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導(dǎo)體為什么要絞合?導(dǎo)體絞合有哪幾種方式?

來源:天津市電纜總廠橡塑電纜廠   2021年09月16日 13:25  

導(dǎo)體絞合的目的是方便敷設(shè)、成型和連接,同時考慮鄰近效應(yīng)和集膚效應(yīng)對交流電阻的影響。大截面實心導(dǎo)體由于不易彎曲而不能順利敷設(shè)、成型連接。絞合導(dǎo)體解決了這一問題。采用何種絞合方式取決于選用何種金屬以及金屬的特性。銅導(dǎo)體通常絞合為#6AWG(公制13.3mm2)或更大尺寸,對于半硬鋁實心導(dǎo)體最大為#2/0AWG(公制67.4mm2)

這是電力電纜導(dǎo)體的典型絞合方式。由中心線或者由一層或多層螺旋線圍繞的線芯構(gòu)成每多加一層,就要比上一層多六根線芯。除單向絞合的導(dǎo)體之外,每一層的絞合方向都與下面的一層相反。對于電力電纜的導(dǎo)體,線芯是單根線材,且絞合的都是同一直徑的線材。如圖3-1所示,線芯外第一層是6根;第二層,12根;第三層,18根;以此類推。導(dǎo)體的單線在一層內(nèi)完成一個完整螺旋的距離叫做節(jié)距。節(jié)距的要求在ASTM標(biāo)準(zhǔn)第四部分中進(jìn)行了,節(jié)距應(yīng)在相應(yīng)絞層外徑的8~16倍之間。

在電力電纜中,絞合標(biāo)準(zhǔn)是B級。標(biāo)準(zhǔn)中要求,最外層絞向應(yīng)該是左向。也就是說當(dāng)你沿電纜導(dǎo)體軸向看去,最外層的絞線在離開觀察者時是向左絞制的。通過增加導(dǎo)體的單線數(shù)量來獲得更好的柔軟性。C級比B級多一層單線,D級比C級多一層單線。級別設(shè)置一直到M級(通常用于焊接電纜等)。這些都包含在ASTM標(biāo)準(zhǔn)(注:美國材料與試驗協(xié)會American Society for Testing and Materials,英文縮寫ASTM,ASTM的會員已近34000 個,其中約4000個來自美國以外的上百個國家。ASTM 已制定10000 多項標(biāo)準(zhǔn)中。

??C級和D級導(dǎo)體的重量與B級導(dǎo)體相似,外徑在比B級導(dǎo)體大3mil的范圍內(nèi)。

??下面的公式可用于計算同心絞合導(dǎo)體的單線數(shù)量。

????n=1+3NN+1)??(3-3)

??式中,n為絞合導(dǎo)體中單線總數(shù)量;N為中心單線外的層數(shù)。

??3.6.2 緊壓絞合

??這個概念描述的是,通過絞層的輕微變形,使絞層緊密的結(jié)合。導(dǎo)體面積并未減少。最后緊壓完成的導(dǎo)體直徑可以比普通同心絞合線芯導(dǎo)體等效直徑減小不超過3%。普遍的減少量在2.5%。

??減小導(dǎo)體外層節(jié)距可以解決這一問題,但又會導(dǎo)致高阻抗并且需要消耗更多的導(dǎo)體材料。

??緊壓絞合是更常見的絞合方式,因為同心絞合中設(shè)置的節(jié)距,造成了導(dǎo)體中層間形成了微小的間隙。低黏度的材料擠包后“落入”形成的這些間隙中。這會導(dǎo)致表面不規(guī)則,增加要承受的電壓,并使這一層剝除難度加大。

??3.6.3型線絞合

??這種方式與緊壓絞合類似,只是額外的成型工藝使得導(dǎo)體直徑與普通同心絞合導(dǎo)體直徑相比可以減小9%。導(dǎo)致導(dǎo)體直徑近似于實心導(dǎo)體。但空氣間隙作為潮氣的遷移通道依然存在。型線絞合導(dǎo)體主要的優(yōu)點在于減小導(dǎo)體直徑。

??3.6.4束絞

??這個概念是用于描述在不考慮幾何排列情況下,將單線按統(tǒng)一方向集中扭絞。

??這種結(jié)構(gòu)用于美國線規(guī)小尺寸導(dǎo)體對于柔軟性要求*的電纜,如便攜式電纜,應(yīng)用于真空吸塵器、割草機(jī)等場合。

??K級和M級導(dǎo)體中,單線直徑是常數(shù)。通過增加單線數(shù)量來滿足要求的導(dǎo)體截面積。

??3.6.5束絲復(fù)絞

??這個概念用于同心絞合導(dǎo)體,其中每一根單線也是絞合過的。也就是一個同心導(dǎo)體和束絞導(dǎo)體的集合。最終導(dǎo)體是由一組束絞或同軸絞合導(dǎo)體同心組合構(gòu)成的。每一組都是由一定數(shù)量的單線構(gòu)成,而不是一根單線絞合的。對于束絲復(fù)絞導(dǎo)體的描述要給出絞線組數(shù)和每一組中單線的數(shù)量。

