同向絞合軟銅導(dǎo)體的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

于慶魁，陳守娥，王繼瑞，崔兆榮，冉令剛

(1.山東陽谷電纜集團(tuán)有限公司，山東陽谷252311;2.泰開電氣集團(tuán)山東泰開電纜有限公司，山東泰安271000)

0 引言

作為軟電纜的導(dǎo)體，國內(nèi)目前主要采用GB/T 3956—2008規(guī)定的第5種和第6種結(jié)構(gòu)。這兩種導(dǎo)體都是作為移動場合用電線電纜產(chǎn)品的導(dǎo)電線芯。不論是國內(nèi)或者國外，這兩種導(dǎo)體的絞合方式，基本都采用先束絞成股線，然后將多股股線再絞合成復(fù)絞型導(dǎo)體，但股線絞合和復(fù)絞絞合的方向相反。由于進(jìn)行了兩次絞合，和實(shí)心導(dǎo)體相比，導(dǎo)體的電阻值在一定程度上增加了不少(見表1)。如何最大限度地減小絞合造成的電阻值增大，提高導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，成為絞合方式設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制的關(guān)鍵。同時(shí)，用作高壓電纜的導(dǎo)體，為減少多導(dǎo)絲效應(yīng)，避免股線線芯過于凸起引起電場集中，造成尖端放電，應(yīng)盡量使導(dǎo)電線芯結(jié)構(gòu)緊湊，表面平整光滑。另外，為有效地控制好高壓電纜三層共擠中絕緣線芯的偏心度，還要解決好軟導(dǎo)體的圓整性問題。軟導(dǎo)體不易進(jìn)行緊壓，因此，導(dǎo)體的絞合縫隙會很大，由此造成導(dǎo)體表面的電場強(qiáng)度很不均勻。

表1 常用第5種導(dǎo)體和實(shí)心導(dǎo)體的電阻比較

在GB/T 12972和MT 818標(biāo)準(zhǔn)中都推薦采用股線絞向和復(fù)絞絞向相同的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，但進(jìn)行嘗試的廠家很少。造成這種情況的主要原因是，如掌握不好同向絞合的節(jié)徑比，絞線很容易產(chǎn)生燈籠狀或毛刺，嚴(yán)重的還會出現(xiàn)導(dǎo)線跳馬等現(xiàn)象。這種導(dǎo)體的絞合關(guān)鍵在于如何控制好股線和復(fù)絞時(shí)的節(jié)徑比。

1 同向絞合導(dǎo)體的設(shè)計(jì)

同向絞合導(dǎo)體的最終目的是，如何把導(dǎo)體絞合成股線時(shí)產(chǎn)生的絞距通過復(fù)絞時(shí)盡最大可能地消除掉，使整個(gè)導(dǎo)體看上去就像一次性絞合而成。大家都知道，一次性束絞的軟導(dǎo)體要比復(fù)絞的軟導(dǎo)體圓整的多，也沒有復(fù)絞股線產(chǎn)生的縫隙，導(dǎo)體絞合外徑相比于普通絞合復(fù)絞線要小(見表2)。

表2 同向絞合導(dǎo)體和普通絞合導(dǎo)體的外徑

要想達(dá)到一次性束絞這種效果，首先要根據(jù)導(dǎo)體類型的不同、絞合層次的不同，選擇合適的復(fù)絞節(jié)徑比。再根據(jù)最外層復(fù)絞節(jié)徑比，推算出股線的節(jié)徑比。使之在復(fù)絞過程中，正好把股線的絞合系數(shù)盡可能地消除掉。

采用籠式絞線機(jī)時(shí)，由于有退扭裝置，在同向絞合的復(fù)絞過程中，股線隨著復(fù)絞的方向反向退了一次扭，因此，復(fù)絞的絞距正好是股線的兩倍。以70mm2第五種導(dǎo)體為例，最外層節(jié)徑比N=12倍復(fù)絞，股線的絞合外徑d為2.5mm，導(dǎo)體絞合外徑D為11.5mm計(jì)算，則復(fù)絞節(jié)距長度L=N(D－d)=108mm，那么如果要完全退掉最外層的股線絞合節(jié)距，則股線的絞合節(jié)距l(xiāng)應(yīng)該在54mm左右(即l=L/2=108/2=54)，則節(jié)徑比 n=l/d=54/2.5=21.6倍。

