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电线电缆制造工艺培训
第二章绞线工艺
第一节绞线的目的意义
第二节绞线的结构和性能
第三节绞线用材料和半成品
第四节绞线设备
第五节绞合工艺和结构计算
第六节绞线的质量控制
第七节绞线的缺陷与预防
第一节绞线的目的意义
大家知道，导线通电后，因有电阻消耗电能而发热。
温度升高会影响导体及包在导体外面的绝缘层和保护层的材料性能和寿命。
所以，当输送大容量电能时，应增大导体截面。
但是大截面的单根导线不便于弯曲，柔软性差，这给生产、运输、安装敷设和使用都带来了困难。
同时，由于截面大，涡流损耗大，影响输电效果。
由此可见，从电气性能上要求输电导体应有一定的截面积；从机械性能上有要求它具有一定的柔软性。
如果大截面电线电缆的导体采用多根单线扭在一起的绞线，就可以解决采用单根导线所存在的矛盾。
绞线是单线的发展和扩大。
所谓绞合就是将若干相同直径或不同直径的单线按一定的方向合一定的规则绞合在一起，成为一个整体的绞合线芯。
绞合的导线直接作为电线使用称为裸绞线，它与裸单线同属于裸电线，用于架空输电线路和电气设备的连接线。
绞合的导线用作绝缘电线电缆的导体时称为绞合线芯，它与单根线芯同属于导电线芯，是绝缘电线电缆的主要组成部分。
绞线由多根单线构成。
一般来说，构成绞线的单线多而细，不仅增加了电线电缆的柔软性，还提高线路连通的可靠性。
有些电线电缆的导体并不要求大的截面，但也采用了绞合形式，正是为了具有更好的柔软性或高度的可靠性，因此，绞线在电线电缆中占重要位置。
裸绞线中的架空线是电力输配网络中的一种主要电工器材，它使发电站（厂）经过各级变电装置与用户连接。
电力电缆与电气装备用电线电缆广泛用于工矿企业、城市、农村，是生产和生活中不可缺少的产品，而这些电线电缆导体，很多是绞合的。
制造绞线最基本的方法是“绞合”。
绞合工艺是裸电线和绝缘电线电缆生产中的重要环节，而且这种绞合原理和方法还应用于电线电缆绝缘线芯的绞制和钢丝铠装。
电线电缆生产中的绕包、编织等工艺与此也有密切关系。
因此，绞合工艺是电线电缆生产技术中广泛应用的一项基本工艺。
第二节绞线的结构和性能
不同绞线品种有不同的结构和性能要求。
裸绞线呈圆形，在结构上大多是同心层绞；性能方面除要求有良好的导电性能外，还要求有一定的抗拉强度，这对架空绞线尤为重要。
绝缘电线电缆用绞合线芯的结构形式很多，有同心层绞、束绞等，外形又有圆形、扇形以及空心形等种类；它的导电性能比裸电线要求高，而且要求柔软性好，特别是用于橡皮和塑料绝缘电线电缆时更应如此。
一、绞线产品的基本结构
不同绞线品种在用途、材料、结构、软硬以及外形上互有同异（参见表2-1）。
裸电线可分为架空绞线、软绞线和专用绞线三种。
绞合线芯可归纳为圆形线芯和异形线芯两种。
表2-1
品种类别
用途
导电材料
结构
软硬
外形
架空绞线
电力输配
铝、铝合金、铜
同心层绞、特殊
硬
圆、紧压圆形
软绞线
电气设备连接
铜
同心层绞及复绞
软
圆形
专用绞线
专用
铜
同心层绞及复绞
硬、软
圆形
圆形线芯
电线电缆
铝、铝合金、铜
同心层绞、束绞、同心复绞
软、半硬
圆、紧压圆形
异形线心
塑料及油纸力缆
铝、铝合金、铜
特殊
软、半硬
扇形、紧压扇形、空心
表2-1中几种结构形式的区分如下：
1）同心层绞这是绞线最基本的结构形式。
构成绞线的单线是一层一层有秩序地绞合在绞线中心的周围，相邻绞层绞向相反。
绞线中心可由单根或几根单线组成，最常见的是单根圆线。
同心层绞又称为正规绞合，其优点是结构稳定，几何尺寸容易表达，缺点是材料利用系数低。
2）束绞构成绞线的各根单线虽然也是绞合在绞线中心周围，但各单线的绞向都相同，很难分出层次，单线排列也不是很有秩序。
这种结构常用于根数很多的细单线的绞合。
