第7章 裸导线和绕组线（电磁线）[5,6,9]

7.1 单线和绞线

137 单线

有圆单线和扁线两类，见表3.7-1，主要用作各种电线电缆的导电体。

138 绞线

70%线用作架空导线，绞线的主要品种见表3.7-2。绞线按结构可分四类：

（1）简单绞线 由相同材质的圆线同心绞制而成，主要用于对强度要求不高的架空导线。当简单绞线的单线直径相同时，由内至外每层的根数递增6根，各层的绞向相反，最外层的绞向为右向。简单绞线的外径D（mm）及截面积A（mm2）为

式中 d——单线直径（mm）；

m——层数。

（2）组合绞线 由导电圆线和增强芯线组合同心绞制而成，主要用于对强度要求较高的架空导线。增强芯线一般由镀锌钢丝构成，导电单线直径d（mm）与增强芯线单线直径d_g（mm）之比按下式计算：

式中 m_g——芯线中的单线层数；

n₁——与芯线相邻层导电部分的单线根数。

组合绞线中钢截面积与铝截面积比称钢比S，以百分数修约成整数表示，S愈大时强度愈高。

（3）复绞线 由多根相同材质和线径的圆线制成的束（绞）股线再同心绞制而成，比较柔软，多用于制造软线芯电线电缆，例如大截面积的软铜绞线。可用作仪表或电器设备的软接线。

（4）特种绞线 由导电线材和不同外形或尺寸的增强材料用特种组合方式绞制而成，用于有特种使用要求的架空电力线路。特种导线见本篇139条。

139 特种导线及型线、型材

主要品种见表3.7-3。

7.2 架空导线的性能参数、选用和安装维护

140 架空导线的传输容量

传输容盘和允许载流量、交直流电阻和瞬时容许电流。

（1）允许载流量指架空导线长期允许的囊流量。各种线材的计算载流量和计算拉断力见表3.7-4。

当导线外径为4.5～55.0mm，导线温度在120℃以下时，按下式计算：

式中 I——架空导线长期允许的载流量（A）；

D——导线外径（m）；

ε——表面辐射散热系数，新线：0.23～0.43；半新线：0.5；发黑旧线：0.90～0.95；

s——斯蒂芬包尔茨曼常数（5.67×10-8W/m2）；

θ——架空导线长期允许温升（℃）；

V——风速（一般V=0.5m/s）；

t_o——环境温度（℃）；

α_s——表面吸热系数；新线：0.35～0.46；半新线：0.5；旧线：0.90～0.95；

I_s——日照强度，850～1050W/m2。

（2）交直流电阻

1）直流电阻R_t，上式中R_t为t℃时的直流电阻（Ω/m），R_t=λρ/S，其中ρ为金属电阻率；λ为导线绞制增量系数；S为导线截面积，λ随导线根数增多而增大，对于铝λ为1.015～1.023，钢λ为1.0043～1.0077。

2）交直流电阻比β，上式中β为交流电阻R_ac对直流电阻R_t的比值，R_ac=βR_t，β随导线直径增大而增大，R_ac包括趋肤效应、钢芯的磁滞和涡流损耗的影响，因此β>1,β为1.0001～1.1。