若采用不具有退扭裝置的絞線機(jī)，則股線和復(fù)絞時(shí)的節(jié)距一致才能起到完全的同向絞合效果，因此，不推薦采用無退扭裝置的絞線設(shè)備。

2 同向絞合導(dǎo)體和普通絞合導(dǎo)體的比較

同向絞合導(dǎo)體和普通絞合導(dǎo)體的差異主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)絞合外徑。由于采用同向絞合方式，導(dǎo)體單線的間隙相對減小，股線的絞距被完全退掉，股線間的縫隙也就基本被消除掉，導(dǎo)體外徑相對減小約10%左右(見表2)。

(2)直流電阻。同向絞合導(dǎo)體的設(shè)計(jì)，相當(dāng)于整個(gè)導(dǎo)體一次性絞合成功，相對于反向絞合導(dǎo)體而言，由于股線絞合節(jié)距在絞合過程中被消除掉，導(dǎo)體絞合系數(shù)減小，同樣截面的導(dǎo)體，節(jié)約用銅0.8%左右。由于軟導(dǎo)體屬于非緊壓導(dǎo)體，單線之間的接觸電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于導(dǎo)體自身的電阻，因此導(dǎo)體電流的方向主要沿著單線方向運(yùn)行。同向絞合導(dǎo)體和普通絞合導(dǎo)體相比較，由于消除了股線的絞距，股線的絞合系數(shù)也不存在，導(dǎo)體電阻減小值相當(dāng)于股線的絞合系數(shù)值(見表1)，約為0.8%左右。根據(jù)實(shí)踐，我們測量了兩種導(dǎo)體電阻值和導(dǎo)體單重并進(jìn)行了比較(見表3)。

表3 第5種同向絞合導(dǎo)體和普通絞合導(dǎo)體的電阻值和材料用量比較

(3)絞合的縫隙。根據(jù)實(shí)踐證明，在擠包絕緣或者導(dǎo)體屏蔽時(shí)，由于同向絞合導(dǎo)體與反向絞合導(dǎo)體相比，幾乎沒有股線縫隙(見表4)，因此可節(jié)約大量填充用縫隙材料。

表4 同向絞合和反向絞合導(dǎo)體絞合股線縫隙比較

3 同向絞合導(dǎo)體的應(yīng)用

同向絞合導(dǎo)體工藝可應(yīng)用于第5種、第6種或更軟鍍金屬和非鍍金屬軟銅導(dǎo)體，可滿足各種專業(yè)用途類電纜的特殊要求;可廣泛用于礦用軟電纜、船用電纜、機(jī)車車輛線、通用橡套電纜、軟結(jié)構(gòu)電力電纜等要求特殊場合的軟電纜。

(1)礦用軟電纜。煤礦環(huán)境的特殊性，對電纜的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通電纜，特別是移動電纜的彎曲性能。根據(jù)GB/T 12972和MT 818系列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，一般移動用礦用橡套軟電纜要求電纜的彎曲半徑為電纜直徑的6倍，加強(qiáng)型電纜為15倍。根據(jù)我們十幾年生產(chǎn)采煤機(jī)電纜的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相吻合，就是說，電纜的外徑越小，電纜的彎曲半徑也就越小，即電纜彎曲性能越優(yōu)良。

采用同向絞合導(dǎo)體后，MCP-0.66/1.14動力線芯35mm2的采煤機(jī)電纜外徑從原標(biāo)準(zhǔn)［1］47.8～51.0mm可減小到44.2～47.5mm;MCP-0.66/1.14動力線芯95mm2的采煤機(jī)電纜從原標(biāo)準(zhǔn)64.9～71.4mm可減小到59.5～63.9mm。因此在導(dǎo)體截面、絕緣和護(hù)套厚度都不變的情況下，電纜直徑減小了10%。電纜外徑減小，相當(dāng)于提高了電纜彎曲半徑倍數(shù)，而且電纜的實(shí)際使用壽命也相對的提高(見表5)。

