海洋工程用電纜標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1580導(dǎo)體概述

李永江

(江蘇遠洋東澤電纜股份有限公司，江蘇揚州225129)

0 引言

由于目前海洋工程入級的船級社多為ABS和DNV，相應(yīng)的美國海洋工程用電纜標(biāo)準(zhǔn)IEEE1580也越來越多地被采用。然而由于美制和公制存在著很大不同，國內(nèi)很多電纜制造者和使用者對此了解甚微，無法制造或選擇合適的海工電纜，不利于國際接軌和采用國際先進技術(shù)。本文結(jié)合對美制和公制的理解以及對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的掌握，介紹了美標(biāo)電纜導(dǎo)體的AWG線規(guī)知識、AWG線規(guī)與公制的轉(zhuǎn)換、導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)等，以期對采用美國標(biāo)準(zhǔn)的電纜制造者及船廠等電纜使用者提供參考。

1 AWG線規(guī)知識

美國電線電纜標(biāo)準(zhǔn)中除特殊的型線外，一般均采用圓線絞合并以圓形尺寸表示，具體采用美國AWG線規(guī)，海洋工程用電纜標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1580中對導(dǎo)體規(guī)定的描述也一樣。AWG線規(guī)根據(jù)圓導(dǎo)體規(guī)格的不同而以兩個圓線尺寸4/0(表示線規(guī)號為0000)和36AWG的固定直徑為基礎(chǔ)，采用幾何級排列的方式用數(shù)學(xué)公式表示出來，從36AWG到4/0需經(jīng)39個線規(guī)。由于4/0線規(guī)的線徑為0.46 in，36AWG線規(guī)的線徑為0.005 in，二者比值為92。從而，任一號AWG線規(guī)n的線徑和面積通過下式計算得知。式中，dn為導(dǎo)體直徑(in);An為導(dǎo)體截面積(in2);n為線規(guī)號，如對于18 AWG，n為18;對于線規(guī)1/0，n取0;線規(guī)4/0，n 取 －3。

式(2)可轉(zhuǎn)化為式(3)，此時面積單位為圓密耳(cmil)，也更符合美國標(biāo)準(zhǔn)習(xí)慣。實際上對于規(guī)格大于4/0的導(dǎo)體，一般采用面積表示，如535MCM(千圓密耳kcmil)等。

此外，AWG線規(guī)導(dǎo)體直徑也呈規(guī)律性變化，相鄰線規(guī)每遞增6個線號，則線徑相差約1倍，如7AWG線徑為0.144 in，相差6個線規(guī)的1AWG線徑為0.289 in。表1為AWG線規(guī)線徑對照表。

2 美制AWG線規(guī)與公制的轉(zhuǎn)換

由于美制AWG線規(guī)表示方法與公制不同，給設(shè)計、生產(chǎn)和選型造成了很大不便，因為習(xí)慣，國內(nèi)廠家一般在設(shè)計或編制工藝文件時多選擇轉(zhuǎn)換為公制，客戶選型手冊中也有美制公制對照式，但不能知其然不知其所以然。AWG線規(guī)與公制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:

(1)長度。長度不做過多論述，轉(zhuǎn)化也比較單一，只要知道下式即可。

表1 AWG線規(guī)線徑對照表

(2)面積。在美制AWG線規(guī)中，面積表示常采用圓密耳(cmil)或千圓密耳(kcmil或MCM)，而公制導(dǎo)體面積常采用mm2表示。如果導(dǎo)體直徑單位是mil，則美制的導(dǎo)體截面積S可通過下式計算得知。

式中，S為圓導(dǎo)體的截面積(cmil);d為圓導(dǎo)體的直徑(mil)。

美制MCM和公制mm2的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:

3 AWG線規(guī)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)種類和性能

根據(jù)IEEE 1580對其他標(biāo)準(zhǔn)的引用以及其對導(dǎo)體的明確描述，可將常用導(dǎo)體分為普通固定敷設(shè)絞合導(dǎo)體和軟結(jié)構(gòu)股線復(fù)絞導(dǎo)體，材料可以為退火軟銅線或鍍錫退火軟銅線。

3.1 退火軟銅線

(1)導(dǎo)體伸長率必須合格;

(2)導(dǎo)體20℃時的質(zhì)量電阻率不大于875.20 Ω·1 b/mil2(其與公制中質(zhì)量電阻率Ω·g/m2的轉(zhuǎn)換公式為:Ω·1 b/mil2×0.000175=Ω·g/m2);

(3)單線的尺寸公差以及表觀質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)定，不得有不符合的缺陷。

3.2 鍍錫退火軟銅線

在退火軟銅線的基礎(chǔ)上增加了鍍層連續(xù)性和附著性要求，分別通過鹽酸-多硫酸鈉試驗和卷繞與浸漬試驗驗證;同時由于鍍附的錫層，銅線的電阻率較裸退火軟銅線有所增大，具體見表2。

表2 鍍錫退火軟銅線質(zhì)量電阻率

3.3 工藝參數(shù)對電氣性能的影響

對導(dǎo)體而言，最重要的電氣性能是導(dǎo)體電阻，其應(yīng)不大于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的具體規(guī)定。影響導(dǎo)體電阻的因素主要有電阻率和絞合節(jié)距，電阻率被稱為材料因素，對導(dǎo)體電阻起主導(dǎo)作用，在導(dǎo)體材料確定后則幾乎不再變化;絞合節(jié)距和絞合層數(shù)被稱為工藝因素，對導(dǎo)體電阻起細(xì)微影響，不同的工藝會對導(dǎo)體的電阻產(chǎn)生不同的影響。導(dǎo)體絞合規(guī)定在IEEE1580所引用的標(biāo)準(zhǔn)中有具體的描述，本文不再贅述。多芯導(dǎo)體成纜亦會引起導(dǎo)體電阻變化，其中單芯電纜由于不必成纜，導(dǎo)體的最大電阻按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定;絞合成纜時只有一層的多芯電纜，其最大導(dǎo)體電阻為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值乘以1.02;成纜時多于一層的多芯電纜，其最大導(dǎo)體電阻為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值乘以1.03;對于絞合線對單元組的復(fù)絞成纜，如只有一層多個線對成纜，則導(dǎo)體最大值為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值乘以1.04;如有多于一層的多個對絞線對成纜，則最大導(dǎo)體電阻為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值乘以 1.05。

4 結(jié)束語

作為電纜主要組成部分之一的導(dǎo)體，對電纜有著至關(guān)重要的作用，隨著美國海洋工程用電纜標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1580的流行與被重視，國內(nèi)很多電纜制造者與使用者卻對美制導(dǎo)體并不熟悉，本文做了淺顯的介紹，希望拋磚引玉，對行業(yè)有所幫助。