm，D 3＝23.12mm，D 4＝31.42mm，D 5＝39.32mm，D 6＝47.02mm，D 7＝54.42mm。
D 1修＝4.81mm，D 2修＝13.50mm，D 3修＝21.80mm，D 4修＝29.70mm，D 5修＝37.40mm，D 6修＝44.80mm，D 7修＝52.00mm。
4)计算各层紧压量ΔD m：根据计算公式(2)计算各层紧压量ΔD m，
ΔD m＝D m-D m修                          (2)
其中m为大于等于1小于等于7的整数。
本实施例中，ΔD 1＝D 1-D 1修，ΔD 2＝D 2-D 2修，ΔD 3＝D 3-D 3修，ΔD 4＝D 4-D 4修，ΔD 5＝D 5-D 5修，ΔD 6＝D 6-D 6修，ΔD 7＝D 7-D 7修。
本实施例中，ΔD 1＝0mm，ΔD 2＝0.93mm，ΔD 3＝1.32mm，ΔD 4＝1.72mm，ΔD 5＝1.92mm，ΔD 6＝2.22mm，ΔD 7＝2.42mm。
5)对各层紧压量ΔD m进行比较：根据计算公式(3)对各层紧压量ΔD m进行比较，
ΔD m≤ΔD m+1                             (3)
其中m为大于等于1小于等于7的整数，若满足，则执行步骤6)，若不满足，则执行步骤3)重新设置D m修。
由步骤4)可知ΔD 1≤ΔD 2≤ΔD 3≤ΔD 4≤ΔD 5≤ΔD 6≤ΔD 7，符合计算公式(3)，执行步骤6)。
6)计算每层导体单丝根数：n 1＝1，根据计算公式(4)计算从第二层开始每层导体单丝根数n v计，
n v计＝π(D v修+d)/d                           (4)
其中v为大于等于2小于等于7的整数。
本实施例中，n 1＝1，n 2计＝π(D 2修+d)/d，n 3计＝π(D 3修+d)/d，n 4计＝π(D 4修+d)/d，n 5计＝π(D 5修+d)/d，n 6计＝π(D 6修+d)/d，n 7计＝π(D 7修+d)/d。
本实施例中，n 1＝1，n 2计＝6.3，n 3计＝12，n 4计＝17.4，n 5计＝22.5，n 6计＝27.6，n 7计＝32.4。
7)确定每层导体单丝根数：n 1＝1，n v为在步骤(6)计算的每层导体单丝根数的基础上对n v计进行±2之间的取整处理，从而得到n v，其中v为大于等于2小于等于7的整数，根据n＝n 1+n 2+n 3+n 4+n 5+n 6+n 7和每层导体单丝根数n v其对应数量须分别小于等于1，6，12，18，24，30，36来确定n v的最终值。
本实施例中，n 1＝1，n 2＝6，n 3＝12，n 4＝18，n 5＝23，n 6＝29，n 7＝34。
理论计算根数与实际单丝根数相差内层±1根，外层±2根，可能计算更大截面时，相差有±3根或更多，且从内层向外层，单丝数量偏差呈增大趋势。
  1 2 3 4 5 6 7
绞合外径 4.81 14.43 23.12 31.42 39.32 47.02 54.42
紧压外径 4.81 13.5 21.8 29.7 37.4 44.8 52
紧压差 0 0.93 1.32 1.72 1.92 2.22 2.42
计算根数 1.0 6.3 12.0 17.4 22.5 27.6 32.4
标准根数 1 6 12 18 24 30 36
实际根数 1 6 12 18 23 29 34
表1
  1 2 3 4 5 6 7
绞合外径 4.81 14.43 22.62 30.72 38.72 46.72 54.42
紧压外径 4.81 13 21.1 29.1 37.1 44.8 52
紧压差 0 1.43 1.52 1.62 1.62 1.92 2.42
计算根数 1.0 6.3 11.6 16.9 22.1 27.4 32.4
每盘根数 1 6 12 18 24 30 36
实际根数 1 6 12 18 23 29 34
表2
表1和表2为D m修不同取值时的截面为S＝2000mm 2导体的设计参数表，如表2所示，第2层导体紧压外径取值φ＝13.0mm，为了保证各层紧压量规律不变，由内向外直径依次取值21.1mm，29.1mm，37.1mm，44.8mm，52.0mm，但最外层与次外层紧压量由1.92mm上升到2.42mm，与之前相比，变化幅值太大，且在第4层，理论计算根数与实际排列根数相差1.1根，也不满足导体相差根数逐渐上升的趋势，根数相差太大，对生产过程中不好排列，紧压量突然增大，对设备的牵引力要求高，且容易出现断丝，不利于生产，经过调整，如表1所示，比较符合实际生产需求。
实施例2
截面为S＝1800mm 2导体的设计方法，具体步骤包括：
1)确定电阻：确定所设计海缆导体的电阻R cu，本实施例中，R cu＝0.0101Ω/km。
