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线缆产品的导线结构
[ 浏览点击:10 ] [ 发布时间:2018-04-10 ] 字体:[ ] [ 返回 ]
导线的结构除了导线用材料的品种与材质外,主要指其截面的大小和组成、形状等。电线电缆的绝大多数产品采用圆形导线结构,因为在长条状产品中圆形截面是结构最稳定、在相等截面时周长最短(可以省料)的几何形状;所以圆形导线是线缆产品的基本结构。这一些有其他形状要求的导线,本文也将适当介绍。
一, 导线的基本结构——圆形
    1, 单圆线  主要的品种有铜单线、铝单线及铜铝合金线,以导线直径为结构参数,范围从0.01mm至3.00mm。圆单线除一部分直接作产品使用外,绝大部分是将单线绞制成多根绞线而使用的半成品。
    除单一材质的圆单线外还有复合型圆单线。常用的有双金属圆单线,如铝包钢线(铝导电率高,钢线抗拉力强)、铜包铝线(铜导电率高,铝轻)和镀层单线,如镀锡铜线,镀镍铜线。
    2, 圆绞线  电线电缆是大长度的产品,在生产、安装和使用中要经受多次的卷绕和拉开,较大截面的导线如果不采用将小直径的单线绞制成一定截面的绞线,产品将无法制造和使用。不同的使用状况和条件要求电线电缆具有不同的柔软度——即可弯曲或可扭曲性能。因此对各类产品用的绞线在柔软度等方面有着不同的要求,所以在导线的标准中规定了7种导线结构,表1是标准规定的导线结构。
表1   导线线芯(单线根数/单线直径,mm)和计算外径(mm)
     由表1可见,材料相同截面相等的导线可采用几种结构组成,即单线的根数和直径不同,在相同截面时单线根数愈多(单线直径愈细),导线的柔软度愈高。
     圆绞线的结构参数是导线截面积(以mm2表示),单线根数和单线直径(mm)、绞合节径比等。
    3, 圆绞线的派生结构
(1)紧压型圆绞线   在导线绞合过程中,采用紧压轮等方式将绞线进行紧压,使导体在截面中占积率达到90%左右。一是将导线表面的凸出形状压平些,有利于中高压交联聚乙烯电缆挤包很薄的(0.5-1mm),内半导体层(均匀电场用)时,不易刺破。二是使单线间空隙减小。
(2)设有内空槽的圆绞线   内槽直径一般为14—18mm,有二种产品需要,即充油电缆作为油流动的油槽,大电流电缆作为通气体或液体进行内冷却的通道(可以增大通电容量)。充油电缆的导线一般采用Z行或弓形单线绞制成环状的截面,也可将圆单线绞成螺旋管外而成。作为内冷型强迫冷却的内孔槽则采用密封的金属管。
(3)扇形导线   是中低压3—4芯油纸绝缘电力电缆(1-10kv)采用的导线结构,是为了使纸包绝缘后绝缘线芯成为3根120°的形状,在成缆时绞成圆形(四芯电缆为三根100°,中性线60°的扇形),以大量节约外层材料。线已很少使用。
    二,其他形状的导线结构
1,扁平型线材和板材   将导体制成宽度比厚度大很多倍的扁平形状的长条状产品称为扁线或板材。扁线主要用于漆包线、绕包线,以适应中型、大型乃至特大型电机、变压器嵌线提高槽满率的需要。而板材除了开关柜中使用外,主要作为发电厂、变电站以及大型制造车间中供应大电流的汇流排(又称母线)使用。特大型的(截面几千平方毫米)母线可以制成槽形。母线属于裸导体制品,安装时必须加上绝缘子等来绝缘。
扁线和板材的结构参数是截面积、宽度、厚度以及四个角的弧度。
2,同轴电缆的导线结构   作为信息传输用的同轴电缆以“一对”为一个工作回路,其内导线均为圆单线,而外导体必须呈同心圆的外圆似的包围在外面,内、外导体要保持同心圆必须依靠支撑,因此外导体的结构必然与支撑结构密切相关。如外导体采用较硬的铜带纵包成圆管状,并纵向轧成螺纹以利于弯曲,则支撑可采用嵌片式绝缘支撑,如支撑采用实芯或像藕状的中孔或泡沫塑料绝缘,则外导体可采用铜丝绕包、编织等结构。通常,中同轴电缆采用嵌片式绝缘而小同轴或微同轴电缆一般采用编织或绕包铜线的外导体结构。
3,异型导体   即横截面采用一些特殊形状的导体,一般是作为电机、开关中作为导体元件用的,如电机中的换向器材料、开关中的闸刀刀头元件等。但接触网导线中除了采用较粗的圆铜杆作导线外,也有制成葫芦型、双沟型等形状的产品。
4, 非金属导体  如光缆中的光纤,汽车点火线和音响耳机线等用的导电塑料导线或导电石墨浸涂的纱芯导线等。
     三, 圆绞线的绞合方式
     由多根相同直径的圆单线绞合成各种截面的圆绞线通常采用下列三种绞合方式:正规绞合、非正规绞合(束绞)和复合绞合(复绞)。一些特殊产品的导线也有采用不同直径的单线等结构,本文从略。
1,正规绞合   正规绞合的圆绞线有几个特征:①单线直径相同;②中心层为1根单线、第一层为6根,以后每层增加6根,即1+6+12+••••••;③每一根单线的绞合方向相反,但规定最外层必须是右向(Z向),目的是有利于两段导线相连接。所以正规绞合的导线结构最稳定,利于弯、扭、绞合外径最小、外形圆整,切断绞线时、单线不会外弹松股。因此被电力系统用电线电缆广泛采用,即表1中的Ⅰ、Ⅱ种导线结构。
2,束绞  对于要求柔软性优良的电线电缆用导线必须采用表1中Ⅲ—Ⅴ类导线结构。特征是:导线根数最多(最多达200根以上)、单线直径丝(最细达0.05mm左右),而且必须采用束绞和复绞的绞合结构。
束合绞合(束绞)的方法是将几十根细单线不分层通过一个小圆环束合在一起,然后朝同一方向扭绞(类似于棉纱的并线后扭绞),通过并线模成形。束绞的导线外径不是很严格的,外形也只能近似圆形,但由于单线间相对松动、单线细,因此更为柔软,在挤或包制绝缘时基本上能控制产品的外形为圆形。
3,复绞   对于要求产品特别柔软而导线截面又较大时则必须采用复绞,如导线截面为185mm2的矿用电缆,其导线组成为2562/0.3。
    复绞即先将几十根单线束成股线,再将多个股线按正规绞合的方式绞制成导线。有时还要采用二次复绞,即将7—19根束绞线绞成“大股”,再将“大股”作为单线绞合。

