铜镀钢绞线的标准.doc

1、铜镀钢绞线的相关标准由于铜镀钢绞线有很好的防腐蚀能力和良好的导电性能，并且具有很好的经济性，所以在国外，铜镀钢绞线逐步成为了接地系统中水平接地体的首选。在 IEEE std80-2000 中，对于铜镀钢绞线也做出了相关的解释，并给出了相应的参数。（译文）11.2.2 铜镀钢铜镀钢常作为接地系统中的垂直接地极，也用作水平网格的导体。因为土壤对于铜材的腐蚀有限，所以使用纯铜或者铜镀钢作为接地导体时，只要选择了合适的导体尺寸，并且导体是完好未被破坏的，就可以在几十年的时间内保证接地网络的完整性。并且针对于 30%和 40%导电率的铜镀钢绞线，给出了相应的热稳定校验系数：材料 材料导电 率（%）20时

2、（1/）r0时（0）K熔化温度 (0)mT20时 （r）TCAP 热容量J/cm3铜镀钢绞线 40 0.00378 245 1084 4.4 3.85铜镀钢绞线 30 0.00378 245 1084 5.86 3.85材料名称 导电率（%） 导体融化温度 Kf铜镀钢绞线 40 1084 10.45铜镀钢绞线 30 1084 12.06在 ASTM B227-04（美国铜镀钢绞线标准规范）中，对于铜镀钢绞线的详细的物理性能有着以下的规定：1.2 标准中定义了四种铜镀钢绞线的等级：40 HS 等级，40 EHS 等级，30 HS 等级，30 EHS 等级。40 HS 等级：高强度，40%导电率4

3、0 EHS 等级：超高强度，40%导电率30 HS 等级：高强度，30%导电率30 EHS 等级：超高强度，30%导电率所以铜镀钢绞线中，只有 30%和 40%两种导电率。IEEE std80-2000 中的相关规定也正好说明这一点。4 材料4.1 铜镀钢绞线的钢芯必须被镀铜层充分、一致、连续的包裹起来，并且结合紧密。4.2 制作完成的铜镀钢绞线必须满足本规定中的相关要求。8 弯折测试8.1 在单股铜线的标称直径 100 倍的地方做 90 度的弯折试验，铜镀钢绞线应当能够经受住最少20 次的弯折，并且铜层不破裂。弯折的频率为每分钟 15 次。8.2 测试样品可以被破坏，但是在测试的过程中，不应

4、当出现裂纹、凹坑、碎裂、或者在更大的弯折幅度下出现的表面不完整的情况，以上所述都说明导线的表面存在固有的缺陷。在导线的断裂处进行检查，但是不应当出现铜层和导线分离的情况。10铜层厚度10.1 导线的铜层厚度必须满足如下的要求：10.1.1 30%导电率的铜层厚度必须达到 0.25mm 以上，最小不得小于导线直径的 6%。10.1.2 40%导电率的铜层厚度必须达到 0.25mm 以上，最小不得小于导线直径的 10%。铜镀钢绞线在故障电流持续 30 个周波（0.5s）的时间内的短路熔断电流数据如表格 2 所示。这些电流值都是从准确的实验中获得的，接近于等效直径为纯铜导线的 80%的载流量。其余持

5、续时间情况下的电流也已可以有以下的方程式进行计算：这里，I 是熔断电流，单位：安培A 是导体面积，单位：圆密尔t 短路持续时间，单位：周波C 30%导电率的导线 C 值为 0.81C 40%导电率的导线 C 值为 0.91国外铜镀钢绞线物理参数表：30%导电率铜镀钢绞线的熔断电流40%导电率铜镀钢绞线熔断电流值美标中对导线线径的划分：在美国标准中，其导线的型号都是以 AWG 来规定与命名的。AWG（American Wire Gauge）其实是美制电线标准的简称， AWG 值是导线厚度（以英寸计）的函数。下表将列取 AWG 与公制、英制单位的对照表。其中，4/0 表示 0000，3/0 表示

6、000，2/0 表示00，1/0 表示 0。外径AWG公制 mm 英制 inch截面积(mm2)4/0 11.68 0.46 107.22 3/0 10.40 0.4096 85.01 2/0 9.27 0.3648 67.43 1/0 8.25 0.3249 53.49 1 7.35 0.2893 42.41 2 6.54 0.2576 33.62 3 5.83 0.2294 26.67 4 5.19 0.2043 21.15 5 4.62 0.1819 16.77 6 4.11 0.1620 13.30 7 3.67 0.1443 10.55 8 3.26 0.1285 8.37 9 2.