2)计算导体外径D A和单丝直径d：将步骤1)确认好的海缆导体的电阻R cu代入计算公式(1)中，从而计算出导体外径D A和单丝直径d，
Figure PCTCN2018121053-appb-000003
其中S为导体截面积，k 1为导体系数，k 2为绞合系数，ρ cu为铜导体电阻率，R cu为电阻，η为导体填充系数，μ为紧压系数，k 3为成缆与否的系数，n为单丝总根数，通过查询国家标准中规定的导体电阻要求，或者测算所需的载流量，对20□铜导体电阻率ρ cu取值1.7241×10 –8Ω·m，R cu取值0.0101Ω/km，k 1取值1.02，k 2取值1.02，k 3取值1.00，η取值0.9，μ取值1.09，n取值89，根据计算公式(1)可计算得S＝1775.9mm 2，D A≈50.46mm(修正为50.5mm)，d＝5.26mm。
3)计算出各层导体绞合外径D m：
其中D 1＝d，制定紧压后导体外径D 1修
D 2＝D 1修+2d，制定紧压后导体外径D 2修
D 3＝D 2修+2d，制定紧压后导体外径D 3修
D 4＝D 3修+2d，制定紧压后导体外径D 4修
D 5＝D 4修+2d，制定紧压后导体外径D 5修
D 6＝D 5修+2d，制定紧压后导体外径D 6修.
本实施例中，D 1＝5.26mm，D 2＝15.78mm，D 3＝25.52mm，D 4＝35.02mm，D 5＝44.12mm，D 6＝52.28mm。
D 1修＝5.26mm，D 2修＝15mm，D 3修＝24.5mm，D 4修＝33.6mm，D 5修＝42.3mm，D 6修＝50.5mm。
4)计算各层紧压量ΔD m：根据计算公式(2)计算各层紧压量ΔD m，
ΔD m＝D m-D m修                            (2)
其中m为大于等于1小于等于7的整数。
本实施例中，ΔD 1＝D 1-D 1修，ΔD 2＝D 2-D 2修，ΔD 3＝D 3-D 3修，ΔD 4＝D 4-D 4修，ΔD 5＝D 5-D 5修，ΔD 6＝D 6-D 6修。
本实施例中，ΔD 1＝0mm，ΔD 2＝0.78mm，ΔD 3＝1.02mm，ΔD 4＝1.42mm，ΔD 5＝1.82mm，ΔD 6＝2.32mm。
5)对各层紧压量ΔD m进行比较：根据计算公式(3)对各层紧压量ΔD m进行比较，
ΔD m≤ΔD m+1                               (3)
其中m为大于等于1小于等于7的整数，若满足，则执行步骤6)，若不满足，则执行步骤3)重新设置D m修。
由步骤4)可知ΔD 1≤ΔD 2≤ΔD 3≤ΔD 4≤ΔD 5≤ΔD 6，符合计算公式(3)，执行步骤6)。
6)计算每层导体单丝根数：n 1＝1，根据计算公式(4)计算从第二层开始每层导体单丝根数n v计，
n v计＝π(D v修+d)/d                            (4)
其中v为大于等于2小于等于7的整数。
本实施例中，n 1＝1，n 2计＝π(D 2修+d)/d，n 3计＝π(D 3修+d)/d，n 4计＝π(D 4修+d)/d，n 5计＝π(D 5修+d)/d，n 6计＝π(D 6修+d)/d。
本实施例中，n 1＝1，n 2计＝6.3，n 3计＝12.1，n 4计＝17.8，n 5计＝23.2，n 6计＝28.4。
7)确定每层导体单丝根数：n 1＝1，n v为在步骤(6)计算的每层导体单丝根数的基础上对n v计进行±2之间的取整处理，从而得到n v，其中v为大于等于2小于等于7的整数，根据n＝n 1+n 2+n 3+n 4+n 5+n 6+n 7和每层导体单丝根数n v其对应数量须分别小于等于1，6，12，18，24，30，36来确定n v的最终值。
本实施例中，n 1＝1，n 2＝6，n 3＝12，n 4＝18，n 5＝23，n 6＝29。
  1 2 3 4 5 6  
绞合外径 5.26 15.78 25.52 35.02 44.12 52.82  
紧压外径 5.26 15 24.5 33.6 42.3 50.5  
紧压差 0 0.78 1.02 1.42 1.82 2.32  
计算根数 1.0 6.3 12.1 17.8 23.2 28.4  
标准根数 1 6 12 18 24 30  
实际根数 1 6 12 18 23 29  
表3
表3为截面为S＝1800mm 2导体的设计参数表。
实施例3
截面为S＝1600mm 2导体的设计方法，具体步骤包括：
1)确定电阻：确定所设计海缆导体的电阻R cu，本实施例中，R cu＝0.0113Ω/km。
2)计算导体外径D A和单丝直径d：将步骤1)确认好的海缆导体的电阻R cu代入计算公式(1)中，从而计算出导体外径D A和单丝直径d，
Figure PCTCN2018121053-appb-000004
