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天津市(shì)電纜總廠第一(yī)分(fēn)廠
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談談線纜産品的導線結構

導線的結構除了(le)導線用材料的品種與材質外,主要指其截面的大小和組成、形狀等。電線電纜的絕大多數産品采用圓形導線結構,因為(wèi)在長條狀産品中圓形截面是結構zui穩定、在相等截面時(shí)周長zui短(可以省料)的幾何形狀;所以圓形導線是線纜産品的基本結構。這(zhè)一(yī)些(xiē)有其他形狀要求的導線,本文也(yě)将适當介紹。
一(yī), 導線的基本結構——圓形
    1, 單圓線  主要的品種有銅單線、鋁單線及銅鋁合金(jīn)線,以導線直徑為(wèi)結構參數,範圍從0.01mm至3.00mm。圓單線除一(yī)部分(fēn)直接作(zuò)産品使用外,絕大部分(fēn)是将單線絞制成多根絞線而使用的半成品。
    除單一(yī)材質的圓單線外還有複合型圓單線。常用的有雙金(jīn)屬圓單線,如(rú)鋁包鋼線(鋁導電率高,鋼線抗拉力強)、銅包鋁線(銅導電率高,鋁輕)和鍍層單線,如(rú)鍍錫銅線,鍍鎳銅線。
    2, 圓絞線  電線電纜是大長度的産品,在生(shēng)産、安裝和使用中要經受多次的卷繞和拉開,較大截面的導線如(rú)果不采用将小直徑的單線絞制成一(yī)定截面的絞線,産品将無法制造和使用。不同的使用狀況和條件要求電線電纜具有不同的柔軟度——即可彎曲或可扭曲性能(néng)。因此對各類産品用的絞線在柔軟度等方面有着不同的要求,所以在導線的标準中規定了(le)7種導線結構,表1是标準規定的導線結構。
表1   導線線芯(單線根數/單線直徑,mm)和計算(suàn)外徑(mm)
     由表1可見,材料相同截面相等的導線可采用幾種結構組成,即單線的根數和直徑不同,在相同截面時(shí)單線根數愈多(單線直徑愈細),導線的柔軟度愈高。
     圓絞線的結構參數是導線截面積(以mm2表示),單線根數和單線直徑(mm)、絞合節徑比等。
    3, 圓絞線的派生(shēng)結構
(1)緊壓型圓絞線   在導線絞合過程中,采用緊壓輪等方式将絞線進行緊壓,使導體(tǐ)在截面中占積率達到90%左右。一(yī)是将導線表面的凸出形狀壓平些(xiē),有利于中高壓交聯聚乙烯電纜擠包很薄的(0.5-1mm),内半導體(tǐ)層(均勻電場(chǎng)用)時(shí),不易刺破。二是使單線間(jiān)空隙減小。
(2)設有内空槽的圓絞線   内槽直徑一(yī)般為(wèi)14—18mm,有二種産品需要,即充油電纜作(zuò)為(wèi)油流動的油槽,大電流電纜作(zuò)為(wèi)通氣體(tǐ)或液體(tǐ)進行内冷卻的通道(可以增大通電容量)。充油電纜的導線一(yī)般采用Z行或弓形單線絞制成環狀的截面,也(yě)可将圓單線絞成螺旋管外而成。作(zuò)為(wèi)内冷型強迫冷卻的内孔槽則采用密封的金(jīn)屬管。
(3)扇形導線   是中低(dī)壓3—4芯油紙絕緣電力電纜(1-10kv)采用的導線結構,是為(wèi)了(le)使紙包絕緣後絕緣線芯成為(wèi)3根120°的形狀,在成纜時(shí)絞成圓形(四芯電纜為(wèi)三根100°,中性線60°的扇形),以大量節約外層材料。線已很少使用。
    二,其他形狀的導線結構
