電線電纜畢業(yè)設(shè)計

1、 摘 要 本文粗略論述了電纜的含義、制造流程和電線電纜行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和重要性，以及電線電纜行業(yè)的發(fā)展前景和現(xiàn)狀。也對中國在電纜制造方面和國外制造強(qiáng)國進(jìn)行了某些方面的比較。 本文著重探討了此次所設(shè)計電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和此電纜的電氣性能參數(shù)的計算。也適當(dāng)討論了無鹵阻燃電纜的發(fā)展前景和阻燃實(shí)驗(yàn)的方法過程。關(guān)鍵詞： 電線電纜 結(jié)構(gòu)參數(shù) 電氣性能 無鹵阻燃 阻燃實(shí)驗(yàn) this article discusses the meaning of manufacturing processes and cable, wire and cable industry is in the position in

2、 national economy and importance, as well as the wire and cable industry development prospect and current situation. also on the chinese in cable manufacturing and foreign manufacturers were some aspects of comparison.this paper focuses on the design of cable structure parameters and the electric pe

3、rformance parameter calculation. also discussed the prospects for the development of halogen-free flame retardant cable and flame retardant test method.key words： cable structure parameters electric performance 緒 論 自1836年世界上生產(chǎn)出第一條低壓電力電纜（橡皮帶繞包銅導(dǎo)線）至今，電線電纜已經(jīng)發(fā)展成為用途廣泛、品種繁多的一大產(chǎn)品類別。我國電線電纜行業(yè)經(jīng)過70多年的發(fā)展，也取得了較大

4、的進(jìn)步，生產(chǎn)的電線電纜有200多個品種、25000多個型號規(guī)格。電線電纜是用與傳輸電能、傳遞信息、實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換或者作為電氣設(shè)備的內(nèi)部的連接線的一大類電工產(chǎn)品。電線電纜按照其結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用不同。可分為裸導(dǎo)線（架空導(dǎo)線）與裸導(dǎo)體、電力電纜、電氣專備用電線電纜、繞組線、通信電纜和光纜五大類，每個大類下面又分為小類、系列、品種、規(guī)格等。電線電纜必須保證供電線路長期安全的運(yùn)行，以免造成國家財產(chǎn)和人生安全的重大損失。在電線電纜事故中，除了電線電纜本身質(zhì)量引起外，有些是由于電線電纜的選用和使用不當(dāng)引起的。因此必須正確合理的選擇使用電纜。 電線電纜是輸送能源、傳遞信息所不可缺少的基礎(chǔ)器材，從在社會信息化

5、、電氣化快速發(fā)展的今天，電線電纜已成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)中最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一。電線電纜行業(yè)又是配套行業(yè)，產(chǎn)品必須滿足國民經(jīng)濟(jì)各主行業(yè)對電線電纜性能的要求，國民經(jīng)濟(jì)覺得多數(shù)行業(yè)都與電線電纜相關(guān)，其產(chǎn)業(yè)地位是十分重要的。我國電線電纜行業(yè)目前仍處在發(fā)展階段，作為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)重要先導(dǎo)行業(yè)，電線電纜產(chǎn)銷指標(biāo)的增長一般比國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值要略高一些。伴隨著中國電線電纜行業(yè)高速發(fā)展，新增企業(yè)數(shù)量不斷上升，行業(yè)整體技術(shù)水平得到大幅提高。目前我國電線電纜行業(yè)國有及規(guī)模以上企業(yè)約5000家，其中大型企業(yè)有19家，總產(chǎn)值占整個市場份額的11%?；馂?zāi)給人類帶來的災(zāi)害是慘重的，損失是巨大的，并隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)的發(fā)展，火災(zāi)損失