其中S为导体截面积，k 1为导体系数，k 2为绞合系数，ρ cu为铜导体电阻率，R cu为电阻，η为导体填充系数，μ为紧压系数，k 3为成缆与否的系数，n为单丝总 根数，通过查询国家标准中规定的导体电阻要求，或者测算所需的载流量，对20□铜导体电阻率ρ cu取值1.7241×10 –8Ω·m，R cu取值0.0113Ω/km，k 1取值1.02，k 2取值1.02，k 3取值1.00，η取值0.89，μ取值1.08，n取值60，根据计算公式(1)可计算得S＝1587.3mm 2，D A≈47.84mm(修正为48.0mm)，d＝6.03mm。
3)计算出各层导体绞合外径D m：
其中D 1＝d，制定紧压后导体外径D 1修
D 2＝D 1修+2d，制定紧压后导体外径D 2修
D 3＝D 2修+2d，制定紧压后导体外径D 3修
D 4＝D 3修+2d，制定紧压后导体外径D 4修
D 5＝D 4修+2d，制定紧压后导体外径D 5修.
其中m为大于等于1小于等于7的整数，D m为导体绞合外径，D m修为D m同一层对应的紧压导体外径。
本实施例中，D 1＝6.03mm，D 2＝18.09mm，D 3＝29.26mm，D 4＝39.96mm，D 5＝50.26mm。
D 1修＝6.03mm，D 2修＝17.2mm，D 3修＝27.9mm，D 4修＝38.2mm，D 5修＝48mm。
4)计算各层紧压量ΔD m：根据计算公式(2)计算各层紧压量ΔD m，
ΔD m＝D m-D m修              (2)
其中m为大于等于1小于等于7的整数。
本实施例中，ΔD 1＝D 1-D 1修，ΔD 2＝D 2-D 2修，ΔD 3＝D 3-D 3修，ΔD 4＝D 4-D 4修，ΔD 5＝D 5-D 5修。
本实施例中，ΔD 1＝0mm，ΔD 2＝0.89mm，ΔD 3＝1.36mm，ΔD 4＝1.76mm， ΔD 5＝2.26mm。
5)对各层紧压量ΔD m进行比较：根据计算公式(3)对各层紧压量ΔD m进行比较，
ΔD m≤ΔD m+1                              (3)
其中m为大于等于1小于等于7的整数，若满足，则执行步骤6)，若不满足，则执行步骤3)重新设置D m修。
由步骤4)可知ΔD 1≤ΔD 2≤ΔD 3≤ΔD 4≤ΔD 5，符合计算公式(3)，执行步骤6)。
6)计算每层导体单丝根数：n 1＝1，根据计算公式(4)计算从第二层开始每层导体单丝根数n v计，
n v计＝π(D v修+d)/d                           (4)
其中v为大于等于2小于等于7的整数。
本实施例中，n 1＝1，n 2计＝π(D 2修+d)/d，n 3计＝π(D 3修+d)/d，n 4计＝π(D 4修+d)/d，n 5计＝π(D 5修+d)/d。
本实施例中，n 1＝1，n 2计＝6.3，n 3计＝12.1，n 4计＝17.7，n 5计＝23。
7)确定每层导体单丝根数：n 1＝1，n v为在步骤(6)计算的每层导体单丝根数的基础上对n v计进行±2之间的取整处理，从而得到n v，其中v为大于等于2小于等于7的整数，根据n＝n 1+n 2+n 3+n 4+n 5+n 6+n 7和每层导体单丝根数n v其对应数量须分别小于等于1，6，12，18，24，30，36来确定n v的最终值。
本实施例中，n 1＝1，n 2＝6，n 3＝12，n 4＝18，n 5＝23。
  1 2 3 4 5    
绞合外径 6.03 18.09 29.26 39.96 50.26    
紧压外径 6.03 17.2 27.9 38.2 48    
紧压差 0 0.89 1.36 1.76 2.26    
计算根数 1.0 6.3 12.1 17.7 23.0    
标准根数 1 6 12 18 24    
实际根数 1 6 12 18 23    
表4
表4为截面为S＝1600mm 2导体的设计参数表。
由于d及D 修根据各家公司设备、工艺及技术偏好的因素进行取值，存在不确定性，每家电缆公司取值有差异，导致各层的n 1，n 2，n 3……n v值有变化，最终的n值有变化，需要反复，循环求解，得到最优的单丝直径d及各层单丝根数n 1，n 2，n 3……n v。
该设计方法可以应用于不同截面的导体设计，如截面为S＝1600mm 2导体的设计、截面为S＝1800mm 2导体的设计和截面为S＝2000mm 2导体的设计，使得不同截面的导体设计更加的规范，通过该一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法就能对各种截面的导体进行设计，弥补了本行业内没有通用的导体设计方法这一缺陷。
