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[電纜常識] 線纜產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)的類型分析
P:2007-08-16 17:18:02
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線纜產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)的類型分析
線纜產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)、型式類型很多，但通常以工藝方式分類，例如繞包式、擠包式、涂包式等等。事實(shí)上工藝方式類型的取舍，首先取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)者采用何種材料，然后再兼顧到產(chǎn)品對絕緣層的性能要求，因此上列三項(xiàng)是必須三位一體、統(tǒng)一考慮的。
一、繞包式絕緣結(jié)構(gòu)
1，繞包式是相對最容易、也是最古老的一種工藝方式，1836年世界上第一根低電壓電力線就是用橡皮帶包在銅線上構(gòu)成的。后來發(fā)展為用生橡膠帶縱包、接口處壓實(shí)并經(jīng)硫化后形成了既有彈性，又相對密封的橡皮絕緣電線。之后又陸續(xù)地開發(fā)了紙帶繞包絕緣的電話電纜（1885年），用多層紙帶繞包后經(jīng)真空干燥并浸漬電纜油而構(gòu)成的油浸紙絕緣電力電纜（1890年），直至1917年開發(fā)出紙絕緣充油高壓電纜（70kv）。所以，在高分子合成材料沒有研究開發(fā)出來并應(yīng)用于線纜產(chǎn)品之前（二十世紀(jì)四十年代），繞包式是線纜產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)的主體。
2，由于石化工業(yè)的爆炸式發(fā)展促進(jìn)了熱塑性高分子材料的大量涌現(xiàn)——品種多、價格低、貨源廣，以及隨之而來的擠塑技術(shù)和設(shè)備的不斷開發(fā)，擠包工藝方式的眾多特點(diǎn)是繞包式無法比較的。因此，到目前為止，只有電磁線中的繞包線，以及部分高溫導(dǎo)線和軟型防火電纜等仍采用繞包式絕緣結(jié)構(gòu)。
繞包式可分為纖維繞包與紙帶或合成樹脂薄膜等繞包兩種。
（1）纖維繞包：用多根纖維并絲后以很小節(jié)距繞包在導(dǎo)體上。采用的材料有棉紗、天然絲（僅用于低壓高頻電工、電子設(shè)備、儀表中）和合成纖維、玻璃纖維等。
用于匝間電壓較高的電機(jī)、變壓器內(nèi)的繞包線，一般采用二種措施來提高其耐電壓性和密封性，一是繞包的導(dǎo)線采用漆包銅線，二是繞包后經(jīng)過浸漬絕緣漆、并經(jīng)過加熱固化。
（2）帶式繞包：將一定寬度的絕緣帶材以規(guī)定的節(jié)距分層繞在導(dǎo)線上而成。繞包的層數(shù)根據(jù)產(chǎn)品的要求，如繞包線一般只有幾層，而紙絕緣電力電纜有十幾層、而高壓充油電纜則有一百多層。所用的帶材有絕緣紙、合成樹脂漆膜帶（有不同耐溫等級的很多品種）和粉云母復(fù)合帶等。
帶式繞包一般采用搭蓋式，即后一圈的帶子有一部分要蓋住前一圈的帶子稱為搭接。目的是保證在導(dǎo)線彎曲或拉直時，前后二圈帶子可在搭接處相對滑移而不會造成帶子的“邊”相互碰撞，造成損壞，又增加了絕緣的密封性。搭蓋的比例一般為帶寬的20％－25％。也可采用間隙式繞包，即前后二圈帶子中間留有一定的間隙。此種繞包方式用于浸漬絕緣油組成復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的油浸紙絕緣電力電纜。
