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导线的机械物理特性

2015-1-8 14:36| 来源:竞彩足球投注| 查看: 3622| 评论: 0

摘要:   由于是研究线路设计问题,因此需要先了解一下有关导线的基本特性及参数。  导线的机械物理特性主要包括有瞬时破坏应力、弹性系数、温度热膨胀系数及导线的质量等,它们的物理意义与力学中定义相同。  现分述 ...
  由于是研究线路设计问题,因此需要先了解一下有关导线的基本特性及参数。
  导线的机械物理特性主要包括有瞬时破坏应力、弹性系数、温度热膨胀系数及导线的质量等,它们的物理意义与力学中定义相同。
  现分述如下:
  (1)导线的瞬时破坏应力
  对导线作拉伸试验,将测得的瞬时拉断力除以导线的截面积,即是瞬时破坏应力,用下式表示:
   (1-1)
  式中:σp—瞬时破坏应力,MPa;
     Tp—瞬时拉断力,N;
    S—导线的截面积。
  这里Tp表示导线在均匀增加拉力作用下,逐渐变形直至拉断时所需要的荷载,又称为综合拉断力,具体数值可查阅有关线路设计技术规程。根据瞬时破坏应力,选择适当的安全系数,使可确定导线最大允许使用应力。
  (2)导线的弹性系数
  这涉及到材料力学的有关知识,为此有必要作一简单说明。
  所谓材料力学是研究材料强度问题的科学,其中的内力与应力都是重要的概念。通常外力在力学中又称为荷载,物体受到外力作用而发生形状的改变,称为变形,而在变形的同时,物体内部分子之间相互作用,便产生了一种抵抗力(附加力),我们称为内力。这个内力我们可以通过静力学平衡方程确定它的大小和方向。为了分析内力在截面上分布的密集程度,又引出应力,即单位面积上作用的内力大小称为应力(垂直截面为正应力,平行截面为剪应力)。
  由于内力总随外力而生,且总与外力相平衡(作用与反作用),因此应力的计算常用外力来表示,即,单位MPa(N/mm2)。当作用在物体上的外力去掉后,物体仍能恢复原状的性质称为弹性,而不能完全恢复原状的性质称为塑性,为此引出了材料的弹性变形和塑性变形。实际上变形有多种形态,如拉、弯、扭等,但对于导线而言,我们主要关心它的拉伸变形。
  从而涉及到一个定律,即虎克定律,该定律主要描述了不同材料在拉伸时的应力与变形之间的关系。
  
        图1 构件受力图
  导线的弹性系数E,如图1所示,单质材料均匀截面构件在轴向外力T的作用下,产生轴向伸长为,材料的正应力为
  材料的轴向相对变形为(也称伸长率)。根据材料力学中的虎克定律:单质材料均匀截面杆件,在轴向外力作用下,轴向相对变形和正应力成正比,用公式表示为:
   (1-2)
     (1-3)
  式中 E-材料的弹性系数,亦称弹性膜量(MPa)。
  单质材料制成导线的弹性系数,就是材料的弹性系数。标准型复合导线的弹性系数可由实验确定。在弹性限度内,杆件绝对伸长与拉力T成正比,而与截面S成反比,即有,将其写成等式为,其中比例常数E称为材料的弹性系数,它表示了材料对弹性变形的抵抗能力。
  将式两边乘以,则有,即应力与相对变形成正比关系。
  (3)热膨胀系数导线温度升高1℃所引起的相对形变,称为导线的温度热膨胀系数或线膨胀系数,可表示为
   (1-4)
  式中:α—导线的温度热膨胀系数,1/℃;
     ε—导线由于温度变化所发生的相对变形;
     Δt—温度变化量,℃。  
  上述两个参数E,α分别描述了导线在外力作用和温度影响下的相对变形,它们在导线的力学计算公式中会经常使用到。
  (4)导线的质量 导线的质量常以每千米长导线的质量值表示,单位为kg/km。
  输电线导线的机械物理特性和规格见书中附表所示,在应用时需注意标称截面和计算截面两者并不相等,在施工现场进行导线力学估算时,有时可用标称截面(相当个额定值),但在线路设计时则应采用计算截面。另外,对于钢芯铝绞线还应注意铝钢截面比,如铝的标称截面为95的钢芯铝绞线有LGJ-95/55、LGJ-95/20、LGJ-95/15三种,他们的外径、计算截面、计算拉断力及其他机械物理特性参数均不相同。

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