CN102938263B - 一种具有分裂导体结构的小截面电缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有分裂导体结构的小截面电缆及其制造方法。该电缆包括奇数个包覆有股块包带的扇形股块，所述股块包带由绝缘材料或半导材料或导电材料制成，各扇形股块截面形状以及大小均相同，并绞合形成圆形导体，所述的小截面电缆还包括圆形导体包带以及绝缘护套。该电缆的制造方法如下：在圆铜单线退火后分层并线紧压、绞合以及预扭形成扇形股块；在股块进行退火后，在其外绕包包带，并紧压以及成缆形成圆形导体；在圆形导体外绕包包带，并挤制低烟无卤绝缘护套。其优点是：电缆最小弯曲半径小于6D，而且除具有良好的柔软度外，相对现有同等截面积的普通绞线电缆而言，分裂导体导电率提高约1％，总外径缩小0.5％。

Description

一种具有分裂导体结构的小截面电缆及其制造方法

技术领域

本发明涉及电线电缆技术领域，尤其涉及一种具有分裂导体结构的小截面电缆及其制造方法。

背景技术

电缆弯曲半径是电缆敷设施工及运行中保证其绝缘性能的主要指标。所谓弯曲半径，是指工程上把弯曲的电缆近似看做一段圆弧，圆弧所在圆的半径即为此弯曲电缆的弯曲半径。如果电缆在敷设施工或运行中弯曲半径小于规定值，会直接导致其结构的破坏，最终致使绝缘击穿，酿成安全质量事故。

通常的电缆弯曲半径一般都在15D。但事实上，在很多建筑结构的设计中，为实现一些特殊造型或者保证结构紧凑，其走线的管道相对较为曲折，而且空间狭小。这种情况下不仅对于电缆的导电性能、绝缘性能和线径具有一定要求，而且对于电缆的最小弯曲半径也提出了更高的要求，往往要求线缆的最小弯曲半径需要达到6D甚至以下。而现有的电缆结构在保证良好的导电性能和绝缘性能，以及较小的线径的前提下，很难达到上述的弯曲半径要求。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有技术的空白，提出一种具有分裂导体结构的小截面电缆，通过在小截面线缆中采用类似于高压线路中被广泛应用的分裂导体结构，不仅获得了分裂导体结构所具有的良好导电性，而且还获得了更好的最小弯曲半径。同时，还揭示了该具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，通过不同以往的加工工艺，获得了更小的外径。

为了达到上述发明目的，本发明实施例首先提出的一种具有分裂导体结构的小截面电缆，是通过以下技术方案实现的:

一种具有分裂导体结构的小截面电缆，其特征在于：包括奇数个包覆有股块包带的扇形股块，所述股块包带由绝缘材料或半导材料或导电材料制成，所述扇形股块由多根圆铜单线绞合而成，各扇形股块截面形状以及大小均相同，并绞合形成圆形导体，所述圆形导体的实际截面150-630mm²；所述的小截面电缆还包括绕包在所述圆形导体外周的圆形导体包带，以及包裹在所述圆形导体包带外的绝缘护套。

所述圆形导体的实际截面在200-500mm²范围内。

扇形股块的数量为3个或5个。

所述股块包带由半导电纸或尼龙绕包所述扇形股块形成，所述股块包带绕包搭盖率不小于20%，所述股块包带外周面平整光滑以使所述小截面电缆受力弯曲时相邻扇形股块之间可相对滑动。

所述绝缘护套为低烟无卤绝缘护套，所述圆形导体包带由半导电纸或尼龙绕包所述圆形导体形成。

本发明实施例还提出该具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，是通过以下技术方案实现的:

一种具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，适用于制造如上所述的具有分裂导体结构的小截面电缆，其特征在于该方法至少包括如下步骤：

a、拉制圆铜单线，并对此圆铜单线进行退火处理；

b、对所述圆铜单线进行分层并线紧压、绞合以及预扭以形成扇形股块；

c、对步骤b中所制得的扇形股块进行退火处理；

d、在冷却完成后的扇形股块的外周上绕包股块包带；

e、将步骤d中所制得的扇形股块进行紧压以及成缆形成圆形导体；

f、在对步骤e中所制得的圆形导体的外周上绕包圆形导体包带，之后在该圆形导体包带外挤制一层低烟无卤绝缘护套。

优选的：

步骤a中所述退火处理的退火温度为430-470℃、保温时间为4.5-5.5小时、自然冷却为12-18小时；步骤c中所述退火处理的退火温度为450-490℃、保温时间为5-6小时、自然冷却为17-23小时。

