胡 洪
(广州市新兴电缆实业有限公司,广东 广州511340)
在我国,电力电缆导体主要用铜和铝两种材料。由于铜的导电性能、加工性能和机械性能兼优,所以在电力电缆中是作为主要的导体材料。铜的密度大,价格高,占了电力电缆成本中比例最大的一部分。在电力电缆中使用的另外一种导体是铝,它的密度是铜密度的30%,价格比铜便宜,加工性能好,抗氧化性能也比铜强,但其抗拉强度小、蠕变性能差。为了解决这个问题,我们使用8030系列铝合金作为电缆的导体,保持重量不变,增大了电缆导体的抗拉强度,提高了耐蠕变性,降低了导体的电阻率。同时使用5052系列铝合金带,提高联锁铠装带耐侧向压力,减轻电缆的自身重量,降低安装敷设难度。本文将介绍铝合金电缆的使用材料与制造工艺,重点介绍联锁铠装的工艺。
铝合金导体联锁铠装电缆的工艺流程:铝合金杆→拉丝→绞线→退火→绝缘→蒸汽交联→成缆→内护套→联锁铠装→外护套。
铝合金导体采用8030系列铝合金,对退火温度和退火时间进行有效控制,这样才能保证其电性能和机械性能优于铝导体。在绞线完成后,要求采取退火处理,否则电阻率增大,耐蠕变性能减小,机械性能变差。
为了提高电缆的载流量,推荐使用交联聚乙烯。在挤绝缘时,要求严格按照生产工艺要求,绝缘外径公差控制在±0.1 mm范围内。如果生产公差超出控制范围,将影响成缆外径和联锁铠装模具的选择。
此工序重要的是控制收线盘的张力和包带的张力(如果有包带的话)及成缆的节距。收线盘的张力如过大,会导致电缆侧向受力不均匀,在电缆绕到电缆盘时,将受到一个反作用力。电缆包带张力若小于此反作用力,电缆包带则拉伸,电缆线芯将出现滑移,导致出现电缆不圆整。电缆包带张力大于此反作用力,将会出现包带断裂。成缆的节距过大,电缆可伸缩长度会减小,在弯曲时,容易拱起,造成电缆不圆整和柔软性降低。
内护套采用聚氯乙烯,模具使用挤压式,以保证缆芯的圆整。使用半挤管式的模具,电缆容易产生变形,缆芯在内护套内面滑动,造成内护套不圆整。即使在缆线之间加填充,但因缆芯之间的受力大,还是会互相挤压造成缆芯不圆整。而使用挤压式模具,可以将电缆线芯之间的空隙填充满,起到一种定位的作用,防止缆芯移动。
在挤内护套时,要求按照工艺要求,确保内护套外径精准,因为使用联锁铠装模具与内护套的外径有关。模具的选择合适与否,将直接影响联锁铠装带的生产质量和效率。如果选择模具与外径相差较大,则联锁铠装带与内护套之间存在较大的空隙,生产出来的将是松管,不符合紧密度测试。此外由于空隙大,联锁铠装带在内护套各处受力点不一样,联锁铠装带将发生变形。随着联锁铠装带绕包速度的加快,联锁铠装带变形增大。当联锁铠装带受力超过其承受应力时,联锁铠装带会破裂。生产出来的联锁铠装带将无法锁住前道联锁铠装带,从而影响产品质量和生产效率。如果模具与内护套外径相差较小,则会发生联锁铠装带受力过大刺入内护套,严重时将出现刺破和损伤绝缘。
铝合金带要求采用5052系列的铝合金材料,其机械性能要求达到抗拉强度(280±10)MPa,伸长率控制在5%~8%。如果抗拉强度太小,那么轧制的螺旋状联锁铠装带外观不好,铝合金的抗压强度也达不到;若抗拉强度太大,则铝合金不易弯曲,弹性大,加工困难。
外护套的材料可以使用聚氯乙烯,也可以使用聚乙烯。当要求防水时,推荐使用聚乙烯护套。
联锁铠装的主要关键控制点是模具的安装、导板的角度调整、压轮的调节、管径及节距的设定。
首先,模具的安装必须保证与联锁铠装带水平保持一致。如果不一致,将导致联锁铠装带刮伤或者高速生产时断带。因为联锁铠装带与模具高度不一致,在模具进入的地方所受阻力增大,所以当出现拉力超过联锁铠装带的抗拉强度时,联锁铠装带被拉断,影响产品的质量和生产效率。其次,模具必须在电缆的中心位置,否则电缆处于被拉或者被推的状态,在高速运行下,将导致螺旋联锁铠装带受力不一致。由于联锁铠装带各点所受力不均匀,产生联锁铠装带螺旋变形,下一个联锁铠装带螺旋覆盖在上面也受力不均。在达到联锁铠装带的弯曲应力状态下,联锁铠装带出现裂纹,最后裂开,严重情况下,联锁铠装带断开。
导板的角度调整,一般控制在7°~8°之间。超过15°将会出现螺旋角度过大,联锁铠装带重叠宽度减小。在电缆弯曲时,出现联锁铠装带分离,弯曲恢复后,联锁铠装带无法恢复,联锁铠装带之间产生间隙,联锁铠装带失去原先的保护作用。
为了保证电缆通过紧密度测试,主要是通过调节压轮的位置和管径来设定的。首先主要是确定压轮位置,压轮的位置原则是保证内护套与模具有2~3 mm间隙,使得联锁铠装带可以通过,超过此值,联锁铠装带受力不一致,则易发生断裂现象。其次,在运转的过程中,要注意联锁铠装带与模具之间的距离。因为刚开始联锁铠装带受外力较小,联锁铠装带与模具之间的空间很小。伴随着联锁铠装带的受力增大,联锁铠装带与模具的空间增大,联锁铠装带变形增大。当联锁铠装带变形到一定程度时,将产生裂纹,最后联锁铠装带断裂。这时就需要随时注意调整压轮的位置和模具的位置。
管径的设定主要控制在模具大小的1~2 mm。如果设定超过此值,铝合金带成型的将是松套的铝合金管,电缆容易从螺旋管中抽出来,紧密度测试通不过;如果设定过小,则应力集中,容易造成断带。
节距不能设置过大,过大则易造成脱节现象,不能轧成螺旋形。设定值也不能过小,过小则会出现联锁铠装带弯曲角度减小,当超过其所承受的应力时,联锁铠装带将会发生断裂现象。
依据上面的设计,试制生产出来的产品,按照UL 4和UL 1569标准测试方法,测试铝合金电缆的几个关键技术项目,其结果见表1。
表1 铝合金电缆性能测试
生产铝合金电缆,在生产设备上只需增加一套联锁铠装设备,工艺上只要严格按照要求生产即可,其它与普通电力电缆生产无区别。由于该电缆具有联锁铠装带和独特的螺旋铠装结构,在发生火灾时,该电缆能延长供电能力,减少电缆燃烧释放出的烟雾,为救援和逃生争取宝贵的时间,因此,铝合金电缆具有良好的阻燃、耐火性能,有很好的应用前景。