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钢丝铠装电缆铠装生产工艺探讨(2015-12-04) 

   【南方电缆网】需要承受较大机械力的电缆,应具有铠装层。铠装电缆最常见类型为:钢带铠装电缆和钢丝铠装电缆。钢丝铠装电缆又分为粗钢丝铠装电缆(常用于海底电缆和较大外径的电力电缆等电缆)和细钢丝铠装电缆(常用于勘探电缆、矿用电缆和控制电缆等电缆)。
   在国内电缆市场,钢带铠装电缆占有较大的份额;而在国外电缆市场,钢丝铠装电缆使用的却更为普遍。最常用的钢丝铠装电缆有钢丝铠装电力电缆和钢丝铠装控制电缆。钢丝铠装电缆生产时,应严格执行相关国家标准和国际标准(或相关技术规范),确保铠装后的电缆在其使用过程中具有良好的稳定结构和性能。钢丝铠装电缆主要执行以下2个产品标准和2个相关标准:
GB/T 12706-2008《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件》(或IEC60502)和GB/T 9330-2008《塑料绝缘控制电缆》;GB/T 2952-2008《电缆外护层》和GB/T 3082-2008《铠装电缆用热镀锌或热镀锌-5%铝-混合稀土合金镀层低碳钢丝》
   一、钢丝铠装电缆相关标准要求和理解
   GB/T12706-2008《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件》(或IEC60502)为钢丝铠装电力电缆标准,此标准对钢丝铠装要求(依GB/T12706.1-2008为例):
   材料:钢丝应为镀锌钢丝。在用于交流回路的单芯电缆铠装应采用非磁性材料,非磁性金属丝一般有不锈钢钢丝、铝合金丝等(GB/T12706.1-2008中12.2)。
   钢丝直径要求:钢丝标称直径:0.8 mm,1.25 mm,1.6 mm,2.0 mm,2.5 mm,3.15mm(GB/T12706.1-2008中12.4);钢丝最小直径不小于标称直径的95%(GB/T12706.1-2008中16.7.3)。
   铠装要求:钢丝铠装应紧密,既使相邻钢丝间的间隙为最小(标准GB/T12706.1-2008中12.6)。
GB/T9330-2008《塑料绝缘控制电缆》为钢丝铠装控制电缆标准,此标准引用GB /T2952.1-2008标准和间接引用GB/T 3082-   2008标准,对钢丝铠装要求:
   材料:钢丝应为镀锌钢丝(GB/T9330.1-2008中6.6.2)。
钢丝直径要求:钢丝标称直径:0.8 mm,1.25 mm,1.6 mm,2.0 mm,2.5 mm(GB/T9330.1-2008中6.6.2);钢丝直径公差应符合GB/T 3082-2008(GB/T9330.1-2008中6.6)。
   铠装要求:钢丝铠装由钢丝单层左向或双层钢丝内层右向、外层左向绕包在内衬层上,并且钢丝之间间隙的总和应不超过一根钢丝的直径(GB/T9330.1-2008中6.6.1)。
   二、铠装用钢丝质量要求
   控制电缆钢丝铠装质量应符合GB/T 3082-2008《铠装电缆用热镀锌或热镀锌-5%铝-混合稀土合金镀层低碳钢丝》;低压电力电缆钢丝铠装质量可以参照GB/T 3082-2008《铠装电缆用热镀锌或热镀锌-5%铝-混合稀土合金镀层低碳钢丝》要求,但可以不必按照此标准考核。
   铠装用钢丝镀层类别分为两类:一类为镀锌层;另一类为镀锌-5%铝-混合稀土合金镀层。日常生产中使用的钢丝多为镀锌层类。
   钢丝镀层级别按镀层重量分为两组:Ⅰ组和Ⅱ组。标准规定,铠装钢丝应优先采用下列标称尺寸的钢丝:0.8 mm,1.25 mm,1.6 mm,2.0 mm,2.5 mm,3.15mm,4.0 mm,5.0 mm,6.0 mm。从标准上的规定,我们可以看出:铠装用钢丝的直径偏差允许范围还是比较大的,而且钢丝直径不包括钢丝上的非金属防蚀层。根据制造商的工艺控制水平,双方可以协商决定,允许采用比规定直径更大的钢丝。
   钢丝所做拉力试验、扭转试验、缠绕试验(见表1),镀层重量试验(见表2)等试验应符合GB/T 3082-2008的要求。对接头的技术要求,标准强调:"钢丝交货盘卷应由一根钢丝组成,钢丝在最后一道拉拔前允许焊接;有镀层的成品钢丝不应有任何的接头。"
   表1 钢丝力学及工艺性能

标称直径
mm

抗拉强度Rm
N/mm2

断后伸长率

  

   

%
不小于

标距
mm

次数/3600
不小于

标距
mm

芯棒直径与钢丝标称直径之比

缠绕圈数

0.8

345495

10

250

24

150

-

 

1.25

22

1

8

1.6

22

2.0

20

2.5

20

3.15

19

4.0

15

5.0

10

6.0

10

  表2 钢丝镀层重量及缠绕试验

标称直径(㎜)

