电线电缆经典培训资料.ppt

技术部2012 6 6 绪论 电线电缆电线电缆分类电线电缆的发展史电线电缆的技术特点 大纲 电缆生产工序流程图拉丝与退火生产工序绞线工序绝缘制造工序成缆工序绕包工序铠装工序 绪论 电线电缆电线电缆是用于传输电能 传递信息和实现电磁转换的线材产品 电线电缆的分类电线电缆产品的应用领域 考 1 电力系统 采用不同类型 不同电压等级的电线电缆把发电站 变电站 配电站和用电单位连接起来 就组成了一个电能的传输和分配网络 即电力系统 电线电缆在电力系统中作为电能的载体 2 信息传输系统3 电工装备 电器仪表内部用线缆 电线电缆按结构 性能 应用分类1 裸电线及裸导体制品2 电力电缆3 通信电缆及光缆4 电气装备电线电缆 种类众多 品种约占电线电缆品种的60 按产品使用特性可分为通用电线电缆 电工设备和仪器仪表用电线电缆 交通工具用电线电缆 地质勘探和采掘工业用电线电缆 信号控制电缆 直流高压电缆 5 电磁线 绕组线 电线电缆的发展1744年德国人温克勒用裸电线把电火花输到远距离 宣告了电线的诞生 1752年美国人富兰克林发明了避雷针并用电线接地 电线的第一次实用化 1812年俄国人用未硫化的橡胶包覆在铜线上 制成了第一根有绝缘的电线 1887年在英国用沥青做绝缘制造了第一根10kV的电力电缆 1879年 爱迪生制成了黄麻沥青绝缘电力电缆 1895年美国诞生了铝架空线 1917年意大利发明了自容式充油电缆 同时在这一时期 英 美 德 日相继生产出了油纸绝缘电缆 1925年塑料开始应用到电缆生产 1937年德国首先研制出聚氯乙烯绝缘电线 1952年美国的查尔斯在核反应试验中偶然发现了交联聚乙烯 1957年美国GE 通用电气 公司首先采用过氧化物蒸汽交联方式生产了交联电缆 交联聚乙烯的应用对电缆的发展产生了重大意义 截止到目前为止交联聚乙烯已经应用到500kV电缆 交联聚乙烯以其优异的性能在低压 中压 高压 超高压电缆中得到广泛的应用 我国电缆发展历史 第一家电缆厂 昆明电线电缆厂 1938年建厂 1939年7月1日正式投产 1948年昆明电线厂生产出6 6kV橡皮绝缘铅包电缆 新中国成立后 1954年建立沈阳电缆厂 苏联援建 1956年正式投产 2002年河北宝丰成功生产500kV电力电缆 并通过型式试验 国内第一家 电线电缆的技术特点1 产品性能的综合性 通过用途 使用要求 敷设环境等来考虑材料的电性能 机械性能 老化性能等其它性能 2 产品的广泛性 应用领域广泛 3 材料的多样型 金属 纤维 漆料 涂料 油料 橡胶 塑料 无机材料和气体材料 4 生产的连续性 由内到外 5 设备的专用性 铸 轧 压 拉 绞 挤 包 涂 渡八个字概括 6 质量要求的严格性 电线电缆生产流程图 拉丝与退火与工序 1 拉丝 金属杆材在一定的拉力作用下 通过一系列孔径逐渐变小的模孔 产生截面变小长度增加的塑性变形过程 简单的讲拉丝就是金属线材在等体积下线材长度的拉伸 2 拉线时实现金属变形的模具叫线模或拉丝模 3 拉丝模具的四个工作区及其作用 润滑区 润滑剂在这里停留并被带入工作区 工作区 金属在这此实现变形 直径减小 长度增加 定径区 使拉出的线材尺寸准确 形状符合要求 模子应具有一定寿命 不致很快磨损 使直径超出公差 出口区 不刮伤从定径区出来的线材 