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成缆工艺学
安徽中特华星电缆股份有限公司
成缆工序
培
训
资
料
2013年3月
目录
第一章：
序言
第二章：
材料和半成品
第一节：
绝缘线芯
第二节；常用材料
第三章：
成缆工艺装备
第一节：
成缆机的种类及生产范围
第二节：
成缆机的结构组成及传动系统
第三节：
成缆模具和盘具
第四节：
设备的维护保养
第四章：
成缆工艺
第一节：
成缆工艺基本知识
第二节：
成缆工艺计算
第三节：
填充、包带及干燥
第四节；扇形线芯成缆
第五节：
分相铅报电缆的成缆
第五章：
成缆质量控制
第一节：
成缆质量控制
第二节：
废品种类及防止方法
第一章绪论
电缆是用来传输电能或控制信号的。
电力设备用电多数是使用多相电源，所以电力电缆是多芯的，常用三相电源的三芯电缆或四芯电缆（其中有一芯作为地线）。
控制电缆主要是用于控制设备的线路，控制线路需要的根数一般是很多的，因此控制电缆往往是做成多芯的。
这样不仅使用方便、经济，而且对使用三相电源送电的三芯电缆成缆在一起，可以使三相磁场抵消，减小损耗。
因此，在成缆工序中，是将两芯、三芯，甚至是几十根的绝缘线芯绞合在一起。
组成多芯电缆。
这种将绝缘线芯按一定的规则绞合起来的工艺过程，包括绞合时线芯间空隙的填充和在成缆上的包带过程，叫做成缆。
成缆时，绝缘线芯的绞合形式是采用同心层正规绞合，绝缘线芯直径相同的成缆叫做对称成缆，绝缘线芯中直径不同的叫做非对称成缆。
虽然根据需要根数的绝缘线芯绞合在一起的电缆，使用方便经济，但有些电缆是不成缆的，如高压电缆等，这是为了避免结构太大而笨重和技术设备上的原因，制造成单芯电缆。
本书只介绍电缆的成缆工艺极其有关的基础理论。
第二章材料和半成品
第一节绝缘线芯
一、导电线芯
导电材料有银、铜、金、铝等，但考虑经济与资源等因素，常用的导体有铜和铝两种。
铜导体分软、硬、特硬三种状态。
在电力电缆中一般采用软铜线（TR），要求它的电阻率不大于0.017241Ω·mm2/m，伸长率对不同线径的铜线要求是不同的，线径大伸长率也就大。
线径从0.66～3.00mm的伸长率为25%，线径3.15～8.00mm的伸长率为30%。
铜导体的一般物理性能：
密度为8.89g/cm3，线膨胀系数为0.000017/℃，电阻温度系数0.00393/℃，由于在架空电缆中才采用硬铜线，所以这里对硬铜线的性能暂不作介绍。
电缆中的铝导体多用半硬铝线（H4状态）。
但在大截面的线心中也用软铝线（0状态）。
电阻率为0.028264Ω·mm2/m，物理性能：
密度2.703g/cm3,线膨胀系数0.000023/℃，电阻温度系数软线0.00407/℃，硬线0.00403/℃，力学性能见表2——1。
导线电阻R=ρ
式中ρ——电阻率
L——导线长度
S——为导线截面
在其他条件不变时，ρ越小，电阻值越小/所以要求导线有小的电阻率。
他对导体各项性能的具体指标，在国家标准GB3952～3956中有明确的规定。
表2——1铝导线力学性能
型号
状态
单线直径
mm
抗拉强度
N/mm2
断裂伸长率
不小于%
LR
O
≤1.00
1.01～10.00
～98
～98
15
20
LY4
H4
0.30～6.00
95～125
自身直径卷8圈退六圈，重新卷不裂。
LY6
H6
0.30～6.00
125～165
电力电缆的导电线芯，可以制成整根实心的，或是由多根单线绞合而成的；形状可以是圆形的、半圆形的和扇形的。
绞合线芯可以采用非紧压式和紧压式的两种。
10kV及以下的塑料绝缘电缆多采用紧压扇形结构，10kV以上的交联聚乙烯绝缘电缆多采用圆形紧压结构。
对于控制电缆，一般来说截面都比较小，多用细单线或绞合成圆形线。
橡皮绝缘电缆，一般要求有好的弯曲性能，所以也常用细单线绞合而成。
圆形导电线芯,其绞合排列采用”正规”绞合形式，绞合原则是：
中心一般为一根单线，第二层为六根单线，以后每层比内层多六根，单线采用相同的线径；每层单线的绞合方向应和前一层方向相反，最外层应采用左向绞合。
这样的结构可以保证电缆导电线芯的稳定性和一定的柔软性。
交联聚乙烯绝缘电缆和PVC塑料绝缘电力电缆，为了改善导线表面情况，并节约其他材料常采用分层紧压结构。
