加工工艺对紧压圆形绞合导体直流电阻的影响

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摘要：[摘 要]导体是电线电缆传输电力或信息的主体构件，铜导体作为传输电流性能优良的载体，一直广泛应用于电线电缆产品之中，是电线电缆的重要组成部分。导体直流电阻是衡量电线电缆电性能的重要指标。影响导体直流电阻的因素有很多，对于电力电缆紧压圆形绞合导

　　[摘 要]导体是电线电缆传输电力或信息的主体构件，铜导体作为传输电流性能优良的载体，一直广泛应用于电线电缆产品之中，是电线电缆的重要组成部分。导体直流电阻是衡量电线电缆电性能的重要指标。影响导体直流电阻的因素有很多，对于电力电缆紧压圆形绞合导体来说，绞合节距和填充系数是加工工艺中对导体直流电阻产生影响的重要因素。

　　[关键词]紧压圆形绞合导体;直流电阻;绞合节距;填充系数

　　得益于我国经济的高速发展，电线电缆行业总体保持了较好的发展。在机械行业中，销售规模仅次于汽车工业，随着电线电缆加工企业的不断增加，企业竞争也越来越激烈。严抓内控，降低损耗，对于企业的生存发展意义重大。导体作为电线电缆成本的主要耗材，是控制材料成本最重要的一个环节。本文通过对调整前后导体直流电阻、单位重量、截面等参数进行测量分析，就如何在加工工艺过程中合理控制和优化紧压圆形绞合导体的工艺参数进行详细阐述。

　　1 直流电阻测量理论依据

　　1.1 导体直流电阻的基本概念

　　导体在通过直流作用下所形成的电阻，单位长度电缆的导体电阻一般可按式(1)进行计算：

　　(1)

　　式(1)中，为单位长度电缆导体在θ ℃温度下的直流电阻;

　　ρ20为导体材料在温度为20 ℃时的电阻率;

　　A为导体截面积;

　　k1为单根导体加工过程中引起的金属导电率增加所引入系数;

　　k2用多根导线绞合而成的线芯，使单根导线长度长度增加所引入的系数;

　　k3紧压线芯因紧压过程使导线发硬、电阻率增加引入的系數;

　　k4因成缆绞合增长线芯长度所引入的系数;

　　k5因考虑导线允许公差所引入的系数。

　　一般情况下，在试验室测到的导体直流电阻值即为，但在电缆的导体结构设计和紧压工艺选择时，必须考虑k1、k2、k3、k4、k5的理论值，这样可以在最小的横截面积上获得最优的导电性能。

　　1.2 测量原理

　　导体直流电阻测量的方法主要有伏安法测电阻和电桥法(分为单臂电桥和双臂电桥)测电阻，试验室一般采用双臂电桥测量。

　　双臂电桥又叫开尔文电桥，其工作原理电路如图1所示。

　　图1中：Rx是被测电阻，Rn是比较用的可调电阻。Rx和Rn各有两对端钮，C1和C2、Cn1和Cn2是它们的电流端钮，P1和P2、Pn1和Pn2是它们的电位端钮。接线时必须使被测电阻Rx只在电位端钮P1和P2之间，而电流端钮在电位端钮的外侧。比较用可调电阻的电流端钮Cn2与被测电阻的电流端钮C2用电阻为r的粗导线连接起来。和、和是桥臂电阻，其阻值均较大。在结构上把和以及和做成同轴调节电阻，以便改变或的同时，和也会随之变化，并始终保持：

　　(2)

　　测量时接上Rx，Rn调节各桥臂电阻使电桥平衡。此时，因为Iq=0，可得到被测电阻Rx为：

　　(3)

　　即：被测电阻值=倍率读数×比较用可调电阻读数。

　　由式(2)、(3)可知：被测电阻Rx仅决定于桥臂电阻和的比值及比较用可调电阻Rn，而与粗导线电阻r无关。因此，直流双臂电桥就可以较好地消除或减小接线电阻与接触电阻的影响。