同时防止拉线机中间停车时产生倒线而引起断线 配模应满足的要求 使拉出的线材尺寸形状 机械性能 表面质量均要符合标准要求 每道变形量要尽量大 充分利用金属塑性 提高生产效率 不发生断线和拉细现象 即保证足够的安全系数 拉丝油的作用及温度 浓度 控制 拉丝油的主要作用是 对拉制过程中金属线材和模具进行润滑冷却 同时将金属线材在压缩变形过程中产生的金属粉末带走 起到提高金属线材表面质量和延长模具使用寿命的作用 拉丝油温度控制 铝拉最佳工作温度40 50 最高不超过60 铜拉 40 铜拉皂液浓度 3 8 PH值7 5 8 5 铜拉冷却水浓度 0 5 1 出水温度不大于55 入水温度不大于33 铜铝拉丝油的简单介绍铜拉丝油以低粘度矿物油为基础油 并添加多种添加剂而制成的 其主要成份为天然油脂的酰胺皂 合成酯 表面活性剂 防锈剂 浸润剂 抗氧化剂 防霉防腐剂 消泡剂等多种添加剂 铜拉丝油的主要特点有 a 润滑性能好 润滑膜强度大 可减少高速铜大拉机轮箍 拉丝模具的磨损 b 泡沫低 冷却效果好 对铜材具有良好的抗氧化 加工后的铜材不易氧化 c 清洗性好 可有效防止铜皂在拉丝模 鼓轮 轴承 机箱内的粘结 延长拉丝模 鼓轮的使用寿命 d 稳定性好 不易发臭变质 使用周期长 可节约成本 e 安全卫生 无毒无异味 对皮肤无刺激作用 正常使用对人体无不良影响 铝拉丝油以石油润滑馏分为原料经溶剂精制和白土处理等工艺制得精致基础油 并添加抗氧 防锈 抗磨 消泡 低温降凝等多种油性添加剂调制而成 铝拉丝油的主要特点有 a 润滑性好 可提高铝线表面光洁度 减少模具损耗 b 稳定性好 耐老化性强 使用周期长 不易变质和发臭 c 良好的氧化安定性 热安定性 防锈防腐性及抗极压摩擦性 d 安全卫生 本品无毒无异味 对皮肤无刺激作用 正常使用对人体无不良影响 铜 铝拉丝油的最大区别就是 铜拉丝油在实际拉丝使用时 在拉丝油原液中加入一定比例的水进行调制 其浓度应符合我们工艺规定的要求 而铝拉丝油中是严格控制水分的 铝拉丝油中的含水量应小于0 2 拉丝机的分类 退火工艺 退火的目的 1 使经过冷加工硬化的塑性恢复到冷加工前的水平 以便继续加工 2 为了使拉线的成品恢复到拉线前的机械和电性能 进行成品退火 3 为了得到高强度的线材 对于铝镁硅合金线要进行淬火和时效 4 对于成品铝线 采用适当的工艺 可以得到性能介于硬线和软线之间的半硬线 5 对于铜电刷线 在束绞和绞制完成后进行退火 以消除由于束绞和绞制单线的内应力 使成品柔软适用 6 对于在温度较高的场所或使用时导体本身发热的合金产品 为了避免使用过程中发生电性能的变化 而预先进行退火 这种退火的温度略高于使用温度 且退火时间较短 退火的基本原理金属经过冷加工塑性变形后 内部晶粒碎化 晶格畸变和存在残余内应力因而是不稳定的 它有向稳定状态下变化的自发趋向 但在室温下 原子的扩散能力很弱 变化很难进行 所以我们通过将变形的金属进行加热 使原子的动能增加 促使其发生变化用最短时间将金属恢复到冷加工前的水平 退火的基本过程1 回复阶段2 再结晶3 再结晶后的晶粒长大阶段 由于铜的表面氧化物较疏松 因此能被不断地氧化 所以铜丝退火时必采用 光亮 退火 即须在无氧的真空中加热退火 或在充满惰性气体的环境中加热退火 常见的保护气体有 1 惰性气体 氦 He 氖 Ne 氩 Ar 氙 Xe 2 中性气体 