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架空电力线路用增容导线

文档作者：黄崇棋冯锦泉2 李文浩覃雪芳丁关森付旭平2 黄国飞邓永鸿2 文档来源： 1.上海电缆研究所 2.江门市新会三新电工器材有限公司		点击数：	更新时间： 2025年07月13日
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2005年第2期
No .2 2005
电 线 电 缆
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005年4月
Apr.,2005
架空电力线路用增容导线
黄崇棋‘，
冯锦泉2，
李文浩‘
覃雪芳“
丁关森，
付旭平2
黄国飞‘
邓永鸿2
(1.上海电缆研究所，上海200093; 2.江门市新会三新电工器材有限公司，广东江门529145)
摘要:阐述了具有代表性的由耐热铭合金线、或退火铝线、或成型铝线的导体与碳钢、或“Invar'钢、或碳纤维-
聚合物复合加强材料组合的大容童导线的结构与材料，介绍了经改进后的型号为NRLH( 60% I ACS)G J4 00/35
“钢芯耐热铝合金导线”的试验结果。为了推广应用和开发新颖的大容童导线，建议对大容量导线的选择应进
行多方案考虑;调研总结经使用后的耐热铝合金导线线路设计和运行的经验;组织不同学科和行业的有关单
位进行深入的研讨。
关键词:大容童;导线;架空;线路
中图分类号二TM244.2 文献标识码:A 文章编号:1672-6901(2005)02-0009-05
with Improved Capacity for Overhead Power Lines
(Shanghai
HUANG Chong-qi，et al.
Cable Research Institute，Shanghai 200093，China)
Abstract二This paper describes the
Electrical
matarialand construction of typical large capacity
Al aloy wires or arm
strength member. It
steel reinforced. In o
ealed AI wires i Al wire as
of improved
conductor and carbon steel
conductors consisting of heat resistant
or Invar or carbon fiber-polymer as
35 heat resistant Al aloy conductors
capacity conductors be made considering a number of candidates,
operation of heat resistant Al aloy conductors and that further
tha te xpeirencesb es ummedu pc oncenringd esigna nd
study be made by people from diferent industries and
Key words: large capacity; conductor; overhead instalation; line
1 前宫
大 容 量 导线是在电力需求不断增长、新线路输
电容量不断增大、老线路增容改造的推动下发展起
来的。现在我国和世界经济发达国家的电力工业都
对大容量导线给予非常的关注。因此，与大容量导
线有关的国际电工委员会(IEC )标准，如型线同心绞
架空导线[I](I EC-62219)已经公布，耐热铝合金线和
钢芯软(退火)铝绞线(ACSS)已由IEC/TC 7作为项
目建议提出。大容量导线主要用于新建大容量架空
输电线路、变电站内部的大电流母线、老线路增容改
造和特殊需要的大跨越工程等场合。导线要传输大
的容量，从导线而言有三种思路:(1)采用耐热铝合
金，提高导线的运行温度;(2)采用退火的软铝线，
提高导线的运行温度;(3)改变导线的结构，采用由
收稿日期
作者简介)，男，江苏常熟人，中国工程
成型铝线，在等直径下，提高填充系数，增加导线的
载流面积。大容量导线的制造，关键在于材料的选
择(导体和加强材料)，通过不同材料的组合，各展材
料之长，从而制造出具有不同特性的导线，故一般大
容量导线均属组合导线(Composite Conductor)。大容
量导线的开发和应用，我国与日本、欧洲、北美等先
进工业国相比有相当大的差距[2)。上世纪80年代，
上海电缆研究所曾开发过58%和60 % IACS的耐热
铝合金线，但品种及其使用均少，所以线路的设计和
运行经验也少;也曾开发过钢芯软(退火)铝绞线和
型线同心绞架空导线，但仅作为技术储备。大容量
导线的开发的确需采用新材料和新技术，以及在生
产中需要增添一点新装备，但也不全是，有的只属老
树开新花而已。在应用中不仅有高温和超高温架空
线路的设计，亦有配套金具、连接和施工等问题〔310
在2020年以前，我国的电力事业将是一个超常发展
的时期，大容量输电需要大容量导线，在这种大好形
势下，电力、电缆、冶金和化工行业的有关部门应互
相交流和研讨是很有意义的。
作者地址:
2004-08-03
黄崇棋(1934-
院院士.
