加工工藝對緊壓圓形絞合導體直流電阻的影響

田兆云 肖尚浩 姚晉 尤超亞

[摘? ? 要]導體是電線電纜傳輸電力或信息的主體構件，銅導體作為傳輸電流性能優(yōu)良的載體，一直廣泛應用于電線電纜產(chǎn)品之中，是電線電纜的重要組成部分。導體直流電阻是衡量電線電纜電性能的重要指標。影響導體直流電阻的因素有很多，對于電力電纜緊壓圓形絞合導體來說，絞合節(jié)距和填充系數(shù)是加工工藝中對導體直流電阻產(chǎn)生影響的重要因素。

[關鍵詞]緊壓圓形絞合導體;直流電阻;絞合節(jié)距;填充系數(shù)

[中圖分類號]TM934.12 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–02

Talking about the Influence of Processing Technology on the

DC Resistance of Compacted Round Stranded Conductor

Tian Zhao-yun，Xiao Shang-hao，Yao Jin，You Chao-ya

[Abstract]Conductor is the main component of wire and cable to transmit power or information. As a carrier with excellent current transmission performance， copper conductor has been widely used in wire and cable products and is an important part of wire and cable. Conductor DC resistance is an important indicator to measure the electrical performance of wires and cables. There are many factors that affect the DC resistance of conductors. For power cables to compress round stranded conductors， the stranding pitch and filling factor are important factors that affect the DC resistance of the conductor in the processing technology.

[Keywords]compacted round stranded conductor; DC resistance; stranded pitch; fill factor

得益于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電線電纜行業(yè)總體保持了較好的發(fā)展。在機械行業(yè)中，銷售規(guī)模僅次于汽車工業(yè)，隨著電線電纜加工企業(yè)的不斷增加，企業(yè)競爭也越來越激烈。嚴抓內(nèi)控，降低損耗，對于企業(yè)的生存發(fā)展意義重大。導體作為電線電纜成本的主要耗材，是控制材料成本最重要的一個環(huán)節(jié)。本文通過對調(diào)整前后導體直流電阻、單位重量、截面等參數(shù)進行測量分析，就如何在加工工藝過程中合理控制和優(yōu)化緊壓圓形絞合導體的工藝參數(shù)進行詳細闡述。

1 直流電阻測量理論依據(jù)

1.1 導體直流電阻的基本概念

導體在通過直流作用下所形成的電阻，單位長度電纜的導體電阻一般可按式（1）進行計算：

（1）

式（1）中，為單位長度電纜導體在θ ℃溫度下的直流電阻;

ρ20為導體材料在溫度為20 ℃時的電阻率;

A為導體截面積;

k1為單根導體加工過程中引起的金屬導電率增加所引入系數(shù);

k2用多根導線絞合而成的線芯，使單根導線長度長度增加所引入的系數(shù);

k3緊壓線芯因緊壓過程使導線發(fā)硬、電阻率增加引入的系數(shù);

k4因成纜絞合增長線芯長度所引入的系數(shù);

k5因考慮導線允許公差所引入的系數(shù)。

一般情況下，在試驗室測到的導體直流電阻值即為，但在電纜的導體結(jié)構設計和緊壓工藝選擇時，必須考慮k1、k2、k3、k4、k5的理論值，這樣可以在最小的橫截面積上獲得最優(yōu)的導電性能。

1.2 測量原理

導體直流電阻測量的方法主要有伏安法測電阻和電橋法（分為單臂電橋和雙臂電橋）測電阻，試驗室一般采用雙臂電橋測量。

雙臂電橋又叫開爾文電橋，其工作原理電路如圖1所示。

圖1中：Rx是被測電阻，Rn是比較用的可調(diào)電阻。Rx和Rn各有兩對端鈕，C1和C2、Cn1和Cn2是它們的電流端鈕，P1和P2、Pn1和Pn2是它們的電位端鈕。接線時必須使被測電阻Rx只在電位端鈕P1和P2之間，而電流端鈕在電位端鈕的外側(cè)。比較用可調(diào)電阻的電流端鈕Cn2與被測電阻的電流端鈕C2用電阻為r的粗導線連接起來。和、和是橋臂電阻，其阻值均較大。在結(jié)構上把和以及和做成同軸調(diào)節(jié)電阻，以便改變或的同時，和也會隨之變化，并始終保持：

（2）

測量時接上Rx，Rn調(diào)節(jié)各橋臂電阻使電橋平衡。此時，因為Iq=0，可得到被測電阻Rx為：

（3）

即：被測電阻值=倍率讀數(shù)×比較用可調(diào)電阻讀數(shù)。

由式（2）、（3）可知：被測電阻Rx僅決定于橋臂電阻和的比值及比較用可調(diào)電阻Rn，而與粗導線電阻r無關。因此，直流雙臂電橋就可以較好地消除或減小接線電阻與接觸電阻的影響。