二氧化碳 CO2 氮 N2 或它们的混合气体 水蒸气 绞线工序 1 绞合 绞线 将多根直径较小的单丝按一定的规则绞制成较大截面的导电线芯的工艺过程 绞线分正规绞合和非正规绞合两种 2 正规绞合可分为正规同心式单线绞合和正规同心式股线绞合正规同心式单线绞合 普通绞线 用同一直径的单线 按同心圆的方式 一层一层地有规则地绞合 每一层的绞向都相反 组合绞线 它是由相同直径 不同材料或不同直径 不同材料的单线绞制而成 代表产品如架空导线 正规同心式股线绞合 是由多股普通绞线或束线进行同心式绞合的绞线 非正规绞合 束线 由多根单线以同一绞向不按绞合规律一起绞合而成的绞线 各单线之间的位置互相不固定 束丝的外形也很难保持圆整 3 束丝和普通绞线的最大区别是 普通绞线的各单丝都有一个固定的位置 一层一层地有规则地绞合 束丝的各单丝之间没有固定的位置不按绞合规律一起绞合而成 4 非正规绞合 束线 的特点 由于束线中各单线均向一个方向扭绞 在弯曲时各单线之间滑动余量很大 抗弯曲力小 所以束线的弯曲性能特别好 对于需要柔软 并用语经常移动的场合的电线电缆产品就采用束线作导电线芯 绞合线芯的特点 柔软性好 采用多根较小直径的单丝绞合成的线芯可提高电缆的弯曲能力 便于电线电缆的加工制造和安装敷设 稳定性好 多根单丝按一定方向和绞合规则绞合成的线芯 由于在绞线中每一根单丝的位置均轮流处在绞线上部的伸长区和绞线下部的压缩区 当绞线弯曲时不会发生变形 可靠性好 用单线做电线电缆的导体 容易受材料的不均匀性或绞制中产生的缺陷而影响导电线芯的可靠性 用多根单线绞合成的线芯这样的缺陷就得到了分散 不会集中到导体的某一个点上 导电线芯的可靠性就强的多了 强度高 同样截面大小的单线与多根绞合线芯相比较 绞合线芯的强度要比单线高 5 节距 单丝延轴向前进一周的距离 6 节径比 绞线节距长度与绞线直径的比值 7 节距与绞线柔软度的关系 节距越小绞线的柔软度越好 相反节距越大绞线的柔软度越差 8 绞入系数 在绞线的一个节距中 单丝展开的实际长度与节距长度的比值 9 绞线的绞向 右向 Z向 左向 S向 10 紧压导体 常见的紧压导体有紧压圆形 扇形及紧压瓦形 五芯电缆 半圆形 两芯电缆 11 紧压目的 紧压扇形导体 减小电缆外径节省产品成本减低电缆重量 紧压圆形导体 提高绞合导体的表面质量缩小导体直径 提高导体填充系数 紧压后的导体表面光滑圆整无毛刺 导体表面电场均匀 节约材料降低成本 12 导体分类 根据GB T3956 电缆的导体 标准 导体共分四种即第1种 第2种 第5种和第6种 第1种为实心导体 第2种为绞合导体 均适用于固定敷设电缆的导体 第5种和第6种为绞合导体 用于软电缆及软线的导体 第6种比第5种更柔软 挤塑工序 挤塑工序包含绝缘和护套生产工序 绝缘生产方式有 涂覆 绕包 挤包 以及它们的组合 现在绝缘生产主要的是涂覆 绕组线 和挤包 电线电缆 塑料挤出工艺塑料挤出设备 挤出机挤塑机的工作原理 利用特定形状的螺杆在加热的机筒中旋转 将由料斗中送来的塑料向前压 使塑料均匀地塑化 通过机头和不同形状的模具 使塑料挤压成各种形状的制品 挤塑机的基本结构 挤塑机由挤压系统 传动系统和加热系统 冷却 组成 挤压系统 包括螺杆 机筒 料斗 机头和模具五部分 螺杆 螺杆是挤塑机中的重要部分 它是由高强度 