铝芯电磁线顾名思义就是指以铝为中芯的电磁线,电磁线(magnet wire)用以制造电工产品中的线圈或绕组的绝缘电线。又称绕组线。电磁线必须满足多种使用和制造工艺上的要求。前者包括其形状、规格、能短时和长期在高温下工作,以及承受某些场合中的强烈振动和高速下的离心力,高电压下的耐受电晕和击穿,特殊气氛下的耐化学腐蚀等;后者包括绕制和嵌线时经受拉伸、弯曲和磨损的要求,以及浸渍和烘干过程中的溶胀、侵蚀作用等。
铝芯电磁线可以按其基本组成、导电线心和电绝缘层分类。通常根据电绝缘层所用的绝缘材料和制造方式分为铝芯漆包线、铝芯绕包线、铝芯漆包绕包线和无机绝缘线。铝芯电磁线的漆包线:在导体外涂以相应的漆溶液,再经溶剂挥发和漆膜固化、冷却而制成。漆包线按其所用的绝缘漆可以分成聚酯漆包线、聚酯亚胺漆包线、聚酰胺亚胺漆包线、聚酰亚胺漆包线、聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺漆包线、耐电晕漆包线,以及油性漆、缩醛漆、聚氨酯漆包线等。有时也按其用途的特殊性分类,如自粘性漆包线、耐冷冻剂漆包线等。
早的电磁线的漆包线是油性漆包线,由桐油等制成。其漆膜耐磨性差,不能直接用于制造电机线圈和绕组,使用时需加棉纱包绕层。后来聚乙烯醇缩甲醛漆包线问世,其机械性能大为提高,可以直接用于电机绕组,而称为高强度漆包线。随着弱电技术的发展又出现了具有自粘性漆包线,可以不用浸渍、烘焙而获得整体性较好的线圈。但其机械强度较差,仅能有微特电机、小电机中使用。此外,为了避免焊接时先行去除漆膜的麻烦,发展了直焊性漆包线,其涂膜能在高温搪锡槽中自行脱落而使铜线容易焊接。vv23、vlv23 ,铜(铝)芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套电力电缆。
铜芯铜护套氧化镁绝缘电缆,国外叫mi电缆,国内简称矿物绝缘电缆或防火电缆。首先由瑞士进行研究开发,法国1934年率先掌握了该产品的生产技术,英国、美国分别于1936年,1945年开始研制,苏联于1951年研制出三芯以下的铜芯铜护套氧化镁绝缘防火电缆,我国于1962年开始研制该产品用于核反应堆。由于该产品以前的研制是运用于军事工业中(如:核反应堆工作发送器、喷气发动机喷嘴的温度测量),加之该产品的生产制造工艺与传统工艺有明显的区别,所以产量很小,电力配线用铜芯铜护套氧化镁绝缘防火电缆,我国在八十年代才开始研究,近几年开始了工业试生产,但国内市场需要量较小,生产厂也难以形成批量规模,八十年代以前一直依赖进口。随着科学技术进步和现代化建设步伐的加快及近几年来火灾造成的严重损失,使本产品市场需求日益增大。同时国家有关部门制定的电力、建筑设计手册或规范中已逐步明确规定部分场合必须使用铜芯铜护套氧化镁绝缘防火电缆。现在不仅防火系统、应急照明系统、报警系统、自动消防喷淋系统、人员撤离疏散系统(安全门、电梯)、高温场合、军事设施和装置及防爆场所的用电线路在使用,许多普通场合也开始使用。九八年,国内市场需要量5000km。九九年国内需要量升至6000km,根据我公司销售系统预测,该产品的国内市场需求量以每年20%的速度递增。
防火电缆是采用高导电率的铜作导体,无机物氧化镁作绝缘,无缝铜管作护套,经特殊工艺制作而成的现代建筑布线电缆和特殊行业(冶金、化工、石油等)用电缆。由于其用材和结构的特殊性,决定了该产品具有有机电缆(塑料电缆)所无法比拟的电气性能、机械性能、耐环境性能和环保性能。裸电缆长期使用温度为250℃,在950℃~1000℃时可持续供电3小时(国家标准规定90分钟),短时间或非常时期可接近铜的熔点1083℃工作(氧化镁绝缘熔点为2800℃)。