表5 MCP-0.66/1.14 kV采煤機(jī)電纜采用同向和反向絞合導(dǎo)體實(shí)際使用壽命比較

(2)船用電纜、機(jī)車車輛線、普通橡套電纜等。船用電纜使用場所的特殊性，決定了嚴(yán)格的電纜外徑和重量要求。由于同向絞合導(dǎo)體，可以減小絞合外徑、降低材料用量、提高導(dǎo)體電阻，因此用于船用產(chǎn)品可提高電纜的產(chǎn)品質(zhì)量，降低工藝控制難度。由于同向絞合導(dǎo)體表面幾乎看不到股線縫隙，可有效節(jié)約部分絕緣材料和0.8%的銅材用量，降低材料消耗，節(jié)約材料成本。如用于機(jī)車車輛線、橡套電纜，可以取得同樣的效果。

(3)軟結(jié)構(gòu)電力電纜、高壓礦用電纜。由于這部分電纜電壓等級較高，對導(dǎo)體的絞合圓整度也要求較高，一般3.6/6 kV及以上電纜都具有導(dǎo)體屏蔽層。作為高壓電纜的導(dǎo)體，1、2類導(dǎo)體好解決，利用壓輪成型，可使導(dǎo)體表面基本圓整光滑，避免了由于導(dǎo)體缺陷引起的電場集中和尖端放電，并有效降低了絕緣線芯的偏心度。如果采用5類導(dǎo)體，當(dāng)設(shè)計(jì)和控制不好時(shí)，導(dǎo)體表面股線會凸出、縫隙嚴(yán)重，導(dǎo)體圓整度差，因此，為了防止導(dǎo)體屏蔽大量嵌入導(dǎo)體，形成梅花瓣，不能很好地起到均化電場的作用，導(dǎo)體外就必須先包一層半導(dǎo)電帶，然后再進(jìn)行三層共擠。由于同向絞合導(dǎo)體表面本身就很圓整，不存在股線縫隙，用作3.6/6 kV以上電纜可以省掉半導(dǎo)電包帶，直接擠包半導(dǎo)電層，就能達(dá)到規(guī)定的電性能要求。因此，同向絞合導(dǎo)體比反向絞合導(dǎo)體更適用于高壓電纜。

4 結(jié)束語

同向絞合導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，是通過十年的實(shí)踐不斷吸取經(jīng)驗(yàn)得來。通過對比分析，得出以下結(jié)論:

(1)采用同向絞合導(dǎo)體可適當(dāng)降低導(dǎo)體的直流電阻;

(2)采用同向絞合導(dǎo)體可提高導(dǎo)體表面質(zhì)量和導(dǎo)體圓整度;

(3)采用同向絞合導(dǎo)體可減小導(dǎo)體外徑，降低成本，并能減小采煤機(jī)電纜的允許的彎曲半徑，也可提高電纜的使用壽命;

(4)同向絞合導(dǎo)體相比反向絞合導(dǎo)體更適用于高壓電纜。

但是在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制同向絞合導(dǎo)體束絞和復(fù)絞節(jié)距、嚴(yán)格控制復(fù)絞張力，否則會出現(xiàn)松股、導(dǎo)體橢圓等現(xiàn)象。

同向絞合導(dǎo)體的應(yīng)用，給我們在提高采煤機(jī)電纜使用壽命、高壓電纜的絕緣性能、船用電纜和機(jī)車車輛線的電纜外徑和重量，以及普通第5、6種導(dǎo)體所有應(yīng)用場合的材料成本控制提供了一條新的途徑。目前我公司第5、6種導(dǎo)體產(chǎn)品已經(jīng)普遍應(yīng)用同向絞合導(dǎo)體。

［1］MT 818.1—2009 煤礦用電纜 第1部分:移動類軟電纜一般規(guī)定［S］.

［2］GB/T 12972.1—2008 礦用橡套軟電纜 第1部分:一般規(guī)定［S］.

［3］GB/T 3956—2008 電纜的導(dǎo)體［S］.