进一步优选的：

步骤b的分层紧压为二道紧压，其中，第一层紧压中，圆铜单线根数为7根，紧压系数为0.9-0.91，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的16-20倍；第二层紧压中，圆铜单线根数为12根，其紧压系数0.92-0.93，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的14-18倍；所述预扭的节距为所制得的圆形导体外径的25-30倍；

步骤e中所述成缆的节距等于步骤b中预扭的节距，且所述成缆的方向与步骤b中股块预扭的方向是同一方向。

在本发明的具体实施例中：

所述圆形导体的实际截面为253.5mm²，且由三股所述扇形股块绞合构成；任一所述扇形股块由19根直径2.52mm的所述圆铜单体绞合构成；步骤a中所述退火处理的退火温度为450℃、保温时间为5小时、自然冷却为15小时；步骤b中预扭的方向为右相；步骤c中所述退火处理的退火温度为470℃、保温时间为5.5小时、自然冷却为20小时；所述扇形股块的截面圆心角为119.5°；所述圆形导体的外径为18.70mm；所述具有分裂导体结构的小截面电缆的最小弯曲半径为5.6-5.8D，所述圆形导体的电压等级不高于1000V。

本发明所提出了一种具有分裂导体结构的小截面电缆，电缆最小弯曲半径小于6D，而且除具有良好的柔软度外，相对现有同等截面积的普通绞线电缆而言，分裂导体导电率提高约1%，总外径缩小0.5%。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例分裂导体的剖面示意图；

图2为本发明实施例中分裂导体制造方法的流程示意图；

图3为偶数股块分裂导体的变形示意图；

图4为现有普通绞线电缆的剖面示意图；

图5为现有普通绞线电缆的弯曲状态示意图；

图6为本发明实施例中分裂导体的弯曲状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-6所示，标号分别表示：扇形股块1、股块包带2、圆形导体包带3、绝缘护套4、圆铜单线5。

本发明首先提出一种具有分裂导体结构的小截面电缆，在具体实施例中，该具有分裂导体结构的小截面电缆在设计的技术要求上具有如下特点：采用铜导体材质，导体截面为500kcmil（253.5mm²），电压等级为1000V。

参见图1，该具有分裂导体结构的小截面电缆包括3个分别由多根退火圆铜单线5绞合而成的扇形股块1，各扇形股块1截面形状均为扇形，且截面形状、大小尺寸、重量均相同。各扇形股块1包覆有股块包带2，此股块包带由尼龙带绕包所述扇形股块1形成，且该股块包带2的绕包搭盖率不小于20%，所述股块包带2外周面平整光滑以使小截面电缆受力弯曲时相邻扇形股块1之间可相对滑动。3个扇形股块1绞合形成圆形导体。而具有分裂导体结构的小截面电缆还包括绕包在由3个扇形股块1所形成的圆形导体外周的圆形导体包带3，以及挤包在此圆形导体包带3外的绝缘护套4。其中圆形导体包带3同样采用尼龙带绕包形成，而绝缘护套4则采用低烟无卤材料制成，因此本实施例中分裂导体同样是一种低烟无卤电力电缆。低烟无卤电力电缆具有低毒、低烟、无卤的特点，它的烟度和毒性远低于普通电缆的，其阻然性能优越。因此被广泛应用在大型的、人口密集的宾馆、大剧院、体育场、医院、机场、地铁等公共场所中，以满足此类场所严格的防火要求。

上述技术方案描述了本发明的一种实施方式，结合以上结构特点，以下对于其结构的设计目的进行详细阐述：

众所周知，电力电缆所常用的导体基本上只有两种材料：铜导体和铝导体。而无论是铜导体还是铝导体，常见的导体截面一般都在35mm²-630mm²，线缆结构通常是由多根单线分层绞合紧压形成一根圆形的整体，并通过绝缘护套外包保护，如图4所示。该种电缆被称为正规同心式单线绞合电缆，为简化描述，以下统称为普通绞线电缆。另外，还有一种不正规绞合的形式，也就是多根单线按照同一绞向的电缆，这种电缆被称为束线（束丝）。