（3）瞬时容许电流 在故障情况下，架空导线在2～3s瞬时容许电流I（A），按下式计算：

式中 K——瞬时电流系数（见表3.7-5）；

A——导体截面积（mm2）；

t——大电流通电时间（s）。

141 架空导线的力学强度

架空导线强度包括拉断力、疲劳极限。

（1）拉断力 导线在外力作用下非因振动而出现断股时的张力。各种绞线计算拉断力为

P=ασ_dA_d+σ（1%）A_g

式中 P——拉断力（N）；

α——导电部分线材的强度损失系数：对于简单绞线，37股及以下为0.95；37股以上为0.90；对于组合绞线为1.00；

σ_d——导电部分单线绞前的抗拉强度（MPa）；

A_d——导电部分的计算截面积（mm2）；

σ（1%）——钢丝伸长1%的应力（MPa），与标称钢丝直径从1.24mm增大到5.50mm对应的σ（1%）从1170降到1100MPa；

A_g——钢芯的计算截面积（mm2）。

拉力试验结果应不小于计算拉断力的95%。各种线材计算拉断力见表3.7-4。

（2）疲劳极限 架空导线所受静应力与风激振动所引起的交变动应力之和应不超过线材的疲劳极限，并应有安全裕度，否则导线将发生疲劳断股。各种线材的疲劳极限见表3.7-6。

142 架空导线的变形特性

与变形特性有关的参数包括应力-应变特性、弹性模量、线膨胀系数、单位长度重量和蠕变。

（1）应力应变特性 设计输电线路时必须有导线张力达70%～90%拉断力时的伸长量，要按IEC 1089:1991规定通过应力-应变特性试验才能获得。

（2）弹性模量 架空导线受力后，起始变形速率快，伴有永久变形产生，这时的起始弹性模量E_o较小。多次负荷循环后，弹性模量逐渐增大并趋于稳定，称为最终弹性模量E_e。E_e比E_o约大15%，是计算导线受力状态的重要技术参数。铝、铝合金绞线及其组合绞线的弹性模量和线膨胀系数见表3.7-7。

（3）线膨胀系数 架空导线的热伸长与温升有关，是计算导线受力状态的重要技术参数。线胀系数与导线的材质和结构有关。绞线的线膨胀系数见表3.7-7。

（4）单位长度重量 架空导线的单位长度重量是输电线路计算导线的比载和受力状态的主要依据。单位重量与导线的结构、线材的密度、绞制增量系数和防腐型式等因素有关。导线的单位长度计算重量（见表3.7-4）：

m=λ_aδ_aA_a+λ_sδ_sA_s+g_id2

式中 m——导线的单位长度重量（kg/km）；

δ_a——铝线密度，δ_a=2.703g/cm3；

A_a——铝线总截面积（mm）2；

A_s——钢芯总截面积（mm）2；

δ_s——钢线密度，δ_s=7.80g/cm3；

λ——绞制增量系数；

g_i——防腐型式系数；

d——铝单线直径（mm）。

绞制增量系数与绞合节距有关，铝层的平均绞制增量系数λ_a为1.0152～1.0230；钢芯的平均绞制增量系数λ_s为1.0043～1.0077，单根钢线时为g_i，防腐型式系数g_i随绞线结构而变，绞线中导线根数愈多则系数愈大；而且与不同的防腐型式有关：1）仅钢芯涂防腐涂料时，g₁为0.3～1.03；2）除最外层以外，所有各层均有涂料时，g₂为0.96～9.57；3）包括最外层，所有各层均有涂料，g₃为0.96～14.35；4）除导线外表面外，所有各层均有涂料，g₄为0.46～11.11。

（5）蠕变 金属经受长期的拉应力而产生永久伸长。拉应力越大、温度越高、时间越长时蠕变也越大。架空导线的蠕变使弧垂增大，设计输电线路时应考虑其影响，并采取相应措施。在最大使用应力为40%拉断强度时，不同导线的蠕变见表3.7-8。

143 架空导线表面的电晕

当架空导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时将发生电晕现象，电晕时有可见光和噪声出现，对无线电有干扰作用，并引起电能损耗和导致架空线表面腐蚀，因此必须加以限制。在高压输电线路上导线表面开始出现全面电晕放电时的场强，称为全面电晕场强：