上海市军工路1001)号〔200093].
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2005年第2期
No .2 2005
电 线 电 缆
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005年4月
Apr.,2005
2 大容量组合导线的导体和加强材料
2.1 导体
导 体 可 由圆形或梯形的耐热铝合金线、电工硬
铝线和软铝线经绞合后制成。
(1) 耐 热 铝合金线(见表 1) 耐热铝合金线根
据耐热等级和强度分为超耐热、特别耐热、耐热和高
强度耐热铝合金等四种，按导电率分有58%,60%,
55 % IACS等几个档次。在几十年的发展中尽管牌
号甚多，但都属铝一错系合金。随着铝中含错量的增
加，耐热性也增加，但导电率下降，因此要添加其它
辅助元素和采取热处理等措施。目前导电用耐热铝
合金有下列两个类型:① 固溶型耐热铝合金。早期
的耐热合金(如58和60 TAL)，由于耐热等级较低，
而且为了满足导电率的要求，一般含错量不大于
0.1%，因此这种线的价格与电工纯铝线相比，仅少
许的增加;② 固溶析出型耐热铝合金。超耐热铝合
金就属这种类型。首先使错在铝中强制过饱和固
溶，然后进行冷加工和长时间的热处理，如果通过连
铸连轧得不到应有的组织，甚至要进行二次热处理，
这样制造厂不仅要增添必要的大型热处理装备，且
生产效率下降，成为制约生产的瓶颈，故这种线的价
格必然会有大幅度的增加。
高强 度 耐 热铝合金线的强度与5005或KAL中
强度铝合金相当，约为250 MPa。但其导电率(55%
IACS )较低，适用于大跨越或大高差等线路。
(2) 退 火 软铝线(见表 1) 它的特点是导电率
高(63 % IACS以上)、柔软(伸长率约20%，远比钢高
得多)、弹性模量低、应力应变曲线没有明显的屈服
极限转变点、强度低(约84 MPa)，但制造方便，价格
比耐热铝合金线低得多。
2.2 加强材料
加强 材 料 可分两类，即金属(钢)加强材料、碳纤维
或碳纤维与聚合物复合的非金属加强材料(见表1)0
表1 大容f导线用的导体、加强材料及它们的组合导线
导线线种代号
导 电率
不 小于
/(% IACS)
抗拉强度②
不 小于
/M p a
允许温度/℃③ 耐热性
加强材料线种
大容量组合导线
连续 短时 名称(举例) 代号(举例)
强度残存率，
不 小于1%
试验条件
超耐热
铝合金0
57 巧8.8~175.0 200 230
1. 热镀 锌 钢线
(镀 纯 锌 或锌
一5 % 铝 一 稀
土 的 G alf an
合 金 )
2. 热 镀 Galfan
合 金 高 强度
殷 钢
( IN VA R -Fe -
36 % a N i )线或
铝 包 殷 钢 线
3. 碳纤 维加 强
线
4. 碳纤 维 和 聚
合 物 复 合 的
加 强 线
5. 铝包钢线
6. 热镀铝钢线
7. B ezinal.镀锌
钢线 [ 121
1.钢芯耐热铝合金绞
线
58或60TACSR
58UTAL 58 158.8~175.0 叩270'C x 1 h
2.钢芯超耐热铝合金
纹 线
58或60UTACSR
ZTACSH XTACSR
XTAL 58 巧8.8~175.0 230 290 叩280'C x 1 h
印158.8~175.0 210 240
3.铝包钢芯耐热铝合
金 绞线
58或6 ITACSR
TACSR/ACSI川
印UTAL 印158.8~175.0 叩270'C x l h
ZTAL[61 印158.8一175.0 210 240 90 280`0 x 1 h
4.钢芯高强度耐热铝
合 金绞线
KTA,SR
印158.8~175.0 280 90 28090 x 1 h
特别耐热
铝合金①
5f.' 巧8.8-175.0 230 310
5.铝包钢芯高强度耐
热 铝合金纹线
KTACSR/AC
耐 热
铝合金①
58TAL 58 158.8一175.0 150 180 90 230'C xIh
60TAL 60 巧8.8一175.0 150 180 卯23090 x I h
6.殷钢芯低弧垂超耐
热 铝合金绞线
XT或2TACIR
高强度耐
热铝合金
KTAL 55 225.0一252.0 150 1so 90 23090 x I h
50 274.4
相当于15090
下加热36年
180 o 18090 x 400 h
59 235.2 150 180 87 400℃ x 4 h
7.碳纤维芯超耐热铝
合 金绞线
