第7章 裸導線和繞組線（電磁線）[5,6,9]

7.1 單線和絞線

137 單線

有圓單線和扁線兩類，見表3.7-1，主要用作各種電線電纜的導電體。

138 絞線

70%線用作架空導線，絞線的主要品種見表3.7-2。絞線按結構可分四類：

（1）簡單絞線 由相同材質的圓線同心絞制而成，主要用于對強度要求不高的架空導線。當簡單絞線的單線直徑相同時，由內至外每層的根數遞增6根，各層的絞向相反，最外層的絞向為右向。簡單絞線的外徑D（mm）及截面積A（mm2）為

式中 d——單線直徑（mm）；

m——層數。

（2）組合絞線 由導電圓線和增強芯線組合同心絞制而成，主要用于對強度要求較高的架空導線。增強芯線一般由鍍鋅鋼絲構成，導電單線直徑d（mm）與增強芯線單線直徑d_g（mm）之比按下式計算：

式中 m_g——芯線中的單線層數；

n₁——與芯線相鄰層導電部分的單線根數。

組合絞線中鋼截面積與鋁截面積比稱鋼比S，以百分數修約成整數表示，S愈大時強度愈高。

（3）復絞線 由多根相同材質和線徑的圓線制成的束（絞）股線再同心絞制而成，比較柔軟，多用于制造軟線芯電線電纜，例如大截面積的軟銅絞線。可用作儀表或電器設備的軟接線。

（4）特種絞線 由導電線材和不同外形或尺寸的增強材料用特種組合方式絞制而成，用于有特種使用要求的架空電力線路。特種導線見本篇139條。

139 特種導線及型線、型材

主要品種見表3.7-3。

7.2 架空導線的性能參數、選用和安裝維護

140 架空導線的傳輸容量

傳輸容盤和允許載流量、交直流電阻和瞬時容許電流。

（1）允許載流量指架空導線長期允許的囊流量。各種線材的計算載流量和計算拉斷力見表3.7-4。

當導線外徑為4.5～55.0mm，導線溫度在120℃以下時，按下式計算：

式中 I——架空導線長期允許的載流量（A）；

D——導線外徑（m）；

ε——表面輻射散熱系數，新線：0.23～0.43；半新線：0.5；發黑舊線：0.90～0.95；

s——斯蒂芬包爾茨曼常數（5.67×10-8W/m2）；

θ——架空導線長期允許溫升（℃）；

V——風速（一般V=0.5m/s）；

t_o——環境溫度（℃）；

α_s——表面吸熱系數；新線：0.35～0.46；半新線：0.5；舊線：0.90～0.95；

I_s——日照強度，850～1050W/m2。

（2）交直流電阻

1）直流電阻R_t，上式中R_t為t℃時的直流電阻（Ω/m），R_t=λρ/S，其中ρ為金屬電阻率；λ為導線絞制增量系數；S為導線截面積，λ隨導線根數增多而增大，對于鋁λ為1.015～1.023，鋼λ為1.0043～1.0077。

2）交直流電阻比β，上式中β為交流電阻R_ac對直流電阻R_t的比值，R_ac=βR_t，β隨導線直徑增大而增大，R_ac包括趨膚效應、鋼芯的磁滯和渦流損耗的影響，因此β>1,β為1.0001～1.1。