与现有技术相比，本发明一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，该设计方法可以应用于不同截面的导体设计，使得不同截面的导体设计更加的规范，弥补了没有通用的导体设计方法这一缺陷。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

  1. 一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于，具体步骤包括：
    1)确定电阻：确定所设计海缆导体的电阻R cu；
    2)计算导体外径D A和单丝直径d：将步骤1)确认好的海缆导体的电阻R cu代入计算公式(1)中，从而计算出导体外径D A和单丝直径d，
    Figure PCTCN2018121053-appb-100001
    其中S为导体截面积，k 1为导体系数，k 2为绞合系数，ρ cu为铜导体电阻率，R cu为电阻，η为导体填充系数，μ为紧压系数，k 3为成缆与否的系数，n为单丝总根数；
    3)计算出各层导体绞合外径D m：
    其中D 1＝d，制定紧压后导体外径D 1修
    D 2＝D 1修+2d，制定紧压后导体外径D 2修
    D 3＝D 2修+2d，制定紧压后导体外径D 3修
    ·
    ·
    ·
    D m＝D m-1修+2d，制定紧压后导体外径D m修
    其中m为大于等于1小于等于7的整数，D m为导体绞合外径，D m修为D m同 一层对应的紧压导体外径；
    4)计算各层紧压量ΔD m：根据计算公式(2)计算各层紧压量ΔD m，
    ΔD m＝D m-D m修  (2)
    其中m为大于等于1小于等于7的整数；
    5)对各层紧压量ΔD m进行比较：根据计算公式(3)对各层紧压量ΔD m进行比较，
    ΔD m≤ΔD m+1   (3)
    其中m为大于等于1小于等于7的整数，若满足，则执行步骤6)，若不满足，则执行步骤3)重新设置D m修；
    6)计算每层导体单丝根数：n 1＝1，根据计算公式(4)计算从第二层开始每层导体单丝根数n v计，
    n v计＝π(D v修+d)/d  (4)其中v为大于等于2小于等于7的整数；
    7)确定每层导体单丝根数：n 1＝1，n v为在步骤(6)计算的每层导体单丝根数的基础上对n v计进行±2之间的取整处理，从而得到n v，其中v为大于等于2小于等于7的整数。
  2. 根据权利要求1所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：由于d及D 修根据各家公司设备、工艺及技术偏好的因素进行取值，存在不确定性，每家电缆公司取值有差异，导致各层的n 1，n 2，n 3……n v值有变化，最终的n值有变化，需要反复，循环求解，得到最优的单丝直径d及 各层单丝根数n 1，n 2，n 3……n v。
  3. 根据权利要求1所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：当相邻的ΔD m变化幅值过大时使得生产过程中不好排列，紧压量突然增大对设备的牵引力要求高，容易出现断丝，不利于生产，此时应该重新设定D m修，从而进行重新设计。
  4. 根据权利要求1所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：所述海缆导体为圆形导体。
  5. 根据权利要求4所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：所述海缆导体由若干所述单丝采用圆形紧压结构组成。
  6. 根据权利要求5所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：所述海缆导体由一中心所述单丝和六层所述单丝组成。
  7. 根据权利要求1所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：所述单丝采用圆铜丝。
  8. 根据权利要求5所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：ΔD 1≤ΔD 2≤ΔD 3≤ΔD 4≤ΔD 5≤ΔD 6≤ΔD 7。
  9. 根据权利要求5所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：n＝n 1+n 2+n 3+n 4+n 5+n 6+n 7。
  10. 根据权利要求5所述的一种采用圆形单丝圆形紧压结构的海缆导体的设计方法，其特征在于：每层导体单丝根数n v其对应数量须分别小于等于1，6，12，18，24，30，36。
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