1,扁平型線材和闆材   将導體(tǐ)制成寬度比厚度大很多倍的扁平形狀的長條狀産品稱為(wèi)扁線或闆材。扁線主要用于漆包線、繞包線,以适應中型、大型乃至特大型電機、變壓器(qì)嵌線提高槽滿率的需要。而闆材除了(le)開關(guān)櫃中使用外,主要作(zuò)為(wèi)發電廠、變電站(zhàn)以及大型制造車間(jiān)中供應大電流的彙流排(又稱母線)使用。特大型的(截面幾千平方毫米)母線可以制成槽形。母線屬于裸導體(tǐ)制品,安裝時(shí)必須加上(shàng)絕緣子(zǐ)等來(lái)絕緣。
扁線和闆材的結構參數是截面積、寬度、厚度以及四個(gè)角的弧度。
2,同軸電纜的導線結構   作(zuò)為(wèi)信息傳輸用的同軸電纜以“一(yī)對"為(wèi)一(yī)個(gè)工作(zuò)回路(lù),其内導線均為(wèi)圓單線,而外導體(tǐ)必須呈同心圓的外圓似的包圍在外面,内、外導體(tǐ)要保持同心圓必須依靠支撐,因此外導體(tǐ)的結構必然與支撐結構密切相關(guān)。如(rú)外導體(tǐ)采用較硬的銅帶縱包成圓管狀,并縱向軋成螺紋以利于彎曲,則支撐可采用嵌片式絕緣支撐,如(rú)支撐采用實芯或像藕狀的中孔或泡沫塑料絕緣,則外導體(tǐ)可采用銅絲繞包、編織等結構。通常,中同軸電纜采用嵌片式絕緣而小同軸或微同軸電纜一(yī)般采用編織或繞包銅線的外導體(tǐ)結構。
3,異型導體(tǐ)   即橫截面采用一(yī)些(xiē)特殊形狀的導體(tǐ),一(yī)般是作(zuò)為(wèi)電機、開關(guān)中作(zuò)為(wèi)導體(tǐ)元件用的,如(rú)電機中的換向器(qì)材料、開關(guān)中的閘刀刀頭元件等。但(dàn)接觸網導線中除了(le)采用較粗的圓銅杆作(zuò)導線外,也(yě)有制成葫蘆型、雙溝型等形狀的産品。
4, 非金(jīn)屬導體(tǐ)  如(rú)光纜中的光纖,汽車點火(huǒ)線和音(yīn)響耳機線等用的導電塑料導線或導電石墨浸塗的紗芯導線等。
     三, 圓絞線的絞合方式
     由多根相同直徑的圓單線絞合成各種截面的圓絞線通常采用下(xià)列三種絞合方式:正規絞合、非正規絞合(束絞)和複合絞合(複絞)。一(yī)些(xiē)特殊産品的導線也(yě)有采用不同直徑的單線等結構,本文從略。
1,正規絞合   正規絞合的圓絞線有幾個(gè)特征:①單線直徑相同;②中心層為(wèi)1根單線、層為(wèi)6根,以後每層增加6根,即1+6+12+••••••;③每一(yī)根單線的絞合方向相反,但(dàn)規定zui外層必須是右向(Z向),目的是有利于兩段導線相連接。所以正規絞合的導線結構zui穩定,利于彎、扭、絞合外徑zui小、外形圓整,切斷絞線時(shí)、單線不會外彈松股。因此被電力系統用電線電纜廣泛采用,即表1中的Ⅰ、Ⅱ種導線結構。
2,束絞  對于要求柔軟性優良的電線電纜用導線必須采用表1中Ⅲ—Ⅴ類導線結構。特征是:導線根數zui多(zui多達200根以上(shàng))、單線直徑絲(zui細達0.05mm左右),而且必須采用束絞和複絞的絞合結構。
束合絞合(束絞)的方法是将幾十根細單線不分(fēn)層通過一(yī)個(gè)小圓環束合在一(yī)起,然後朝同一(yī)方向扭絞(類似于棉紗的并線後扭絞),通過并線模成形。束絞的導線外徑不是很嚴格的,外形也(yě)隻能(néng)近似圓形,但(dàn)由于單線間(jiān)相對松動、單線細,因此更為(wèi)柔軟,在擠或包制絕緣時(shí)基本上(shàng)能(néng)控制産品的外形為(wèi)圓形。
3,複絞   對于要求産品特别柔軟而導線截面又較大時(shí)則必須采用複絞,如(rú)導線截面為(wèi)185mm2的礦用電纜,其導線組成為(wèi)2562/0.3。
    複絞即先将幾十根單線束成股線,再将多個(gè)股線按正規絞合的方式絞制成導線。有時(shí)還要采用二次複絞,即将7—19根束絞線絞成“大股",再将“大股"作(zuò)為(wèi)單線絞合。

