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电线电缆基础知识之原材料及设计计算简介

深圳市利路通科技实业有限公司2019-01-10 14:01:23


一.电线电缆主材料

1、铜丝:

采用电解铜作为原料,经连铸连轧工艺制成的的铜线称为低氧铜线;经上引法制成的铜线称为无氧铜线。

低氧铜线含氧量为100~250ppm,含铜量为99.9~9.95%,导电率为100~101%

无氧铜线含氧量为4~20ppm,含铜量为99.96~9.99%,导电率为102%

铜的比重为8.9g/cm3。

2、铝线:

用作电线用的铝线都要进行退火软化过。用作电缆用的铝线一般不用软化。

电线电缆用的铝的电阻率要求达到0.028264Ω.mm2/m,铝的比重为2.703g/cm3。

3、聚氯乙烯(PVC):

聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基础,加入各种配合剂混合而成的,如防腐剂、抗氧剂、填料、光亮剂、阻燃剂等,其密度为1.38~1.46g/cm3左右。

聚氯乙烯材料的特点

力学性能优越,耐化学腐蚀,不延燃,耐候性好,电绝缘性能好,容易加工等。

聚氯乙烯材料的缺点:

    燃烧时有大量有毒的烟雾发出;

    热老化性能差。

聚氯乙烯有绝缘料与护套料之分。

4、聚乙烯(PE):

聚乙烯是由精制的乙烯聚合而成的,按密度可分为低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)。

低密度聚乙烯的密度一般为0.91~0.925g/cm3;中密度聚乙烯的密度一般为0.925~0.94g/cm3;高密度聚乙烯的密度一般为0.94~0.97g/cm3

聚乙烯材料的优点:

    绝缘电阻和耐电压强度高;

    在较宽的频带范围内,介电常数ε和介质损耗角正切值tgδ小;

    富于可挠性,耐磨性能好;

    耐热老化性能、低温性能及耐化学稳定性好;

    耐水性能好,吸湿率低;

    用它制作的电缆质量轻,使用敷设方便。

聚乙烯材料的缺点:

    接触火焰时易燃烧;

    软化温度较低。

5、交联聚乙烯(XLPE):

现在电缆行业使用的主要有二种类型的交联聚乙烯。一种是以硅烷作交联剂的,叫硅烷交联料,主要应用在低压电线电缆的绝缘层上。另一种是以过氧化二异丙苯(DCP)作交联剂的交联聚乙烯料,其主要是由聚乙烯、交联剂和抗氧剂组成。主要应用在中、高压电缆的绝缘层上,对绝缘耐压等级越高,要求纯净度就越高。

DCP是一种过氧化物,温度越高,分解越快,其分解后就会催化聚乙烯起

交联反应。DCP在常温下也会分解,不过分解速度很慢,但加热到一定的温度(温度超过125℃时)会快速分解。

硅烷交联剂也有同样的性能,但它还需要有水来作助剂,才能起到完全的接枝反应。现在的硅烷交联聚乙烯市场上主要有二种类型,一种叫一步法,一种叫二步法(这种叫法与学术上的硅烷交联叫法不同)。一步法的绝缘料是交联剂与催化剂已预先混好,也有叫成共聚物法料;二步法料是分A料与B料,在生产前将AB料拌匀。一步法的料贮藏时间很短,二步法的料主料与催化剂料分开,所以贮藏时间较长,但混合后的料必须要马上用掉。另外,硅烷交联料中还可以加入碳黑母料,起到耐气候作用,用在绝缘架空电缆系列产品中。

交联聚乙烯材料的优点:

