电缆导体

电缆导体

电线电缆各组成部分及主要性能指标技术参数

电线电缆主要用于电能传输、分配以及信号的传递，其主要组成部分包括线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层、和护层，下面对各组成部分的性能技术指标及工艺技术参数进行逐一介绍：

电缆的导体

导体的作用是传送电流，当导体通过电流时，便产生电能损耗而使导体温度升高，导体温升又使导体电阻增大，同时使绝缘的性能下降，当导体温度超过绝缘材料的允许工作温度，就会加速绝缘材料的老化甚至在电缆弯曲处使绝缘首先软化变形，导致电缆寿命缩短或在电缆弯曲处短期内发生击穿，不能满足电缆长期使用的要求；线芯的损耗主要由导体的截面及材料的体积电阻率决定，因此，生产过程必须对导体截面及材料的性能指标进行严格检验和控制。

一、 导体用材料：

导体材料必须具备良好的导电性能和机械性能、易于加工成型、资源丰富等特点，银的导电性能虽最好，但因其价格昂贵而不被采用，为减小线芯损耗和电压降，当前广泛采用的是铜材和铝材，下面就铜、铝的主要性能技术指标进行学习：

1、材料的电性能及物理特性：

软铜 硬铝（A2-A8）

型号 T1R TU1R T2R TU2R T3R A2 A4 A6 A8

纯度≥％ 99.90 99.6

20℃体积电阻率

不大于Ω·mm 2/m 0.017241 0.02801

电阻温度系数1/℃ 0.00393 0.00403

线膨胀系数1/℃ 16.6*10-6 23*10-6

热容系数 J/kg ·℃ 414 924

比重 8.89 2.703

熔解点℃ 1084.5 658

抗拉强度≥N/mm 2 A8(120-150)

伸长率 ≥％ 40 A8(6)

2、影响导电性能的因素：

2.1温度：

金属的导电性能随温度升高而降低，当温度不是很高（接近于熔点）或很低（接近于绝对零度），电阻率和温度呈下列线性关系：ρ＝ρ0［1+α（T-T 0）］。

2.2杂质：

金属中含有某些杂质，将使其电阻增大。杂质对金属电阻的影响，取决于杂质的种类、含量、和杂质在金属中存在的状态，铝、锑、砷、磷、镍、铅等是铜的有害杂质，当砷含量为0.35％时，铜的电阻率将增大50％；铝导体中的主要有害杂质是硅与铁。

2.3冷变形：

弹性变形时对金属电阻影响极小，而塑性变形则使电阻增大，当冷加工变形超过10％，其电阻才明显增大。对于纯金属，由于冷变形而增加的电阻，一般

不大于4％。电工圆铝杆拉丝前电阻率为0.02801，经过拉丝后，生产成需要规格的电工圆铝线，电阻率采用0.028264。

2.4热处理（退火）：

金属经冷变形后，由于金属结晶的变化，抗张强度、屈服强度、弹性增加，而电导系数、伸长率下降，为了提高冷拉铜线的电导系数和柔软性，将线材在一定温度下韧炼，达到提高伸长率和电导系数的目的，电阻可恢复到变形前的水平。

2.5环境：

当环境因素使金属表面产生污染或氧化层以及附有水份、油渍时，金属电阻会增大，在金属表面包覆其他金属的保护层时，电阻可按复合材料原有电阻率的大小及包覆层厚度，通过计算求得。铜对于某些浸渍剂（例如矿物油、松香复合浸渍剂等）、硫化橡皮有促进老化作用，在此情况下，可在铜线表面镀锡，使铜不直接与绝缘层接触。

3、电线电缆常用的金属材料力学性能的有关概念：

电线电缆用金属材料应具有较好的力学性能，包括抗拉强度、弹性、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

3.1抗拉强度：

金属在均匀的拉力作用下，逐渐拉细直至拉断时所需的负荷，称为拉断力，拉断力除以导体受力方向的垂直截面积所得的值称为抗拉强度。他表明单位截面积金属导线抵抗拉断力的最大能力。

3.2塑性：

金属材料在负荷作用下产生变形而不被破坏，当负荷去除后，仍能使变形保留下来的性能叫塑性，保留的这种变形叫塑性变形。一般用伸长率来表示塑性的大小，伸长率越大，则金属材料的塑性越好，说明金属柔软，富于延展性，一般把δ＞5％的材料称为塑性材料，而δ＜5％的材料称为脆性材料。电线电缆用软铜线要求断裂伸长率不下于25％。