ZTACFR
8.碳纤维和聚合物复合
芯耐 热铝合金绞线
ACFR
TACFR
9.钢芯软(退火)铝绞
线
电工铝圆 ACSS
线或电工
铝 型线
硬线61 巧8.8~175.0 90 120
软线63
约84.0(伸长
率约20%)
2以】10.型线同心绞架空导
线
TV
AXF/SXY
250) AXF/AYF
① 本产品的技术参数摘自于《日本电气共同研究》第43卷第3号第7页。
② 抗拉强度值系指导线直径为2.3一4.8 mm时的测量值。
③ 连续允许温度系指连续运行温度下导线允许最高温度;短时允许温度系指由于事故等原因，要求在30 min内短时的条件下，导线允许(短时)的最高温度。
据 JEC3406(日本电工委员会标准)JCS1405和1404(日本电线电缆制造厂协会)标准，短时允许温度是指持续时间为400h ，而且强度残存率不小于90%时的
允许 温度值。
④ 根据Alcan公司ACSS导线信息报道，与镀铝钢线或铝包钢线组合后，导线连续允许温度可达2509C o
10
万方数据
2005年第2期
No .2 2005
电线电缆
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005年4月
Apr.,2005
(1 )钢 加 强材料 在大容量组合导线中使用的
钢线，由于增强要求的不同，可采用普通强、高强和
特强钢线;由于耐蚀要求的不同，钢丝的镀层可采用
热镀纯锌、锌一5%铝一稀土(即Galfan)耐蚀合金、热镀
铝(或铝包钢);如既要增强，又要兼顾组合导线的导
电率和耐热性，可用铝包钢线;为减小导线的弧垂，
以降低钢线的热膨胀系数的特殊需要，可用殷钢
(Invar)线。
(2) 非 金 属加强材料 这种材料与组合导线中
的钢绞线相比[5]具有重量轻、强度高、热膨胀系数小
(1.O x 10-6/9C)、耐热(允许的连续温度为150 9C ,短
时温度为180 9C)等特点，重量和热膨胀系数分别仅
为钢绞线的1/5的1/12，而两者的拉断力几乎相等，
因此开发和应用于大容量低弧垂组合导线的前景看
好。
3 大容量组合导线
如上 所 述 ，经不同导体材料和加强材料的绞合
可制造出符合不同特性要求的组合导线，现将具有
代表性的大容量组合导线(见表1)举例如下。
3.1 耐热铝合金一碳钢加强的大容f组合导线
由于 耐 热 铝合金线种较多，与碳钢加强材料组
合，可组合出许多不同特性的组合导线，此类导线与
钢芯铝绞线相比，其容量约可增加到1.5一2.0
倍[71。
3.2 耐热铝合金·非金属加强的大容量组合导线
这类 组 合 导线[5.71可设计得与钢芯耐热铝合金
绞线具有相同的综合拉断力，但导线的重量大大减
轻，并在150℃的连续允许温度下运行，弧垂明显改
小，且不需更多地关注线路的热膨胀。另外，不需改
变通常输电线路的铁塔和支持物。这种导线已于
2002年10月在日本“Tohoku”公司管辖区的输电线
路上投人试运行。
3.3 超耐热铝合金一殷钢加强的低弧垂大容t组合
导 线
这类 组 合 导线[4.8-lo ] 现以超耐热铝合金一高强度
热镀Galfan合金殷钢线加强的大容量导线
(ZTACIR)为例，它可在连续210 cC ,短时240℃下工
作，从而使输电容量为钢芯铝绞线的2倍;由于殷钢
的热膨胀系数小，在20℃一100℃为小于2.8 x
10-6/cC , 100℃一240℃为小于3.6x 1 0-6/9C，所以铁
塔间导线的弧垂可减小;由于Galfan合金镀层的耐
蚀性好，所以组合导线具有良好的耐蚀性。
3.4 钢芯软(退火)铝线大容f组合导线(ACSS和
AC SS /TW ) [”]
这 种 导 线的制造基本上与钢芯铝绞线相同，只
增加了退火工序，因此价格只是稍有提高而已，它具
有下列特点:
(1) 可 提 高线路输电容量。由于电工软(退火)
铝股线具有第2.1节(2)所述的特性，当导线在高温
下运行时，根据软铝线和钢线的应力应变曲线可以
看出，导线上所受的力将绝大部分转向钢芯，实际上
软铝线已和导线的强度损失无关，所以导线可在
200℃和250 OC(软铝线和镀铝钢线或铝包钢线组合)
下运行，从而线路容量可增加到1.5一2.0倍。
(2) 可 提 高阻尼能力、允许的每日应力，和减少
蠕变。由于导线中软铝线所受的应力很低，且蠕变
伸长减少，故阻尼能力提高，可提高每日应力和少考
虑或不考虑消振措施。由于软铝线伸长率很高，导
线的蠕变主要取决于钢芯，而钢芯的蠕变是非常低
的。
AC SS 导 线亦可用梯形等型线制造，这种紧密的
导线，因载流面积增加而使载流量增加约20%.