耐热和耐腐蚀的合金钢制成 其作用是将塑料向前推进 产生压力 搅拌 旋转时与塑料产生摩擦热 使塑料熔化 并边连续不断地将融体送入机关挤出 它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率 机筒是一个金属筒 一般用耐热耐压的强度较高的 坚固耐磨 耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢制成 它与螺杆构成了塑料塑化和输送作用的挤压系统的基本结构 机筒的长度一般为其直径的15 30倍 以使物料得到充争加热和塑化充分为原则 机筒应有足够的厚度 刚度 内壁应光滑 在机筒的外面装有电阻或感应加热器测量装置及冷却系统 料斗通常为锥形容器 其容积至少应能容1小时的用料 料斗底部装有切断料流截短装置 料斗侧面装有视孔可标定和计量 机头是挤塑机的成型部件 机头主要有过滤装置 多孔板和筛网 连接管 分流器 模芯座 模具等组成 传动系统它的功能是保证螺杆以所需要的力矩和转速匀速地旋转 一般伟动系统都包括三个必要的环节 原动力 变速器 减速器 要求螺杆的转速稳定 不随其负荷的变化而变化 以保证制品质量均匀一致 但在不同场合下又要求螺杆能变速 以达到一台设备能挤出不同规格制品的要求 为此传动电机一般采用整流电机 直流电动机等 加热冷却系统 功能 通过机筒的加热或冷却 以保证塑料始终在其工艺温度范围内挤出 塑机的加热方法 挤出机螺杆速度保持恒定时 影响出胶量稳定性的主要因素是挤塑机的机身温度 交联挤塑机加热方法通常有两种 采用载体 如加热水 加热和电阻器加热 采用载体加热的特点是加热均匀 不易产生局部过热现象 但是载体加热温度对系统的密封性能要求很高 成本较高 因而用于温控要求较高挤塑机上 塑机冷却在挤出过程中经常会产生机筒内塑料温度过高 热量过多的现象 如不及时排出过多的热量 则容易引起物料 先期交联 挤塑机一般在两个部位冷却 机筒冷却和机头冷却 机筒冷却 机筒冷却方法有两种风冷和水冷 从冷却效果来看 空气冷却比较柔和 冷却速度较慢 水冷却速度则快 但比较激烈 易造成较强的 热振动 水冷却系统的设计是比较复杂的 它除了具有良好的冷却效果外 还应有良好的密封性以防泄漏 使在不需要冷却时 最好能使冷却系统中的水全部逸出 以免因存水产生的水垢使冷却系统堵塞 结构上还应有利于维修 目前的水冷却系统大部分是在机筒外表面车出螺旋形沟槽 然后盘绕冷却管 螺杆冷却冷却螺杆的主要目的是防止塑料过热 此外冷却螺杆的加料段也有利于物料往机头输送 通入螺杆的冷却介质通常是水 水温可以根据要求保持一定数值 甚至螺杆的冷却长度也可以调整 有时全长冷却 有时只冷却一部分 最新设计的挤塑机螺杆温度可以分区调节 挤塑机螺杆参数螺杆的主要参娄有直径长径比 压缩比 螺距 螺槽宽度 螺旋角 螺杆与机筒之阐的间隙等 螺杆直径D 挤塑机的大小规格通常用螺杆直径表示 直径越大 出胶量就越大 挤出量近似和其平方成比例 因此螺杆直径少许增加 将引起挤出量的显著增加 长径比L D 螺杆工作部分长度L与直径D的比值 在螺杆直径一定时 增大长径比就意味增加螺杆的长度 长径比越大 有利于物料充分塑化 同时还能产生较大的压力 保证产品更加密实 提高质量 然而长径比太大也不行 对交联料产生过分塑化 引起物料的先期交联 用于交联机组的挤出机 