圖1是複絞導線的截面圖。

    四,絞線的技術參數
    絞線工藝中必須控制幾個(gè)重要的工藝參數,實際上(shàng)就(jiù)是絞線結構的技術參數,在産品設計時(shí)必須做出規定并由工藝文件執行。主要技術參數有:節徑比、絞入率、絞向。
1,節徑比   絞線是外層單線以螺旋形方向絞到内層外表面上(shàng)去的(見圖2),如(rú)将其中任何一(yī)根單線展開,就(jiù)可看到單線的螺旋上(shàng)升角α(稱為(wèi)絞入角);單線沿内層導線繞一(yī)周的長度L;圖中的π D’表示以該層單線中心線為(wèi)準的圓周長度,D’為(wèi)圓周的中心直徑;h是絞合時(shí)單線繞一(yī)周時(shí)沿中心線方向前進的距離,稱為(wèi)絞合節距。

将這(zhè)一(yī)層單線的絞合節距除以絞線直徑的比值稱為(wèi)“節徑比m",是導線絞合中zui主要的工藝參數,有可比性。
    理(lǐ)論上(shàng),計算(suàn)節徑比應以該層單線的中心線直徑D’為(wèi)準(稱為(wèi)理(lǐ)論節距比);但(dàn)為(wèi)了(le)實用方便,則可按該層絞線的實測外徑D計算(suàn)(稱為(wèi)實用節徑比)。實用節徑比的計算(suàn)式如(rú)下(xià): (h、D的單位為(wèi)mm)
    節徑比大,即絞入角大,反映了(le)絞合程度小,反之則絞合程度大。節徑比小的導線,絞合較緊,結構較穩定,導線柔軟、彎曲性好(hǎo)(hǎo),但(dàn)生(shēng)産速度慢(màn)。因此,産品标準中,對于導線的絞合節徑比,都有一(yī)個(gè)規定的範圍。
2,絞入率  在絞線的一(yī)個(gè)節距長度上(shàng),單線展開長度與絞線節距之比,稱為(wèi)絞入系數,以百分(fēn)率表示稱為(wèi)絞入率。
絞入率主要用于生(shēng)産組織和材料用量計算(suàn)。
3,填充系數  導線中所以單線截面之和與導線輪廓截面積之比稱為(wèi)填充系數η,數值總小于1。則(1-η)表示導線截面中的空隙比例。中心為(wèi)一(yī)根的正規絞合導線,η約為(wèi)0.75.
    有些(xiē)産品如(rú)交聯聚乙烯電力電纜,防水密封電纜的導線。要采用深度緊壓型導線,η可提高至0.89-0.92。填充系數大的導線,在水汽等透過絕緣時(shí),因單線間(jiān)氣孔形成毛細孔狀态,可以阻止水汽等向兩側擴展,阻止外來(lái)損害的延伸。導線緊壓後,單線特别是zui外層的單線變形較嚴重,但(dàn)導線表面圓形程度更好(hǎo)(hǎo)。緊壓導線與未緊壓相比時(shí)顯得稍硬。
4,絞向   單線絞合時(shí)隻有兩種絞合方向,即左絞方向(s向)和右絞方向(z向)。正規絞合結構中規定相鄰兩層單線必須采用不同的絞向;即層為(wèi)左向,則第二層為(wèi)右向,交換絞向的目的是為(wèi)了(le)結構穩定,斷開導線時(shí)不會發生(shēng)散開。

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