紧凑型导线及其绞合方法 【技术领域】
本发明涉及电力传输导线，尤其涉及标称截面为95mm2的导线。
背景技术
按照国家标准GB/T 3956-1997《电缆的导体》和国际电工委员会标准IEC60228-1978《绝缘电缆的导体》的要求，对于标称截面为95mm2的导线至少由十九根导体绞合而成。参见图1，以十九根直径为2.52mm的导体1为例，将该十九根导体1从内到外分为三层，以1+6+12的绞合方式进行绞合，即第一层为一根导体1，第一层导体2位于导线中部，第二层为六根导体1，第二层导体3围绕在第一层导体2外围，第三层为十二根导体1，第三层导体4围绕在第二层导体3外围，三层导体1绞合在一起后外部挤包有绝缘层5，形成一根导线，且每根导体1直径相同。上述导线的绞合外径为12.60mm，实际截面为94.72mm2。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种紧凑型导线及其绞合方法，该导线能缩小绞合外径，节约敷设空间。
本发明是这样实现的：
一种紧凑型导线，包括若干根导体，若干根导体从内到外分为三层，第一层导体位于导线中部，第二层导体围绕在第一层导体的外围，第三层导体围绕在第二层导体的外围，三层导体绞合在一起后外部挤包有绝缘层，形成一根导线，且第一、第二层的导体半径相同；所述导线中的第三层导体包括第一导体和第二导体，第一导体与第二导体数量相同，第一导体的半径大于第二导体的半径，且第一、第二导体间隔排列。
所述第一导体半径大于第一、第二层导体半径，第二导体半径小于第一、第二层导体半径，且第一导体与第二层导体中的两个相邻导体相切。
所述导线包括十九根导体，第一层为一根导体，第二层为六根导体，第三层为十二根导体。
一种紧凑型导线的绞合方法，包括以下步骤：
步骤一，从现有的标称截面为95mm2、导体数量为十九根的导线中任意选取七根导体并分为二层，其中一根导体作为第一层导体设置在导线中部，六根导体作为第二层导体围绕在第一层导体的外围，且该七根导体半径相同，即该七根导体半径均为r；
步骤二，第三层导体由十二根导体组成，且第三层导体围绕在第二层导体的外围，该第三层导体包括第一导体和第二导体，第一导体半径大于第一、第二层导体半径，第二导体半径小于第一、第二层导体半径，且第一导体与第二层导体中的两个相邻导体相切；
步骤三，确定第三层导体中第一导体半径a的取值范围：
A)在第二层导体中任取两个相邻导体，将第一层导体截面的圆心和上述两个相邻导体截面的圆心相连，形成边长为2r的等边三角形，并求出该等边三角形的高h1；
B)将上述两个相邻导体截面的圆心和与该两个相邻导体相切的第一导体截面圆心相连，形成底边为2r，腰长为r+a的等腰三角形，并求出该等腰三角形中与底边相对应的高h2；
C)建立函数关系式H(a)＝2h1+2h2+2a，其中H(a)为导线绞合外径，绞合外径H(a)由2h1、2h2和2a相加得到；
D)根据紧凑型导线的绞合外径小于现有导线的绞合外径，得到函数关系式H(a)＝2h1+2h2+2a＜12.60mm，其中12.60mm为现有导线的绞合外径；
E)通过上述函数关系式H(a)＝2h1+2h2+2a＜12.60mm，得到第一导体半径a的最大值amax；
F)根据第一导体半径大于第一、第二层导体半径，得到第一导体半径a的最小值amin，即amin＞r；
G)综合上述E)和F)得到第一导体半径a的取值范围：r＜a＜amax；步骤四，确定第三层导体中第二导体半径b的取值范围：
A)该导线为标称截面为95mm2的导线，且现有导线的实际截面面积为94.72mm2，根据各个导体截面面积之和与标称截面面积、实际截面面积之间的关系，建立如下函数关系式：94.72mm2≤S＝S1+6S2+6Sa+6Sb≤95mm2，其中S是十九根导体截面面积之和，S1是第一层导体中单根导体的截面面积，S2是第二层导体中单根导体的截面面积，且S2与S1相等，Sa是第三层导体中单根第一导体的截面面积，Sb是第三层导体中单根第二导体的截面面积；
B)根据第一、第二层导体半径为r，第三层导体中第一导体半径为a，第三层导体中第二导体半径为b，并通过上述函数关系式：94.72mm2≤S＝S1+6S2+6Sa+6Sb≤95mm2，得到a与b的关系式：1/6(94.72/π-7r2)≤a2+b2≤1/6(95/π-7r2)；