电气性能比聚乙烯还优良;其机械性能比聚乙烯好,所以应用比聚乙烯广泛。软化温度比PVC高,电缆正常的运行温度能达到90℃。

    缺点是加工困难,易燃烧。 

二、工序中产品质量要求、常见问题及解决方法

    公司各工序的产品质量要求、常见问题及解决方法在公司颁发的《各工序检验规程》、《各设备操作及安全规程》中有详细的规定。

    作为各岗位的操作人员必须熟练掌握本操作岗位的相关知识。再通过在实践中积累经验,成为一名合格的操作员工。 

三、检验及测量

1)检验的重要性

下面来讲一讲检验的重要性。

对于企业来说,产品的质量是企业的信誉和市场营销的根本。电线电缆的产品质量主要由几大因素组成?概括来讲,有原材料、设备、工艺、制造技术及检验等这五大主要因素。大家经常听说是这样讲的:产品质量是制造出来的,不是检验出来的。这实际上是一句典型的中国哲学家讲的哲理。事实上产品质量制造技术是根本,检验把关是关键。从五大主要因素来看,原材料的好坏,是否按工艺要求进行加工,制造各环节有没有质量问题,最终成品能否达到要求等都是靠检验人员和操作工根据相应的标准来检验发现的。

我们工厂检验主要有三大环节。第一个是原材料检验,第二个是工序检验,第三是成品检验。不要认为检验就是检验人员的事情,其实工序检验中分二块,一块是检验员对工序生产中的半成品进行检验,另一块重要的环节就是操作工进行的自检和互检。检验员可能只能检查到表面现象,操作工的自检和互检才是产品质量的根本保证。操作人员在生产过程中一发现质量问题,马上可以自己进行判断好坏,如果判断不了,可以请检验人员或相关技术人员进行。所以一个合格的操作工,不仅要会熟练操作设备,更要熟悉所要生产的产品的质量要求,会检验产品的质量是否达到工艺要求。

当然,对生产中出现的有质量问题的产品必须进行严格考核,从小到大,从轻到重,有一套完整的考核办法。不然一切的检验工作的作用都会被弱化,甚至无法达到产品质量把关作用。

 

2)常用测量工具

常用的测量外径和厚度的工具有千分尺、游标卡尺、投影仪;

常用的测量长度的工具有游标卡尺、圈尺、直尺、皮尺、机械计米器、电子计米器等;

常用测量温度的工具为温度计、热电偶测温仪等。

   我公司常用的测量器具还有电子枰、万用表、真空压力表、设备上的气压表、电流表、电压表、转速表等。

3)基本测量方法 

1. 圆形导体尺寸测量

使用工具:外径千分尺或游标卡尺

测量步骤:

1)圆形导体直径及f值测量

1m左右的试样,将导线试样弄直,在垂直于试样轴线的同一截面上,

在相互垂直的方向上进行测量,可得D1和D2,这样的测量在试样的两端及中间共测量三处;得6个数据,取其平均值。

            D平均= (D1+D2++D6)/6

2)f值就是导体的不圆度,f值用同一截面上测量的最大读数与最小读数之差来定义。按上述测量结果取三个截面上测得的直径之差中的最大一个差值,作为f值。

 

2.绝缘厚度及护套厚度测量

使用工具:测量投影仪

 测量步骤:

1)制片;

2)测出试片的最薄点,作为第一测量点;

3)当试片为圆形时,沿试片圆周尽可能等距离地测量6点,如图4-1。

4)当试片内表面是绞合线芯线痕时,各点上的厚度应按图4-2所示在线痕凹槽底部最薄处,沿试片圆周尽可能等距离测量6点。

5)扇形线芯应按图4-3所示测量6点。

 测量结果及计算

每个试样的平均厚度δ用试片各点测量值的算术平均值表示。

δ=(δ123456/6

  这里要特别注意的是:所谓试样的绝缘厚度,即试样的平均厚度。在产品标准中,一般规定绝缘厚度不小于标准规定的绝缘厚度标称值,就是说,按上述方法测量的绝缘厚度的平均值不能小于标称值。不能把个别值中的最大值或最小值当作绝缘厚度。

平均值和最薄点是两个不同的指标,不能忽略其中任何一个,中有这两个指标同时满足标准要求,产品才算合格,任何一个指标达不到要求,都不能算合格。

 

 以上说的是标准的测量方法,实际在生产过程中不用这样复杂。

  操作工在实际测量时把绝缘或护套的皮剥开,用千分尺或游标卡测量一下最薄点及最厚点,再取平均厚度。在厚度做得较薄,判断比较困难时用上面方法进行最后判定。还有在线生产时也要经常测量,以确定生产过程中厚度也没有改变,这主要通过测量外径和缆芯直径计算得出,这种数据有时会误差太大,所以要以在下盘时或生产过程中剥皮,在横截面上测量的数据为准。

