电线电缆的结构与材料

发布 2019-08-14 13:11:57 阅读 7038

第一节概述。

一。 电线电缆的产品结构组成。

电线电缆的结构,总体上可分为导体、绝缘层、屏蔽、和护层这四个结构组成部分、或称为结构元件、构件。

导体是产品发挥其使用功能的主体构件,是传输电力或传递信息的,即在导体上要通过电流或传电磁波。光缆则以传输光波的光导纤维作为导体。

绝缘层是在导体外层起着电绝缘作用的构件。即保证传输的电流或电磁波只沿着导体行进而不流向外面、导体上具有的电位(对周围物体形成的电位差,即电压)能被隔离。因此绝缘(层)是保证导体正常传输功能,又确保外界物体和人身安全的重要构件。

导体与绝缘是构成线缆产品须具备的两个基本构件。至于仅有导体而没有绝缘的品种(如钢芯铝绞线、接触网导线),事实上它必须依靠加上外部绝缘(对地距离、空间间距和绝缘子)组合后才成为架空电线。这些品种的名称也略有区别,即称为架空“导体”,接触网“导”线等。

护层是对产品整体特别是对绝缘起保护作用的构件。由于绝缘材料要求优良的电绝缘性能,所用材料纯度很高、杂质含量极微,往往无法兼顾其对外界的保护能力;因此对于外界(即安装、使用场合)各种机械力承受或抵抗,耐大气环境、耐化学药品,对生物或有害防止,以及减少火宅危害等都必须由各种护层结构来承担。所以,护层是电线电缆能在各种外部环境条件下长期正常工作的保证性构件。

如果电线电缆使用良好的外部环境下,或者它的绝缘层材料也具有一定的机械经轼、耐气候性,则就可以没有护层。

屏蔽是一种将线缆产品中电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件;有的线缆产品在其内部不同线对(或线组)之间也需要相互隔离。可以说屏蔽层是一种“电磁隔离萍”。

多年来,行业中习惯把屏蔽层作为护层结构的一部分;作者认为应该单独作为一个构件。其原因是除了屏蔽层的功能是电磁隔离——即线缆产品中传递的信息不外泄、不对外界仪器仪表或别的线路产生干扰;外界的各种电磁波也不会通过电磁耦合进入线缆产品中之外;还因为屏蔽层不光设置于产品外部,还置每一线对或多对数电缆的分组之间。近几十年来,随着信息传递系统用电线电缆的快速发展,以及大气中存在的电磁波干扰源越来越多,促使有屏蔽结构的品种成倍增长;大家对将屏蔽层作为线缆产品中的一个基本构件的认识,已趋于认同。

二。 电线电缆用材料综述。

从某种意义上讲,电线电缆制造业是一个材料精加工和组装的行业。一是材料用量巨大,线缆产品的制造成本中,材料的成本要占60~90%;二是所用材料的类别与品种非常多;三是材料的选用对产品的结构,制造工艺性能和使用寿命能起决定性的作用;因此在产品结构设计时必须与材料的选用同时进行。

同时,电线电缆制造企业的效益也与材料的选用,生产、管理中科学地节省材料紧密相关。

1. 从所用材料的使用部位及功能来分,电线电缆材料可分为导电材料、绝缘材料、护层材料和屏蔽材料四大类,此外还有一些辅助材料,如矿用电缆中的垫芯材料,电力电缆中填充间隙用的材料,以及工艺过程中用的消耗材料如漆包线漆中的溶剂等。

由于线缆产品的使用功能,应用环境、使用条件千变万化,因此虽然对某一类材料有其基本的性能要求(共性);但是每一大类、小类、系列以及品种的线缆产品都会有一些特殊的性能要求(特性)。例如电力系统用电线电缆对其绝缘层的总体要求是电绝缘性能好;但是用于高压电力电缆,必须强调材料能承受很高的电场强度和具有高绝缘电阻、要求tgδ很小;且要求材料中几乎没有杂质(包括气隙);而中压电力电缆虽也有这些要求,但在程度上则可降低些;低压电线电缆则只要一定的耐电强度和绝缘电阻,而为了经济、轻便;则要求绝缘层有较好的机械性能和耐气候性(如塑料绝缘电线),使其在很多情况下可以不用护层。

2. 线缆产品制造中所用的材料涉及材料的类别非常广泛、品种规格(牌号)特别多,表3-1是所用材料类别的汇总表。

表3-1 电线电缆常用材料的各类汇总。

3. 由于材料对产品的性能起着非常关键的作用,也由于材料不光涉及的知识领域广泛、品种繁多;而且,同一名称的材料由于其基料的分子结构不同分子量不同;分子量不同;混合料所用的配合剂不同,配比不同,因此,有许多牌子和配方号。结果是各种牌号的材料工艺要求不同,制成后的成品性能差异很大。