C)在上述步骤三a的取值范围中，对a进行取值，当a取极大值时，得到b最小值的取值范围：bmin1＜bmin＜bmin2；当a取极小值时，得到b最大值的取值范围：bmax1＜bmax＜bmax2；即得到第二导体半径b的取值范围：bmin1＜b＜bmax2；
步骤五，在上述步骤三a的取值范围内确定一个值a1，并选用截面半径为a1的导体作为第三层导体中的第一导体；
步骤六，根据步骤五中a1的数值，并通过步骤四中a与b的函数关系式：1/6(94.72/π-7r2)≤a2+b2≤1/6(95/π-7r2)，计算得到在a＝a1的情况下，b的取值范围：b1’≤b≤b1”，在上述b的取值范围内确定一个值b1，并选用截面半径为b1的导体作为第三层导体中的第二导体；
步骤七，将上述三层导体绞合在一起后，外部挤包有绝缘层，形成一根导线。
本发明是对现有标称截面为95mm2导线的改进，在导线内导体数量不变的情况下，保持第一、第二层导体半径r不变，对第三层导体的半径进行改进。
第三层导体包括第一导体和第二导体，第一、第二导体间隔排列，且第一导体与第二层导体中的两个相邻导体相切。第一导体半径a大于第一、第二层导体半径r，故得到第一导体半径a最小值大于第一、第二层导体半径r。第一导体半径a最大值可根据导线绞合外径函数：H(a)＜12.60mm得到，其中H(a)为导体绞合外径，12.60mm为现有标称截面为95mm2导线的绞合外径。
第二导体半径b地取值范围根据各个导体截面面积之和与标称截面面积、实际截面面积之间的函数关系式：94.72mm2≤S＝S1+6S2+6Sa+6Sb≤95mm2得到，其中S是十九根导体截面面积之和，S1是第一层导体中单根导体的截面面积，S2是第二层导体中单根导体的截面面积，Sa是第三层导体中单根第一导体的截面面积，Sb是第三层导体中单根第二导体的截面面积，95mm2为导线的标称截面面积，94.72mm2为现有导线的实际截面面积。
本发明第三层导体中第一、第二导体间隔排列，缩小了导线的绞合外径，从而节约了敷设空间。同时，由于导线绞合外径变小，因此可减少挤包在导体外部绝缘层的材料，降低了生产成本。
【附图说明】
图1为现有标称截面为95mm2的导线结构示意图；
图2为本发明紧凑型导线的结构示意图。
图中：1导体，2第一层导体，3第二层导体，4第三层导体，41第一导体，42第二导体，5绝缘层。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图2，一种紧凑型导线，包括十九根导体1，十九根导体1从内到外分为三层。第一层为一根导体1，第一层导体2位于导线中部。第二层为六根导体1，第二层导体3围绕在第一层导体2的外围，且第一、第二层导体2、3半径相同。第三层为十二根导体1，第三层导体4围绕在第二层导体3的外围。第三层导体4包括第一导体41和第二导体42，第一导体41与第二导体42数量相同，均为六根，第一导体41的半径大于第二导体42的半径，且第一、第二导体41、42间隔排列。在本发明中，第一导体41半径大于第一、第二层导体2、3的半径，第二导体42半径小于第一、第二层导体2、3的半径，且第一导体41与第二层导体3中的两个相邻导体1相切。三层导体1绞合在一起后外部挤包有绝缘层5，形成一根导线。
以标称截面为95mm2、导体1数量为十九根的导线为例。该导线的绞合方法包括以下步骤：
步骤一，从现有的标称截面为95mm2、导体1数量为十九根的导线中任意选取七根导体1并分为二层，其中一根导体1作为第一层导体2设置在导线中部，六根导体1作为第二层导体3围绕在第一层导体2的外围，且该七根导体1半径相同，即该七根导体1半径r＝1.26mm；
步骤二，第三层导体4由十二根导体1组成，且第三层导体4围绕在第二层导体3的外围，该第三层导体4包括第一导体41和第二导体42，第一导体41半径大于第一、第二层导体2、3半径，第二导体42半径小于第一、第二层导体2、3半径，且第一导体41与第二层导体3中的两个相邻导体1相切；
步骤三，确定第三层导体4中第一导体41半径a的取值范围：