式中 E₀——全面电晕场强（MV/m）；

m——导线表面系数（m为0.82～0.90）；

δ——相对空气密度，当ρ=101kPa，t=20℃时，δ≈1；

d——导线直径（cm）；

ρ——大气压（kPa）；

t——气温（℃）。

设计新的线路时，应将导线表面场强最大值E_m限制在0.90E₀以下，以避免可见电晕和减小对无线电干扰的影响。

144 架空导线的选用

架空导线主要用于输电线路和配电线路，输电线路电压等级较高、输电容量较大，常用钢芯铝绞线，强度要求较高的电力输电线路可采用钢芯铝合金绞线。配电线路电压等级较低、输电容量较小的进入用户网络的电力传输线，较多采用铝绞线。

架空输电线的选用应从使用条件和架设环境两个方面来考虑。对于重要的输电线路应根据传输容量、电压等级、相分裂根数、经济电流密度、无线电干扰水平和受力状态等综合因素，来确定导线的截面积和结构型式。例如一般的输电线路只采用单根导线，高压及超高压输电线路（330kV及以上）常采用分裂导线，而且宜采用钢比为7%的钢芯铝绞线，以节约钢材、降低线路造价。与同截面积的单根导线相比，分裂导线具有电感小、输电容量高，并可减少电晕损失、电磁干扰，降低无线电噪声等优点，也能相应提高系统的稳定性。

输电线路的环境条件和架设条件特殊的情况下，应选择相应的特种导线以满足使用的需要：1）重冰区地段或大跨越线，可分别选用高强度钢芯铝合金绞线或钢芯铝包钢绞线；2）高海拔地区或电站用的软母线，可选用扩径导线，以减少电晕损失；3）对于大容量线路可选用耐热铝合金导线，以提高输电容量；4）风激振动频繁地区可采用自阻尼导线；5）冰害严重的输电线路可采用防冰雪导线；6）在工业或沿海等腐蚀性气氛严重的地区应选用防腐型导线，以提高导线的使用寿命。

145 架空导线安装维护注意事项

（1）架空导线的设计安全系数不得小于2.5，避雷线的安全系数应大于导线的安全系数。

（2）线路上钢芯铝绞线的平均运行应力上限达到破坏应力的22%时，在线夹处应加装护条；当达到破坏应力的25%时，应再加装防振锤。

（3）电力线路的设计应考虑导线蠕变的影响，用降温法安装予以补偿，以免导线因对地距离不足而发生事故。

（4）架线时最好采用张力放线，并采取措施防止导线磨伤和擦伤。

（5）放线滑轮的槽底直径，应大于导线外径的15倍，以免弯曲应力过大。

（6）要注意导线的连接质量，连接管口的股线不得鼓包，否则受力不均易引起断股。

（7）同一档距内的导线弧垂应力要求相同，紧线后应立即进行附件安装，以免导线损伤。

（8）线夹的U形螺栓应拧紧，但不宜用力过大，以免局部应力集中引起断股。

（9）当导线发生严重覆冰或雷击跳闸后，应对导线巡视检查，如有事故，应及时处理。

（10）如导线受到损伤，当单股损伤深度大于直径的50%或受损截面积大于导电截面积5%时，须采取补强措施。

7.3 绕组线（电磁线）

146 绕组线及其分类

用于绕制电机、变压器等电工设备线圈和绕组，实现电能和磁能的相互转换。绕组线一般由导电线芯外包一层绝缘层所构成。线芯以软铜线为主，有圆线、扁线、带、箔等。220℃以上的高温绕组线线芯必须采用抗氧化的镍包铜等复合金属材料。

根据绝缘层的特点和用途，绕组线分为：1）漆包线，在导电线芯上涂敷绝缘漆后经烘干而成。漆膜绝缘层很薄，均匀光滑，便于弯曲、绕制，多用于中小型电机、电器及微型电工电子产品中。2）绕包线，由天然丝、玻璃丝、绝缘纸和有机薄膜等紧密绕包在导电线芯上而成。绕包线绝缘层较厚，一般应用于大中型电工产品中。3）无机绝缘绕组线，绝缘层是陶瓷、氧化铝等无机材料，用于高温及有辐射场合。4）特种绕组线，适用于特殊场合的绝缘结构和性能，例如潜水电动机绕组耐水线、大容量变压器用换位导线等。

