導體為什么要絞合？導體絞合有哪幾種方式？

更新時間：2021-09-16

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導體絞合的目的是方便敷設、成型和連接，同時考慮鄰近效應和集膚效應對交流電阻的影響。大截面實心導體由于不易彎曲而不能順利敷設、成型和連接。絞合導體解決了這一問題。采用何種絞合方式取決于選用何種金屬以及金屬的特性。銅導體通常絞合為#6AWG（公制13.3mm2）或更大尺寸，對于半硬鋁實心導體最大為#2/0AWG（公制67.4mm2）

這是電力電纜導體的典型絞合方式。由中心線或者由一層或多層螺旋線圍繞的線芯構成。每多加一層，就要比上一層多六根線芯。除單向絞合的導體之外，每一層的絞合方向都與下面的一層相反。對于電力電纜的導體，線芯是單根線材，且絞合的都是同一直徑的線材。如圖3-1所示，線芯外第一層是6根；第二層，12根；第三層，18根；以此類推。導體的單線在一層內(nèi)完成一個完整螺旋的距離叫做節(jié)距。節(jié)距的要求在ASTM標準第四部分中進行了，節(jié)距應在相應絞層外徑的8~16倍之間。
在電力電纜中，絞合標準是B級。標準中要求，最外層絞向應該是左向。也就是說當你沿電纜導體軸向看去，最外層的絞線在離開觀察者時是向左絞制的。通過增加導體的單線數(shù)量來獲得更好的柔軟性。C級比B級多一層單線，D級比C級多一層單線。級別設置一直到M級（通常用于焊接電纜等）。這些都包含在ASTM標準（注：美國材料與試驗協(xié)會American Society for Testing and Materials，英文縮寫ASTM，ASTM的會員已近34000 個，其中約4000個來自美國以外的上百個國家。ASTM 已制定10000 多項標準）中。
??C級和D級導體的重量與B級導體相似，外徑在比B級導體大3mil的范圍內(nèi)。
??下面的公式可用于計算同心絞合導體的單線數(shù)量。
????n=1+3N（N+1）??（3-3）
??式中，n為絞合導體中單線總數(shù)量；N為中心單線外的層數(shù)。
??3.6.2 緊壓絞合
??這個概念描述的是，通過絞層的輕微變形，使絞層緊密的結合。導體面積并未減少。最后緊壓完成的導體直徑可以比普通同心絞合線芯導體等效直徑減小不超過3%。普遍的減少量在2.5%。
??減小導體外層節(jié)距可以解決這一問題，但又會導致高阻抗并且需要消耗更多的導體材料。
??緊壓絞合是更常見的絞合方式，因為同心絞合中設置的節(jié)距，造成了導體中層間形成了微小的間隙。低黏度的材料擠包后“落入"形成的這些間隙中。這會導致表面不規(guī)則，增加要承受的電壓，并使這一層剝除難度加大。
??3.6.3型線絞合
??這種方式與緊壓絞合類似，只是額外的成型工藝使得導體直徑與普通同心絞合導體直徑相比可以減小9%。導致導體直徑近似于實心導體。但空氣間隙作為潮氣的遷移通道依然存在。型線絞合導體主要的優(yōu)點在于減小導體直徑。
??3.6.4束絞
??這個概念是用于描述在不考慮幾何排列情況下，將單線按統(tǒng)一方向集中扭絞。
??這種結構用于美國線規(guī)小尺寸導體對于柔軟性要求*的電纜，如便攜式電纜，應用于真空吸塵器、割草機等場合。
??K級和M級導體中，單線直徑是常數(shù)。通過增加單線數(shù)量來滿足要求的導體截面積。
??3.6.5束絲復絞
??這個概念用于同心絞合導體，其中每一根單線也是絞合過的。也就是一個同心導體和束絞導體的集合。最終導體是由一組束絞或同軸絞合導體同心組合構成的。每一組都是由一定數(shù)量的單線構成，而不是一根單線絞合的。對于束絲復絞導體的描述要給出絞線組數(shù)和每一組中單線的數(shù)量。
