导线的机械物理特性

　　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:σ_p—瞬时破坏应力，MPa；
　　　　　T_p—瞬时拉断力，N；
　　　　S—导线的截面积。
　　这里T_p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：
　　或　（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。