6、呈上升趨勢，因此國內(nèi)外均對火災(zāi)的預(yù)防極為重視。電線電纜是傳播火災(zāi)的重要途徑之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，2002年我國發(fā)生的火災(zāi)中因電線電纜引起的占35%，在火災(zāi)中死亡的人員中有三分之一的是因?yàn)槲腚娋€電纜燃燒時釋放的有毒氣體而窒息死亡，目前火災(zāi)事故中，電線電纜引起的火災(zāi)不容忽視，怎樣阻止電線電纜的燃燒，即是被明火燃燒還低煙無毒，這是電線電纜制造業(yè)的一大課題。因此阻燃電纜是電纜行業(yè)極為關(guān)注的領(lǐng)域，我國在二十世紀(jì)八十年代和九十年代開發(fā)并生產(chǎn)了多種阻燃電纜。隨著用戶對阻燃電纜深入了解，以及電纜燃燒時由于有毒有害氣體大量產(chǎn)生造成人員死亡，設(shè)備受損及煙霧嚴(yán)重使人員不能及時撤離的危害，提出了電纜不僅具有良好的阻燃

7、性能，而且一旦燃燒后產(chǎn)生的氣體中無鹵酸（有害氣體）并且發(fā)煙量低，為此發(fā)展了無鹵低煙阻燃電纜。這些無鹵低煙阻燃包括電力電纜、控制電纜、光纜、建筑用線及數(shù)據(jù)電纜，用于地下鐵道、電站、化工廠、船艦、高層建筑、信息產(chǎn)業(yè)等重點(diǎn)工程和人員和設(shè)備密集場所，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，高新技術(shù)不斷更新，產(chǎn)品向高層次發(fā)展，無鹵低煙阻燃電纜品種和數(shù)量大幅增加大勢所趨。常規(guī)的電線電纜是相當(dāng)嚴(yán)重的污染源，其在制造、使用及廢棄處理時會產(chǎn)生大量的二惡英、鉛、鹵等公害。近年來，歐洲、美國及日本對與電線有關(guān)的公害十分重視，其政府不僅對電纜制造過程的排放物進(jìn)行嚴(yán)格的限制，而且對報廢電纜的處理實(shí)施了全面的監(jiān)控，迫使電纜廠商用符合環(huán)保要求的

8、材料取代傳統(tǒng)材料，制造環(huán)保型電纜或所謂清潔電纜。此次我設(shè)計的電纜為wdzb-yjy 8.7/10 3x95，所以在此次的設(shè)計過程中，就要充分的考慮無鹵低煙阻燃的條件。通過此次的畢業(yè)設(shè)計是我不僅是為了完成這個題目而進(jìn)行設(shè)計，更重要的是能夠使我得到在設(shè)計過程的對電纜制造的流程工藝能有一個更加切合實(shí)際的領(lǐng)悟。也算是在正式參加工作之前的一個練習(xí)。 目 錄摘要緒論第1章 電纜結(jié)構(gòu)、材料、尺寸的確定及計算 1.1 電纜結(jié)構(gòu)與材料的確定及電纜結(jié)構(gòu)圖 1.2 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的計算 1.3 安全裕度及絕緣厚度驗(yàn)證 第二章 單位長度電纜電性能參數(shù)的計算 2.1 導(dǎo)體的直流電阻和交流電阻的計算 2.2 絕緣電阻、電容

9、與電感的計算 2.3 金屬護(hù)套損耗因數(shù)的計算 第三章 電纜連續(xù)額定載流量和短路電流的計算 3.1 等效熱路圖及各種熱阻的計算 3.2 電纜額定載流量的計算 3.3 空氣中敷設(shè)電纜的的熱容和短時負(fù)荷（1h）載流量 3.4 允許短路電流和短路溫度的計算 3.5 各種損耗計算 3.6 電纜臨界長度的計算第五章 阻燃實(shí)驗(yàn) 5.1 單根電線電纜水平燃燒實(shí)驗(yàn) 5.2 單根電纜傾斜燃燒試驗(yàn) 5.3 成束電纜燃燒試驗(yàn) 第六章 結(jié)束語 第一章 電纜結(jié)構(gòu)、材料、尺寸的確定及計算 1.1 電纜結(jié)構(gòu)與材料的確定及電纜結(jié)構(gòu)圖 由此電纜的型號wdzb-yjy 8.7/10 3x95可知，該電纜是無鹵低煙阻燃b類，銅導(dǎo)體，