用束绞方法制成的称为束线。
束绞也称为束制或非正规绞合。
其优点是柔软性好，材料利用系数高，缺点是结构不规正，几何尺寸不容易表达。
3）同心复绞绞合形式与同心层绞相同，所不同的是以股线代替同心层绞中的单线。
股线为同心层绞的绞线或束线。
4）特种结构不属于上述三种的其他结构。
二、绞线产品的基本特性
绞线的性能基本取决于构成绞线的单线性能和绞线的结构。
通常，绞线的性能可按单线性能数据加以计算，一般不作测试；只有对特定线路用的架空绞线才进行一些电气、物理、机械或其他性能方面的测试。
单线的主要性能，在电气方面有电阻系数（电阻率）、电阻温度系数等；物理机械方面有抗拉强度、伸长率、弯曲性能等。
用于特定线路上的架空绞线，根据情况，在电气方面常进行电晕试验及载流量的测定等；在物理机械方面则有总拉断力、弹性系数、热膨胀系数的测定和蠕变及耐振动试验等。
但其基本特性归纳如下：
1、柔软性
广义上说，金属线越细，柔软性越好。
绞线由许多细金属线构成，因此比较柔软。
但是，绞线的柔软性与绞合时所选的工艺参数有大的关系。
例如两根绞线的结构和直径都相同，而绞合参数不同，则两根绞线的柔软性是有差异的。
B
A
图2-1平行线束和绞线的弯曲情况
图2-1是平行线束和绞线弯曲时的情况。
平行线束在弯曲时，线束轴线外侧的单线受到张力，内侧单线受到压力，二者都对弯曲产生阻力；与此同时，承受张力的单线会压入线束之中，而承受压力的单线则导致曲折。
当线束恢复至平直时，外侧单线应被延伸而隆起，内侧单线又被拉直。
所以，平行线束由弯曲到复原过程中，各单线都受到一此弯曲变形。
而绞线在弯曲时，由于每一单线不是处在与绞线轴线平行的位置，并成螺旋状绕在绞线的轴线周围。
因此，每根单线在弯曲时，同时承受到张力和压力，这两种力借助单线的移动而消除，单线不会有隆起、曲折的现象。
绞线弯曲时的阻力，主要是单线之间移动时的摩擦，它比平行线束弯曲时的阻力要小得多。
从图2-1还可以看出，绞线同一绞层的节距越小，单线的移动距离越短，有利于绞线的弯曲；内绞层离绞线轴线的距离比外绞层近，受拉和受压的程度及单线移动就小，弯曲也就容易些。
归纳这些情况，可以得出绞线的柔软性与下列因素有关：
1）同样截面的绞线，所用单线根数越多即单线越细，柔软性越好；
2）结构相同的绞线，一般情况下，相应绞层的节距越小越柔软。
但节距过小，节距比过于接近该绞层的最小节距比值，虽使但线绞合得很密实，可是弯曲时单线的移动阻力会增加，反而不利于柔软性的提高。
3）要使单线更加柔软，可以采用复绞。
复绞线的柔软性除与上述因素有关外，还与股线节距与复绞节距之比有关，比值越大越柔软。
总之，对绞线的柔软性，应从各方面综合考虑。
在满足使用要求的前提下，要考虑到材料、工艺、成本和劳动生产率等各种因素，使生产出的绞线技术性能可靠，又经济合理。
2、绞线的可靠性
单线在制造过程中由于受到材料性能、工艺方法及生产条件的限制，将会出现一些缺陷，这些缺陷极大地影响单线的可靠性。
而绞线是由多根单线构成的，单线上的缺陷几乎不可能全部集中在绞线的同一处，故对绞线的性能影响较单根导体要微弱地多。
3、绞线的强度
同一截面的单根导线与多根导线绞合的绞线相比较，绞线中的单线直径比绞线同截面的单根导体直径小得多。
在使用同样杆材的情况下，小线径经受的变形程度高于大线径的变形，因而其强度也高。
经绞合后引起的强度损失较小，约5%。
另外线材经接头后强度将会下降，但绞线中的单线接头按工艺要求都要错开一定的距离，而单线无法做到这一点，所以这也是绞线强度高于单线的又一原因。
4、绞线的稳定性
绞线的稳定性不如单线，其原因是：
绞线中的每根单线都与绞线轴向成一定角度，使绞线在生产、敷设及使用过程中受到张力后，产生旋转，造成各根单线松散。