（3）瞬時容許電流 在故障情況下，架空導線在2～3s瞬時容許電流I（A），按下式計算：

式中 K——瞬時電流系數（見表3.7-5）；

A——導體截面積（mm2）；

t——大電流通電時間（s）。

141 架空導線的力學強度

架空導線強度包括拉斷力、疲勞極限。

（1）拉斷力 導線在外力作用下非因振動而出現斷股時的張力。各種絞線計算拉斷力為

P=ασ_dA_d+σ（1%）A_g

式中 P——拉斷力（N）；

α——導電部分線材的強度損失系數：對于簡單絞線，37股及以下為0.95；37股以上為0.90；對于組合絞線為1.00；

σ_d——導電部分單線絞前的抗拉強度（MPa）；

A_d——導電部分的計算截面積（mm2）；

σ（1%）——鋼絲伸長1%的應力（MPa），與標稱鋼絲直徑從1.24mm增大到5.50mm對應的σ（1%）從1170降到1100MPa；

A_g——鋼芯的計算截面積（mm2）。

拉力試驗結果應不小于計算拉斷力的95%。各種線材計算拉斷力見表3.7-4。

（2）疲勞極限 架空導線所受靜應力與風激振動所引起的交變動應力之和應不超過線材的疲勞極限，并應有安全裕度，否則導線將發生疲勞斷股。各種線材的疲勞極限見表3.7-6。

142 架空導線的變形特性

與變形特性有關的參數包括應力-應變特性、彈性模量、線膨脹系數、單位長度重量和蠕變。

（1）應力應變特性 設計輸電線路時必須有導線張力達70%～90%拉斷力時的伸長量，要按IEC 1089:1991規定通過應力-應變特性試驗才能獲得。

（2）彈性模量 架空導線受力后，起始變形速率快，伴有永久變形產生，這時的起始彈性模量E_o較小。多次負荷循環后，彈性模量逐漸增大并趨于穩定，稱為最終彈性模量E_e。E_e比E_o約大15%，是計算導線受力狀態的重要技術參數。鋁、鋁合金絞線及其組合絞線的彈性模量和線膨脹系數見表3.7-7。

（3）線膨脹系數 架空導線的熱伸長與溫升有關，是計算導線受力狀態的重要技術參數。線脹系數與導線的材質和結構有關。絞線的線膨脹系數見表3.7-7。

（4）單位長度重量 架空導線的單位長度重量是輸電線路計算導線的比載和受力狀態的主要依據。單位重量與導線的結構、線材的密度、絞制增量系數和防腐型式等因素有關。導線的單位長度計算重量（見表3.7-4）：

m=λ_aδ_aA_a+λ_sδ_sA_s+g_id2

式中 m——導線的單位長度重量（kg/km）；

δ_a——鋁線密度，δ_a=2.703g/cm3；

A_a——鋁線總截面積（mm）2；

A_s——鋼芯總截面積（mm）2；

δ_s——鋼線密度，δ_s=7.80g/cm3；

λ——絞制增量系數；

g_i——防腐型式系數；

d——鋁單線直徑（mm）。

絞制增量系數與絞合節距有關，鋁層的平均絞制增量系數λ_a為1.0152～1.0230；鋼芯的平均絞制增量系數λ_s為1.0043～1.0077，單根鋼線時為g_i，防腐型式系數g_i隨絞線結構而變，絞線中導線根數愈多則系數愈大；而且與不同的防腐型式有關：1）僅鋼芯涂防腐涂料時，g₁為0.3～1.03；2）除最外層以外，所有各層均有涂料時，g₂為0.96～9.57；3）包括最外層，所有各層均有涂料，g₃為0.96～14.35；4）除導線外表面外，所有各層均有涂料，g₄為0.46～11.11。

（5）蠕變 金屬經受長期的拉應力而產生永久伸長。拉應力越大、溫度越高、時間越長時蠕變也越大。架空導線的蠕變使弧垂增大，設計輸電線路時應考慮其影響，并采取相應措施。在最大使用應力為40%拉斷強度時，不同導線的蠕變見表3.7-8。

143 架空導線表面的電暈

當架空導線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時將發生電暈現象，電暈時有可見光和噪聲出現，對無線電有干擾作用，并引起電能損耗和導致架空線表面腐蝕，因此必須加以限制。在高壓輸電線路上導線表面開始出現全面電暈放電時的場強，稱為全面電暈場強：

式中 E₀——全面電暈場強（MV/m）；

m——導線表面系數（m為0.82～0.90）；

δ——相對空氣密度，當ρ=101kPa，t=20℃時，δ≈1；

d——導線直徑（cm）；

ρ——大氣壓（kPa）；

t——氣溫（℃）。

設計新的線路時，應將導線表面場強最大值E_m限制在0.90E₀以下，以避免可見電暈和減小對無線電干擾的影響。

144 架空導線的選用

架空導線主要用于輸電線路和配電線路，輸電線路電壓等級較高、輸電容量較大，常用鋼芯鋁絞線，強度要求較高的電力輸電線路可采用鋼芯鋁合金絞線。配電線路電壓等級較低、輸電容量較小的進入用戶網絡的電力傳輸線，較多采用鋁絞線。

