導(dǎo)體為什么要絞合？導(dǎo)體絞合有哪幾種方式？

來(lái)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(shí)考慮鄰近效應(yīng)和集膚效應(yīng)對(duì)交流電阻的影響。大截面實(shí)心導(dǎo)體由于不易彎曲而不能順利敷設(shè)、成型和連接。絞合導(dǎo)體解決了這一問(wèn)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(duì)于半硬鋁實(shí)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(duì)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(gè)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(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中要求，最外層絞向應(yīng)該是左向。也就是說(shuō)當(dāng)你沿電纜導(dǎo)體軸向看去，最外層的絞線在離開(kāi)觀察者時(shí)是向左絞制的。通過(guò)增加導(dǎo)體的單線數(shù)量來(lái)獲得更好的柔軟性。C級(jí)比B級(jí)多一層單線，D級(jí)比C級(jí)多一層單線。級(jí)別設(shè)置一直到M級(jí)（通常用于焊接電纜等）。這些都包含在ASTM標(biāo)準(zhǔn)（注：美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)American Society for Testing and Materials，英文縮寫ASTM，ASTM的會(huì)員已近34000 個(gè)，其中約4000個(gè)來(lái)自美國(guó)以外的上百個(gè)國(guó)家。ASTM 已制定10000 多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)）中。
??C級(jí)和D級(jí)導(dǎo)體的重量與B級(jí)導(dǎo)體相似，外徑在比B級(jí)導(dǎo)體大3mil的范圍內(nèi)。
??下面的公式可用于計(jì)算同心絞合導(dǎo)體的單線數(shù)量。
????n=1+3N（N+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(gè)概念描述的是，通過(guò)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(guò)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(wèn)題，但又會(huì)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(jiàn)的絞合方式，因?yàn)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;">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(huì)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(shí)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(diǎn)在于減小導(dǎo)體直徑。

??3.6.4束絞

??這個(gè)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(guó)線規(guī)小尺寸導(dǎo)體對(duì)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(chǎng)合。

??K級(jí)和M級(jí)導(dǎo)體中，單線直徑是常數(shù)。通過(guò)增加單線數(shù)量來(lái)滿足要求的導(dǎo)體截面積。

??3.6.5束絲復(fù)絞

??這個(gè)概念用于同心絞合導(dǎo)體，其中每一根單線也是絞合過(guò)的。也就是一個(gè)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(duì)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(jí)和H級(jí)電纜通常用于礦用便攜式電纜。I、L、M級(jí)電纜利用束絞電纜構(gòu)成同心電纜，單線尺寸相同，通過(guò)增加線的數(shù)量來(lái)達(dá)到需要的截面積尺寸。I級(jí)線纜使用#24AWG（0.020in）單線，L級(jí)電纜使用#30AWG （0.010in）單線，M級(jí)電纜使用#34AWG（0.0063in）單線。I級(jí)電纜通常用于鐵路，L和M級(jí)用于便攜程度更高的場(chǎng)合，如焊接用電纜和移動(dòng)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(gè)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(duì)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(shí)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(shí)經(jīng)濟(jì)上的考慮而尚未實(shí)現(xiàn)。

??3.6.7分割導(dǎo)體

??分割導(dǎo)體為圓形，由三個(gè)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(gè)導(dǎo)體小一些的電流，電流通過(guò)整個(gè)導(dǎo)體的內(nèi)外位置進(jìn)行傳輸。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(jí)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(shì)在于，對(duì)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(duì)于60Hz、1000kcmil及以上截面積的電纜，以及低頻條件下（如25Hz）1500kcmil（對(duì)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(jì)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(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題的發(fā)生。在有水無(wú)氧的條件下鋁會(huì)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(huì)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(shí)這種情況會(huì)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?yàn)檫@個(gè)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(lái)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(huì)有空氣存在于導(dǎo)體的空隙中，這些縫隙會(huì)成為水汽的貯藏處并為水樹(shù)的產(chǎn)生提供水分。為了減小水樹(shù)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(shí)心導(dǎo)體也因?yàn)檫@個(gè)理由而用于#2/0 AWG及以下尺寸的導(dǎo)體。

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