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导体为什么要绞合?导体绞合有哪几种方式?

来源:天津市电缆总厂橡塑电缆厂   2021年09月16日 13:25  

导体绞合的目的是方便敷设、成型和连接,同时考虑邻近效应和集肤效应对交流电阻的影响。大截面实心导体由于不易弯曲而不能顺利敷设成型连接。绞合导体解决了这一问题。采用何种绞合方式取决于选用何种金属以及金属的特性。铜导体通常绞合为#6AWG(公制13.3mm2)或更大尺寸,对于半硬铝实心导体最大为#2/0AWG(公制67.4mm2)

这是电力电缆导体的典型绞合方式。由中心线或者由一层或多层螺旋线围绕的线芯构成每多加一层,就要比上一层多六根线芯。除单向绞合的导体之外,每一层的绞合方向都与下面的一层相反。对于电力电缆的导体,线芯是单根线材,且绞合的都是同一直径的线材。如图3-1所示,线芯外第一层是6根;第二层,12根;第三层,18根;以此类推。导体的单线在一层内完成一个完整螺旋的距离叫做节距。节距的要求在ASTM标准第四部分中进行了节距应在相应绞层外径的8~16倍之间

在电力电缆中,绞合标准是B级。标准中要求,最外层绞向应该是左向。也就是说当你沿电缆导体轴向看去,最外层的绞线在离开观察者时是向左绞制的。通过增加导体的单线数量来获得更好的柔软性。C级比B级多一层单线,D级比C级多一层单线。级别设置一直到M级(通常用于焊接电缆等)。这些都包含在ASTM标准(注:美国材料与试验协会American Society for Testing and Materials,英文缩写ASTM,ASTM的会员已近34000 个,其中约4000个来自美国以外的上百个国家。ASTM 已制定10000 多项标准中。

  C级和D级导体的重量与B级导体相似,外径在比B级导体大3mil的范围内。

  下面的公式可用于计算同心绞合导体的单线数量。

    n=1+3NN+1)  (3-3)

  式中,n为绞合导体中单线总数量;N为中心单线外的层数。

  3.6.2 紧压绞合

  这个概念描述的是,通过绞层的轻微变形,使绞层紧密的结合。导体面积并未减少。最后紧压完成的导体直径可以比普通同心绞合线芯导体等效直径减小不超过3%。普遍的减少量在2.5%。

  减小导体外层节距可以解决这一问题,但又会导致高阻抗并且需要消耗更多的导体材料。

  紧压绞合是更常见的绞合方式,因为同心绞合中设置的节距,造成了导体中层间形成了微小的间隙。低黏度的材料挤包后“落入”形成的这些间隙中。这会导致表面不规则,增加要承受的电压,并使这一层剥除难度加大

 3.6.3型线绞合

  这种方式与紧压绞合类似,只是额外的成型工艺使得导体直径与普通同心绞合导体直径相比可以减小9%。导致导体直径近似于实心导体。但空气间隙作为潮气的迁移通道依然存在。型线绞合导体主要的优点在于减小导体直径。

 3.6.4束绞

  这个概念是用于描述在不考虑几何排列情况下,将单线按统一方向集中扭绞。

  这种结构用于美国线规小尺寸导体对于柔软性要求*的电缆,如便携式电缆,应用于真空吸尘器、割草机等场合。

  K级和M级导体中,单线直径是常数。通过增加单线数量来满足要求的导体截面积。

  3.6.5束丝复绞

  这个概念用于同心绞合导体,其中每一根单线也是绞合过的。也就是一个同心导体和束绞导体的集合。最终导体是由一组束绞或同轴绞合导体同心组合构成的。每一组都是由一定数量的单线构成,而不是一根单线绞合的。对于束丝复绞导体的描述要给出绞线组数和每一组中单线的数量。

  G级和H级电缆通常用于矿用便携式电缆。I、L、M级电缆利用束绞电缆构成同心电缆,单线尺寸相同,通过增加线的数量来达到需要的截面积尺寸。I级线缆使用#24AWG(0.020in)单线,L级电缆使用#30AWG (0.010in)单线,M级电缆使用#34AWG(0.0063in)单线。I级电缆通常用于铁路,L和M级用于便携程度更高的场合,如焊接用电缆和移动电源线。

  3.6.6扇形导体

  横截面近似是扇形的导体叫做扇形导体。典型的三导体电缆有三个120°的扇形,它们构成了圆形电缆的基本形状。这样的电缆比相应的同心圆导体电缆的外径小一些,由于减小了邻近效应而可以显示出较低的交流阻抗

  对于纸绝缘电缆,扇形导体大部分绞合后压紧以获得尽可能高的导体截面积与电缆截面积之比。各生产厂商产品的精确形状和尺寸都稍有不同。

在一定范围内,实心而非绞合的扇形导体已用于低压电缆,也曾有人试图将这种导体用于中压电缆,但基于当时经济上的考虑而尚未实现。

  3.6.7分割导体

  分割导体为圆形,由三个或更多的股块绞合而成股块之间以薄绝缘层隔离。每股块承载比整个导体小一些的电流,电流通过整个导体的内外位置进行传输。这种结构的优点在于集肤效应较低,而较小的集肤效应使得交流阻抗比传统绞合方式要低

  这种形式的导体应考虑用于如1000kcmil(对应公制507mm2)以及更大截面积承载大电流的电缆中。四分制导体的直径约等于B级同心绞合导体直径。

注:GB/T 18890.2-2015 指出“标称截面积为800mm2 以上的导体应采用分割导体结构”

 3,6.8环形导体(中空导体)

  环形导体为圆形绞合导体,是将各单线绞合在中心的纤维绳、螺纹金属管或I形横梁周围。这种导体的优势在于对于一定截面积的导体,可以消除集肤效应在中心位置的影响,使得整体交流阻抗变小。在空间允许的条件下,对于60Hz、1000kcmil及以上截面积的电缆,以及低频条件下(如25Hz)1500kcmil对应公制760mm2及以上截面积的电缆导体而言,环形导体更具经济性

  3.6.9同向绞合导体

  如它的名字一般,同向导体所有的单线都是朝向同一方向。低压电力电缆通常的设计是同向的,外层单线中有一部分是比其他单线直径稍小的单线。这种绞合方式的外径可以达到与型线绞合导体相近。常用的同向导体是紧压的,常用于8000系列铝合金。

3.8 绞合阻隔

   绝缘导体中的水分会导致一些问题的发生。在有水无氧的条件下铝会水解。因此,如果水进入了有铝导体的绝缘电缆,铝和水会发生化学反应,产生氢氧化铝和氢气。绝缘导体处在缺氧环境时这种情况会更加严重。反应方程式如下:

  氢氧化铝是白色粉末状材料,是优质绝缘体。现在许多绞合铝导体用户因为这个原因都要求导体是阻水的阻水部件,如阻水带、阻水纱及其他密封物用来作为纵向阻水的材料以延迟损害形成。铜导体当然也可以以相同方式阻水。

  不管导体材料和紧压程度如何,都会有空气存在于导体的空隙中,这些缝隙会成为水汽的贮藏处并为水树的产生提供水分。为了减小水树产生的可能,阻水绞合导体经常用于地下电缆,当然,实心导体也因为这个理由而用于#2/0 AWG及以下尺寸的导体。


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