同向絞合軟銅導體的設計及應用

于慶魁，陳守娥，王繼瑞，崔兆榮，冉令剛

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

0 引言

作為軟電纜的導體，國內目前主要采用GB/T 3956—2008規定的第5種和第6種結構。這兩種導體都是作為移動場合用電線電纜產品的導電線芯。不論是國內或者國外，這兩種導體的絞合方式，基本都采用先束絞成股線，然后將多股股線再絞合成復絞型導體，但股線絞合和復絞絞合的方向相反。由于進行了兩次絞合，和實心導體相比，導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，提高導體的導電性能，成為絞合方式設計和生產控制的關鍵。同時，用作高壓電纜的導體，為減少多導絲效應，避免股線線芯過于凸起引起電場集中，造成尖端放電，應盡量使導電線芯結構緊湊，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，還要解決好軟導體的圓整性問題。軟導體不易進行緊壓，因此，導體的絞合縫隙會很大，由此造成導體表面的電場強度很不均勻。

表1 常用第5種導體和實心導體的電阻比較

在GB/T 12972和MT 818標準中都推薦采用股線絞向和復絞絞向相同的導體結構，但進行嘗試的廠家很少。造成這種情況的主要原因是，如掌握不好同向絞合的節徑比，絞線很容易產生燈籠狀或毛刺，嚴重的還會出現導線跳馬等現象。這種導體的絞合關鍵在于如何控制好股線和復絞時的節徑比。

1 同向絞合導體的設計

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

表2 同向絞合導體和普通絞合導體的外徑

要想達到一次性束絞這種效果，首先要根據導體類型的不同、絞合層次的不同，選擇合適的復絞節徑比。再根據最外層復絞節徑比，推算出股線的節徑比。使之在復絞過程中，正好把股線的絞合系數盡可能地消除掉。

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

若采用不具有退扭裝置的絞線機，則股線和復絞時的節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備。

2 同向絞合導體和普通絞合導體的比較

同向絞合導體和普通絞合導體的差異主要表現在以下幾個方面:

(1)絞合外徑。由于采用同向絞合方式，導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，導體外徑相對減小約10%左右(見表2)。

(2)直流電阻。同向絞合導體的設計，相當于整個導體一次性絞合成功，相對于反向絞合導體而言，由于股線絞合節距在絞合過程中被消除掉，導體絞合系數減小，同樣截面的導體，節約用銅0.8%左右。由于軟導體屬于非緊壓導體，單線之間的接觸電阻遠遠高于導體自身的電阻，因此導體電流的方向主要沿著單線方向運行。同向絞合導體和普通絞合導體相比較，由于消除了股線的絞距，股線的絞合系數也不存在，導體電阻減小值相當于股線的絞合系數值(見表1)，約為0.8%左右。根據實踐，我們測量了兩種導體電阻值和導體單重并進行了比較(見表3)。

表3 第5種同向絞合導體和普通絞合導體的電阻值和材料用量比較

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

表4 同向絞合和反向絞合導體絞合股線縫隙比較

3 同向絞合導體的應用

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

(1)礦用軟電纜。煤礦環境的特殊性，對電纜的要求遠遠高于普通電纜，特別是移動電纜的彎曲性能。根據GB/T 12972和MT 818系列標準的規定，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，加強型電纜為15倍。根據我們十幾年生產采煤機電纜的實際經驗，和標準的規定相吻合，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良。

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

表5 MCP-0.66/1.14 kV采煤機電纜采用同向和反向絞合導體實際使用壽命比較

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

(3)軟結構電力電纜、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體屏蔽層。作為高壓電纜的導體，1、2類導體好解決，利用壓輪成型，可使導體表面基本圓整光滑，避免了由于導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類導體，當設計和控制不好時，導體表面股線會凸出、縫隙嚴重，導體圓整度差，因此，為了防止導體屏蔽大量嵌入導體，形成梅花瓣，不能很好地起到均化電場的作用，導體外就必須先包一層半導電帶，然后再進行三層共擠。由于同向絞合導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電包帶，直接擠包半導電層，就能達到規定的電性能要求。因此，同向絞合導體比反向絞合導體更適用于高壓電纜。

4 結束語

同向絞合導體的設計和應用，是通過十年的實踐不斷吸取經驗得來。通過對比分析，得出以下結論:

(1)采用同向絞合導體可適當降低導體的直流電阻;

(2)采用同向絞合導體可提高導體表面質量和導體圓整度;

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

(4)同向絞合導體相比反向絞合導體更適用于高壓電纜。

但是在生產過程中要嚴格控制同向絞合導體束絞和復絞節距、嚴格控制復絞張力，否則會出現松股、導體橢圓等現象。

同向絞合導體的應用，給我們在提高采煤機電纜使用壽命、高壓電纜的絕緣性能、船用電纜和機車車輛線的電纜外徑和重量，以及普通第5、6種導體所有應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種導體產品已經普遍應用同向絞合導體。

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

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

［3］GB/T 3956—2008 電纜的導體［S］.