锌层重量
g/mm2
不小于

缠绕试验

锌层重量
g/mm2) 不小于

缠绕试验

芯棒直径为钢丝标称直径的倍数

缠绕圈
数不小于

芯棒直径为钢丝标称直径的倍数

缠绕圈数

0.8

112

2

6

150

2

6

1.25

150

200

1.6

150

4

220

4

2.0

190

240

2.5

210

260

3.15

240

275

4.0

270

5

290

5

5.0

6.0

300

说明:1、中间尺寸的钢丝,按相邻较大钢丝直径规定值;2、镀层应附着牢固,按本表规定进行附着试验后,镀层不能开裂或起层到能用裸手指擦试掉的程度;3、钢丝表面应镀有均匀、连续的镀层,不得有裂纹、斑疤和漏镀的地方。

  三、铠装钢丝直径的确定
  电力电缆钢丝标称直径应符合表3要求,钢丝最小直径不小于标称直径的95%;控制电缆的钢丝标称直径和偏差应符合表3。
  表3铠装钢丝的标称直径

铠装前假定直径d/

铠装细钢丝标称直径/㎜(不小于)

允许偏差/

铠装粗钢丝标称直径/

允许偏差/

d≤10

0.8

±0.04

/

/

10d≤15

1.25

±0.05

15d≤25

1.6

±0.05

4.06.0

丝径≤4.2±0.10);
4.2
<丝径≤6.0±0.13

25d≤35

2.0

±0.05

35d≤60

2.5

±0.05

d60

3.15

±0.08

说明:1、粗钢丝铠装电缆的型号在GB/T12706-2008标准的附录中提到了,但在标准的正文中对粗钢丝的直径未有明确规定;2、在GB/T2952-2008中对粗钢丝的直径规定为4.06.0mm范围之间。

  四、铠装钢丝根数的确定
  根据标准要求钢丝铠装电缆钢丝根数可按照GB/T 2952-2008《电缆外护层》中公式进行计算(钢丝铠装电力电缆标准中无引用GB/T 2952-2008《电缆外护层》,只能参照此标准):
  N=π(D-d)sinα/d-N0≤1
  α=tg-1[L/(π(D-d)]
  N0为整数
  式中:
  N-铠装钢丝总间隙相当于钢丝的根数;
  N0-实测铠装钢丝根数;
  D-钢丝铠装层的实测外径,mm;
  d-铠装钢丝(包括防蚀层)的实测外径,mm;
  α-钢丝绕包角,(°);
  L-实测钢丝绕包节距,mm。
  钢丝的根数和节距有一定的关系,在以上三个约束条件中,有三个未知数,即N0,α,L.我们需要的是钢丝的根数和节距。实际上仅仅根据以上三个约束条件,我们只能计算出钢丝的最多根数,即π(D-d)sinα/d并取整数,但是按这个根数来生产,就会产生根数偏多,绞合后钢丝节距太大,这是不合适的,而最少的钢丝根数却难以计算,因为钢丝根数降低,节距也同时降低,但同样可以满足上式要求。
  参照导体正规绞合的结构,极限理论节径比为10.1,极限的实际节径比更小一些,相应的极限绕包角度为72.73度。由此,我们可以通过假定一个角度,或者假定一个节径比来计算,例如假定L=10D, 并令π(D-d)sinα/d-N0=1,就可以计算出钢丝的根数。
  五、钢丝铠装电缆铠装工艺其他注意事项
  1、钢丝铠装的形式
  采用退扭方式,进行钢丝铠装时,需针对不同规格的钢丝,根据工艺要求,调整预变形器的弧高和弧宽,使钢丝变形为与电缆直径、节距相匹配的螺旋形,这样铠装钢丝就不易松散。但目前很多制造商,在钢丝铠装生产线上,未使用预变形器;也有制造商,在生产外径较大的钢丝铠装电缆时,常常采用盘绞机铠装钢丝,即钢丝静态放线,收线盘旋转,这种方式属于不退扭铠装。这两种钢丝铠装形式,铠装效果都不太理想。生产时,最好在铠装钢丝外绕包一到两层无纺布等绕包带,以防止钢丝松散,影响钢丝铠装质量。
  2、钢丝铠装电缆扭转应力释放
  钢丝铠装电缆在成缆及钢丝铠装过程中,存在着一定量的剩余扭矩。在钢丝铠装后剩余扭矩须得到有效释放,防止钢丝铠装电缆在敷设时径向旋转。电缆的径向旋转如处理不当,会造成比较严重的质量事故,轻则铠装层变形、外护套受损,重则电缆线芯直接被拉断。
  3、双层钢丝铠装
  为确保双层钢丝铠装特种电缆(如光缆、光电复合电缆、勘探电缆等电缆),在使用过程中的结构稳定性,需精确设计电缆双层钢丝铠装工艺参数,使内外两个钢丝铠装层对铠装电缆形成的扭矩大小相等,方向相反,即钢丝铠装电缆的扭矩达到平衡,确保电缆铠装后的结构稳定。

(来源:江苏华能电缆股份有限公司)


 







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