电力电缆的导体结构应符合GB/T3956-1997《电缆的导体》所规定。
35kV及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆导体线芯的结构见表2——2
表2——235kV及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆线芯根数
标称截面
mm2
线芯中单线根数
标称截面
mm2
线芯中单线根数
圆形不少于
型线不少于
圆形不少于
型线不少于
25～35
185
50～70
240
95
300～500
120
630～800
150
常用的塑料和橡皮绝缘电缆线芯结构见表2——3
表2——3常用的橡皮和塑料绝缘电缆导体线芯结构
标称截面
mm2
铜芯
铝芯
标称截面
mm2
铜芯
铝芯
线芯结构
线芯结构
线芯结构
线芯结构
线芯结构
线芯结构
0.03
0.06
0.12
0.2
0.3
0.4
0.5
0.75
1.0
1.5
2.0
2.5
（2.5）
4
（4）
6
（6）
10
1/0.20
1/0.30
1/0.40
1/0.50
1/0.60
1/0.70
1/0.80
1/0.97
1/1.13
1/1.37
1/1.60
1/1.76
---
1/2.24
---
1/2.73
---
7/1.33
---
---
---
---
---
---
7/0.30
7/0.37
7/0.43
7/0.52
7/0.60
19/0.41
7/0.68
19/0.52
7/0.85
19/0.64
7/1.03
49/0.52
---
---
---
---
---
---
---
---
1/1.13
1/1.37
1/1.60
1/1.76
---
1.2.24
---
1/2.73
---
7/1.33
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400
500
630
800
1000
---
7/1.70
7/2.12
7/2.50
19/1.83
19/2.12
19/2.50
37/2.00
37/2.24
37/2.50
61/2.24
61/2.50
61/2.85
91/2.62
127/2.50
127/2.85
---
19/0.8
49/0.64
98/0.58
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
7/1.70
7/2.12
7/2.50
19/1.83
19/2.12
19/2.50
37/2.00
37/2.24
37/2.50
61/2.24
61/2.50
61/2.85
91/2.62
127/2.50
127/2.85
127/3.15
圆形近压线芯,紧压后的截面如图2——1所示，线芯结构参数如表2——5所列。
扇形和半圆形导电线芯，不是理想的对称形状，因此，设计多根线芯排列时，考虑到弯曲情况下的稳定性极为重要。
为使紧压扇形线芯具有足够的可曲度和稳定性，在设计不紧压线线芯时必须遵守下列规则.
中央导线规则：
扇型芯的中央导线必须位于扇型芯的中心线上。
否则，当线芯弯曲时，位于中心线上部的导线将被拉伸，而下部的将被压缩而可能凸出，这将引起扇形破坏而损伤绝缘。
移滑规则：
扇型芯中心线上导线的直径一般较大，处在其两侧的导线应能沿中心线上导线滑动而不改变扇形芯外形，这一规则称为滑移规则，如图2——2所示。
目前，我国对工作电压在10kV及以下油浸纸绝缘电力电缆、kV级塑料绝缘电缆等均采用紧压扇形结构，先绞合成卵线形坯子，再经过型模紧压成扇形线芯。
通常采用的扇形坯的结构如图2——3、图2——4、图2——5所示。
双芯电缆线芯一般采用弓形结构,紧压程序同扇形线芯，弓形线芯坯结构如图2——6、图2——7所示，
几种标准扇形及弓形线芯的结构参数和尺寸见表2-6、表2-7、表2-8、表2-9。
控制电缆用线芯结构列于表2-10。
上述各线芯结构，各制造厂并非完全一样，在符合标准的前提下，各制造厂稍有不同。
表2—5紧压圆形线芯结构参数
标称截面
mm2
导体外径
mm
根数/单线直径mm
紧压
系数
20℃直流电阻不大于
Ω/km
铜芯
铝芯
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