10、交聯(lián)聚乙烯絕緣，聚烯烴護(hù)套，同時具有內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽，電壓等級為8.7/10kv，三芯，標(biāo)稱截面積為95mm2的電力電纜。此電纜的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：外護(hù)套阻燃包帶成纜金屬屏蔽 人2絕緣屏蔽xlpe絕緣導(dǎo)體屏蔽銅導(dǎo)體 wdzb-yjy 8.7/10 3x95 電纜結(jié)構(gòu)1.2 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的計算 （1） 電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和單線根數(shù)的確定導(dǎo)體采用緊壓絞合圓形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體用銅單線符合gb/t3953-2009電工圓銅線中tr型圓銅線。根據(jù)由喬月純、鄧先鋒等編寫的電線電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計p11中表2-3可知，標(biāo)稱截面積為95mm2的緊壓絞合圓形導(dǎo)體，其單線最少為15根，本設(shè)計采用簡單正規(guī)絞合分層緊壓，即1+6+12=1

11、9，取緊壓系數(shù),=0.90，延伸系數(shù)=1.10，20=0.017241mm2/m，又有20時銅的最大電阻rb=0.193/km 由于此型號電纜為阻燃電纜，故，纜芯可以有絕緣單線和填充繩組成。填充繩為巖棉阻燃材料，燃燒溫度可達(dá)600，起到阻燃耐火作用。 (2) 單絲直徑和緊壓導(dǎo)體直徑的確定對于三芯電纜取k3=1.02，而k1、k2可根據(jù)標(biāo)稱截面積a1求出單絲近似直徑d1來確定。由，得則，可取k1=1.02 , k2=1.02又有緊壓絞合導(dǎo)體的直徑 應(yīng)在工廠對上述結(jié)構(gòu)尺寸的絞合緊壓導(dǎo)體進(jìn)行試生產(chǎn)校驗(yàn)，即取一段試驗(yàn)產(chǎn)品測電阻，電阻應(yīng)合格，然后根據(jù)稱重質(zhì)量計算出jy，在進(jìn)行有關(guān)計算。設(shè)緊壓導(dǎo)體的電阻率

12、jy=0.01765mm2/m則可得2所以dc符合課本p9中表2-1中的1112mm的要求，因此可取d=2.597mm，并按照dc=11.377mm進(jìn)行后續(xù)設(shè)計，既符合電阻要求，又比較經(jīng)濟(jì)。（3） 絕緣和屏蔽層的確定絕緣應(yīng)采用符合課本表3-1的xlpe材料，查表3-8可知8.7/10kv電纜的絕緣厚度標(biāo)稱值i=4.5mm內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽的材料為交聯(lián)聚乙烯基料+導(dǎo)電炭黑+eva+防老劑。其老化前后的電阻率為：內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽不大于1000m，外半導(dǎo)電屏蔽不大于500m.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，8.7/10kv交聯(lián)電纜可取內(nèi)外半導(dǎo)電層的厚度均為0.7mm，即nb=wb=0.7mm。金屬屏蔽采用單層銅帶重疊搭蓋繞包方式

13、。銅帶間搭蓋率的標(biāo)稱值應(yīng)不小于15%，最小搭蓋率應(yīng)不小于5%。銅帶的標(biāo)稱厚度為0.10mm，則銅帶屏蔽的總厚度為j=0.10x2=0.20mm，銅帶的寬度為35mm。（4） 外護(hù)套的確定外護(hù)套應(yīng)采用添加大量al(oh)3或者mg（oh)2的聚烯烴等無鹵低煙材料，選用合適的輔助材料作填充、包帶或者阻燃增強(qiáng)層，使產(chǎn)品達(dá)到相應(yīng)的燃燒特性要求。所有材料中不應(yīng)含有鹵素。查課本附錄一中得，截面積為95mm2導(dǎo)體的假設(shè)直徑dl=11mm，由金屬屏蔽的截面積查得直徑增加值為djz=0.8mm則每相金屬屏蔽的假設(shè)直徑djj=dl+2i+3.0+djz=11+2x4.5+3.0+0.8=23.8mm三芯成纜纜芯的