架空輸電線的選用應從使用條件和架設環境兩個方面來考慮。對于重要的輸電線路應根據傳輸容量、電壓等級、相分裂根數、經濟電流密度、無線電干擾水平和受力狀態等綜合因素，來確定導線的截面積和結構型式。例如一般的輸電線路只采用單根導線，高壓及超高壓輸電線路（330kV及以上）常采用分裂導線，而且宜采用鋼比為7%的鋼芯鋁絞線，以節約鋼材、降低線路造價。與同截面積的單根導線相比，分裂導線具有電感小、輸電容量高，并可減少電暈損失、電磁干擾，降低無線電噪聲等優點，也能相應提高系統的穩定性。

輸電線路的環境條件和架設條件特殊的情況下，應選擇相應的特種導線以滿足使用的需要：1）重冰區地段或大跨越線，可分別選用高強度鋼芯鋁合金絞線或鋼芯鋁包鋼絞線；2）高海拔地區或電站用的軟母線，可選用擴徑導線，以減少電暈損失；3）對于大容量線路可選用耐熱鋁合金導線，以提高輸電容量；4）風激振動頻繁地區可采用自阻尼導線；5）冰害嚴重的輸電線路可采用防冰雪導線；6）在工業或沿海等腐蝕性氣氛嚴重的地區應選用防腐型導線，以提高導線的使用壽命。

145 架空導線安裝維護注意事項

（1）架空導線的設計安全系數不得小于2.5，避雷線的安全系數應大于導線的安全系數。

（2）線路上鋼芯鋁絞線的平均運行應力上限達到破壞應力的22%時，在線夾處應加裝護條；當達到破壞應力的25%時，應再加裝防振錘。

（3）電力線路的設計應考慮導線蠕變的影響，用降溫法安裝予以補償，以免導線因對地距離不足而發生事故。

（4）架線時最好采用張力放線，并采取措施防止導線磨傷和擦傷。

（5）放線滑輪的槽底直徑，應大于導線外徑的15倍，以免彎曲應力過大。

（6）要注意導線的連接質量，連接管口的股線不得鼓包，否則受力不均易引起斷股。

（7）同一檔距內的導線弧垂應力要求相同，緊線后應立即進行附件安裝，以免導線損傷。

（8）線夾的U形螺栓應擰緊，但不宜用力過大，以免局部應力集中引起斷股。

（9）當導線發生嚴重覆冰或雷擊跳閘后，應對導線巡視檢查，如有事故，應及時處理。

（10）如導線受到損傷，當單股損傷深度大于直徑的50%或受損截面積大于導電截面積5%時，須采取補強措施。

7.3 繞組線（電磁線）

146 繞組線及其分類

用于繞制電機、變壓器等電工設備線圈和繞組，實現電能和磁能的相互轉換。繞組線一般由導電線芯外包一層絕緣層所構成。線芯以軟銅線為主，有圓線、扁線、帶、箔等。220℃以上的高溫繞組線線芯必須采用抗氧化的鎳包銅等復合金屬材料。

根據絕緣層的特點和用途，繞組線分為：1）漆包線，在導電線芯上涂敷絕緣漆后經烘干而成。漆膜絕緣層很薄，均勻光滑，便于彎曲、繞制，多用于中小型電機、電器及微型電工電子產品中。2）繞包線，由天然絲、玻璃絲、絕緣紙和有機薄膜等緊密繞包在導電線芯上而成。繞包線絕緣層較厚，一般應用于大中型電工產品中。3）無機絕緣繞組線，絕緣層是陶瓷、氧化鋁等無機材料，用于高溫及有輻射場合。4）特種繞組線，適用于特殊場合的絕緣結構和性能，例如潛水電動機繞組耐水線、大容量變壓器用換位導線等。