400
500
630
800
1000
1200
4.8
6.0
7.0
8.4
10.0
11.6
13.0
14.6
16.2
18.4
20.6
23.8
26.6
30.0
34.0
38.2
42.0
7×1.78
7×2.26
7×2.65
19×1.91
19×2.26
19×2.65
37×2.12
37×2.38
37×2.65
61×2.36
61×2.65
61×3.01
61×3.36
61×3.87
61×4.24
61×4.92
61×5.25
0.88
0.88
0.91
0.90
0.89
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.89
0.88
0.87
0.87
1.15
0.727
0.524
0.387
0.268
0.193
0.153
0.124
0.0991
0.0754
0.0601
0.0470
0.0366
0.0283
0.0221
0.0176
0.0151
1.91
1.20
0.868
0.641
0.443
0.320
0.253
0.206
0.164
0.125
0.100
0.0778
0.0605
0.0469
0.0367
0.0291
0.0247
注：
结构尺寸为参考值。
大于1000mm2及以上的铜导体，应采用分割导体结构。
表2——6三芯电缆的扇形芯（紧压）结构
标称
截面
mm2
导线根数及直径mm
扇形尺寸mm
中心
第一层
第二层
高度
宽度
绞合
平放
25
35
50
70
95
120
159
185
240
---
---
---
---
---
7×2.62
7×2.07
7×2.29
7×2.62
6×1.34
6×1.59
6×1.90
6×2.25
6×2.62
2×2.62
2×2.07
2×2.29
2×2.62
12×1.34
12×1.59
12×1.90
12×2.25
12×2.62
15×2.40
15×2.07
15×2.29
15×2.62
---
---
---
---
---
---
21×2.07
21×2.29
21×2.62
4.9
5.8
7.0
8.3
9.8
11.2
12.8
14.2
16.4
9.0
11.0
13.0
15.4
18.0
20.1
22.5
25.2
28.5
表2——7四芯电缆的扇形芯（紧压）结构
标称
截面
mm2
基本线芯
第四线芯
导线根数和直径mm
扇形
高度
mm
导线根数和直径mm
扇形
高度
mm
中央
第一层
第二层
中央
第一层
绞合
平放
25
35
50
70
95
120
150
185
---
---
---
---
7×2.32
7×2.62
7×2.07
7×2.29
6×1.34
6×1.59
6×1.90
6×2.25
2×2.32
2×2.62
2×2.07
2×2.29
12×1.34
12×1.59
12×1.90
12×2.25
16×2.14
16×2.40
15×2.07
15×2.29
---
---
---
---
---
---
21×2.07
21×2.29
5.3
6.5
7.7
9.2
11.0
12.4
13.4
15.2
6×1.34
6×1.59
6×1.90
---
6×2.25
---
---
---
12×1.34
12×1.59
12×1.90
---
12×2.25
---
---
---
6.4
7.9
7.7
---
10.3
---
---
---
表2——8双芯电缆弓形芯（紧压）结构
标称
截面
mm2
导线根数和直径mm
弓形高度
mm
中央
第一层
第二层
绞合
平放
25
35
50
70
95
120
150
---
---
---
---
7×2.25
7×2.53
7×2.07
7×1.28
7×1.51
7×1.80
7×2.13
2×2.25
2×2.53
2×2.07
13×1.28
13×1.51
13×1.80
13×2.13
15×2.25
15×2.53
15×2.07
---
---
---
---
---
---
21×2.07
4.2
5.0
6.0
7.2
8.5
9.0
10.9
表2——9三芯、四芯电缆单根扇形芯结构
标称截面
mm2
结构参数mm2
高
宽
