【摘 要】： 本文主要介绍了生产中高压交联电缆导体的设备、 导体设计、 绞线工艺、 工装模具、 导体设计选择原则。
【关键词】： 设备； 导体设计； 分割导体； 工装模具
0 引言
导体是中压（3. 6/6kV∽26/35kV）、 高压（64/110kV） 交联聚乙烯绝缘电力电缆中最重要的结构， GB/T12706. 2-2008 和 GB/T12706. 3-2008 规定了导体须符合GB/T3956-2008 的第 1 种或第 2 种镀金属层或不镀金属层退火铜导体、或是铝或合金导体。 第 2 种导体也可以是纵向阻水结构。GB/T11017. 2-2002 6. 1. 2. 1 规定了截面积在 800mm2
以下采用应符合 GB/T 3956 的第二种紧压圆形结构。截面 800mm2
以上应采用分割导体结构；800mm2导体应采用紧压圆形结构， 也可以采用分割导体结构。 铜分割导体的单线应不少于 170 根， 铝分割导体的结构在考虑中。导体主要起到传输电流的作用， 合理设计导体的结构、 准确计算好短路电流、载流量等电气参数对保证交联电缆的质量乃至整个运行系统的安全起到至关重要的。
1 设备
生产中高压电缆导体主要设备分为三种：1、 管式绞线机 2、 框式绞线机 3、 笼式绞线机。我公司目前主要采用的是框式绞线机。
1． 1 框式绞线机结构示意图：
绞线机结构示意图
1． 2 框式绞线机的绞合原理： 单丝以一定的节距进行绞合、 在进入并线模之前所有单丝围绕设备中心轴线作旋转运动， 在进入并线模之后仅作直线运动， 收线盘只起到把绞线绕在收线盘上的作用。
单丝3-绞线 2-并线模 1-分线板
绞合设备原理图
1. 3 设备的组成：
绞线机有放线部分、 绞笼、 传动系统及控制系统、 分线板、 并线模架、 预扭装置、 计米器、、 牵引装置、 收排线装置等主要装置。
2 导体设计
在进行中压电缆的导体结构设计时， 为了 保持导体具有较高的稳定性和柔软
性， 应采用多根单线绞合的导体结构。 为了提高导体表面的光洁度、 防止导体表面缝隙和毛刺对电缆绝缘的不良影响、 防止内屏蔽料陷入导体， 同时也为了 节省材料、 降低成本， 导体多采用紧压圆结构。 紧压绞线是在同心层绞的基础上再用具有一定孔性的压模紧压制成的。 紧压结构分为一次紧压和分层紧压。 所谓一次紧压， 就是待绞线的各绞层全部绞好后， 总的紧压一次， 分层紧压是指每绞一层就紧压一次这种紧压方法压缩量较大， 紧压出的绞线， 填充系数也较大， 但工艺比较复杂。 目前中压交联电缆 70mm2 及以下的紧压线芯采用一次紧压；95 mm2 及以上的紧压线芯采用分层紧压。 紧压系数可达到 0. 9 以上， 紧压系数是由称重后的实际截面与导线绞合后截面之比。 紧压圆形导体的优点： 为了 提高绞合导体的表面质量， 缩小导体直径， 减少绞线中单线之间空隙， 改善电缆电场均匀分布起到良好的作用， 增加了 中压电缆的使用可靠性。 紧压时也要注意导体表面的毛刺，因为在带电导体上， 任何尖锐突出部分的周围都会产生非常高的电场， 当电场强
度达到 105 kV/cm 时， 电子在电场的作用下会从尖锐部分的表面被抽出来， 并在电场中加速， 也可以得出毛刺处的电晕放电明显比其它部位剧烈的多。
在进行高压电缆导体结构设计时， 由于随着导体截面的加大， 导体传输容
量并不随着截面的增加而线性增加， 这是由于“集肤效应” 和“邻近效应” 的
影响， 导体的交流电阻会明显大于其直流电阻， 因而单靠增大截面就失去了其经济性， 为了 把导体的损耗降到最小、 增加其载流量， 对截面800 mm2 以上应采用分割导体结构。 分割导体的制造工艺流程见下面：
2. 1制造工艺流程如下图：
2. 1. 1导体的单丝确定：
一般来说， 4分割和5分割导体多用于交联电缆导电线芯。 从结构稳定性和
耐弯曲性能来看采用5分割导体更为合适、 合理。 根据GB/T3956-2008《电缆的导体》 规定， 1200 mm2 导体的数量不少于170根， 因此1200 mm 2 五分割导体每个扇 形 股 块的 单 丝 应 不 小 于 34根， 可以 采用 结 构 为 37/3. 06 × 5, 排 列 为
1+6+12+18。
S=3. 14*37*d2 *ε /4=3. 14*37*3. 06 2 *0. 90/4= 244. 89 mm 2 （0. 90为压缩率，大小取决于填充系数的大小， 一般填充系数取值为0. 88∽0. 92， 很多的时候需要大量的工艺验证， 根据国外文献介绍， 压缩率ε 控制在090∽0. 93是比较合理的）