图1是复绞导线的截面图。

    四,绞线的技术参数
    绞线工艺中必须控制几个重要的工艺参数,实际上就是绞线结构的技术参数,在产品设计时必须做出规定并由工艺文件执行。主要技术参数有:节径比、绞入率、绞向。
1,节径比   绞线是外层单线以螺旋形方向绞到内层外表面上去的(见图2),如将其中任何一根单线展开,就可看到单线的螺旋上升角α(称为绞入角);单线沿内层导线绕一周的长度L;图中的π D’表示以该层单线中心线为准的圆周长度,D’为圆周的中心直径;h是绞合时单线绕一周时沿中心线方向前进的距离,称为绞合节距。

将这一层单线的绞合节距除以绞线直径的比值称为“节径比m”,是导线绞合中最主要的工艺参数,有可比性。
    理论上,计算节径比应以该层单线的中心线直径D’为准(称为理论节距比);但为了实用方便,则可按该层绞线的实测外径D计算(称为实用节径比)。实用节径比的计算式如下: (h、D的单位为mm)
    节径比大,即绞入角大,反映了绞合程度小,反之则绞合程度大。节径比小的导线,绞合较紧,结构较稳定,导线柔软、弯曲性好,但生产速度慢。因此,产品标准中,对于导线的绞合节径比,都有一个规定的范围。
2,绞入率  在绞线的一个节距长度上,单线展开长度与绞线节距之比,称为绞入系数,以百分率表示称为绞入率。
绞入率主要用于生产组织和材料用量计算。
3,填充系数  导线中所以单线截面之和与导线轮廓截面积之比称为填充系数η,数值总小于1。则(1-η)表示导线截面中的空隙比例。中心为一根的正规绞合导线,η约为0.75.
    有些产品如交联聚乙烯电力电缆,防水密封电缆的导线。要采用深度紧压型导线,η可提高至0.89-0.92。填充系数大的导线,在水汽等透过绝缘时,因单线间气孔形成毛细孔状态,可以阻止水汽等向两侧扩展,阻止外来损害的延伸。导线紧压后,单线特别是最外层的单线变形较严重,但导线表面圆形程度更好。紧压导线与未紧压相比时显得稍硬。
4,绞向   单线绞合时只有两种绞合方向,即左绞方向(s向)和右绞方向(z向)。正规绞合结构中规定相邻两层单线必须采用不同的绞向;即第一层为左向,则第二层为右向,交换绞向的目的是为了结构稳定,断开导线时不会发生散开。

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