1.3 換算方法

如前所述，測量是在室溫條件下進行的，并且用環(huán)境溫度來代替被測導體的溫度。當被測導體溫度與標準溫度（20 ℃）不相同時，必須進行換算：

（4）

（5）

式（4）、（5）中：R20為20 ℃時每公里長度電阻值，Ω/km;

Rx為試樣的電阻測量值，Ω;

t為測量時的環(huán)境溫度（試樣的導體溫度），℃;

A為試樣的導體截面，mm2;

L為試樣的實際長度，m;

α20為導體材料的溫度系數(shù)。

2 工藝驗證

表格中所有的計算截面是根據(jù)成品電纜截取的長度與實際稱重換算得來的，外徑為同一模具配比條件下絞合的實際測量外徑，20 ℃導體直流電阻的測量是在試驗室環(huán)境下，根據(jù)式（3）和公式（4）換算得到的測量值。

2.1 絞合節(jié)距對圓形絞合導體直流電阻的影響

（1）節(jié)距是指被絞合體（或繞包帶、線）沿絞合軸線旋轉(zhuǎn)一周所前進的距離。節(jié)距倍數(shù)（節(jié)距比）是指節(jié)距長度與被絞合導體的直徑之比。節(jié)距測定方法主要有直接法、紙帶法、移線法和平均法等四種。根據(jù)實際測量需要，數(shù)據(jù)表顯示的節(jié)距是用移線法直接測量得到的數(shù)據(jù)。即：將被測體外層導線或線芯，細心地移去一根，移去的長度應不小于一個節(jié)距長度，然后用鋼板尺直接測量被移去導線（線芯）軸向一周間的距離即為節(jié)距。

（2）由于采用的緊壓模具未變，線芯外徑及截面也未變，但是絞合節(jié)距在加工制造過程中卻是一個可變化的量。在假定其他條件不變的情況下，對緊壓圓形的絞合節(jié)距進行了分析對比，發(fā)現(xiàn)不同的生產(chǎn)節(jié)距導體的單位重量也不相同，見表1。通過截取成品電纜線芯測量得到，成品電纜的導體直流電阻均符合GB/T 3956—2008產(chǎn)品應滿足最大導體直流電阻的要求。但是，不同節(jié)距的導體直流電阻的余量卻有一定變化。節(jié)距調(diào)整后，導體直流電阻及單位重量均比調(diào)整前小，見表2。

（3）結(jié)合表1、表2可見，通過合理調(diào)整絞合節(jié)距可以使電纜導體的單位重量和導體直流電阻控制達到最優(yōu)狀態(tài)。

2.2 填充系數(shù)對緊壓圓形絞合導體直流電阻的影響

（1）填充系數(shù)等于線芯導體實際截面與線芯輪廓截面之比。填充系數(shù)越大，即說明實際有效截面與加工后輪廓截面的比值越大，因此就越緊密，反之則越松散。

（2）根據(jù)填充系數(shù)的計算方法可知，線芯導體實際截面和絞合線芯的輪廓面積是影響填充系數(shù)的主要因素。絞合節(jié)距比都是15～16倍，線芯排列的結(jié)構也是一樣的，通過對導體單線直徑和絞合線芯外徑的調(diào)整，從而改變導體的填充系數(shù)見表3。填充系數(shù)不一樣，導體的截面積也隨之發(fā)生改變見表4。根據(jù)式（1），導體的直流電阻在其他條件相同的情況下，截面積越大，導體的直流電阻越小，反之則越大。通過對導體直流電阻的分別測量，可以看出，調(diào)整前、后成品電纜的導體直流電阻均符合GB/T 3956—2008產(chǎn)品應滿足最大導體直流電阻的要求。根據(jù)電阻比可以看出，調(diào)整前，導體的直流電阻余量較大，而調(diào)整后，導體的直流電阻仍然有余量且較為合理。但導體的截面積，調(diào)整后明顯小于調(diào)整前。合理調(diào)整填充系數(shù)可使電纜導體的截面積和導體直流電阻控制達到最優(yōu)狀態(tài)。

3 結(jié)語

通過前后對比，絞合導體的絞合節(jié)距和填充系數(shù)對緊壓圓形絞合導體直流電阻的影響是顯而易見的，在線纜的加工制造過程中應給予高度重視并嚴格控制。由于50mm2和70mm2調(diào)整前后沒有多大變化，所以沒有羅列，對于異形導體結(jié)構的電纜是否同樣適用將做進一步的探討。

參考文獻

[1] 電線電纜電性能試驗方法第4部分：導體直流電阻試驗：GB/T 3048.4—2007[S].