2. 1. 2扇形块的截面积的确定：
根据GB/T3956-2008《电缆的导体》 规定标称截面1200 mm2 导体， 其20℃时的直流电阻应不大于0. 0000151Ω /m, 因此可以计算出导体的实际截面积为：
S=K 1 *K 2 *K 3 *ρ 20 /R 20 其中R 为导体20 ℃时导体的直流电阻; K1 为单根导线加工过程中引起金属电阻增加所引入的系数, 一般取值为1. 02 ; K2 为多根导线绞合使单线长度增加所引入的系数, 一般取值为1. 02; K3 为因紧压过程使导线发硬, 引起电阻率增加所引入的系数， 一般取值为1. 01； ρ 20为导体在20℃时 电 阻 率 ， 取 值 为 0. 017241 Ω . mm2 /m。
S=K 1 *K 2 *K 3 * ρ20 / R20 =1. 02*1. 02*1. 01*0. 017241/0. 0000151=1199. 79548 mm2
S 每 =S/5=1199. 79548/5= 239. 95 mm2
2. 1. 3扇形股块的设计计算：
(一) 扇形股块中心角的选取， 从理论上计算扇形股块中心角2β =360° /5 =72° ,因成缆绞入角的影响, 如股块中心角按72° 设计, 股块合股困难且易出现错位现象, 所以股块中心角应略小于72° , 根据试验一般取值为71° , 可达到较好的工艺效果, 所以有β =71° /2= 35. 5°
(二) 扇形股块的扇形股块轮廓示意图：
确定导体单丝 导体股块绞合 分割体合成、 绝缘皱纹纸纵包、 包半导电
带 M---块宽 H---扇形股块高 R---扇形股块圆弧半径 ---为绝缘皱纹纸厚度
r1---形股块底弧半径 r2---股块边弧半径 β ---块中心角之半
（三） 分割导体扇形股线预扭， 通常在紧压成型后， 利用压辊围绕线芯旋转而实现的。高压交联电缆分割导体在绞制过程中必须进行预扭, 为了确保导体结构的稳定性, 避免股块合股时出现错位、 移位等不良情况, 预扭时节距必须适当而且均匀。预扭节距选择有两个原则①截面重量不够时， 可将节距调小些。 ②压缩困难时，可将节距调大些。 根据生产调试的结果, 1200 mm2 分割导体预扭节距取值为1200mm 可达到较好的工艺效果。
2. 2绝缘隔离皱纹纸：
隔离皱纹纸指各分割体之间放一层起皱绝缘纸， 此绝缘纸也称分割带。 绝缘纸厚度为0. 10到0. 15mm之间， 密度为0. 78∽0. 93g/cm3, 纵向强度为约为100N/15mm,横向强度为50 N/15mm。 隔离皱纹纸一般取0. 12∽15mm（起皱后厚度约为0. 25∽0. 35mm）， 如果太薄容易断裂、 太厚又会影响成型的准确性。隔离皱纹纸应先进行对摺， 然后再进入导体对位。 对摺时， 一定要从中间对摺，可利用一组压轮来实现。纸带张力控制水平十分重要： 要避免拉断或过松， 张力一般控制在1N∽3N。 万一纸带断了， 而分割体已完成， 这时候就很难弥补了。 纸带脱节的一部分会失去分割涡流的功能， 引起发热损耗的增加。
2. 3半导电的绕包：
分割体合成圆形后后应立即绕包一层半导电布带。 半导电带的作用
①防止内屏嵌入导体
②束紧分割导体。 正是因为一层半导电带的作用， 所以它能改变导体表面电场分布的作用， 并能起到消除导线与绝缘层之间气隙的作用。正常采用的半导体带的厚度为0. 20mm、 宽度为60mm。
3 工装模具
在绞制中常使用的模具有硬质合金模、 木模、 钢压模、 纳米模具等。 目前我公司生产中高压电缆导体的框式绞线机大多使用的是纳米模具。 纳米模具寿命是硬质合金模具的十几倍至二十倍， 模具使用过程中孔径始终保持不变。 因此， 绞制的电缆线径精确， 光洁度高， 局部放电性能好， 可避免由于硬质合金模具磨损造成的线径误差， 因而能节约大量铜、 铝材。
在绞制铝导体时， 只要单丝直径与模具孔径的配比设计合理， 可以省去各种润滑措施， 而绞制的导体表面光洁， 无毛刺。
生产高压电缆扇形股块压辊的设计， 压辊分为上下两部分。 上压辊的宽、 高、中心角， 下压辊宽、 弓高、 圆弧半径， 压辊之间的间隙等（图纸略）。 下表为设计的钢压辊生产出来的一些实测数据：
结束语：
（1） 本文介绍了中高压电缆的导体及其生产的工装模具， 并着重介绍了分割导体的制作流程。
（2） 本公司利用现有的设备进行技术改造， 成功的试制出既满足产品性能、 又满足生产工艺要求的5分割导体。
参考文献： 《绞线工艺学》
《GB/T12706-2008》
《GB/T11017-2002》
《GB/T3956-2008》