但是，由于导体传输电流的容量并不是随着导体截面的增加而线性增加，这种现象是由于导体在传输交流电流的过程中“集肤效应”和“邻近效应”造成的，而随着导体截面的增大，这种现象会越来越显著，因此在大截面电缆中（800mm²及以上）会采用分裂导体的结构，尤其是在超高压、大容量输送电力中，例如在110~220kV交联聚乙烯绝缘高压及超高压电力电缆标准中，明确规定了截面在800mm²以上的电缆导体必须采用分裂导体，以减小“集肤效应”和“邻近效应”引起电缆的导体电阻增加对传输能量的影响。所谓分裂导体，就是把一根整体的导体分成几根单独的导体来做，再把几根单独的导体绞合成一根圆形整体，原来的截面保持不变。分裂导体通常是由来若干个股块、半导电带、导体填充等部分组成，其中，每个股块外要纵包隔离绝缘皱纹纸，股块成缆后在分裂导体外首先要用扎带捆紧，再绕包半导电纸，最后缠绕无纺布保护层。

以上实施例中所提出的电缆结构虽然采用了一种类似于分裂导体的结构，但是采用这种结构的目的并非是克服集肤效应，因为显然无论从导体截面（253.5mm²）讲也好，还是从电压等级（1000V）讲也好，集肤效应对于其都是相当轻微的，并没有必要去特意克服。本实施例中采用分裂导体的结构的目的主要是期望获得更佳的柔软度。

这是因为，同截面、同外径的普通绞线电缆和分裂导体电缆在处于弯曲的时候，普通绞线电缆是整根导体在弯曲，相邻的单线之间由于绞合的因素而基本很难相对滑动（可参加图5，普通绞线电缆弯曲半径一般为15D）。

当然，以上还提出的另一种束线电缆，同样具有上述的滑动特性。这种束线中由于各单线均向一个方向扭绞，导致在弯曲时各单线之间具有较大的滑动余量，因此束线的抗弯曲力小，弯曲性能好。但是，束线存在电缆强度低、工序复杂、制造成本高、生产效率低的缺点，而且束线的外形也很难保持圆形。事实上，正由于其结构所带来的优、缺点，束线电缆应用的场合大多数时候被局限于需要柔软电缆的场合。

而本实施例中结构在弯曲时，各扇形股块1之间具有一定的滑动余量，会发生相对滑移，所以弯曲度更大（可参见图6，弯曲时由于股块有滑移，弯曲半径更小，达到6D）。另外分裂导体电缆中导体由一整根划为三根或三根以上的股块，每扇形股块1的外径远远小于一整根铜导体的外径，更易弯曲。因此，本发明的目的是提出一种集普通绞合电缆和束线电缆优点于一体，并避免其缺点的电缆结构。

在现有分裂导体中，扇形股块1外的包带主要起到绝缘的作用，以提高导体表面积，如皱纹纸、尼龙带等等。如采用半导体材料的话，如半导电纸，还可起到一定的屏蔽作用。因此，扇形股块1外的包带一定是采用绝缘或半导体材料制成的。而在本发明中，由于在低压条件下，趋肤效应和电晕放电均不明显，扇形股块1外并不需要绝缘和进行屏蔽。但是，在分裂导体的制造工艺中，各扇形股块1成缆前是需要包带绕包的，否则无法保证成缆的合格。因此，本发明中仍然存在股块包带2，但是由于此股块包带2和常规分裂导体股块外包带目的不同，股块包带2除起到绕包扇形股块1帮助成缆的作用外，其主要还要起到保证相邻扇形股块1之间容易相对滑动的目的。

基于上述原因，股块包带2材料的选择和现有分裂导体包带材料的选择并不相同。股块包带2除可以采用常规的绝缘材料或者半导体材料制成外，也可以选择采用导电材料制成。其具体选择的标准主要如下：

1、保证该材料制成带状具有足够的强度和韧性，来绕包扇形股块1；

2、绕包之后，保证相邻扇形股块1之间容易发生相对滑动。也就是说，不仅要求绕包后股块包带2外周面相对平整光滑，而且还要求此材料的摩擦系数满足容易相对滑动的条件。

3、具有良好的稳定性，包括材料自身不易发生老化、氧化、腐蚀等情况，以及材料和导体之间不会产生相对影响。

而本实施例中，选择尼龙带是因为在这种材料在本行业中被广泛应用，不仅价格低廉、容易获得，而且其表面粗糙度和相对摩擦系数符合要求。显然，本领域技术人员应当了解，股块包带2材料的选择可在满足上述要求的前提下在现有材料中进行任意选择，并不仅仅局限于绝缘和半导体材料，也可选择金属材料等具有导电性的材料制成。例如选择和铜单线相同材料的铜制包带。