铝合金有很好的弯曲性能,其独特的合金配方、加工工艺,使柔韧性大幅提高。铝合金比铜柔韧性高30%,反弹性比铜低40%。一般铜缆的弯曲半径为10~20倍外径,而铝合金电缆弯曲半径仅为7倍外径,更容易进行端子连接。
铠装特性:国内常用的铠装电缆,大多采用钢带铠装,安全级别低,在受到外界破坏力时,其抵御能力差,容易导致击穿,且重量重,安装成本相当高,加之耐腐蚀性能差,使用寿命不长。而我们根据美国标准开发的金属连锁铠装电缆,采用的是铝合金带连锁铠装,其层与层之间的连锁结构,保证电缆能经受外界强大的破坏力,即使电缆遭受较大的压力和冲击力时,电缆亦不易被击穿,提高了安全性能。同时铠装结构使电缆与外界隔离,即使在火灾时,铠装层提高了电缆的阻燃耐火级别,降低了火灾的危险系数。铝合金带铠装结构相对于钢带铠装,其重量轻,敷设便利,可免桥架安装,能减少20%~40%的安装费用。根据使用场所的不同可以选择不同的外护套层,使铠装电缆的用途更加广泛。
紧压特性:单从体积电导率方面考虑,铝合金不及铜,但我们开发的导体不仅从材料性能方面作出了改进,而且在工艺方面也取得大的突破,我们采用超常规的紧压技术,使紧压系数达到0.93,而异型线的紧压系数能达到0.95,在国内属于首创。通过大极限的紧压,可以弥补铝合金在体积导电率上的不足,使绞合导体线芯如实心导体一般,明显的降低线芯外径,提高导电性能,在同等载流量情况下导体外径只比铜缆大10%。
在长途光缆通信系统中,光纤传输特性应是长期稳定的,尤其是长途干线直埋光缆和海底光缆系统,对光缆的长寿命提出了更高的要求。一般对陆地光缆的使用寿命,希望有20年以上的安全使用期,而对海底光缆,则要求其使用寿命提高到25年以上,其故障间隔时间平均要求为10年。因此,如何延长光缆的使用寿命,怎样正确的使用光缆,都是人们关心的重要技术课题,下面从光缆的结构方面谈谈如何延长光缆的使用寿命。
影响光缆中光纤寿命的三大因素:光纤是光缆中重要的组成材料之一,要提高光缆的使用寿命,根本的是要提高光纤的使用寿命。影响光纤使用寿命的原因主要有:①光纤表面的微裂纹的存在和扩大;②大气环境中的水和水蒸气分子对光纤表面的浸蚀;③不合理敷设光缆时残留下来的应力长期作用等。由于上述原因,使得以石英玻璃为基础的光纤机械强度逐渐降低,衰耗慢慢增大,后使光纤断裂,终止了光缆的使用寿命。
由于在纤维表面上总是会存在着微裂纹,在大气环境中发生慢裂纹生长,使裂纹不断地扩大,使光纤的机械强度逐渐退化。例如,一根125μm直径的石英光纤,经过3年的慢变化以后,使光纤的抗拉强度从180kpsi(相当于1530g抗拉强度),降到了60kpsi(相当于510g抗拉强度)。光纤这种慢变化而引起机械强度降低的原理是:当光纤表面有微裂纹(或缺陷)时,在受到外来应力的作用时,并不会立即断裂,只有施加应力达到裂纹的临界值时,纤维才会断裂。而石英纤维承受到一个小于临界值的恒定应力时,表面裂纹会发生缓慢的扩大,使裂纹的深度达到断裂的临界值,这就是纤维机械强度退化的过程。石英光纤机械强度的退化是由于承受到的应力与大气环境中的水和水蒸气分子浸蚀的联合作用造成的。
市场对电线电缆产品提出了高质量和低价格的要求。这就需要对现有常规产品进行研究,充分发掘潜能,以创造更大的技术经济效益。目前交联聚乙烯绝缘电力电缆(以下简称交联电缆)的导体多用圆形紧压绞合导体,该结构的导体在绝缘挤出和多芯成缆时的工艺控制和操作都较简单,但圆形的绝缘线芯在成缆时都要用填充材料填充空隙,以保证成缆后成品电缆外观的圆整度。这在增加电缆辅助材料的同时,也增加了电缆的外径,无形中又增加了后道工序的材料用量,增加了电缆的制造成本。在新的电缆国家标准中由于取消了原规定的交联聚乙烯绝缘电力电缆导体为圆形紧压的限制,考虑到上述额外的材料用量,如果把导体改作扇形,使扇形的绝缘线芯成缆后正好形成圆形,这不但可以大大减少缆芯的成缆填充材料,同时降低了成缆外径,使后道工序的材料用量也可减少,从而降低电缆的制造成本。