7、91 0.1144 6.63 10 2.59 0.1019 5.26 11 2.30 0.0907 4.17 其标准股数为：7，19，37，61 股等，每个厂家根据自己实际情况，可以任意的选择单股导线的线径与相应标准股数的配合，以达到导线截面积的要求。30%铜镀钢绞线物理参数AWG 单股直径 导线直径 30%导线破断载荷 重量导线类型 导线股数英寸 毫米截面积（mm2）英寸 毫米 磅 公斤 磅/千英尺 公斤/公里19No.5 19 0.1819 4.62 318.7 0.910 32.1 29600 13400 1700 253019No.6 19 0.1620 4.11 252.7 0.81

8、0 20.6 23500 10700 1403 208719No.7 19 0.1443 3.67 200.4 0.721 18.3 18600 8400 1113 165619No.8 19 0.1285 3.26 159.0 0.642 16.3 14800 6710 882.7 131419No.9 7 0.1144 2.91 126.1 0.572 14.5 11700 5310 700.0 10427No.6 7 0.1620 4.11 93.1 0.486 12.3 8660 3930 515.0 766.47No.7 7 0.1443 3.67 73.8 0.433 11.0 6

9、870 3120 408.4 607.87No.8 7 0.1285 3.26 58.57 0.385 9.8 5450 2470 323.9 482.040%铜镀钢绞线物理参数AWG 单股直径 导线直径 40%导线破断载荷 重量导线类型 导线股数英寸 毫米截面积（mm2）英寸 毫米 磅 公斤 磅/千英尺 公斤/公里37No.8 37 0.1285 3.26 309.7 0.910 32.1 24700 11200 1700 253019No.6 19 0.1620 4.11 252.7 0.810 20.6 19600 8890 1403 208719No.7 19 0.1443 3.67

10、200.4 0.721 18.3 15500 7030 1113 165619No.8 19 0.1285 3.26 159.0 0.642 16.3 12300 5580 882.7 131419No.9 19 0.1144 2.91 126.1 0.546 13.9 9100 4130 649.4 966.419No.10 19 0.1019 2.59 99.4 0.486 12.3 7210 3270 515.0 766.47No.7 7 0.1443 3.67 73.8 0.433 11.0 5730 2600 408.4 607.87No.8 7 0.1285 3.26 58.57

11、0.385 9.8 4540 2060 323.9 482.0国内铜镀钢绞线尺寸参数选择：30%导电率铜镀钢绞线导线截面界（ mm2）导线股数单股直径（ mm）抗拉强度（MPa ）300 37 3.20 315240 19 4.11 320185 19 3.67 317150 19 3.26 318120 7 2.91 30995 7 4.11 31070 7 3.67 30350 7 3.26 31635 7 2.59 31025 7 2.31 30916 7 1.83 30840%铜镀钢绞线物理参数截面积（mm 2）导线股数单股直径毫米抗拉强度（MPa）300 37 3.20 283240

12、 19 4.11 287185 19 3.67 285150 19 3.26 286120 19 2.91 27895 19 2.59 27875 7 3.67 27250 7 3.26 28435 7 2.59 27924 7 2.31 27816 7 1.83 277铜镀钢绞线热稳定参数选择（根据 IEEEstd80 - 2000）：11.3 导体尺寸因素11.3.1 对称电流从公式（37）到公式（42）可以得到接地导体的短时温升或所需导体尺寸与导体电流之间的关系，表 1 给出了通常所用的接地材料的材料系数。公式（37）到公式（42）都是由对称电流（没有直流偏移）得到的。（37）amrcm

13、TKtTCAPI 04ln12式中： 电流有效值 kAI 导体横截面积。mm 22mA 最大允许温度 T 环境温度 a 温度为参考温度 时的电阻率温度系数，1/rrT 温度为参考温度 时接地导体的电阻率，rr m 1/ （或 1/ ）- 0K0r 电流持续时间，sctTCAP 从表 1 中得到的单位体积热容常数（在 11.3.1.1 将进一步定义） ，J/cm 3*注： 和 是在同一参考温度 下得到的，表 1 给出了 20时的 和 ，如果导体尺寸是以rrTrkcmil（ mm2=1.974kcmil）给出的，公式（37）变成：（38） amrckmil TKtCAPI 03ln107.5表 1