（3）用于匝間電壓較高的繞包線繞包后要經(jīng)過浸漬絕緣，并經(jīng)加熱固化，用于高溫電線的聚四氟乙烯帶繞包層要經(jīng)過高溫爐燒結(jié)成密封外殼，防火電纜用的粉云母復(fù)合帶通常要與其他絕緣結(jié)構(gòu)并用。紙包線主要用于油浸變壓器，因此實(shí)際上是油紙絕緣。
二、擠包式絕緣結(jié)構(gòu)
具有絕緣層的線纜產(chǎn)品品種中采用擠包式絕緣的占了90％左右。
擠包式絕緣具有下列主要特點(diǎn)。
（1）適用的材料廣泛。只要是加熱后能有一定粘流性，且易通過溫度控制其粘流性，擠出后能穩(wěn)定不變形地包覆在導(dǎo)線上的材料，均可以采用擠包工藝。如天然橡膠、各種合成橡膠、各種熱塑性材料（如聚乙烯、聚氯乙稀、聚丙烯、聚四氟乙烯），各種熱塑彈性體等等。由于高分子材料在前幾十年中是發(fā)展最快的材料類別，促使著電線電纜產(chǎn)品的更新?lián)Q代，也使擠包式工藝的適用范圍更為寬廣。
（2）擠包式可以使絕緣層形成一個厚度均勻、外表平整、光滑的封閉套式的結(jié)構(gòu)，這對要求電場分布盡量呈輻射形狀從導(dǎo)線表面向外遞減，以求電場均勻，減小切向分量的電力電纜是非常有利的。例如對于110kv交聯(lián)聚乙烯高壓電力電纜，絕緣厚度為
對于電話電纜、電子線纜等信息傳遞用的產(chǎn)品，雖然絕緣厚度很薄，且對耐電壓性能無實(shí)質(zhì)性要求，但仍然要求絕緣厚度均勻，因?yàn)椴痪鶆驎绊懩骋欢蔚木W(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，從而影響傳輸性能。
同時，擠包式絕緣所具有的密閉性，對絕緣結(jié)構(gòu)的綜合性能肯定比繞包式要好。
（3）由于電纜行業(yè)及電工設(shè)備行業(yè)多年來合作，對擠出機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷研究、開發(fā)取得的巨大成效，促使了擠包式絕緣的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
例如：
①通過增大螺桿的長徑比（即螺桿長度與直徑之比），以增大單位時間的出膠量，可以制造出很厚絕緣厚度的電纜芯，如110kv交聯(lián)聚乙烯電纜，絕緣厚度為
單位時間出膠量大，也為高速擠出創(chuàng)造了條件。
②通過螺桿、套筒及模具的精加工，以及擠出機(jī)的精密控溫，可以制出絕緣厚度極薄的絕緣層（如0.03
③采用耐高溫合金鋼材（即要求長期在高溫下不變形、氧化）制作的螺桿、套筒，做成的擠出機(jī)，用以擠出耐高溫的絕緣電線，如
④采用在絕緣料中加入化學(xué)發(fā)泡劑，或采用物理發(fā)泡的設(shè)備，使塑料在擠出過程中均勻地高度發(fā)泡，形成泡沫聚乙烯絕緣層，其中的客氣含量可達(dá)50－70％，此種結(jié)構(gòu)的絕緣介電常數(shù)大大減小，又能節(jié)約原材料，成品重量輕。
（4）擠包式工序單一、生產(chǎn)速度快，這是又一個非常突出的優(yōu)點(diǎn)。
以擠出速度為例，電話電纜絕緣芯線的擠出速度最快可達(dá)2000－3000米/分，10kv級交聯(lián)聚乙烯電力電纜的絕緣厚度為4.5mm，其擠出速度可達(dá)每分鐘幾十米，大大提高了生產(chǎn)效率。
（5）有利于組成幾臺擠出機(jī)串連或并聯(lián)的組合方式，擴(kuò)大了生產(chǎn)能力，減少了收放線、牽引設(shè)備和生產(chǎn)工序。目前交聯(lián)聚乙烯電力電纜和660伏礦用電纜已經(jīng)普遍采用將內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層、外半導(dǎo)電層分列于三臺串聯(lián)著的擠塑橡機(jī)中，在三層共擠的模具中一次擠出。既提高效率又改善了質(zhì)
量。
并聯(lián)的方式是在一臺擠出機(jī)擠出量不足時，采用二臺并聯(lián)。
三、涂包式絕緣結(jié)構(gòu)