A)在第二层导体3中任取两个相邻导体1，将第一层导体2截面的圆心和上述两个相邻导体1截面的圆心相连，形成边长为2r＝2.52mm的等边三角形，并求出等边三角形的高
B)将上述两个相邻导体1截面的圆心和与该两个相邻导体1相切的第一导体41截面圆心相连，形成底边为2r＝2.52mm，腰长为r+a(mm)的等腰三角形，并求出该等腰三角形中与底边相对应的高
C)建立函数关系式H(a)＝2h1+2h2+2a，其中H(a)为导线绞合外径，绞合外径H(a)由2h1、2h2和2a相加得到；
D)根据紧凑型导线的绞合外径小于现有导线的绞合外径，得到函数关系式H(a)＝2h1+2h2+2a＜12.60mm，其中12.60mm为现有导线的绞合外径；
E)通过上述函数关系式H(a)＝2h1+2h2+2a＜12.60mm，即得到第一导体41半径a的最大值amax＜1.58mm；
F)根据第一导体41半径大于第一、第二层导体2、3半径，得到第一导体41半径a的最小值amin，即amin＞1.26mm；
G)综合上述E)和F)得到第一导体41半径a的取值范围：1.26mm＜a＜1.58mm；
步骤四，确定第三层导体4中第二导体42半径b的取值范围：
A)该导线为标称截面为95mm2的导线，且现有导线的实际截面面积为94.72mm2，根据各个导体1截面面积之和与标称截面面积、实际截面面积之间的关系，建立如下函数关系式：94.72mm2≤S＝S1+6S2+6Sa+6Sb≤95mm2，其中S是十九根导体1截面面积之和，S1是第一层导体2中单根导体1的截面面积，S2是第二层导体3中单根导体1的截面面积，且S2与S1相等，Sa是第三层导体4中单根第一导体41的截面面积，Sb是第三层导体4中单根第二导体42的截面面积；
B)根据第一、第二层导体2、3半径为r＝1.26mm，第三层导体4中第一导体41半径为a，第三层导体4中第二导体42半径为b，并通过上述函数关系式：94.72mm2≤S＝S1+6S2+6Sa+6Sb≤95mm2，得到a与b的关系式：1/6(94.72/π-7r2)≤a2+b2≤1/6(95/π-7r2)；
C)在上述步骤三a的取值范围中，对a进行取值，当a取极大值时，得到b最小值的取值范围：bmin1＜bmin＜bmin2，即当a＝1.58mm时，b的取值范围：0.82mm＜b＜0.83mm；当a取极小值时，得到b最大值的取值范围：bmax1＜bmax＜bmax2，即a＝1.26mm时，b的取值范围：1.259mm＜b＜1.260mm；即得到第二导体42半径b的取值范围：0.82mm＜b＜1.26mm；
步骤五，在上述步骤三a的取值范围内确定一个值a1＝1.445mm，并选用截面半径为1.445mm的导体1作为第三层导体4中的第一导体41；
步骤六，根据步骤五中a1＝1.445mm，并通过步骤四中a与b的函数关系式：1/6(94.72/π-7r2)≤a2+b2≤1/6(95/π-7r2)，计算得到在a＝1.445mm的情况下，b的取值范围：1.04≤b≤1.050，在上述b的取值范围内确定一个值b1＝1.045mm，并选用截面半径为1.045mm的导体1作为第三层导体4中的第二导体42；
步骤七，将上述三层导体1绞合在一起后，外部挤包有绝缘层5，形成一根导线。
上述紧凑型导线的绞合外径：
其实际截面：S＝S1+6S2+6Sa+6Sb＝94.81mm2。
本发明是在导线内导体1数量不变的情况下，保持第一、第二层导体2、3半径不变，对第三层导体4的半径进行改进。本发明主要通过导体1半径与导线绞合外径之间的关系，各个导体1截面面积之和与标称截面面积、实际截面面积之间的关系，确定第三层导体4中第一、第二导体41、42的半径，即第一导体41直径为2.89mm，第二导体42直径为2.09mm。第一、第二导体41、42间隔排列，得到导线的绞合外径为12.04mm，导线的实际截面面积为94.81mm2，该绞合外径12.04mm小于现有导线的绞合外径12.60mm，该实际截面面积94.81mm2大于现有导线的实际截面面积94.72mm2，从而本发明导线节约了敷设空间。同时，由于导线绞合外径变小，因此可减少挤包在导体1外部绝缘层的材料，降低了生产成本。