絕緣材料硬度和溫度對(duì)電纜導(dǎo)體性能的影響論文
引言
電線電纜大致分為裸電線類和絕緣電線電纜兩大類。
裸電線類指的是鋼芯鋁絞線等用空氣來(lái)絕緣的導(dǎo)線，一般架設(shè)在空中，用絕緣子與地面隔絕，每相導(dǎo)體有一定的空間間隔，用空氣來(lái)絕緣。 它的絕緣特性取決于大氣的潔凈度、海拔高度（海拔高度越高，大氣越稀�。┖蜌夂驐l件等與空氣有關(guān)的參數(shù)，導(dǎo)體工作溫度取決于導(dǎo)體的耐熱特性。 由于沒有絕緣層，裸電線類沒有電壓區(qū)分。
絕緣電線電纜是指銅鋁導(dǎo)體外包覆有絕緣層的一類產(chǎn)品，由于有絕緣層，這類電線電纜規(guī)定有相應(yīng)的電壓等級(jí)。 絕緣層可由絕緣性能好的纖維材料（例如電纜紙、棉紗、黃麻等）、礦物油或高分子材料制成。
高分子材料由于其絕緣性能優(yōu)良，資源豐富（大多是石化產(chǎn)品），加工性能好、可選用的品種多等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于制造電線電纜的絕緣、護(hù)層及包裝材料。 電纜導(dǎo)體承擔(dān)輸送電流的功能，其運(yùn)行的好壞在很大程度上取決于絕緣用高分子材料的特性。
1 高分子絕緣材料與導(dǎo)體工作溫度的關(guān)系
電線電纜的導(dǎo)體，無(wú)外于鋁和銅兩種金屬，除了在形狀（例如扇形、瓦楞形等）的改變和加工工藝（例如退火、銅鋁雙金屬材料）等的改變外，它的導(dǎo)電性能和機(jī)械強(qiáng)度的改進(jìn)已無(wú)太多的空間，有絕緣的電線電纜新產(chǎn)品的開發(fā)很大程度取決于高分子材料工業(yè)的突破，只有研發(fā)出一種新的高分子材料，電線電纜才可能出現(xiàn)一種或一個(gè)系列的新產(chǎn)品。 因而電線電纜的技術(shù)創(chuàng)新是與材料工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新密不可分的。 目前市場(chǎng)高分子材料絕緣和護(hù)套電線電纜品種繁多，特別是一些新材料制造的電線電纜， 如果不了解它的性能，就不知道這類電纜的正常運(yùn)行溫度和電纜的適當(dāng)?shù)氖褂脠?chǎng)合。
高分子絕緣電線電纜指的是用橡膠、塑料等做絕緣或護(hù)套的電線電纜。 高分子材料用于絕緣時(shí)，由高分子材料的耐熱特性決定電線電纜的導(dǎo)體工作溫度。
導(dǎo)體工作溫度越高，其輸送電流的容量越大，也就是載流量越大。 表 1 給出各種常用高分子絕緣材料允許的導(dǎo)體工作溫度�！�1】
用戶應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身系統(tǒng)的電纜工作環(huán)境溫度來(lái)選用不同絕緣材料電纜的導(dǎo)體的工作溫度。 例如，金屬熔爐附近電器連接線溫度較高，選用硅橡膠絕緣電纜可以抵御較高的環(huán)境溫度，保證正常供電；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)周圍溫度較高，一般應(yīng)選用交聯(lián)聚烯烴材料作為發(fā)動(dòng)機(jī)周圍布線，選用氟塑料絕緣類電線電纜作為發(fā)動(dòng)機(jī)的引接線。 因而無(wú)論是國(guó)際電線電纜標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)電線電纜標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)絕緣電線電纜不僅要標(biāo)明其適用的.電壓等級(jí)、還要標(biāo)明絕緣類型和相應(yīng)的絕緣材料下導(dǎo)體的工作溫度，供用戶正確選擇。
2 電纜的導(dǎo)體與高分子材料硬度的關(guān)系
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3956 電纜的導(dǎo)體， 將電線電纜用導(dǎo)體分為四種，如表 2 所示。【2】
早先的導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)有第三種、第四種導(dǎo)體，IEC1978年發(fā)布 IEC228（1978）時(shí)，刪除了第三種和第四種不常用導(dǎo)體。 在后續(xù)的 GB/T3956 改版中，為了與 IEC228等同，也刪除了第三種、第四種導(dǎo)體，保留了現(xiàn)行的第一、第二、第五、第六種導(dǎo)體。
導(dǎo)體的柔軟程度主要與組成導(dǎo)體的單線根數(shù)有關(guān)，表 3 列出了幾種電纜常用圓型銅導(dǎo)體的最少單線根數(shù)�！�3】
第一種導(dǎo)體是完全實(shí)心導(dǎo)體，即組成導(dǎo)體的單線根數(shù)只有一根，是最硬的一種導(dǎo)體。
第二種導(dǎo)體由根數(shù)較多的單線組成，比第一種導(dǎo)體軟，比較容易彎曲。 第一種、第二種導(dǎo)體供固定敷設(shè)電線電纜用， 與它相適應(yīng)的絕緣材料為聚氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、乙丙橡膠等質(zhì)地較硬的高分子材料，一般帶金屬鎧裝層的電纜也使用這兩類導(dǎo)體。
第五種導(dǎo)體由較多根單線組成，比較柔軟。 第六種導(dǎo)體由比第五種導(dǎo)體更細(xì)、 根數(shù)更多的單線組成，是最柔軟的一種導(dǎo)體。 第五種、第六種導(dǎo)體是軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體， 與這兩種導(dǎo)體相適應(yīng)的絕緣材料為軟聚氯乙烯、硅橡膠、交聯(lián)聚烯烴、各種絕緣橡皮、氟塑料等較軟的高分子材料。
組成導(dǎo)體的單線根數(shù)越多，制造工序越繁雜、制造成本越高。 因而，硬結(jié)構(gòu)導(dǎo)體只能使用硬高分子材料，軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體只能使用較軟絕緣材料，彼此搭配應(yīng)適當(dāng)。
例如：在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（這類絕緣電纜一般為固定敷設(shè)電纜，不移動(dòng)）中如果使用軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體，交聯(lián)聚乙烯擠制的絕緣層比導(dǎo)體硬，軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體就沒有意義。
反之如果用硅橡膠做絕緣材料， 又使用的是第一種或第二種導(dǎo)體，導(dǎo)體的可彎曲性能差于硅橡膠，軟結(jié)構(gòu)絕緣就散失了意義。 因此客戶應(yīng)根據(jù)電纜的使用場(chǎng)合和相應(yīng)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做出正確的選擇。
3 結(jié)語(yǔ)
電線電纜相對(duì)變壓器、 開關(guān)等機(jī)電產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，是一種較簡(jiǎn)單的機(jī)械產(chǎn)品，正因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以大多數(shù)人忽略了電線電纜每一構(gòu)件的性能以及相互間如何科學(xué)合理搭配才能最大限度優(yōu)化其使用功能的重要性。 本文對(duì)廣大電線電纜用戶強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：第一，高分子材料的種類決定了導(dǎo)體的工作溫度，任何一種絕緣電纜必須在工作溫度下運(yùn)行才是安全的； 第二，導(dǎo)體的軟硬結(jié)構(gòu)要與高分子的軟硬程度相適應(yīng)，特別是軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體使用較硬高分子材料，會(huì)散失軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體可移動(dòng)功能，給用戶造成不必要的資源浪費(fèi)。
參考文獻(xiàn)：
[1] GB/T3956-2008,電纜的導(dǎo)體[S].
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