这 种 导线 在重冰区使用，由于其拉断力(相对于
标准的钢芯铝绞线而言)降低了，所以在导线的强度
上可能不应有太多的苛求。此外，由于软铝股线柔
软，因此在紧线和控制弧垂以前可能需要预应力。
3.5 型线同心绞架空导线(TW和AERO-ZI'01)
这 种 导 线具有下列特点:
(1) 由 梯 形或 Z形铝股线与加强材料同心绞
合，与自阻尼导线相类似，这种结构在长期试验和应
用中已得到证实是可靠的。
(2) 可 增 加载流量，与标准的钢芯铝绞线相比，
在等直径下，可增加载流面积20%，由此，电阻可减
小17%，如果以等面积相比，直径可减小10%0
(3) 有 较 低的径向温度梯度，这是由于梯形股
线间接触面的增加，传热改善所致，从而具有较低的
运行温度;有较低的AC-DC电阻比，这是由于梯形
股线尺寸大，导线一般只需2层股线，从而排除了钢
芯的磁效应而使电阻降低。也因股线尺寸大，加工
中冷加工率低，所以导电率较高;可改善电流的分布
和耐蚀性，因为股线间接触面的增加，改善了圆周上
和层间的电流分布，使电流更趋向于按直线流动，从
而减小了不平衡的磁化力。梯型股线绞合密集性
好，减少了有盐分的潮气和污染气体向导线中渗透，
从而改善了耐蚀性。
(4) 安 装 、金具和设备与钢芯铝绞线相同。
综 上 所 述，如果集上述大容量组合导线结构、导
体材料和加强材料之长，可以预计将可进一步开发
出性能更好的新颖大容量导线。
万方数据
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,2005
4 型号为NRLH( 60% I ACS)G J-400/35钢芯
耐 热 铝 合金绞线
日本 ( IE C/TC7 ) 国家委员会向国际电工委员会
(IEC/TC 7)提出了《架空导线用耐热铝合金线》标准
草案〔151，在草案里所列的四种线种，没有导电率为
58 % IACS的耐热铝合金线(早期开发的)，这说明它
在日本已被淘汰。
200 2 年上 海电缆研究所和江门新会三新电工
器材有限公司合作，在原有60 % IACS耐热铝合金的
基础上进行了工艺、技术改进，并试制了型号为
NRLH(60% IACS) GJ-120/20, GJ-185/30和GJ-400/35
等三种规格的高导电(60 % IACS )耐热铝合金导线，
其中GJ-400/35经上海电缆研究所检测全部合格。
该成果已于2003年1月由广东省机械行业协会和
广东省广电集团有限公司受中国机械工业联合会和
中国南方电网有限责任公司的委托，组织产品技术
鉴定，并获得通过。NRLH( 60% I ACS)G J4 00/35导线
的主要试验结果见表2、表30
表 2 耐 热 铝 合 金 线 与 镀锌钢线的性能
项目耐热铝合金线镀锌钢线
? 0
7 ， .