承上述，本发明中揭示了在小截面低电压电缆中采用分割导体结构可获得更好柔软度的技术特点。更进一步的，以下阐述对于分裂导体数量的选择。

显而易见的，分割导体结构中股块越少，生产时的绞合、紧压、成缆等工艺更容易实现，但从结构稳定性和耐弯曲性能上，多股块分割导体更优越一些。由于提高分裂导体数量存在边际效用，也就是当数量递增时，对于柔软度的提升效果递减，而且在小截面（低于500mm2）上采用更多股块显然对于加工工艺的要求也逐步增加，因此在小截面线缆中，采取2-6个分裂导体数量较为恰当。

另外，由于在本发明的目的是提出一个柔软度更好的线缆，因此必须考虑线缆在发生弯曲时的变形问题。申请人根据先验知识以及大量实验获知，分裂导体采用奇数块比偶数块的结构来得稳定。

这是因为偶数块的结构存在以下弊端：偶数块结构在于各股块的位置成中心对称状，任何一个股块的直侧面都和与其中心对称的股块的直侧面处于同一平面上，在没有外力或外周均匀受力的情况下，股块整体上还可保持整圆；如果受力不匀，应力集中在一个或几个股块上时（例如受力弯曲时，应力集中在弯弧的内侧股块上），受力股块的直侧面会沿对称受力股块的直侧面滑动，而其左右两旁的股块就会向外滑移，随着力的增大，变形程度越大，该受力变形的形态可参见图3。以253.5mm²的导体截面积为例，在一个股块集中受力的情况下，最大变形时长短轴之差达2.5-4mm之多。

而奇数块成旋转对称状，不存在一个股块和其非相邻股块的直侧面处于同一平面的情况，对于其来说受力产生变形的程度更低一些，因此结构更加稳定。

基于以上原因，对于小截面电缆来说，选择5个及5个以下是必然的，而考虑到奇数股块结构更加稳定，因此优选的股块数量为3或5个。

以上对于小截面电缆的结构进行了详细描述，显然，这种导体的加工技术难度显而易见：

1、在如此小的截面上，要做成分裂导体，有极大的困难。通常的分裂导体都是在800mm2以上，况且在这种截面的电缆中做分裂导体都并不是件轻而易举的事情。

2、电缆的弯曲半径要达到6D，通常的电缆弯曲半径一般都在15D。因此该电缆对弯曲柔软度要求极高、要相当柔软。

3、为获得更小的外径，导体的紧压系数要达到0.92以上。我们知道圆导体的紧压系数一般都只能达到0.90，而且是在用紧压拉模的情况下完成。做分裂导体，不能用拉模只能用压轮，压轮的紧压效果自然比拉模效果差。

因此，以下提供一种用于生产上述小截面电缆的生产方法，该方法、包括如下步骤：

a、拉制圆铜单线，并对此圆铜单线进行退火处理，退火处理的退火温度为430-470℃、保温时间为4.5-5.5小时、自然冷却为12-18小时。

b、对所述圆铜单线进行分层并线紧压、绞合以及预扭以形成扇形股块。分层紧压为二道紧压。其中，第一层紧压中，圆铜单线根数为7根，紧压系数为0.9-0.91，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的16-20倍；第二层紧压中，圆铜单线根数为12根，其紧压系数0.92-0.93，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的14-18倍；所述预扭的节距为所制得的圆形导体外径的25-30倍。

c、对步骤b中所制得的扇形股块进行整体退火处理，退火处理的退火温度为450-490℃、保温时间为5-6小时、自然冷却为17-23小时。采用二次退火的目的是，无论是一整根铜导体还是分裂导体，电力电缆所用的导体都需紧压，常规工艺都是采用单线退火，但在紧压后导体内会产生一定的应力。换句话说，原先的单线的性能发生了变化。采用二次退火，在股块形成之后再次退火，消除了紧压后导体内会产生的应力，恢复原单线的性能，特别在机械性能的延伸性、柔软性。

d、在冷却完成后的扇形股块的外周上绕包包带。

e、对步骤d中所制得的扇形股块进行成缆、形成圆形导体。成缆的节距为25-30倍，成缆的节距与预扭的节距一致。

f、在对步骤e中所制得的圆形导体的外周上绕包包带，之后在该包带外套设绝缘护套。

在本发明的具体实施例中，导体截面为500kcmil（253.5mm²），基于制造成本和柔软度的综合考虑，每个扇形股块1由19根圆铜单线构成。制造该实施例中电缆的具体制造工艺如下：

