?電線電纜用以傳輸電(磁)能,信息和實現(xiàn)電磁能轉換的線材產品。電線電纜作為電能或信號傳輸?shù)妮d體,其結構材料需要滿足多種要求,以確保安全、高效、穩(wěn)定的傳輸性能。
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一、導體材料
良好的導電性
電線電纜的導體主要作用是傳導電流,因此必須具有良好的導電性。常見的導體材料如銅和鋁,銅的導電性極佳,其電導率高,在標準條件下,銅的電導率約為 5.96×10? S/m,能夠有效減少電能在傳輸過程中的損耗。例如,在電力傳輸線路中,使用高純度的銅導體可以確保電能以較高的效率傳輸?shù)接脩舳恕?br>鋁的導電性雖然稍遜于銅,但由于其密度小、資源豐富、價格相對較低等優(yōu)勢,在一些對重量有要求或者大規(guī)模電力傳輸?shù)膱龊弦灿袕V泛應用。鋁的電導率約為 3.77×10? S/m,在架空輸電線路中,使用鋁導線可以減輕桿塔的負擔。
足夠的機械強度
導體需要具備一定的機械強度,以承受在制造、安裝和使用過程中的拉伸、彎曲、扭轉等外力作用。例如,在電纜敷設過程中,尤其是在需要穿管或者架空敷設的情況下,導體不能因為受到拉力而斷裂。對于銅導體,其抗拉強度一般在 200 - 400MPa 之間,能夠滿足大多數(shù)常規(guī)應用場景的強度要求。
為了提高導體的機械強度,有時會采用合金化的方法。例如,在銅中加入少量的錫、鋅等元素形成銅合金,或者在鋁中加入鎂、硅等元素形成鋁合金,這些合金導體在保持較好導電性的同時,機械強度得到顯著提高,適用于一些對強度要求較高的特殊場合,如礦井、船舶等環(huán)境下的電纜。
材料純度要求
對于導體材料,純度越高,導電性越好。例如,用于電力傳輸?shù)你~導體,其純度一般要求達到 99.9% 以上,高純度的銅可以減少雜質對電子傳導的干擾,降低電阻。雜質含量過高會增加導體的電阻率,導致電能損耗增加,同時還可能影響材料的其他性能,如機械性能和耐腐蝕性。
二、絕緣材料
高絕緣性能
絕緣材料的主要作用是防止電流泄漏,保證電能沿著導體傳輸。其絕緣性能通常用絕緣電阻和介電強度來衡量。例如,聚氯乙烯(PVC)是一種常用的絕緣材料,它的絕緣電阻較高,一般在 1012 - 101?Ω?m 之間,能夠有效阻止電流泄漏。
介電強度表示絕緣材料在不發(fā)生擊穿的情況下能夠承受的最大電場強度。像交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣材料,其介電強度可達到 20 - 30kV/mm 左右,這使得它能夠在較高的電壓下保持絕緣性能,廣泛應用于中高壓電纜中。
耐電暈性能好
在高電壓作用下,絕緣材料表面可能會出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。電暈會導致局部放電,使絕緣材料逐漸老化、損壞。因此,要求絕緣材料具有良好的耐電暈性能。例如,硅橡膠絕緣材料具有較好的耐電暈性能,它能夠在一定程度上抵抗電暈產生的侵蝕,延長電纜的使用壽命,常用于高壓電機引出線等容易產生電暈的場合。
化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性
絕緣材料需要在不同的化學環(huán)境下保持穩(wěn)定。例如,在化工企業(yè)中,電纜可能會接觸到各種酸堿等化學物質,要求絕緣材料能夠抵抗這些化學物質的腐蝕。像氟塑料絕緣材料,具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性,對強酸、強堿等腐蝕性物質具有很強的耐受性,適用于惡劣化學環(huán)境下的電線電纜。
適當?shù)娜彳浶院蛷椥?br>絕緣材料應具有一定的柔軟性和彈性,以適應不同的敷設環(huán)境和使用條件。例如,在柔性電纜中,絕緣材料需要能夠隨著電纜的彎曲而變形,不會因為過度僵硬而導致絕緣層破裂。橡膠類絕緣材料如天然橡膠和乙丙橡膠等,具有較好的柔軟性和彈性,能夠滿足在動態(tài)環(huán)境下(如移動設備的電源線)的使用要求。
三、護套材料
機械保護作用
護套材料主要是為了保護電纜內部的絕緣層和導體免受外界機械損傷。例如,在地下敷設的電纜,護套需要能夠抵抗土壤壓力、石塊等硬物的擠壓和摩擦。聚氯乙烯護套材料具有一定的硬度和耐磨性,能夠為電纜提供較好的機械保護。
耐環(huán)境性能
電纜可能會暴露在不同的自然環(huán)境中,如陽光、雨水、冰雪、風沙等。護套材料需要具有良好的耐候性、耐水性和耐紫外線性能。例如,氯化聚乙烯(CPE)護套材料具有良好的耐候性和耐水性,能夠在戶外環(huán)境下長期使用而不會出現(xiàn)明顯的老化、開裂等現(xiàn)象,適用于架空電纜和戶外敷設的電纜。
阻燃和防火性能
在一些特殊場合,如建筑物、礦井、地鐵等,要求電纜具有阻燃和防火性能。護套材料可以起到阻止火焰蔓延的作用。例如,低煙無鹵(LSZH)護套材料,在燃燒時產生的煙霧少、毒性低,并且具有一定的阻燃性能,能夠有效降低火災事故中的人員傷亡和財產損失。
四、填充材料和屏蔽材料(如果有)
填充材料
填充材料用于填充電纜內部的空隙,使電纜結構更加緊密。其要求是具有良好的柔軟性和彈性,不會對電纜內部的導體和絕緣層造成損傷。例如,常見的填充材料有玻璃纖維、麻繩等,它們可以防止電纜在受到外力作用時內部結構發(fā)生移位,同時還能起到一定的緩沖作用。
填充材料還需要具有一定的吸濕性,以防止電纜內部受潮。一些高性能的填充材料可以吸收并保持一定量的水分,避免水分在電纜內部積聚,從而保護絕緣層和導體的性能。
屏蔽材料
對于一些需要防止電磁干擾(EMI)或者射頻干擾(RFI)的電纜,需要使用屏蔽材料。屏蔽材料主要是金屬材料,如銅絲編織網、鋁箔等。銅絲編織網具有良好的導電性和柔韌性,能夠有效地屏蔽外界的電磁干擾,同時也能防止電纜內部信號的泄漏。
屏蔽材料的覆蓋率和接地方式也很重要。較高的覆蓋率可以提供更好的屏蔽效果,一般要求銅絲編織網的覆蓋率在 70% - 95% 之間。正確的接地方式可以確保屏蔽層能夠將電磁干擾信號有效地導入大地,保證電纜傳輸信號的準確性和穩(wěn)定性。