 

3节距的测量

使用工具:卡尺或圈尺

  测量步骤:

1)用一张纸盖在导体上,再用铅笔在上面划出印子。或者直接在导体表面数根数。绞合的导体或绝缘线芯有几根就数几根,在纵向轴线上进行测量。

 

七、常用的计算公式

 

1、导体的截面

   1)单根导体

S = πd2/4 (mm2

   2)正规绞合导体

   S = (πd2/4)* n * k1

          其中d——导体外径    (mm)

            n——绞线根数

            k1——绞入系数

            π——圆周率,3.1416

 

 2、导体的重量

 

    W = S * ρ* L

 

        其中W——导体重量(kg)

          ρ——材料密度,铜8.89,铝2.7

          L——导体的长度 (km)

 

3、绝缘外径

     D = d + 2*t (mm)

         其中D——绝缘外径(mm)

           d——导体外径(mm)

           t——绝缘厚度(mm)

 4、绝缘层截面积

S1=(D2–d2*π/4

S1=π*(d+t)* t

 5、绝缘层的重量

 W1=S1*ρ* L

 

    其中W1——重量(kg)

     ρ——材料密度,PVC为1.42~1.45,XLPE为0.95

      L——线芯的长度(km)

 护套的外径、截面积、重量与绝缘层计算方法相同。

6、绞合外径

以下介绍的是正规绞合结构的绞合外径计算方法:

 正规绞合一般外层的根数比内层多6根。

   1+6的结构:D0 = 3 * d

     2+8的结构:D0 = 4 * d

     3+9的结构:D0 = 4.154 * d

     4+10的结构:D0 = 4.414 * d

     5+11的结构:D0 = 4.7 * d

 

如果外面还有一层或多层,则

D = D+ 2 * n * d

     其中n——绞合层数

 

电线电缆产品分为五大类:裸线、电气装备用电线电缆、电力电缆、通信电缆与光缆、绕组线关于电线电缆线芯的允许长期工作温度,橡皮绝缘通常为65℃,聚氯乙烯绝缘为70℃,交联聚乙烯绝缘为90℃;短路时(最长持续时间不超过5s)导体的最高允许温度:聚氯乙烯绝缘为160℃,交联聚乙烯绝缘为250℃。

四、XLPE电缆与PVC电缆的区别:

1.低压交联(XLPE)电缆自九十年代中期投入应用以来,发展迅速,目前已与聚氯乙烯(PVC)电缆各占市场一半份额。交联电缆与聚氯乙烯电缆相比较,载流量较高,过载能力较强,使用寿命较长(PVC电缆环境较好时热寿命一般为20年,而XLPE电缆热寿命一般为40年);PVC燃烧时会分解释放大量黑烟和有毒气体,而XLPE燃烧时不会产生卤素有毒气体,交联电缆的优越性日益为设计和使用部门所认识。

  2.普通PVC电线电缆(绝缘和护套)燃烧时延燃迅速,助长火势,1~2min即丧失供电能力,其燃烧分解释放的黑烟可达伸手不见五指的程度,造成人员呼吸和疏散困难。更为严重的是,PVC燃烧时会分解释放氯化氢(HCL)和二噁英等剧毒腐蚀性卤素气体,是火灾中致人死命的主要原因(占火灾死亡因素的80%),并成稀盐酸导形电膜附着在电气设备上,严重降低设备的绝缘性能,形成难以清除的二次灾害。