3.3弹性：

金属材料受力变形，当外力取消变形即消失，并恢复原状的性能，称为弹性。这种变形越大，弹性越好。在弹性变形范围内，材料所受应力与应变成正比，)，E称为弹性模量或弹性系数，E值越大，材料在弹性变形范即F/A=E*(ΔL/L

围内能够承担的外力就越大。钢芯铝绞线即采用1％伸长应力计算拉断力。

4、电线电缆用金属材料应具备良好的工艺性能：

电缆导体生产中，要求材料具有良好的可锻性和焊接性。可锻性或称可塑性是指金属材料在压力加工时能改变形状而不产生裂纹的性能；焊接是指通过加热、加压使两金属件之间造成原子间或分子间的结合，从而得到永久连接的工艺过程，焊接过程金属材料所表现出的性能成为焊接性。

二、导体的种类：

根据GB/T3956-1997，将导体共分四种，第一种、第二种、第五种、第六种。第一种为实心导体，第二种为绞合导体，第一种、第二种预定用于固定敷设电缆的导体，第五种、第六种预定用于软电缆和软线的导体，第六种比第五种更柔软。

1、实心导体：

导体材料用镀金属或不镀金属退火铜线、无镀层铝或铝合金线。

实心铜导体应是圆形截面，25及以上实心铜导体仅预定用于特种电缆，而不适用于一般电缆；实心铝导体，截面16及以下应是圆形截面，25及以上，若是单芯电缆应是圆形截面，若是多芯电缆，可以是圆形或成型截面。

2、绞合导体：

为了增加电缆的柔软性或可曲度，较大截面的电缆线芯由多根较小直径的单线绞合而成。由多根单线绞合的线芯柔软性好、可曲度大，线芯弯曲时，线芯中心线内外两部分可以互相移动补偿，弯曲时不会引起导体的塑性变形，因此线芯的柔软性和稳定性大大提高。

线芯的绞合形式可以分为两类，规则绞合和不规则绞合。规则绞合的定义为：导线有规则、同心且相继各层依不同方向的绞合称为规则绞合，它还可分正常规则绞合和非正常规则绞合，后者系指层与层间的导线直径不尽相同的规则绞合，而前者指组成导线的直径均相同；规则绞合还可分为简单规则绞合和复合规则绞合，后者系指组成规则绞合的导线不是单根的，而是由更细的导线按规则绞合成股，再绞合成线芯，这种绞合多用于移动橡皮绝缘电缆的线芯，以提高其柔软性。不规则绞合（束绞），所有组成导线都依同一方向的绞合。

2.1非紧压绞合圆形导体：

绞合圆铝导体截面一般不小于10mm2。导体中的单线应具有相同的标称直径，导体的单线根数、直流电阻应符合标准规定。

2.2紧压绞合圆形导体和成型导体：

紧压绞合圆铝导体截面应不小于16mm2，绞合成型铜或铝导体截面应不小于25mm2，同一导体中两根不同单线的直径比应不超过2，导体的单线根数和直流电阻应符合标准规定。

3、软导体（第五种、第六种）

导体应由镀金属和不镀金属的退火铜线组成。导体中的单线应具有相同的标称直径；导体中的单线直径应不超过规定的最大值，第六种导体比第五

种导体单线直径更细；导体电阻应不超过标准规定的最大值。

三、导体的性能指标及工艺技术参数：

1、20℃直流电阻:

直流电阻是影响电缆载流量的首要因素，直流电阻越大，导体产生的电压降、电能损耗就越大，是电缆的重要性能指标。影响直流电阻的因素包括材料的体积电阻率、导体的实际截面、环境温度、加工过程的拉丝退火压型，绞合成缆节距、导体表面有无污染氧化及镀层等，控制直流电阻就必须在每一个环节进行控制，并加强检验，以保证直流电阻不大于标准规定值。