a、拉制直径2.52mm的圆铜单线，并对此圆铜单线进行退火处理，退火处理的退火温度为450℃、保温时间为5小时、自然冷却为15小时。

b、对所述圆铜单线进行分层并线紧压、绞合以及预扭以形成扇形股块。分层紧压为二道紧压。其中，第一层紧压中，圆铜单线根数为7根，紧压系数为0.9-0.91，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的16-20倍；第二层紧压中，圆铜单线根数为12根，其紧压系数0.92-0.93，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的14-18倍；所述预扭的节距为所制得的圆形导体外径的25-30倍。

c、对步骤b中所制得的扇形股块进行整体退火处理，退火处理的退火温度为470℃、保温时间为5.5小时、自然冷却为20小时。

d、在冷却完成后的扇形股块的外周上绕包尼龙带。

e、对步骤d中所制得的扇形股块进行成缆形成圆形导体。成缆的节距为25-30倍，成缆的节距与预扭的节距一致。

f、在对步骤e中所制得的圆形导体的外周上绕包尼龙带，之后在该包带外套设低烟无卤绝缘护套。

在上述工艺中获得的各产物中，扇形股块的截面圆心角为119.5°。所述圆形导体的外径为18.70mm；所述具有分裂导体结构的小截面电缆的最小弯曲半径为5.6-5.8D。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，所述具有分裂导体结构的小截面电缆包括奇数个包覆有股块包带的扇形股块，所述股块包带由绝缘材料或半导体材料或导电材料制成，所述扇形股块由多根圆铜单线绞合而成，各扇形股块截面形状以及大小均相同，并绞合形成圆形导体，所述圆形导体的实际截面150-630mm²；所述的小截面电缆还包括绕包在所述圆形导体外周的圆形导体包带，以及包裹在所述圆形导体包带外的绝缘护套；

该方法至少包括如下步骤：

a、拉制圆铜单线，并对此圆铜单线进行退火处理；

b、对所述圆铜单线进行分层并线紧压、绞合以及预扭以形成扇形股块；

c、对步骤b中所制得的扇形股块进行退火处理；

d、在冷却完成后的扇形股块的外周上绕包股块包带；

e、将步骤d中所制得的扇形股块进行紧压以及成缆形成圆形导体；

f、在对步骤e中所制得的圆形导体的外周上绕包圆形导体包带，之后在该圆形导体包带外挤制一层低烟无卤绝缘护套；

步骤a中所述退火处理的退火温度为430-470℃、保温时间为4.5-5.5小时、自然冷却为12-18小时；步骤c中所述退火处理的退火温度为450-490℃、保温时间为5-6小时、自然冷却为17-23小时；

其特征在于：步骤b的分层紧压为二道紧压，其中，第一层紧压中，圆铜单线根数为7根，紧压系数为0.9-0.91，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的16-20倍；第二层紧压中，圆铜单线根数为12根，其紧压系数0.92-0.93，绞合的节距为所制得的圆形导体外径的14-18倍；所述预扭的节距为所制得的圆形导体外径的25-30倍；

步骤e中所述成缆的节距等于步骤b中预扭的节距，且所述成缆的方向与步骤b中股块预扭的方向是同一方向。

2.根据权利要求1所述的具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，其特征在于：所述圆形导体的实际截面在200-500mm²范围内。

3.根据权利要求2所述的具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，其特征在于：扇形股块的数量为3个或5个。

4.根据权利要求3所述的具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，其特征在于：所述股块包带由半导电纸或尼龙绕包所述扇形股块形成，所述股块包带绕包搭盖率不小于20％，所述股块包带外周面平整光滑以使所述小截面电缆受力弯曲时相邻扇形股块之间可相对滑动。

5.根据权利要求4所述的具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，其特征在于：所述绝缘护套为低烟无卤绝缘护套，所述圆形导体包带由半导电纸或尼龙绕包所述圆形导体形成。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种具有分裂导体结构的小截面电缆的制造方法，其特征在于：所述圆形导体的实际截面为253.5mm²，且由三股所述扇形股块绞合构成；任一所述扇形股块由19根直径2.52mm的所述圆铜单体绞合构成；步骤a中所述退火处理的退火温度为450℃、保温时间为5小时、自然冷却为15小时；步骤b中预扭的方向为右相；步骤c中所述退火处理的退火温度为470℃、保温时间为5.5小时、自然冷却为20小时；所述扇形股块的截面圆心角为119.5°；所述圆形导体的外径为18.70mm；所述具有分裂导体结构的小截面电缆的最小弯曲半径为5.6-5.8D，所述圆形导体的电压等级不高于1000V。