扇形弧半径
扇形角圆弧化半径
3×25
3×35
3×50
3×25＋1×16
3×35＋1×16
3×50＋1×25
3×50＋1×25
4.65
5.5
6.65
5.1
6.0
7.19基本线芯
6.1第四线芯
7.8
9.4
11.48
7.3
8.52
10.98
6.25
5.8
6.6
7.3
6.6
7.6
8.6
8.7
1
1
1
1
1
1
1
表2——10控制电缆线芯结构
标称截面
mm2
导线结构
根数/直径
芯数范围
0.75
1
1.5
2.5
4
6
10
16
25
7/0.38
7/0.44
7/0.53
7/0.67
7/0.85
7/1.04
7/1.35
7/1.70
7/2.14
2～61
2～61
2～61
2～61
2～19
2～19
2～7
2～7
2～4
二、绝缘线芯
导电线芯在挤包或绕包绝缘层后，成为绝缘线芯。
不同电压等级和规格的电缆，绝缘厚度不同。
因此在上机成缆前，必须检查半成品是否合格，半成品的标签应与工作单一致，并有检查员合格章，标签与实物相符，线盘清洁无脏物，排线整齐，线芯尺寸和绝缘厚度符合要求，线芯绝缘表面规整，无凸起、皱折、碰伤，芯号或颜色配套。
同一芯不得有两种号（主要指纸绝缘线芯），对于6kV及以上的纸力缆绝缘芯，还必须注意是经过予干燥，予干燥出罐至成缆前停放时间不得超过24h，纸绝缘不得有发脆和干燥不好的现象。
成缆用绝缘导电线芯，按绝缘材料分类有纸绝缘、交联聚乙烯绝缘、橡皮绝缘、聚氯乙烯绝缘等。
按线芯形状分类有圆形、扇形、半圆形等。
400mm2及以上一般是圆形线芯；300mm2及以下（1kV及以下电缆）大多数做成扇形线芯；150mm2及以下的两芯电缆一般做成半圆形。
圆形导线有紧压和非紧压两种，半圆形、扇形均为紧压线芯。
第二节常用材料
一、电缆纸
电缆纸在成缆中作为带绝缘用,半导电纸是起屏蔽作用。
常用的电缆纸是木质纤维制成的，半导电纸是在电缆纸中加进适当的碳黑而成。
它们的主要性能见表2——11。
表2——11电缆纸的主要性能
项目
绝缘纸
半导电纸
IBLZ
DLZ-12
DLZ-17
厚度mm
0.12±0.007
0.17±0.01
0.12±0.01
紧度g/cm3
0.85±0.1
0.85±0.1
0.88
抗张力
kg
纵向
15
20
11
横向
7
10
5.5
伸长率
%
纵向不小于
2.2
2.2
2.0
横向不小于
9.5
6.5
6.0
透气度ml/min不大于
30
30
25
水分%
8+1-2
8+1-2
7+2-2
灰份不大于%
1.0
1.0
1.0
体积电阻率Ω·cm
1×107
工频击穿电压V不小于
900
1200
上述性能是根据GB7969-87、SLSC——NO4003规定。
二、塑料带
成缆中绕包塑料带，对不同电缆用途不同，但总的说来，分别是隔离、扎紧、绝缘、衬垫用，或者肩而有之。
对它们总的要求是与电缆相一致的耐温等级，不吸水，不促使与其接触的材料性能发生变化，主要指标见表2——12。
表2——12塑料带的主要指标
项目
聚乙烯带
绝缘用PVC带
垫层用PVC带
厚度mm
0.05～0.1±0.01
0.11～0.25±0.02
0.26～0.8±0.03
0.1±0.01
0.20+0.03
0.25-0.01
抗张强度N/cm2
纵≥686
横≥490
117.6
117.6
断裂伸长率%
纵≥180
横≥100
100
126
耐电强度kV/mm
＞40
18
14
体积电阻率Ω·cm
≥1×1016
1×1014
1×109
三、玻璃纤维乳胶布带
玻璃纤维乳胶布带在成缆中多数用于扎紧,它的宽度和厚度种类很多,根据需要选用.它的含胶量不小于15g/m2,断裂强度以25mm宽的布条计,纵向不小于392N,横向不小于186N。
四、填充材料
填充材料主要用来填充绝缘间的缝隙，使电缆圆整。
常用的材料有聚丙烯撕裂薄膜绳，塑胶管条、纸捻等。
对填充材料也要考虑耐温和吸水性等问题，应与电缆用材料相一致。
塑胶管条是根据需要填充空隙大小挤制的。
纸捻由电缆厂自制，一般采用0.05mm厚的电话纸在专门的纸捻机上加工。
根据需要，纸捻直径的大小确定纸捻的号数。
要求纸捻紧密，否则填充就无法饱满，电缆不能圆整，也不能阻止电缆油的流动。