长径比一般在20 25倍之间 压缩比是加料段第一个槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比 压缩比的选择 应根据原材料不决定 塑料性质不一样 压缩比也不一样 颗粒大 压缩比小 颗粒小 压缩比大 低密度聚乙烯的压缩比为2 3倍 螺槽深度H 即螺纹的外半径与根部半径之差 根据压缩的要求 加料段槽深大于熔融段 熔融段又大于均化段 加料段螺槽深度大 有利于提高其输送能力 熔融段和均化段螺槽浅 螺杆能对物料产生较高有剪切速度 有利于机筒壁向物料传热和物料的混合和塑化 等等 挤出机的模具分为挤压式 半挤管式 挤管式 见下图 各种模具的特点 挤压式 优点1 挤出的塑料层结构紧密结实 2 绝缘与导体结合紧密无隙 挤包层的绝缘强度可靠 3 外表面平整光滑 缺点1 调整偏芯不易 2 配模的准确要求高 产品质量对模具依赖性大 3 挤出线的弯曲性不好 挤管式 优点1 挤出速度快 2 操作简单 调偏芯容易 3 间隙大 磨损小 使用寿命长 4 配模方便 5 塑料定向拉伸 塑料挤出强度增加 6 护套厚度容易控制 缺点 1 致密性差 2 塑料与线芯结合性差 半挤管式 吸取了挤压式和挤管式的优点 交联聚乙烯交联方法分为物理和化学两种方式 化学交联 过氧化物交联 1 蒸汽交联 SCP 2 红外线交联法 RCP 与干式交联 3 长承模 MDCV 交联 4 加压熔岩盐交联 PLCV 工艺 5 硅油交联 FZCV 工艺 和硅烷接枝交联 一步法 两步法 共聚法 物理交联 高能射线辐照交联 交联聚乙烯料是以低密度聚乙烯 过氧化物交联剂 抗氧剂等组合成的混合物料 加热时 过氧化物分解为化学活性很高的游离基 这些游离基夺取聚乙烯分子中的氢原子 使聚乙烯主链的某些碳原子为活性游离基并相互结合 即产生C C交联键 形成了网状的大分子结构 绝缘料用过氧化二异丙苯 DCP 作为交联剂 以DCP作交联剂为例 聚乙烯交联反应如下 1 DCP分解成两个游离基 2 活化聚乙烯 游离基转移及生成枯基醇 3 聚乙烯分子间的交联 4 枯基醇是不稳定的化合物 在高温下要分解 有两种几率要出现 即 由于DCP的分解需要高温 在反应中产生的H2O CH4及其它生成物 所以整个交联过程必须在高温高压下进行 以增加反应速度和压缩绝缘中的残余副产物气体 绝缘工艺的基本要求1 无微孔绝缘 水含量最低采用全干式交联和冷却系统 使得绝缘中含水量及微孔降至最低 交联管加热系统应保证加热管的温度均匀 并且无 热点 该系统应容易操作 反应时间短 全干式交联生产线的气冷用鼓风机使氮气在冷却管中快速循环并实现热交换 因而冷却效率高 气冷大多使用于高压和超高压电缆生产工艺中 全干式交联生产线也可配备水冷 水冷采用闭路循环和热交换原理 大多数应用于中压电缆的生产 这种全干式交联工艺可以应用于悬链式和立式交联生产线之中 2 光滑的层间界面电缆绝缘层和半导电层界面是否光滑是影响电缆使用寿命的重要因素之一 尤其是对于高压 超高压电缆界面处半导电屏蔽层的凸起 嵌入绝缘层 会导致局部电场强度过高 加速绝缘老化 增加水树现象产生的可能 为了实现层界面光滑 在生产高压 超高压电缆使用超光滑的半导电材料 3 电缆绝缘同心度电缆绝缘同心度是指导体对各绝缘层的位置 有良好的同轴对称性 由于绝缘中的电场分布是电缆长期运行的关键因素 