147 漆包線

漆包線的耐熱性見表3.7-9。漆包線的品種、特點和主要用途見表3.7-10。

148 繞包線

繞包線的品種、特點和主要用途見表3.7-11。

149 無機絕緣繞組線

無機絕緣繞組線的品種、特點和主要用途見表3.7-12。

150 特種繞組線

特種繞組線的品種、特點和主要用途見表3.7-13。

151 繞組線的選用要點

繞組線的品種和規格很多，選用時須注意以下幾點：

（1）溫度指數與熱性能 熱是繞組線絕緣層失效的主要原因，它使有機絕緣材料老化加快，絕緣層絕緣性能下降。選用繞組線時應遵循以下原則：1）根據產品的允許溫升，或繞組處可能出現的最高溫度，選用相應溫度指數的繞組線，并考慮適當的裕度；2）可靠性要求高的場合應采用溫度指數裕度較大的繞組線；3）振動大、起動頻繁或經常過載的電工產品，宜采用軟化擊穿溫度及熱沖擊性能較好的繞組線。線組線的溫度指數參見本篇條目11。

（2）電性能 除了應具有合格的電導率、擊穿電壓和絕緣電阻等電性能外，在選用繞組線時，還應注意：1）可能遭受較大過電壓的電工產品，應選用耐電壓能力較好的繞組線，如薄膜繞包線等；2）在中、高頻下使用的電磁儀表，須選用介質損耗角正切小、品質因數大的繞組線，如高頻繞組線等；3）精密儀表要選用電性能長期穩定的繞組線，有時為了減少對磁場的干擾作用，要選用無磁性聚酯繞組線；4）在高壓、高真空、高海拔條件下使用的電工設備，應考慮繞組線的抗電暈性能，采用適當的防護手段。

（3）力學性能 電工設備用繞組線時需經過卷繞、嵌線和整形等過程，導電線芯和絕緣層會受到各種形式的機械力的作用。為此應注意：1）根據繞組的形狀和內徑，選用柔軟性適當的繞組線；2）根據卷繞速度、彎曲半徑和嵌線松緊等不同情況，選用耐磨性、耐刮性和耐彎曲性適當的繞組線；3）經常過載、起動頻繁、轉速較高和振動較大的電工設備，應選用復合層絕緣繞組線。

（4）空間因數 為提髙繞組線的空間利用率，希望空間因數越大越好，以便縮小產品的體積。影響空間因數大小的因素有：1）導電線芯的形狀，截面積相同的繞組線，以帶箔的空間因數最高，扁線次之，圓線最小；2）絕緣層厚度，絕緣層越薄，空間因數越大；3）線芯和絕緣層的公差，公差范圍越小，空間因數越大。

（5）兼容性 裝配使用繞組線時，要考慮其絕緣層與其他絕緣材料的兼容性問題。若組合絕緣材料的化學組成和溫度指數與繞組線接近時，則兼容性一般較好；但若彼此分子能相互擴散其至溶解（彼此相溶），則兼容性差。其他情況時，應將繞組線與有關絕緣材料組合后參照產品實際使用條件進行功能性老化試驗。參見本篇第2條。

（6）環境和其他因素 選用繞組線時必須考慮電工產品的使用環境，例如原子能工業中使用的電機應選用耐輻射絕緣的繞組線，潛水電機要選用耐水線等；為了簡化工藝，可選用便于加工的繞組線，例如自黏、直焊及自黏直焊漆包線等。

152 使用繞組線時的注意事項

1）不應放置于高濕度、陽光直射和接觸酸、堿、有機溶劑的地方。

2）繞制時，場地應干燥無塵，室溫最好保持在5～30℃，卷繞線圈用的模具不許有尖角和突出部分，放線時調節好線的張力防止亂線扭結，禁止用鐵錘敲打線圈。

3）線圈成型后應避免與潮氣和金屬接觸，必要時可采用熱處理的方法消除濕裂現象。

4）注意運輸時不要損壞繞組線。