五、阻燃电线电缆

1.阻燃电线电缆应具有阻燃特性,根据《成束电线电缆燃烧试验方法》GB/T18380.3-2001,可分为A、B、C三种阻燃等级,A级阻燃性能最高。

美国标准和技术研究所对阻燃和非阻燃电线进行了对比燃烧试验,下列试验结果可以说明采用阻燃电线电缆的重要意义:
a、阻燃电线比非阻燃电线可以提供15倍以上的逃生时间;
b、阻燃电线烧掉的材料仅为非阻燃电线的1/2;
c、阻燃电线的热释放率仅为非阻燃电线的1/4;
d、燃烧产生的毒气量仅为非阻燃产品的1/3;
e、产烟性能,阻燃产品与非阻燃产品无明显区别。
2.无卤低烟电线电缆
无卤低烟电线电缆应具有无卤、低烟及阻燃的性能,其指标为:
GB/T17650.2-1999(无卤试验) GB/T17651.2-1998(低烟试验)
PH加权 电导率 最小透光率
PH≥4.3 r≤10us/mm T≥60%
3.耐火电缆

a.耐火电缆的燃烧试验指标(供火温度和时间),《电线电缆耐火特性试验方法》GB12666.6-90规定为:A级950~1000℃、90分钟;B级750~800℃、90分钟。IEC331-1970标准规定为750℃、3小时,相当于我国B类标准。从最近IEC提供表决的IEC60331新草案中,供火温度仍为750℃~800℃、3小时,如果此标准获得通过,我国将等同采用,则耐火电缆将无A、B类之分。

b.耐火电线电缆根据其非金属材料的不同,又可分为阻燃耐火电线电缆和非阻燃耐火电线电缆。耐火电线电缆国内产品以云母包覆导体,挤包阻燃护层为主体,大部分为B级产品,目前能达到A级标准的有采用特殊合成云母带等和矿物绝缘(铜芯铜套、氧化镁绝缘,又称MI)耐火电缆。矿物绝缘耐火电缆具有不燃、无烟、耐腐蚀、无毒和耐冲击、耐喷淋的特性,被称为防火电缆,防火性能在耐火电线电缆品种中最为突出,但是制造工艺较复杂,价格较高,制造长度有限,弯曲半径大,绝缘易受潮,截面25mm2及以上规格目前只能提供单芯产品,必须采用永久性专用终端和中间联接器,安装施工较复杂。

、建筑用电线电缆新产品

根据《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》GB5023.3-1997规定,0.5~1.0mm2导线额定电压(绝缘等级)为300/500V,1.5~240 mm2提高为450/750 V。国内目前普通聚氯乙烯布电线(BV)应用仍占主导地位,但也相继开发出适合建筑工程的布线新品种:
1.交联聚烯烃绝缘布电线(型号BYJ)
如前所述,交联材料的优越性已广为认识,不少国家已将交联技术应用于电线领域,替代聚氯乙烯电线作为建筑用电线,并体现出巨大优越性。省内外已有一些厂家可以生产交联电线系列产品,并且已经实现生产成本与BV电线基本持平。交联电线是较为理想的新型建筑用布电线,欧美国家正在大力推广应用,国家电线电缆行业“十五”发展规划将扩大交联电线的应用列入建筑用线的主要发展目标。省内工程应用处于起步阶段。
2.环保型电缆(具有阻燃性的生态材料电缆,又称EM电缆)
从技术角度看,环保型电缆是电线电缆的更高阶段产品,符合时代潮流和发展趋势,一经问世即受到广泛重视,欧、美、日等发达国家已经制订了一系列产品生产和应用标准,大力推广应用。环保型电缆的特征是:
a、不含卤素,燃烧不产生有害气体及腐蚀性气体;
b、燃烧时发烟量少;
c、具有与目前聚烯烃电缆相同的阻燃性能;
d、不含有铅等重金属,不含环境激素,不污染土壤;
e、可以重复利用。
3.尼龙护套电线(型号BVN)
国际上传统建筑布线用电线分为两大类别:一类采用聚氯乙烯电线,主要有欧、日、中、澳大利亚等;另一类以美国、北美国家为代表,主要采用聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线。需要说明的是,美国尼龙护套电线的应用是从聚氯乙烯电线发展、演变而来,已有近四十年历史,前些年市场占有率高达90%。尼龙有柔软的铠装之称,与聚氯乙烯电线相比较,机械性能优越,耐热性能强,化学稳定性好,抗张、耐磨性能突出;与BYJ电线比较,BVN电线通常造价较高,含卤素,性价比处于劣势。需要指出的是,美国目前对PVC应用持强烈反对态度,BVN应用将大幅度减少。