14、假設(shè)直徑dlj=2.16x23.8=51.41mm則 e=0.035d+1.0=0.035x51.41+1.0=2.80mm，符合厚度要求?，F(xiàn)將該電纜的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計值列于下表中nddcnbdnbidinbdwbjpdjddlede192.59711.3770.712.784.521.780.723.180.223.5851.412.857.01（5） 填充物的確定此型號阻燃電纜的填充，應(yīng)用無鹵低煙阻燃帶繞包。1.3 安全裕度及絕緣厚度驗(yàn)證1.3.1 安全裕度的計算根據(jù)得當(dāng)u0取工頻試驗(yàn)電壓時，g取gl=10kv/mmu0=3.5x8.7=30.45kv rc=帶入有在1.21.6之間1.3.

15、2驗(yàn)證絕緣厚度利用平均場強(qiáng)公式進(jìn)行計算，非別計算出長期工頻電壓下和脈沖電壓下的絕緣厚度，取其厚度大者作為確定絕緣厚度的依據(jù)。長期工頻電壓下： gl取10 則 脈沖電壓下：因此，應(yīng)以工頻電壓下的絕緣厚度作為確定i的依據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)gb/t 12706.3中取i=4.5mm。 第二章 單位長度電纜電性能參數(shù)的計算2.1 導(dǎo)體的直流電阻和交流電阻的計算2.1.1 導(dǎo)體的直流電阻20下，單位長度的電纜導(dǎo)體的直流電阻為取20=1.7241x10-8 m k1=k2=k3=1.02則xlpe電纜長期運(yùn)行最高溫度為90，其單位長度直流電阻為：r=kkk1+(-20) 代入數(shù)值計算得2.1.2 導(dǎo)體交流電阻在交

16、流電阻作用下，導(dǎo)體交流電阻將受到集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)影響，其計算公式為：r= r（1+ y +y） 式中：r-90下單位長度導(dǎo)體直流電阻；y-集膚效應(yīng)因數(shù)；y- 鄰近效應(yīng)因數(shù)。a. 集膚效應(yīng)因數(shù)集膚效應(yīng)因數(shù)是由于集膚效應(yīng)使電阻增加的百分?jǐn)?shù)，表達(dá)式為：ys= 式中：x=k10,代入數(shù)據(jù)的將x帶入得：y=b鄰近效應(yīng)因數(shù) 鄰近效應(yīng)因數(shù)是指由于鄰近效應(yīng)使電阻增加的百分?jǐn)?shù)，表達(dá)式為0.312 式中：x=k10，d-導(dǎo)體直徑，mm；s-線芯中心軸間距（s=de）,mm；k=1,代入上式中得綜合鄰近效應(yīng)和集膚效應(yīng)后，導(dǎo)體交流電阻為：r= r（1+ y +y）=c附加電阻的計算當(dāng)護(hù)套兩端接地形成通路時，會產(chǎn)生環(huán)

17、流，有環(huán)流引起的附加電阻r。附加電阻的計算將在下節(jié)中進(jìn)行。2.2 絕緣電阻、電容與電感的計算2.2.1 絕緣電阻的計算由于此電纜為分相屏蔽型電纜，所以，此電纜的每一相的絕緣電阻與單芯電纜相同，按照下是進(jìn)行計算： r= 取體積電阻率i=5x1014m 又有ri=10.89mm r內(nèi)=則m2.2.2 電容的計算此三芯分享屏蔽電纜的每相電容和單芯電纜的電容計算公式一樣。c=x10-12=f/m-xlpe相對電容率，查表可得取值為2.5；r-絕緣半徑，其值為10.89mm；r-內(nèi)半導(dǎo)電層半徑，其值為3.194mm。代入上式的2.2.3 電感的計算此次設(shè)計電纜為三芯分型屏蔽電纜，且敷設(shè)條件為等邊三角形敷