绞线中各层单线，如都按一个方向绞合，上述现象就更为严重，而且未被拉紧的绞线很容易卷曲，增加架设等工作困难；同时，外一层的单线也容易嵌入其内一层的单线缝隙中，破坏原有结构。
所以，束线不单独用作裸电线。
又如有钢芯的绞线，若各层采用同一绞向，还会增加单线中的电能损耗，绞线的电气性能恶化；若各层采用不同绞向，不但可提高稳定性，而且电能损耗也会减少。
对于相邻层绞向相反的绞线，层数增加，剩余扭转力矩减小，所以绞线层数越多，稳定性越好。
在复绞线中，股线的绞向与复绞方向相反，对提高绞线的稳定性也相当有利。
第三节绞线用材料和半成品
绞线用的材料有镀锌钢丝、镀铝钢丝、电工圆铝线、电工圆铜线和铝合金线等。
电线电缆的导体多采用电工圆铝线，因在同等导电功能情况下，特别是高压远距离大容量输电，铝更为经济。
目前国际上已开始大量采用铝合金。
铜导体在架空线路中用得很少，只在特殊条件下采用，但在电线电缆导电线芯中还是采用钢导体和铝导体两种材料。
镀锌钢丝及镀铝钢丝在绞线中是用来增加绞线机械性能，为了改善钢的抗腐蚀性能，一般在钢丝表面镀锌或镀铝。
铜绞线采用电工圆铜线，有的品种为了改善铜线的抗腐蚀性能和物理性能，在电工圆铜线上镀锡、镀银。
为了改善电缆导电线芯的柔软性和导电性，通常以减小单线直径，增加导线的根数，再进行束制、复绞、正规绞合等工艺。
由于单线在拉制过程中，加工硬化使机械强度增大，伸长率下降。
冷加工后铜单线不能完全满足电线电缆导电线芯的性能要求，因此必须采用韧炼的方法，即中间退火方法来满足工艺及电缆性能要求。
一、镀锌钢丝
镀锌钢丝应符合GB3428《镀锌铝绞线用钢丝》标准。
镀锌钢丝的尺寸偏差应符合表3-1，其机械性能应符合表3-2。
表3-1镀锌钢丝尺寸及偏差
钢丝直径mm
尺寸允许偏差mm
≤2.00
＞2.00
±0.04
±2%d
表3-2镀锌钢丝的机械性能
钢丝直径
mm
抗拉强度
≥MPa
1%伸长时应力
≥MPa
伸长率L=200
≥%
扭转次数
次/3600
1.25~2.25
2.26~3.00
133.6
133.6
119.5
116
4
4
18
18
镀锌钢丝应无裂纹，无氧化皮，镀层厚度均匀、光滑，没有与良好工业品不相称的其他缺陷。
二、电工圆铝线
铝绞线、钢锌铝绞线和电缆线芯用圆铝线应符合GB3955《电工圆铝线》标准中H9状态的LY9型的硬铝线的规定。
1、尺寸偏差
圆铝线垂直于轴线的同一截面上测得最大和最小直径之差，应不超过标称直径偏差的绝对值，并符合表3-3的规定。
表3-3圆铝线的线径公差
标称直径dmm
偏差±mm
0.300~0.900
0.910~2.490
2.50以上
0.013
0.025
1%d
2、机械性能
圆铝线的机械性能应符合表3-4
直径mm
抗拉强度≥MPa
1.26~1.50
1.51~1.75
1.76~2.00
2.01~2.25
2.26~2.50
2.51~2.75
2.76~3.00
193
188
184
180
176
173
169
3、电气性能
圆铝线的电阻率应不大于0.028264Ω.mm2/m，电阻温度系数0.00403℃/1。
4、外观
圆铜线表面应光洁，不得有与良好工业品不相称的任何缺陷。
三、电工圆铜线
电工圆铜线应符合GB3953《电工圆铜线》标准。
1、圆铜线型号
TR——软圆铜线；TY——硬圆铜线；TYT——特硬圆铜线
2、圆铜线直径偏差应符合表3-5
表3-5直径偏差
标称直径dmm
偏差±mm
0.026~0.125
0.126~0.400
0.401~6.00
0.003
0.004
1%d
圆铜线垂直于轴线的同一截面上测得的最大和最小直径之差应不超过标称直径偏差的绝对值。
3、机械性能
电工圆铜线的机械性能应符号表
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