，. 又2
抗拉强度/MPa
导电率/(%IACS)
伸长率/%
1%伸长时应力/MPa
自身卷绕试验i次①
4d卷绕试验/次。
100 d扭转试验/次。
锌层重量(g/m2)
1 567
5.1
1 302
未断裂 未 断 裂
无开裂和起皮
3 247
① 自身卷绕试验的弯曲直径为1 d;4 d卷绕试验弯曲直径为4
d,d为导线的标称直径(mm)，以下相同。
② 扭转试验的试样的标距长度为100 de
表3 导线主要特性试验结果
项目结果条件}项目结果条件
1.常温综合拉断力109.5,10.8和
1的.6 kN,
平均109.6 kN
试样长12 m，环氧树
脂端头，500 kN卧式
拉力机一“’流’导体温度
/℃
载流量
/A
无风、无日照自然对流，试样
张力25.98 kN (25 % RTS)，加
热区长13 m，热电偶测温，环
·境温度10.5一10.890
45.4
61.0
83.1
104.4
126.1
147.9
157.7
168.6
5印
660
800
9如
1060
11印
1 190
1 238
2.高温综合拉断力15090 x 3 hr:
10 9.5,108.9,
10 9.3 kN
加热区长10 m，热电
偶测温，其它同上
3.弹性模量及应力-
应 变曲线
最终弹性模量为
66.4 GPa
标距长2 m,测试精
度:应力为土1%，应
变为t 0.01 mm/2 m,
其它同上
}7·在209v“
}的直流电
一’
理论值:鉴0.075140/
km
实验值:0.074250/
km
试样长度为12 m,测试有效
长度为10 m
4.振动疲劳性能3.01 x 10';3. 02 x
10';3.01x10'次振
动后，未见有任何开
裂断股现象
振动角:25，一30'，张
力25%计算拉断力，
试样塔距56 m
5.热膨胀性能热膨胀系数:
(1)室温一10090:
21 .2x 1 0一6/℃
(2) 100~1609v:
21 .1x 1 0一4/℃
”热区长13.5m，张 一
力25.98 kN ‘25%RTS)，侧试有效长度一
刀3’一一
‘’‘变性能端变量:在15%、
25%和35% R15张
力下的蠕变方程可
推算出10年(87600
h)后的蟠变量分别
为207,491和908
mm/km
100 kN卧式拉力试验机，试
样端间长14 m，试样标距长5
m，环氧树脂端头
试验温度:20:t 190
张力:15%(RTS)
25 0l o ( R TS )
35 % (R TS )
试验时间:1 000 h
注:导线结构:耐热铝合金线48根x 3.22 mm;镀锌钢线7根x 2.50 mm.
12
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电 线 电 缆
Electric Wire&amp;amp; Cable
2005
Apr.
年4月
,2005
飞.J 飞esJ
6 7
r.L FesL
5 结论
[s] [9j
(1) 在 新 建大容量架空输电线路和老线路增容
改造的设计中，对大容量组合导线的选择应根据不
同容量、不同使用场合等多方案考虑。
(2) 建 议 对国内已使用耐热铝合金导线的架空
输电线路和电站内部用大电流母线进行调研、总结
交流设计和运行的经验，以利扩大应用。
(3) 为 开 发新颖的大容量组合导线，建议电力、
电缆、冶金和化工行业的有关单位共同深人研讨，以
利明确目标及时开展研发工作。
[10]
[11]
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飞IJ ﹃esj les仁J leses习﹃仁一J ，esJ
1 2 3 4 lf~ 6
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(上接第S页)
参考尺寸作为标准的资料性附录提出，这明显有着
优先采用之意。目前我国多数厂家采用“C”形连接
管，但也有一些厂家采用其他形状的连接管。一些
制造厂自制的“C”形连接管是用铜板弯制而成，也
有采用厚壁铜管在其轴向圆柱面上铣去一条而形成
"C”字形，不同厂家采用的厚度各有不同。近几年
已有专门厂家生产供应“C”形管。
5.4 阻燃与耐火型试验方法
迄今 为 止，阻燃电缆的阻燃性试验主要依据
GB/1' 18380-2001《电缆在火焰条件下的燃烧试
验》，耐火电力电缆的耐火试验按GB/T 19216.21-
2003《在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验
第21部分:试验步骤和要求一额定电压0.6/1 kV以
，，，，，》，，，，，，》，，》，，》，，》，，，》，，》，，，》》》，，，，，，，》，，，，，，，，，，，，、
....… … 沪
} 节约资源，减少污染;
{ 保护自然，万物共存
.
、................................................⋯ ⋯
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