1，將液態(tài)絕緣材料涂到導(dǎo)體上并經(jīng)過加熱固化形成一層牢固的薄膜的過程，稱為涂包。所以它不同于化纖材料浸漬絕緣油或絕緣漆，因此涂包工藝主要用于漆包線。具體方法是使導(dǎo)線通過漆槽，然后經(jīng)過加熱爐使配入的溶劑燃燒而漆層固化而成為漆膜。漆包線的漆層要通過在設(shè)備上多次來回浸漆、干燥固化的過程才能達(dá)到預(yù)定的絕緣厚度。
由于漆包線主要用于中小型電機(jī)、電器和各種儀表的繞組中，匝間電壓很低，安裝位置很小，因此只需要很薄的絕緣厚度，現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的漆膜厚度最薄為
2，漆包線絕緣結(jié)構(gòu)的差異除了漆包厚度之外，主要是采用各種特性的絕緣漆料，如具有漆膜強(qiáng)度高，在潮濕狀態(tài)中耐電壓擊穿性能及軟化擊穿性能優(yōu)的聚酯漆包線（
3，為了發(fā)揮二種或二種以上漆種各自的優(yōu)點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)上采取了內(nèi)、外采用不同漆種的組合方式。即內(nèi)層（涂一定的道數(shù)）用一種漆，如要求耐高溫、吸附力好等，外層再涂（也要一定的道數(shù)）另一種漆，如能耐溫、耐電子照射或可著色等等。因此復(fù)合結(jié)構(gòu)的漆包線擴(kuò)大了它們的應(yīng)用領(lǐng)域，改進(jìn)了絕緣層的適應(yīng)性能。
4，由于漆包線均被安裝在電機(jī)、電器、儀表內(nèi)部，因此不需要，也不太可能有護(hù)層結(jié)構(gòu)（空間不允許）。因此，外部因素如外力（特別是繞制線圈時或嵌線時），溫度、化學(xué)物品等等對漆包線的侵害都必須由漆膜層來承擔(dān)�？傊�，漆包線的絕緣結(jié)構(gòu)看起來是最簡單、似乎看不出什么差別的，其實(shí)它的品種與結(jié)構(gòu)同樣是多樣化的，內(nèi)容相當(dāng)豐富。
四、其他型式的絕緣結(jié)構(gòu)
除了上述的繞包式、擠包式和涂包式這三大類絕緣結(jié)構(gòu)的型式外，還有一些特殊的型式用于個別產(chǎn)品類別中，列舉一些如下：
1，間隔嵌入式 主要用于大同軸、中同軸電纜，這二種電纜在光纜問世之前，是信息傳遞用電線電纜中作為高頻大容量、長途傳輸?shù)闹鲗?dǎo)產(chǎn)品。所謂同軸結(jié)構(gòu)的電纜是指來回的二條導(dǎo)線制造成“內(nèi)導(dǎo)體在中央，外導(dǎo)體制成圓形薄殼（用銅帶縱包并縫而成），以同心圓方式在絕緣層外環(huán)繞內(nèi)導(dǎo)體”，而且內(nèi)外導(dǎo)體之間的空隙按 的規(guī)則制成。
因此，內(nèi)外導(dǎo)體之間的空隙距離較大，絕緣不是主要目的而間隔、支撐是主要的。所以此類產(chǎn)品，采用了沿長度方向徑向分段嵌入聚乙烯等材料制成的開口插片，與空氣組合成絕緣結(jié)構(gòu)。
2，藕芯式絕緣 對于大批量生產(chǎn)的小同軸電纜（如有線電視網(wǎng)用的電視電纜），采用擠包式絕緣，但絕緣中間有許多縱向的孔，像藕芯一樣。主要是使絕緣層中還有大量空氣，減少絕緣的介電常數(shù)。但目前已趨于采用化學(xué)發(fā)泡或物理發(fā)泡的泡沫絕緣擠包型結(jié)構(gòu)。用料省、含空氣達(dá)50％以上，性能好。
3，粉料充填式絕緣 此種絕緣僅用于要求防火性特好的，外有密封金屬套管的電纜中。即在一定長度的金屬套管中放入1－5根導(dǎo)體（一般為單根線），然后將氧化鎂、氧化鋯之類無機(jī)粉料灌入并充填密實(shí)而制成。金屬套可采用銅、不銹鋼、鎳等材料制成。但這種產(chǎn)品單根長度不能太長，因此在安裝使用時接頭多，不易彎曲，產(chǎn)品較硬，僅供防火要求特別高的場合使用。
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