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【工藝】線纜產品的導線結構及絞合方式

發布時間:2018-06-07 文章來源:本站  瀏覽次數:2276
    導線的結構除了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產品采用圓形導線結構,因為在長條狀產品中圓形截面是結構最穩定、在相等截面時周長最短(可以省料)的幾何形狀;所以圓形導線是線纜產品的基本結構。這一些有其他形狀要求的導線,本文也將適當介紹。

一、 導線的基本結構——圓形
1、單圓線 主要的品種有銅單線、鋁單線及銅鋁合金線,以導線直徑為結構參數,范圍從0.01mm至3.00mm。圓單線除一部分直接作產品使用外,絕大部分是將單線絞制成多根絞線而使用的半成品。 除單一材質的圓單線外還有復合型圓單線。常用的有雙金屬圓單線,如鋁包鋼線(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,如鍍錫銅線,鍍鎳銅線。

2、圓絞線 電線電纜是大長度的產品,在生產、安裝和使用中要經受多次的卷繞和拉開,較大截面的導線如果不采用將小直徑的單線絞制成一定截面的絞線,產品將無法制造和使用。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。因此對各類產品用的絞線在柔軟度等方面有著不同的要求,所以在導線的標準中規定了7種導線結構,表1是標準規定的導線結構。
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,采用緊壓輪等方式將絞線進行緊壓,使導體在截面中占積率達到90%左右。一是將導線表面的凸出形狀壓平些,有利于中高壓交聯聚乙烯電纜擠包很薄的(0.5-1mm),內半導體層(均勻電場用)時,不易刺破。二是使單線間空隙減小。
(2)設有內空槽的圓絞線 內槽直徑一般為14—18mm,有二種產品需要,即充油電纜作為油流動的油槽,大電流電纜作為通氣體或液體進行內冷卻的通道(可以增大通電容量)。充油電纜的導線一般采用Z行或弓形單線絞制成環狀的截面,也可將圓單線絞成螺旋管外而成。作為內冷型強迫冷卻的內孔槽則采用密封的金屬管。
(3)扇形導線 是中低壓3—4芯油紙絕緣電力電纜(1-10kv)采用的導線結構,是為了使紙包絕緣后絕緣線芯成為3根120°的形狀,在成纜時絞成圓形(四芯電纜為三根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、扁平型線材和板材 將導體制成寬度比厚度大很多倍的扁平形狀的長條狀產品稱為扁線或板材。扁線主要用于漆包線、繞包線,以適應中型、大型乃至特大型電機、變壓器嵌線提高槽滿率的需要。而板材除了開關柜中使用外,主要作為發電廠、變電站以及大型制造車間中供應大電流的匯流排(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。母線屬于裸導體制品,安裝時必須加上絕緣子等來絕緣。

2、同軸電纜的導線結構 作為信息傳輸用的同軸電纜以“一對”為一個工作回路,其內導線均為圓單線,而外導體必須呈同心圓的外圓似的包圍在外面,內、外導體要保持同心圓必須依靠支撐,因此外導體的結構必然與支撐結構密切相關。如外導體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,如支撐采用實芯或像藕狀的中孔或泡沫塑料絕緣,則外導體可采用銅絲繞包、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般采用編織或繞包銅線的外導體結構。

3、異型導體 即橫截面采用一些特殊形狀的導體,一般是作為電機、開關中作為導體元件用的,如電機中的換向器材料、開關中的閘刀刀頭元件等。但接觸網導線中除了采用較粗的圓銅桿作導線外,也有制成葫蘆型、雙溝型等形狀的產品。

4、 非金屬導體 如光纜中的光纖,汽車點火線和音響耳機線等用的導電塑料導線或導電石墨浸涂的紗芯導線等。

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列三種絞合方式:正規絞合、非正規絞合(束絞)和復合絞合(復絞)。一些特殊產品的導線也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特征:①單線直徑相同;②中心層為1根單線、第一層為6根,以后每層增加6根,即1+6+12+??????;③每一根單線的絞合方向相反,但規定最外層必須是右向(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最穩定,利于彎、扭、絞合外徑最小、外形圓整,切斷絞線時、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:導線根數最多(最多達200根以上)、單線直徑絲(最細達0.05mm左右),而且必須采用束絞和復絞的絞合結構。
束合絞合(束絞)的方法是將幾十根細單線不分層通過一個小圓環束合在一起,然后朝同一方向扭絞(類似于棉紗的并線后扭絞),通過并線模成形。束絞的導線外徑不是很嚴格的,外形也只能近似圓形,但由于單線間相對松動、單線細,因此更為柔軟,在擠或包制絕緣時基本上能控制產品的外形為圓形。
  
3、復絞 對于要求產品特別柔軟而導線截面又較大時則必須采用復絞,如導線截面為185mm2的礦用電纜,其導線組成為2562/0.3。
復絞即先將幾十根單線束成股線,再將多個股線按正規絞合的方式絞制成導線。有時還要采用二次復絞,即將7—19根束絞線絞成“大股”,再將“大股”作為單線絞合。
 
四、絞線的技術參數
絞線工藝中必須控制幾個重要的工藝參數,實際上就是絞線結構的技術參數,在產品設計時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內層外表面上去的(見圖2),如將其中任何一根單線展開,就可看到單線的螺旋上升角α(稱為絞入角);單線沿內層導線繞一周的長度L;圖中的π D’表示以該層單線中心線為準的圓周長度,D’為圓周的中心直徑;h是絞合時單線繞一周時沿中心線方向前進的距離,稱為絞合節距。  

將這一層單線的絞合節距除以絞線直徑的比值稱為“節徑比m”,是導線絞合中最主要的工藝參數,有可比性。
理論上,計算節徑比應以該層單線的中心線直徑D’為準(稱為理論節距比);但為了實用方便,則可按該層絞線的實測外徑D計算(稱為實用節徑比)。實用節徑比的計算式如下: (h、D的單位為mm)
節徑比大,即絞入角大,反映了絞合程度小,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,但生產速度慢。因此,產品標準中,對于導線的絞合節徑比,都有一個規定的范圍。
  
2、絞入率 在絞線的一個節距長度上,單線展開長度與絞線節距之比,稱為絞入系數,以百分率表示稱為絞入率。
絞入率主要用于生產組織和材料用量計算。
  
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。中心為一根的正規絞合導線,η約為0.75.
有些產品如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,因單線間氣孔形成毛細孔狀態,可以阻止水汽等向兩側擴展,阻止外來損害的延伸。導線緊壓后,單線特別是最外層的單線變形較嚴重,但導線表面圓形程度更好。緊壓導線與未緊壓相比時顯得稍硬。
  
4、絞向 單線絞合時只有兩種絞合方向,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;即第一層為左向,則第二層為右向,交換絞向的目的是為了結構穩定,斷開導線時不會發生散開。
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