一般纸捻的实际面积是其截面的0.3～0.6倍的范围，现用纸捻的规格，即它的直径有20、30、40、60、80mm等五种。
除上述填充材料外，还有麻绳等，已在淘汰之中。
第三章成缆工艺装备
第一节成缆机的种类及生产范围
用于成缆的设备，也就是把绝缘线芯绞合在一起，并加以填充、绕包的设备，称为成缆机。
成缆机有普通式和盘绞式两种。
普通式成缆机有笼式和盘式两种，成缆速度一般在10m/min以下。
大型成缆机制成盘式，能进行三芯、四芯及五芯电缆的成缆。
如1+3/1600和1+3/2400、1+4/1600、1+4/2400成缆机，最大放线盘分别为1600mm和2400mm。
中、小型成缆机制成笼式，绞合部分如同绞线机的绞笼，有1+6/1000和1+6/400型等规格形式。
盘绞式成缆机是较新的成缆设备，生产效率高，速度一般在30m/min以上，适用范围大，能用于各种电力电缆的成缆，也可用于通信电缆和控制电缆以及大截面超高压电缆分裂导体的缆合。
常用成缆机生产范围见表3——1。
表3——1常用成缆机生产范围
设备规格
生产范围
截面积mm2
芯数
4-400型
6-400型
6+12+18/400型
18+24/400型
6+12/600型
1+6/1000型
1+3（4）/1600型
1+3（4）/2400型
第二节成缆机的结构组成及传动系统
一、成缆机的传动
成缆机的传动，一般大都采用一台电机，通过传动轴和齿轮，带动放线（绞笼盘）、绕包头、、牵引轮等三部分，并且每部分至少有一组齿轮是可变换齿数，以便改变转动速度，这不仅可以改变成缆速度，而且也可以改变成缆节距和包带节距，几种代表性成缆机的传动系统如图3——1、图3——2、图3——3、图3——4、图3——5所示。
二、成缆机的主要组成部分
1、绞笼结构与绞线机的绞笼大致相似，在绞笼上有放绝缘线芯盘的线盘架。
各种形式的成缆机线盘架数不同，大型成缆机一般是3---6个线盘架，小型成缆机可以有18个或24个，甚至更多的线盘架。
在绞笼每个线盘架上都有制动器，用以控制绞合时线芯的张力。
绞笼的转速是用变速齿轮来调节的，并且旋转方向也可以改变。
在绞笼前部有一些固定的支杆，用以安放填充绳盘。
2、模架并线模根据需要可以更换。
它的作用是使几个绝缘线芯并合，绞成正确的圆形电缆。
3、包带头结构与纸包头相似,支架上一般有3个或6个带夹,用来在电缆芯的外面包布带、纸带、玻璃布带或薄膜带等。
4、牵引轮由一个大直径可转轮盘以及拨线环组成，给线芯以直线运动，并具有可以调节速度装置的部分，绞合节距主要是通过牵引轮的转速来控制的。
5、收线装置用来将绞合后的电缆收绕在收线盘上（托盘内），收存速度应和牵引速度配合好。
6、放置中心线具的放线架。
以上所述成缆机的组成仅是一般情况，成缆机的种类较多，各种成缆机的构造稍有不同。
下面简单介绍几种成缆机的构造特点。
盘式成缆机。
它由大小不同的圆盘紧固在一个空心轴上，两圆盘间有三只放线盘的盘架，放线盘架轴上装有退扭用的齿轮机构。
行星式齿轮机构退扭的简单原理如图3——6所示。
齿轮Z5装在中央轴上与盘架一起旋转.Zn为一对过渡齿轮,Z6连接在放线盘架上，成缆绞合左向时，Z6右向。
这样使每绞合一转放线盘就回转一转，得到了退扭，这种方法比较方便，当扇形线芯不需要退扭时，卸下Zn即可。
盘式成缆机的绞合部分有一个主轴承，空心轴的后端即在其中旋转，前后圆盘均由托轮支撑，空心轴最前端是分线板，使绞合前的绝缘线芯依正确方向进入并线模，并防止绝缘线芯扭回。
分线板有辊轮式的，每一根线芯在此均经过一对导轮。
也有模孔式的，选择适当尺寸的模子插入分线板来代替辊轮，不同线径的绝缘线芯应选择不同尺寸的辊轮或模子。
笼式成缆机一般可放六个线盘，绞合部分与绞线机的绞笼相同。
不论盘式或笼式成缆机，都有一个星形架，以放置成缆用的填充料。
在绞合后分别是并线模座支架、绕包头、牵引装置、收线装置等。
盘绞式成缆机原理同束线方式，放线盘固定为一种旋转，而收线盘同时完成绞合和收线双重运动，放线的同时可以同时进行退扭。
放线盘的直径可以在1000～4000mm，其转速为300～25r/min，比普通成缆机提高了效率，扩大了生产范围。
盘绞式成缆机采用履带式牵引,放线固定,放线角度不变。
所以绝缘线芯放线张力均匀，成缆
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