所以要求生产工人必须熟悉本工序常用材料的特性,严格执行工艺操作规程;要求检验部门加强对进厂原料和自己配制的材料严格进行质量控制。这是线缆制造厂对生产工人的一项严格要求。

第二节导体结构与材料。

一。 电线电缆的导体结构。

一) 导体结构类型。

导体的结构包括形状,截面大小、组成、材质等,主要取决于产品的功能与应用要求。表3-2是导体结构类型的汇总表。必须指出,圆形导体是线缆产品最基本点结构,绝大多数哦品种,特别是电力系统用电线电缆大都采用各种圆形导体结构,因此将在下一小节中重点介绍。

表3-2 电线电缆的导体结构类型。

二) 圆绞线结构。

1. 绞线结构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圈绕和拉开;截面较大的导线如果不采用较小直径的的单线绞制而成,则线缆产品将无法生产和使用。不同的使用状况和条件要求电线电缆又不同的柔软度,即可弯曲或扭曲性能。

为了保证弯曲时,较硬的导线产生的应力不损伤较软的绝缘,设计了多种以柔软度不同为特征的导线结构。表3-3是标准规定的7种导线结构,从表中可见:同一导线截面时,单线的根数和直径是最重要的结构参数;即单线直径愈细(根数必然愈多),导线自身的柔软度愈好(对同一种导线材料)。

表3-3中所列的7种导线结构类型中,铜线和铝线的第ⅰ种结构用得最多,主要用于电力电缆和供配电用的绝缘布线(b系列),裸铜、铝绞线等产品。铜线第ⅱ种结构用于要定期更换敷设场合的产品,如橡皮电力电缆铜线第ⅲ~ⅳ二种结构多用于通用橡皮电缆、橡皮橡套软线、安装线等。铜线第ⅴ种结构用电焊机电缆、矿用电缆,以及要求特别柔软的各种电器、仪表连接线等。

2. 导线绞合方式多根导线组合成电线电缆的导线时必须经过绞合,绞合的方式有正规绞、非正规绞合(束绞)和复合绞合三种。

1) 正规绞合正规绞合采用直径相等的单线,按同心式排列,分几层绞成;每一层单线根数是固定的。即在中心层为1根单线时,第m曾对单线根数为6(m-1)即中心层为1根的导线第1层为6根、第2层为12根,以此类推;即中心到外,依次为1+6+12+18+24……。

导线中的单线总根数为:n=1+3m(m+1),m为层数。

表3-3 导电线芯(单线根数/单线直径,mm)和计算外径。

正规绞合的特点是:单线直径相同,有利于生产组织;导线向任何方向弯曲,其中电线之间的相对滑移较稳定;绞合后,导线的形状规则外径一致。因此铜线的第ⅰ、ⅱ种结构和铝线的第ⅰ种结构均采用正规绞合。

2) 束绞对于要求柔软性良好的导线,如铜线第ⅲ~ⅴ种结构,单线根数很多(几百到2000根以上),单线直径很细(1mm以下,甚至小于0.1mm);工艺上较难实现绞合。因此采用“束合”的办法,即将几十根单线一起扭绞(类似于棉纱的并线),通过并线模具成形。

并线时单线也采用近似于正规绞合的方式排列。束绞的线芯外径不是很严格的、外形也只能是近似圆形;但由于单线间相对松动,单线细,因此,更为柔软,在挤包或包制绝缘时基本上能控制为圆形。

3) 复绞对于要求特别柔软,而导线截面较大的导线,单线根数达几百根及2~3千根。则必须采用复绞式绞合方式,及先束绞(几十根单线)成股,再将多股导线按正规绞合方式交织成导线。有时要采用二次复绞。

3. 绞线的技术参数绞线结构中有几项重要的技术参数,如节径比、绞入率、绞向等;也是重要的工艺参数。

1) 节径比绞线是按规定根数的单线,一层层以螺旋形式绞合上去的;外层单线绞在内层的外表上,把其中一根单线展开,可看到单线的螺旋上角α(称为绞入角);单线沿内层单线绕一周的长度为ι;图中的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长度除以绞线直径,其比值m称为节径比;是导线绞合中重要的工艺参数,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(称为理论节径比);但为了使用方便,则可按该层绞线的实测外径d计算(称为使用节径比)。实用节径比的计算式如下:m= (h、d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,导线弯曲性好、柔软、即允许弯曲半径小;但生产速度慢。因此,不同要求的导线规定了不同的节径比选用范围。

对于多层绞合导线,则内层的节径比稍大,逐层减小,使结构稳定。表3-3是架空导线的绞合节径比。束线的节径比比较大,可达30左右,但束线复绞时一般取节径比为6~112。

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