147 漆包线

漆包线的耐热性见表3.7-9。漆包线的品种、特点和主要用途见表3.7-10。

148 绕包线

绕包线的品种、特点和主要用途见表3.7-11。

149 无机绝缘绕组线

无机绝缘绕组线的品种、特点和主要用途见表3.7-12。

150 特种绕组线

特种绕组线的品种、特点和主要用途见表3.7-13。

151 绕组线的选用要点

绕组线的品种和规格很多，选用时须注意以下几点：

（1）温度指数与热性能 热是绕组线绝缘层失效的主要原因，它使有机绝缘材料老化加快，绝缘层绝缘性能下降。选用绕组线时应遵循以下原则：1）根据产品的允许温升，或绕组处可能出现的最高温度，选用相应温度指数的绕组线，并考虑适当的裕度；2）可靠性要求高的场合应采用温度指数裕度较大的绕组线；3）振动大、起动频繁或经常过载的电工产品，宜采用软化击穿温度及热冲击性能较好的绕组线。线组线的温度指数参见本篇条目11。

（2）电性能 除了应具有合格的电导率、击穿电压和绝缘电阻等电性能外，在选用绕组线时，还应注意：1）可能遭受较大过电压的电工产品，应选用耐电压能力较好的绕组线，如薄膜绕包线等；2）在中、高频下使用的电磁仪表，须选用介质损耗角正切小、品质因数大的绕组线，如高频绕组线等；3）精密仪表要选用电性能长期稳定的绕组线，有时为了减少对磁场的干扰作用，要选用无磁性聚酯绕组线；4）在高压、高真空、高海拔条件下使用的电工设备，应考虑绕组线的抗电晕性能，采用适当的防护手段。

（3）力学性能 电工设备用绕组线时需经过卷绕、嵌线和整形等过程，导电线芯和绝缘层会受到各种形式的机械力的作用。为此应注意：1）根据绕组的形状和内径，选用柔软性适当的绕组线；2）根据卷绕速度、弯曲半径和嵌线松紧等不同情况，选用耐磨性、耐刮性和耐弯曲性适当的绕组线；3）经常过载、起动频繁、转速较高和振动较大的电工设备，应选用复合层绝缘绕组线。

（4）空间因数 为提髙绕组线的空间利用率，希望空间因数越大越好，以便缩小产品的体积。影响空间因数大小的因素有：1）导电线芯的形状，截面积相同的绕组线，以带箔的空间因数最高，扁线次之，圆线最小；2）绝缘层厚度，绝缘层越薄，空间因数越大；3）线芯和绝缘层的公差，公差范围越小，空间因数越大。

（5）兼容性 装配使用绕组线时，要考虑其绝缘层与其他绝缘材料的兼容性问题。若组合绝缘材料的化学组成和温度指数与绕组线接近时，则兼容性一般较好；但若彼此分子能相互扩散其至溶解（彼此相溶），则兼容性差。其他情况时，应将绕组线与有关绝缘材料组合后参照产品实际使用条件进行功能性老化试验。参见本篇第2条。

（6）环境和其他因素 选用绕组线时必须考虑电工产品的使用环境，例如原子能工业中使用的电机应选用耐辐射绝缘的绕组线，潜水电机要选用耐水线等；为了简化工艺，可选用便于加工的绕组线，例如自黏、直焊及自黏直焊漆包线等。

152 使用绕组线时的注意事项

1）不应放置于高湿度、阳光直射和接触酸、碱、有机溶剂的地方。

2）绕制时，场地应干燥无尘，室温最好保持在5～30℃，卷绕线圈用的模具不许有尖角和突出部分，放线时调节好线的张力防止乱线扭结，禁止用铁锤敲打线圈。

3）线圈成型后应避免与潮气和金属接触，必要时可采用热处理的方法消除湿裂现象。

4）注意运输时不要损坏绕组线。