??G級和H級電纜通常用于礦用便攜式電纜。I、L、M級電纜利用束絞電纜構成同心電纜，單線尺寸相同，通過增加線的數(shù)量來達到需要的截面積尺寸。I級線纜使用#24AWG（0.020in）單線，L級電纜使用#30AWG （0.010in）單線，M級電纜使用#34AWG（0.0063in）單線。I級電纜通常用于鐵路，L和M級用于便攜程度更高的場合，如焊接用電纜和移動電源線。
??3.6.6扇形導體
??橫截面近似是扇形的導體叫做扇形導體。典型的三導體電纜有三個120°的扇形，它們構成了圓形電纜的基本形狀。這樣的電纜比相應的同心圓導體電纜的外徑小一些，由于減小了鄰近效應而可以顯示出較低的交流阻抗。
??對于紙絕緣電纜，扇形導體大部分絞合后壓緊以獲得盡可能高的導體截面積與電纜截面積之比。各生產(chǎn)廠商產(chǎn)品的精確形狀和尺寸都稍有不同。
在一定范圍內(nèi)，實心而非絞合的扇形導體已用于低壓電纜，也曾有人試圖將這種導體用于中壓電纜，但基于當時經(jīng)濟上的考慮而尚未實現(xiàn)。
??3.6.7分割導體
??分割導體為圓形，由三個或更多的股塊絞合而成，股塊之間以薄絕緣層隔離。每股塊承載比整個導體小一些的電流，電流通過整個導體的內(nèi)外位置進行傳輸。這種結構的優(yōu)點在于集膚效應較低，而較小的集膚效應使得交流阻抗比傳統(tǒng)絞合方式要低。
??這種形式的導體應考慮用于如1000kcmil（對應公制507mm2）以及更大截面積承載大電流的電纜中。四分制導體的直徑約等于B級同心絞合導體直徑。
注：GB/T 18890.2-2015 指出“標稱截面積為800mm2 以上的導體應采用分割導體結構"
??3,6.8環(huán)形導體（中空導體）
??環(huán)形導體為圓形絞合導體，是將各單線絞合在中心的纖維繩、螺紋金屬管或I形橫梁周圍。這種導體的優(yōu)勢在于，對于一定截面積的導體，可以消除集膚效應在中心位置的影響，使得整體交流阻抗變小。在空間允許的條件下，對于60Hz、1000kcmil及以上截面積的電纜，以及低頻條件下（如25Hz）1500kcmil（對應公制760mm2）及以上截面積的電纜導體而言，環(huán)形導體更具經(jīng)濟性。
??3.6.9同向絞合導體
??如它的名字一般，同向?qū)w所有的單線都是朝向同一方向。低壓電力電纜通常的設計是同向的，外層單線中有一部分是比其他單線直徑稍小的單線。這種絞合方式的外徑可以達到與型線絞合導體相近。常用的同向?qū)w是緊壓的，常用于8000系列鋁合金。

3.8 絞合阻隔

??絕緣導體中的水分會導致一些問題的發(fā)生。在有水無氧的條件下鋁會水解。因此，如果水進入了有鋁導體的絕緣電纜，鋁和水會發(fā)生化學反應，產(chǎn)生氫氧化鋁和氫氣。絕緣導體處在缺氧環(huán)境時這種情況會更加嚴重。反應方程式如下：
??氫氧化鋁是白色粉末狀材料，是優(yōu)質(zhì)絕緣體。現(xiàn)在許多絞合鋁導體用戶因為這個原因都要求導體是阻水的。阻水部件，如阻水帶、阻水紗及其他密封物用來作為縱向阻水的材料以延遲損害形成。銅導體當然也可以以相同方式阻水。
??不管導體材料和緊壓程度如何，都會有空氣存在于導體的空隙中，這些縫隙會成為水汽的貯藏處并為水樹的產(chǎn)生提供水分。為了減小水樹產(chǎn)生的可能，阻水絞合導體經(jīng)常用于地下電纜，當然，實心導體也因為這個理由而用于#2/0 AWG及以下尺寸的導體。

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