??G級和H級電纜通常用于礦用便攜式電纜。I、L、M級電纜利用束絞電纜構(gòu)成同心電纜,單線尺寸相同,通過增加線的數(shù)量來達(dá)到需要的截面積尺寸。I級線纜使用#24AWG(0.020in)單線,L級電纜使用#30AWG (0.010in)單線,M級電纜使用#34AWG(0.0063in)單線。I級電纜通常用于鐵路,L和M級用于便攜程度更高的場合,如焊接用電纜和移動電源線。

??3.6.6扇形導(dǎo)體

??橫截面近似是扇形的導(dǎo)體叫做扇形導(dǎo)體。典型的三導(dǎo)體電纜有三個120°的扇形,它們構(gòu)成了圓形電纜的基本形狀。這樣的電纜比相應(yīng)的同心圓導(dǎo)體電纜的外徑小一些,由于減小了鄰近效應(yīng)而可以顯示出較低的交流阻抗。

??對于紙絕緣電纜,扇形導(dǎo)體大部分絞合后壓緊以獲得盡可能高的導(dǎo)體截面積與電纜截面積之比。各生產(chǎn)廠商產(chǎn)品的精確形狀和尺寸都稍有不同。

在一定范圍內(nèi),實心而非絞合的扇形導(dǎo)體已用于低壓電纜,也曾有人試圖將這種導(dǎo)體用于中壓電纜,但基于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)上的考慮而尚未實現(xiàn)。

??3.6.7分割導(dǎo)體

??分割導(dǎo)體為圓形,由三個或更多的股塊絞合而成,股塊之間以薄絕緣層隔離。每股塊承載比整個導(dǎo)體小一些的電流,電流通過整個導(dǎo)體的內(nèi)外位置進(jìn)行傳輸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于集膚效應(yīng)較低,而較小的集膚效應(yīng)使得交流阻抗比傳統(tǒng)絞合方式要低。

??這種形式的導(dǎo)體應(yīng)考慮用于如1000kcmil(對應(yīng)公制507mm2)以及更大截面積承載大電流的電纜中。四分制導(dǎo)體的直徑約等于B級同心絞合導(dǎo)體直徑。

注:GB/T 18890.2-2015 指出“標(biāo)稱截面積為800mm2 以上的導(dǎo)體應(yīng)采用分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”

??3,6.8環(huán)形導(dǎo)體(中空導(dǎo)體)

??環(huán)形導(dǎo)體為圓形絞合導(dǎo)體,是將各單線絞合在中心的纖維繩、螺紋金屬管或I形橫梁周圍。這種導(dǎo)體的優(yōu)勢在于,對于一定截面積的導(dǎo)體,可以消除集膚效應(yīng)在中心位置的影響,使得整體交流阻抗變小。在空間允許的條件下,對于60Hz、1000kcmil及以上截面積的電纜,以及低頻條件下(如25Hz)1500kcmil對應(yīng)公制760mm2及以上截面積的電纜導(dǎo)體而言,環(huán)形導(dǎo)體更具經(jīng)濟(jì)性。

??3.6.9同向絞合導(dǎo)體

??如它的名字一般,同向?qū)w所有的單線都是朝向同一方向。低壓電力電纜通常的設(shè)計是同向的,外層單線中有一部分是比其他單線直徑稍小的單線。這種絞合方式的外徑可以達(dá)到與型線絞合導(dǎo)體相近。常用的同向?qū)w是緊壓的,常用于8000系列鋁合金。

3.8 絞合阻隔

 ??絕緣導(dǎo)體中的水分會導(dǎo)致一些問題的發(fā)生。在有水無氧的條件下鋁會水解。因此,如果水進(jìn)入了有鋁導(dǎo)體的絕緣電纜,鋁和水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生氫氧化鋁和氫氣。絕緣導(dǎo)體處在缺氧環(huán)境時這種情況會更加嚴(yán)重。反應(yīng)方程式如下:

??氫氧化鋁是白色粉末狀材料,是優(yōu)質(zhì)絕緣體。現(xiàn)在許多絞合鋁導(dǎo)體用戶因為這個原因都要求導(dǎo)體是阻水的。阻水部件,如阻水帶、阻水紗及其他密封物用來作為縱向阻水的材料以延遲損害形成。銅導(dǎo)體當(dāng)然也可以以相同方式阻水。

??不管導(dǎo)體材料和緊壓程度如何,都會有空氣存在于導(dǎo)體的空隙中,這些縫隙會成為水汽的貯藏處并為水樹的產(chǎn)生提供水分。為了減小水樹產(chǎn)生的可能,阻水絞合導(dǎo)體經(jīng)常用于地下電纜,當(dāng)然,實心導(dǎo)體也因為這個理由而用于#2/0 AWG及以下尺寸的導(dǎo)體。


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