14、 材料常数材料 材料导电 率（%）20时（1/）r0时（0）熔化温度(0)mT20时 （rTCAP 热容量J/cm3）铜，韧化，软拉1000 0.00393 234 1083 1.72 3.42铜镀钢绞线 40 0.00378 245 1084 4.4 3.85铜镀钢绞线 30 0.00378 245 1084 5.86 3.85铜镀钢棒 20 0.00378 245 1084 8.62 3.85镀锌钢 8.6 0.0032 293 419 20.1 3.93公式（37）和（38）以及（39） （定义 TCAP） ，是在两个假设的基础上得到的。a) 所有热量均保留在导体内（绝热过程）b) 比热

15、（SH）增加和比重（SW）的乘积 TCAP 几乎是一个常数，因为比热的增加和比重的降低速率大致相同。大多数金属，只要故障持续时间在几秒以内，这种假设在很宽的温度范围内部适用。11.3.1.1 替换公式没有被列入表 1 的材料的 TCAP 可以通过比热和比重求得，比热 SH 的单位cal/（g*）和比重 SW 单位 g/cm3 以及单位体积热容量，单位 J/cm3通过如下关系联系起来。4.148J=1calTCAP 定义为：TCAP（cal/cm3）=SH（cal/（g*） ）*SH （g/cm 3）或者TCAP(J/cm3) =4.148*SH(J/ （g*）) *SH（g/cm 3）TCAP

16、 一旦确定，公式（37）和（38）就通常定义为导线的容量。公式（37）和（38）也可以转化为针对电流的相应的导线的尺寸（40）)ln(*10042 amrcmTKtTCAPI（41）)ln(*974.10amrckcmil TKtTCAPIA举例：使用公式（40）和（41）可以得到 30%导电率和 40%导电率的铜镀钢绞线，100%和 97%的纯铜导线的尺寸，我们计算 1s 的 30%铜镀钢绞线的尺寸，有：所以对应电流为 1kA，应用等式（11）则有：11.3.1.2 截面积计算方程式使用英制单位，公式可以定义为：其中 A 导体截面积 kcmil I 故障电流 KA tc 故障电流持续时间 s

17、 Kf 不同材料的常数，表 2 中所列的常数是在是不同的 Tm 的值， （熔化温度或者导体的温度限制是基于 11.3.3）使用的环境温度为 40（T a）材料名称 导电率（%） 导体融化温 度 Kf纯铜 100 1083 7.00铜镀钢绞线 40 1084 10.45铜镀钢绞线 30 1084 12.06铜镀钢 20 1084 14.64接地棒1020钢 10.8 1510 15.95镀锌钢 8.6 419 28.96举例：使用等式（42） ，20kA 持续 3s.a) 对于软拉铜线：使用 250kcmilb) 对于 40%导电率铜镀钢绞线使用 19/#7 铜镀钢绞线。c) 对于钢导体使用 7

18、/8 英寸直径导体。对于形状和尺寸一定的导体，可以在不同的故障电率持续时间下，比较其熔化电流，使用 211.6kcmil 的软拉铜导线为例：由于以下因素，实际选择导体尺寸往往大于由导体的耐受电流确定的尺寸：a) 在接地体的设计寿命期间，接地导体能够耐受预料到的机械压力及腐蚀b) 在接地体的设计寿命期间内，导体应该具有足够高的导电性，以防止发生故障时出现危险的电压激昂。c) 限制导体温度的需求（见 11.3.3）d) 于其他电力设备一样，接地系统也应该考虑其安全系数。热稳定系数推导：在 IEEEstd80-200 中规定，接地线的最小截面积要求为： )ln(*1004amrcTKtTCAPI由上

19、式可得：)ln(*1002amrc TtI 在 DL/T 621-1997 中规定，接地线的最小截面积要求为：cgtCIS令：S=A ，则： ，)ln(*110*02amrccg TKTCAPtItI 其中：I g 的单位为安培，I 的单位为千安培。I g=I*103 安培。令： )ln(*0amrTKTCAP则上式可以简化为： cctItI2310*所以： C10即： )ln(*0amrTKTAP按照 DL/T621 1997 的要求，取环境温度为 40，则 K 与 C 的值如下表所示：材料材料导电率（%）20时（1/r）0时（0K）熔化温度(0)mT20时 （r）TCAP 热容量J/cm3