2、导体的表面质量：

2.1导体表面应清洁无污染（油污、水渍）、无氧化现象，这不仅是考虑绝缘挤包的要求，同时也为了控制直流电阻。

2.2导体表面应光滑圆整，无尖角、毛刺、锐边或凸起的单线，导体表面质量不好会导致绝缘厚度不均甚至破皮或绝缘击穿，同时在导体的尖角部位电场集中，电场强度太大，易导致绝缘击穿，使电缆不能通过耐压试验或电缆在长期使用过程中该部位过早老化击穿，缩短电缆使用寿命。特别是扇形和瓦楞形导体，应注意导体压型时不能出现尖角、锐边。在生产低于标准规定的最小截面电缆时，特别是高压电缆，应考虑加大导体直径或加大绝缘厚度。

2.3导体应无断裂的单线或缺股现象，缺股和断头会导致导体直流电阻增大。

3、焊接：

3.1各种绞束的成品导体不允许整芯焊接，束线和绞线中的单线允许焊接，单线直径0.20mm及以下允许扭接，同一层内，相邻两接头间的距离应不下于300mm。电阻对焊的接头应退火，接头两侧退火距离约为250mm。

3.2对于铝绞线及钢芯铝绞线，单根或多根镀锌钢线均不应有任何接头；每根制造长度的导线不应使用多于1根有接头的成品铝单线；在整根导线上，任何两接头间的距离应不下于15m。电阻对焊的接头应退火，接头两侧退火距离约为

250mm。电阻对焊接头的抗拉强度应不小于75MPa。

4、导体的结构根数、单丝直径应满足标准规定。

5、排列规则：

通过计算，正常规则绞合，除中心单线根数为1根例外，外层单线根数均比其相邻内层多6根单线，例如，1+6+12+18+24、2+8+14等结构。

6、绞向：将绞线垂直放在面前，单线由左下方向右上方旋转向上的称为右向（Z 向），单线由右下方向左上方旋转向上的称为左向（S向）。钢芯铝绞线等裸导线最外层绞向为右向，除钢芯铝绞线架空绝缘电缆外，电线电缆绝缘线芯最外层绞向为左向。为了导体结构的稳定性，相邻两层绞向应相反。

7、节距、节径比：

节距：单线围绕绞合中心旋转一周所前进的距离称为节距。

节径比：节距与该绞层外径的比值。

根据原GB3956-83标准规定，第五种和第六种导体，一次绞束线芯节径比不大于25，股线节径比不大于30，内层节径比不大于20，外层节径比不大于14；第二种非紧压绞合圆形导体，内层不大于40，外层不大于20。

绞合导体，在导体的垂直截面上，所有圆形单线为椭圆形截面，在圆周方向上为长轴，径向为短轴，节径比越小，绞合越紧密，单线间的间隙越小，节径比越小线芯越柔软，但正常规则绞合，节径比一般不能小于10，节径比太小，易造成相邻两层结合不紧，导体起“灯笼”，节径比太大，绞线的缝隙大，绞合不紧密，易散股。在绞合导体中，每根单线的实际长度比导体的长度要大，单线的实际长度与导体的长度之比称为绞入系数，导体的节径比越小，绞入系数越大，使用的材料越多，直流电阻反而增大，因此，节径比太小不利于材料节约，节径比大又不利于绞合的紧密，生产过程需对节径比进行控制。

紧压绞合扇形、瓦楞形导体，特别是紧压绞合圆形导体，为了保证压型后导体的紧密性和弯曲性能，应选用较小的节径比。

8、线芯的截面：

8.1非紧压绞合圆形导体的截面，是由单线根数和单线直径决定的，应对单线直径和单线根数进行控制，此外，在绞合过程中，涨紧力应适当，由于拉力太大，会导致单线被拉细。

8.2紧压圆形绞合导体及紧压扇形导体，不仅要控制单线根数和直径，还要对扇高和紧压外径进行控制，这也是影响截面大小的因素。

8.3导体截面的检验可用称重法，用导体的单位长度重量除以材料密度可的导体实际截面。

9、绞合外径：

绞合外径是最外层单线与之相内切的的圆的直径，以下是正常规则绞合时外径的计算。

9.2、绞合外径D＝绞合中心外径+绞合层数*2d 绞合中心不计为绞合层数。9.3、绞合中心外径：1根时等于d，2根时等于2d，3根时等于2.16d，4根时等于2.42d，5根时等于2.7d。

10、扇形导体、瓦楞形导体尺寸形状公差：

应按规定选用轧刀，上下轧刀应对正，保证扇形两边对称，扇形导体不对称偏差，2*（大边-小边）/（大边＋小边）应不大于10％；应对扇高和瓦楞厚度进行控制，以控制导体截面和电缆外径。

