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钢丝铠装电缆铠装生产工艺探讨

发布日期：2015-12-09 来源：光电产业网作者：苏州市光电产业商会阅读：344 次

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		扭转		缠绕
标称直径（mm）	抗拉强度Rm （N/mm²）	% 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	345～495	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（㎜）	Ⅰ组			Ⅱ组
	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	/	/
10＜d≤15	1.25	±0.05	/	/
15＜d≤25	1.6	±0.05	4.0～6.0	丝径≤4.2（±0.10）； 4.2＜丝径≤6.0（±0.13）
25＜d≤35	2.0	±0.05
35＜d≤60	2.5	±0.05
d＞60	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4.0～6.0mm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。