20、环境aT温度（） C铜镀钢绞线 40 0.00378 245 1084 4.4 3.85 40 188.7883铜镀钢绞线 30 0.00378 245 1084 5.86 3.85 40 163.5885铜镀钢棒 20 0.00378 245 1084 8.62 3.85 40 134.8801镀锌钢 8.6 0.0032 293 419 20.1 3.93 40 68.1414940%导电率铜镀钢绞线的 C 值计算，将相关参数代入公式：)ln(*100amrTKTAPC)402518l(.4378.5)6ln210C189.0.530%导电率铜镀钢绞线的 C 值计算，将相关参数代入公式：)

21、ln(*100amrTKTAP)402518l(86.37.5C)4ln101.0.220%导电率铜镀钢棒的 C 值计算，将相关参数代入公式： )ln(*100amrTKTAPC)402518l(6.837.)4ln10C139.09.镀锌钢的 C 值计算，将相关参数代入公式： )ln(*100amrTKTAP)402931l(.32.9)14ln(610C68.0.使用 IEEEstd80 -2000 中的简化公式，有： ，cfkcmiltKIA其中 Akcmil 的单位为 kcmil，它与 mm2 之间的换算关系为： 1kcmil=1.974mm2，所以， 974.12cfmtK在 DL/

22、T 621-1997 中规定，接地线的最小截面积要求为：cgtCIS令 = ，2mA则： 974.1cfcgtKtI其中：I g 的单位为安培，I 的单位为千安培。I g=I*103 安培。上式可以转化为： 974.103cfctKtC所以： fK1974所以，C 值如下表所示：材料 材料导电率（% ）熔化温度(0 )mTfKC铜镀钢绞线 40 1084 10.45 188.8995铜镀钢绞线 30 1084 12.06 163.6816铜镀钢棒 20 1084 14.64 134.8361镀锌钢 8.6 419 28.96 68.16298复杂公式与简化公式计算结果对照表：材料 材料导电率（

23、% ） 复杂公式C 值 简化公式C 值 误差铜镀钢绞线 40 188.7883 188.8995 0.06%铜镀钢绞线 30 163.5885 163.6816 0.06%铜镀钢棒 20 134.8801 134.8361 0.03%镀锌钢 8.6 68.14149 68.16298 0.03%综上所述：30%导电率铜镀钢绞线的热稳定系数可以取：16440%导电率铜镀钢绞线的热稳定系数可以取：189可以使用在 DL/T 621-1997 中规定，接地线的最小截面积要求为：的公式，对导线截面积进行选择或者验算一定截面积下的最大短视耐受电流。cgtCIS导线股数与线径选择的依据：以 30%导电率的

24、铜镀钢绞线为例，导电率、导线直径和厚度之间的关系，如下方程式所示：（1）%30222 rttr其中： 单股铜镀钢绞线的半径 镀铜层的厚度t 钢芯的导电率方程是（1）可以转化为：（2）%302rt将方程式（2）中转化单股铜镀钢绞线的半径转换为单股铜镀钢绞线的直径有：(3)%3021dt通过上式，经过以下步骤，可以获得直径与铜层厚度之间的关系有：(4)12dt%30t所以，经过变换后，可以得到铜层的厚度与单股直径的比值为： 2130dt根据 IEEE std80-2000 的标准可以知道， （钢芯的导电率）为 8.6%，所以：2%6.8130dt所以： 5t如果要达到 30%左右的导电率，则铜层厚

25、度与导线直径的比值为 6.5%左右。例：针对于 95mm 来说，可以使用 19 No.10 和 7 No.6 两种组合方式。No.10 的单股线径为：2.59mm，No.6 的单股线径为： 4.11。因为铜层的厚度为 0.25mm，所以厚度与直径的比值分别为：9.8%与 6.2%，所以当使用 19No.10 这种配置时，导电率为 45%，远远大于 30%导电率的要求。所以 7No.6的组合方式更合理，其导电率为 29.5%。同理，可以推导出 40%导电率的： 。%9dt铜层厚度的检测办法：1 可以根据 ASTM E376-03 利用电磁场与边界电流理论来测试铜层的厚度。2 可以测量导线的导电率和单股的线径，即可以保证铜镀钢绞线的厚度要求。