当前有色金属价格暴涨，铜导体成本占电缆原材料总成本的90%以上。为了既能保证满足电缆铜导体的技术指标，又可以大幅度降低电缆成本，我公司根据市场需求，在原有生产铜包铝导体的基础上研制开发了铜包铝电力电缆和电气装备用电线电缆。

该产品的优点：

1、直流电阻率：铜包铝线的电阻率比纯铜线大，约为纯铜线的1.5倍，在阻值相同时（截面积比铜大），铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效应计算，在50MHz以上高频时，与相同截面的铜导体相比，其电阻率相等。在50Hz频率的电力电缆的使用中，其铜导体的集肤效应和邻近效应在150mm2以上就逐渐显得突出，同时由于工矿企业设备动力（如高频炉、大功率电机等）起动、运行时的故障，产生高次谐波电流的能源会注入到供电系统中，在系统的阻抗上产生相应频率的高次谐波电压，致使电压的波形发生畸变，增加供电系统的损耗，使导体发热增加；此外，电缆使谐波放大，在接头处产生过电压而损坏电缆头。采用铜包铝导体会起到降低高次谐波产生的交流阻抗（电阻）的作用。在其他使用场合，通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施，使铜包铝导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内，满足导体直流电阻要求。

2、采用铜包铝导体可满足目前延续多年的电线电缆在产品选型、设计、使用、安装等方面的习惯，还对电缆的接线端子紧压、锡焊接有利。

3、降低交流电阻：

3.1、交流电阻是电流载流量的主要依据，根据集肤效应的原理，单根导线的表面，其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大，也就是说，大截面导体的圆心在相同导体组成的圆面积内，圆心比圆周通过的电流要小，所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。

3.2、影响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外，还有邻近效应，与相同直流电阻的铜导体相比，应采用截面放大的铜包铝导体，在单根导体内，铝在圆心，铜在外圆；放大后的铜包铝导体由于导体总截面增加一部分，因此也增加了导体的表面积，改善了电缆的散热条件，增加了散热面积，而铝的导热系数与铜相近，在同等的材料成本条件下，交流电阻的指标要经济得多。

4、具有良好的耐腐蚀性：铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝材料已经完全冶金化，铝

完全被铜所包覆，不会被水、空气接触，完全达到和铜一样的性能。对于铝导体，特别是沿海地区，大气中盐雾所含有的氯离子会凝聚在铝的表面，易在表面的杂质和缺陷周围引起局部腐蚀，形成孔洞、裂纹和微电池，加剧铝导体的腐蚀。

5、成本低，重量轻：与相同技术指标的铜芯电线相比，铜包铝导体电缆可节约成本40%以上。铜包铝线的比重仅为纯铜线的37%-40%，在线径、重量相等的情况下，其长度是纯铜线的2.5倍。

6、良好的焊接性：铜包铝线由于其表面同心包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜线一样的可焊性，方便生产。

铜包铝导体电线电缆使用范围及产品特征

使用范围

额定电压450/750V（1Kv以下）及以下聚氯乙烯绝缘电线电缆，适用于交流额定电压450/750V及以下的照明、电器动力装置固定敷设和1Kv以下电力输配电系统中，供输配电能之用。广泛运用于电力、建筑、工矿、冶金、石油化工、交通等部门。在良好使用环境中，在额定的电压、电流等级范围内可连续使用，使用寿命和铜电缆一致。

产品特点

1）具有良好的耐腐蚀性、导体接触电阻小。正常情况下铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝的铝完全被铜所包覆，改善了铝导体易氧化、接触电阻大等弱点。

2）具有良好的焊接性，铜包铝线由于其表面包覆了一层纯铜，因此具有跟随纯铜线一样的可焊性。避免了铝芯电缆在长期使用过程中因腐蚀、碰伤或因紧压不良且无锡焊接引起导体与接线端子接触不良、发热导致电缆断部烧毁的隐患。

3）重量轻、线质柔软、易于加工，便于安装、运输。

4）铜包铝材料具有相对成本低、价格相对稳定的优点，克服了铜材成本高、价格大起大落的弊端。

5）铜包铝与纯铜导体相比，除具备纯铜导体的优点外，在导体直流电阻与纯铜直流电阻相同的条件下（截面积比纯铜大），它的交流电阻比铜小，载流量比铜导体大2%-5%（截面积越大效果越明显）。其电缆线损、温升、高次谐波等技术指标比铜导体电缆要好。与相同的铜接线端子连接，其接头处的温升比铜低。

紧压系数,填充系数,延伸系数的理解

电缆手册填充系数的定义:线芯导体实际截面积与线芯轮廓截面积之比.