圆形使导体屏蔽层的电场强度最低 是理想的 也是所要求的形状 对于电缆同心度的要求也越来越严格 此外无论是在立式生产线 还是在悬链式生产线上都能生产出符合同心度要求的厚绝缘电缆 绝缘后电缆的圆度取决于整个交联生产线上各个工艺过程 即 挤出 交联和冷却 但要求绝对的对称是不可能的 尤其是悬链式交联生产线 成缆工序 成缆的概念将多根绝缘线芯按一定的规则绞合成电缆的工艺过程 退扭绞合和不退扭绞合绞线的绞合和电缆的绞合有两种方法 一是退扭绞合 另一是不退扭绞合 退扭绞合是装有放线盘的线盘架借助其上的特殊装置 退扭装置 在机器旋转时 使放线盘始终保持水平位置 在成缆时 绝缘线芯只受挠曲作用 而不发生扭转作用 退扭绞合常用于圆形绝缘线芯的成缆过程 成缆后线芯没有回弹应力 可以保证成缆圆整度和成缆直径的准确性 不退扭绞合则多用于扇形线的成缆 通过压模的紧压后 变成了塑性变形 从而消除了原来的扭转应力 保证电缆成缆后的圆整 成缆的意义成缆是多芯电缆生产中重要工序之一 电力电缆常用三相电源的三芯 四芯 其中一芯为地线 和五芯 其中一芯为地线 还有一芯为中性线 电缆 控制电缆芯数更多 多2芯到61芯 成缆过程中就是将若干根绝缘线芯按一定的规则一定的绞向绞合在一起 组成多芯电缆的过程 成缆工艺除了绞合以外 还包括绝缘线芯间空隙的填充和在成缆后缆芯上包带 屏蔽等过程 成缆时 绝缘线芯的绞合形式采用同心式正规绞合 如果绝缘线芯直径完全相同的成缆 称为对称成缆 如绝缘线芯直径不相同的成缆称为不对称成缆 为避免成缆过程中绝缘线芯受扭转应力的影响 圆形绝缘线芯的成缆均采用有退扭装置的成缆机或弓形成缆机进行退扭绞合 成缆方向和节径比成缆方向一般均为右向 成缆方向的确认是按成缆线芯前进方向 若绞笼向左转是右向 否则反之 成缆节径比按各种类型电缆的不同而不同 交联聚乙烯绝缘的圆形线芯因绝缘较硬 成缆节径比较大 一盘为30 40 聚氯乙烯绝缘电力电缆圆形芯成缆节径比也为30 40 扇形线的节径比为40 50 塑料绝缘控制电缆缆芯节径比国家标准有规定 不得大于16 20 绞入系数和绞入率在成缆的一个节距内 绝缘线芯的实际长度和成缆的节距长度之比称为绞入系数 K L H 绞入率是在一个成缆节距内绝缘线芯实际长度和成缆节距长度的差值与成缆节距长度之比率 L H H 100 以采用绞入系数K较为方便 K值总是大于1的 这样成缆后单根绝缘线芯实际比成缆长度增加一个K值 线芯的电阻与线芯正比 即线芯的电阻也增加一个K值 绝缘电阻与绝缘线芯长度成反比 则每根绝缘线芯的绝缘电阻缩小一个K值 从减小线芯电阻值和增大绝缘电阻值的角度 希望成缆绞入系数愈小愈好 成缆绞入系数与节距比的平方成反比 因此 成缆节距比愈小则成缆绞入系数愈大 则绝缘线芯材料用量愈大 否则反之 从节约材料用量的角度 希望成缆绞入系数愈小愈好 成缆包带为了成缆后缆芯不再变形 绝缘线芯在成缆机上成缆和填充的同时 还需绕包带层 对于塑料绝缘电缆 其包带层只是起扎紧作用 常用1 2层的无纺布带用搭盖绕包方式绕包 具体用一层还是用两层 以成缆包紧为原则 搭盖大小为带宽的10 15 绕包角在25 40 范围内 成缆用到的设备 见照片 不同型号使用的填充和绕包材料不同 具体见以下产品结构图 铠装工序 钢带铠装电缆主要适用于地下直埋 可承受一定的机械压力 钢丝铠装电缆主要适用于有落