4.预制分支电缆
预制分支电缆由日本研制开发,九十年代中期开始引入我国。短短几年,国内一些厂家已经掌握和解决了相关关键技术和制造工艺,产品性能和质量已经达到国际标准,并且在建筑工程中得到了广泛应用。与插接母线槽相比较,预制分支电缆的绝缘、防水、抗震、分支可靠性和经济指标十分突出,尤其适用于负荷较为稳定的树干式配电系统,建筑工程应用前景十分广阔。
5.防鼠、防白蚁电缆新品种
研究结果表明,老鼠啃咬电线电缆不仅是磨牙,而是作为进食的一部分;南方地区潮湿场所电缆遭受白蚁危害案例逐渐增多。建筑工程电线电缆防鼠、防白蚁危害工作不容忽视。

七、电线电缆常用名词术语:

V──聚氯乙烯绝缘或护套(有外护层的电缆,代号表示内衬层)

Y──聚乙烯绝缘或护套(有外护层的电缆,代号表示内衬层)

PVC──聚氯乙烯绝缘混合物

PE──聚乙烯绝缘料

XLPE──交联聚乙烯绝缘料

XJ──橡皮绝缘

YJ──交联聚乙烯绝缘

EPR—乙丙橡皮绝缘

EM—具有阻燃性的生态材料电缆,简称环保型电缆

氧指数(极限氧指数)──在规定的试验条件下,材料在氧气和氮气的混合气流中,刚好维持有焰(烛样)燃烧所需的最低氧浓度,用氧的百分率表示。
交联──借助物理或化学方法,使塑料由线性结构转变为空间网状结构的过程,常见有辐照交联、化学交联和硅烷交联三种,硅烷交联和辐照交联应用最为广泛。
阻燃──在规定的试验条件下试样被燃烧所具有的阻止或延缓火焰蔓延的性能。
耐火──在规定的试验条件下被燃烧而在一定时间内仍能保持正常运行的性能。
低烟──在规定的试验条件下,试样受分解或燃烧释放出的烟比较少。
透光率──透射光强度与入射光强度的比值,用百分率表示。
无卤── 不含卤素,燃烧产生的腐蚀性较低。

八、 阻燃或耐火电线电缆的型号表示法(引自DBJ08-93-2002)

1. 型号组成
阻燃或耐火电线电缆的型号由燃烧特性和电缆型号两部分组成:
结构特征
  料       电缆型号
  途
燃烧特性
2. 燃烧特性代号
代号按无卤、低烟、阻燃、耐火顺序排列。

阻燃A级 ZA
阻燃B级 ZB
阻燃C级 ZC 
阻燃D级 ZD
耐火 N
无卤低烟 WD
3. 电缆型号由用途、材料和结构特征组成
a. 用途代号

电力 省略
控制 K
布线 B
数字传输 HS
b. 材料代号

铜导体 省略
聚氯乙稀绝缘 V
交联聚乙烯绝缘 YJ
聚氯乙稀护套 V
聚稀烃护套 Y
铜护套 T
c. 结构特征

重载 Z
轻载 Q
d. 举例
a) 聚氯乙稀绝缘、聚氯乙稀护套A级阻燃电力电缆的型号为:ZA-VV。
b) 交联聚乙稀绝缘、聚氯乙稀护套A级阻燃电力电缆的型号为:ZA-YJV
c) 交联聚乙稀绝缘、聚氯乙稀护套B级阻燃耐火电力电缆的型号为:ZBN-YJV
d) 交联聚乙稀绝缘、聚稀烃护套无卤低烟A级阻燃电力电缆的型号为:WDZA-YJY
e) 交联聚乙稀绝缘、聚稀烃护套无卤低烟B级阻燃耐火电力电缆的型号为:WDZBN-YJY
f) 交联聚乙稀绝缘、聚烯烃护套无卤低烟C级阻燃控制电缆的型号为:WDZC-KYJY
g) 交联聚乙稀绝缘无卤低烟C级阻燃布电线的型号为:WDZC-BYJ
h) 矿物绝缘重载电缆的型号为:BTTZ


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