技术关键:根据上述情况,设计了相应的电缆结构。关键问题是由于扇形导体外表面的曲率半径小于同截面的圆形导体,造成相邻绝缘层的局部电场强度较高,要较好地解决这问题,必须对扇形导体截面进行优化设计。交联电缆的半导电屏蔽层和绝缘层挤制为三层共挤,采用常规圆形紧压导体三层共挤时其偏心度就不易控制,更何况对扇形导体的三层共挤,其工艺难度可想而知。我们经过多次摸索反复试制,终设计出一套三层共挤模具,从而基本解决了扇形导体的绝缘挤出的工艺难点。
工艺工装的设计和试验因为扇形导体在塑力缆的绝缘挤制时通常为单层挤出,一般可直接采用圆形挤管式模具。而ccv机组的绝缘挤出为三层共挤,胶料流动状态比较复杂。为获得良好的绝缘形状,必须采用合适的模具。我厂先后采用了以下四种试验方案。
模芯模套全部采用扇形,挤压式实际挤制后发现,虽然线芯和模口均为扇形,但挤出的绝缘层厚度极不均匀,扇形两翼处的绝缘厚度小,在扇形面处的绝缘层厚度较大,结果是绝缘线芯外观呈扇形不大明显,而接近于圆形。分析原因认为,挤压式模具使熔融的胶料在流道中存在压力,而由于模口处的扇形使得出口处压力不均,导致在截面上出胶量存在较大差异,从而造成扇形形状不明显而成为圆形。
在光缆中使用的金属塑料复合带主要材料是电镀铬钢带、电缆用铝带、乙烯丙烯酸共聚物等。金属塑料复合带的各项性能与它所采用的原材料性能密切相关。从试验结果来看,金属基带的品质决定了复合带的机械性能、抗腐蚀性能的品质,同时金属基带、共聚物的品质直接关系到复合带的粘结性能的品质。对光缆质量有着严格要求的用户,需要对原材料性能进行控制,以确保光缆的品质。
钢塑复合带的基带应采用镀铬钢带(tinfreesteel)简称tfs,镀铬钢带的特点是:由于钢带表面镀有一层铬,铬的化学性质很稳定,在常温下,放在空气中或浸在水里,不会生锈,耐腐蚀性能非常好。由于金属铬在大气中易氧化形成一层极薄的钝化层,所以耐环境性能好,在一般酸性环境中很稳定,在潮湿大气中也很稳定。镀铬钢带附着力强,有资料显示,它对有机涂层的附着力比镀锡钢带强3~6倍,因此镀铬钢塑复合带的粘结性能好。镀铬钢带还具有很好的耐高温性能,铬的熔点高达1900℃。
有些厂家为了降低成本,采用镀锡钢带为基带生产钢塑复合带。镀锡钢带(ets)在干燥洁净的大气中具有良好耐腐蚀性,但是,镀锡层表面的针孔、气泡等是不可避免的,因此在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下,容易发生腐蚀,尤其是在酸性或有微量盐份存在的环境中,腐蚀速度相当快。锡镀层耐热性差,熔点仅232℃,因此镀锡钢塑复合带在应用中由于挤护套时的高温,使得剥离强度存在不确定性。
还有的厂家采用无镀层钢带也称为黑铁皮(blackplate)或cmq(canmakersqualityblack plate)制罐级黑铁皮为基带生产钢塑复合带。这种钢带突出的缺点是耐腐蚀性特别差,在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下,很容易发生腐蚀,在酸性或减性环境中,腐蚀速度非常快,造成钢带穿孔、漏气、进潮,导致通信障碍;这种复合带的钢基带与薄膜之间的附着性差,剥离强度很低,纵包搭接处易出现缝隙而进潮,做成光缆以后,钢基带与护套容易出现分离,构不成综合粘结护层,挡潮性能非常差。由于耐腐蚀性差、与薄膜的粘结性差,所以,用镀锡钢带、黑铁皮做成的钢塑复合带往往不能通过光缆用金属塑料复合带标准所规定的耐腐蚀性试验。