　　1.3 换算方法

　　如前所述，测量是在室温条件下进行的，并且用环境温度来代替被测导体的温度。当被测导体温度与标准温度(20 ℃)不相同时，必须进行换算：(4)

　　(5)

　　式(4)、(5)中：R20为20 ℃时每公里长度电阻值，Ω/km;

　　Rx为试样的电阻测量值，Ω;

　　t为测量时的环境温度(试样的导体温度)，℃;

　　A为试样的导体截面，mm2;

　　L为试样的实际长度，m;

　　α20为导体材料的温度系数。

　　2 工艺验证

　　表格中所有的计算截面是根据成品电缆截取的长度与实际称重换算得来的，外径为同一模具配比条件下绞合的实际测量外径，20 ℃导体直流电阻的测量是在试验室环境下，根据式(3)和公式(4)换算得到的测量值。

　　2.1 绞合节距对圆形绞合导体直流电阻的影响

　　(1)节距是指被绞合体(或绕包带、线)沿绞合轴线旋转一周所前进的距离。节距倍数(节距比)是指节距长度与被绞合导体的直径之比。节距测定方法主要有直接法、纸带法、移线法和平均法等四种。根据实际测量需要，数据表显示的节距是用移线法直接测量得到的数据。即：将被测体外层导线或线芯，细心地移去一根，移去的长度应不小于一个节距长度，然后用钢板尺直接测量被移去导线(线芯)轴向一周间的距离即为节距。

　　(2)由于采用的紧压模具未变，线芯外径及截面也未变，但是绞合节距在加工制造过程中却是一个可变化的量。在假定其他条件不变的情况下，对紧压圆形的绞合节距进行了分析对比，发现不同的生产节距导体的单位重量也不相同，见表1。通过截取成品电缆线芯测量得到，成品电缆的导体直流电阻均符合GB/T 3956—2008产品应满足最大导体直流电阻的要求。但是，不同节距的导体直流电阻的余量却有一定变化。节距调整后，导体直流电阻及单位重量均比调整前小，见表2。

　　(3)结合表1、表2可见，通过合理调整绞合节距可以使电缆导体的单位重量和导体直流电阻控制达到最优状态。

　　2.2 填充系数对紧压圆形绞合导体直流电阻的影响

　　(1)填充系数等于线芯导体实际截面与线芯轮廓截面之比。填充系数越大，即说明实际有效截面与加工后轮廓截面的比值越大，因此就越紧密，反之则越松散。

　　(2)根据填充系数的计算方法可知，线芯导体实际截面和绞合线芯的轮廓面积是影响填充系数的主要因素。绞合节距比都是15～16倍，线芯排列的结构也是一样的，通过对导体单线直径和绞合线芯外径的调整，從而改变导体的填充系数见表3。填充系数不一样，导体的截面积也随之发生改变见表4。根据式(1)，导体的直流电阻在其他条件相同的情况下，截面积越大，导体的直流电阻越小，反之则越大。通过对导体直流电阻的分别测量，可以看出，调整前、后成品电缆的导体直流电阻均符合GB/T 3956—2008产品应满足最大导体直流电阻的要求。根据电阻比可以看出，调整前，导体的直流电阻余量较大，而调整后，导体的直流电阻仍然有余量且较为合理。但导体的截面积，调整后明显小于调整前。合理调整填充系数可使电缆导体的截面积和导体直流电阻控制达到最优状态。

　　3 结语

　　通过前后对比，绞合导体的绞合节距和填充系数对紧压圆形绞合导体直流电阻的影响是显而易见的，在线缆的加工制造过程中应给予高度重视并严格控制。由于50mm2和70mm2调整前后没有多大变化，所以没有罗列，对于异形导体结构的电缆是否同样适用将做进一步的探讨。

　　参考文献

　　[1] 电线电缆电性能试验方法第4部分：导体直流电阻试验：GB/T 3048.4—2007[S].

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