圆形线芯填充系数=每根单线截面积之和/绞合线芯外接圆面积

扇形：瓦形线芯填充系数=每根单线截面积之和/绞合线芯轮廓面积(即压辊孔型截面)

理解:

两个参数均指导体被加工后的参数,请勿理解为加工前的参数.

根据定义,因为定义中为导体实际截面积与轮廓截面积之比.因此,如果导体被拉细则应为拉伸后的截面积,而非加工前的截面积.因此,如果以加工前的导体参数代入计算,在考虑拉伸的情况下,应将总的截面积除以拉伸系数来作为拉伸后的有效截面积.

因为导体即使紧压后,导体间仍存在一些间隙,为了能表示紧压的程度,将导体不含间隙(即紧压后的有效导体截面积)与导体含间隙的截面积的比值来表示紧压程度,可以理解为将整个导体的有效截面填充到轮廓截面中,有效截面所填充的截面百分率.所以,命名为填充系数.填充系数越大,即说明实际的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.

圆形线芯紧压后,外接圆面积即是线芯的轮廓面积,而对于扇形及瓦形线芯,其轮廓面积比较难计算,通常情况下,紧压后的芯线轮廓面积在不考虑出压辊后拉细(即压辊轮廓截面积与导体实际轮廓截面积相同)的情况下,压辊孔型的截面积即为线芯轮廓面积.

对于紧压系数的概念,这是为了便于理解,通常情况下将导体的填充系数也称为紧压系数,

相当于俗名而已,在未真正理解紧压系数的含义的情况下,这个称谓的确非常容易让人认为既然是紧压系数,则值越低就应该压得越紧,这应该是一种错误的理解.即通常直观认为的紧压系数即为紧压后的有效截面积与紧压前的有效截面积之比值或紧压后的轮廓截面(或导体外径)与紧压前的轮廓截面(或导体外径)之比值.这两种理解都是不正确的.前一种只能反映导体拉伸的程度,并不能反映紧压的程度,而后一种也不能准确的反映紧压的程度,试想,如果在理想状态下将导体紧压为零间隙,而紧压后仍在外力的作用下拉伸,则紧压后的轮廓面积与紧压前的轮廓面积的比值将是一个随着拉伸强度变化的值.这是不能反映紧压程度的.而按照填充系数的定义,只要紧压后的实际截面与轮廓截面相同,则紧压系数为1,即零间隙,无论怎样拉伸,始终是不变的填充系数.

在一些地方,经常看到一些说法,比如说紧压系数一般是0.89-0.92,不可能达到0.85,这就显得有些没道理了,应该说是紧压系数一般是0.89-0.92,不可能达到0.98才对,因为0.85的紧压系数是压得很松的.而不是压得很紧.一次紧压其紧压系数相对较小,而分层紧压要大一些.

关于延伸系数定义为在导体拉伸前的有效截面积与导体拉伸后的有效截面积的比值.一般情况下,导体紧压程度越高,则所需外力越大,因此,拉伸强度越大,即延伸系数越大.导体拉伸前的有效截面即拉伸前所有单根导体截面积的总和.而拉伸后的有效截面应为导体轮廓面积X填充系数.在不考虑出压辊后拉伸的情况下,压辊孔的轮廓面积即为导体拉伸后的轮廓面积.因此:

导体的延伸系数=拉伸前的导体有效面积/(压辊孔的轮廓面积*填充系数).

在该公式中,请勿理解为填充系数越大则延伸系数越小,因为当填充系数越大的时候,则压辊孔的轮廓面积就越小,其(压辊孔的轮廓面积*填充系数)的积仍然比小填充系数时的积要小,在两个变量的变化下,应该是填充系数越小,拉伸系数越小.填充系数越大,则延伸系数也就越大.

对于延伸系数的实测,一般可在加工后,取标准长度如1米称重,然后以加工前的计算导体单位长度重量值/加工后单位长度的实测重量值即为延伸系数.