18、設(shè)。又由于此電纜金屬屏蔽兩端通路，故導(dǎo)體上相應(yīng)的會產(chǎn)生附加電感和附加電阻，則，每相上單位長度的的電感都要相應(yīng)的減去附加電感l(wèi)，每相導(dǎo)體上的電阻則要加上h環(huán)流引起的附加電阻r。即有又有l(wèi)i=0.5x10-7h/m s=de=57.01mm rc=5.689mm rs=mm 又20時單位長度的金屬屏蔽的電阻取金屬屏蔽的工作溫度為70，此時的則附加電感h/m附加電阻所以，單位長度的有效電感有效電阻rc=r交+r/=2.3342x10-4+3.19x10-6=2.3661x10-4/m2.3 金屬屏蔽損耗因數(shù)的計算三芯分相屏蔽型電纜與單芯電纜等邊三角形敷設(shè)金屬護(hù)套通路的情況一樣，其 1/要比1/大得多

19、，故只需計算1/即可。 第三章 電纜連續(xù)額定載流量和短路電流的計算3.1 等效熱路圖及各種熱阻的計算3.1.1 等效熱路圖由電纜型號wdzb-yjy知此電纜無鎧裝結(jié)構(gòu)，故其等效熱路圖如下圖示： wc+0.5wi c t1 3(wc+wi+ws) 3(wc+wi+ws)+wac t1 s t3 t4 c c c t1 分相屏蔽型三芯電纜等效熱路圖 其中c 、s 、e 、o分別為電纜導(dǎo)體、金屬屏蔽、電纜表面、周圍媒質(zhì)的溫度 t1 、t3 、t4分別為絕緣層、外護(hù)層、媒質(zhì)熱阻3.1.2 絕緣層熱阻此電纜為三芯，有屏蔽層的電纜，其絕緣層的熱阻計算需按照下式計算g，幾何因數(shù)，其數(shù)值可通過下面附圖一計算查

20、的k，屏蔽因數(shù)，其數(shù)值可通過下面附圖二計算查的n，纜芯根數(shù)t，絕緣熱阻 附圖一0.5 0 5 10 15 20 25 30 通過一系列的插圖計算可得k=0.525，g=1017又有代入計算的3.1.3外護(hù)套熱阻外護(hù)層一般都為同心結(jié)構(gòu)，其熱阻計算為te，外被層的厚度da，外被層以內(nèi)的直徑有代入計算的3.1.4 媒質(zhì)熱阻此電纜敷設(shè)于空氣中，且不受陽光直射，則其熱阻可有下式進(jìn)行計算de*，電纜外徑（單位為m）h，散熱系數(shù)，其值可有附圖三中查的 附圖三有de*=0.05701m=5.701cm，通過上圖可查的h=3w/m2k5/4 由于此處的計算用到電纜的介質(zhì)損耗，特在此驚進(jìn)行介質(zhì)損耗的計算下面用曲線

21、圖法計算此法通過兩步進(jìn)行相應(yīng)計算：（a） ka值的計算其中 由1=0.0286 2=0 h=3w/m2k5/4 t1=0.114t.m t2=0 t3=0.058t.m代入上式計算的(b）計算 其中 又有電纜表面對日光的吸收系數(shù)，此處取=0.4,h為日光輻射照度，一般都取值103w/m2代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計算則=50+0+2.17=52.17k下面通過查附圖四，確定=2.61 附圖四則，媒質(zhì)熱阻3.2 電纜額定載流量的計算此型號電纜為三芯分相型電纜，則，載流量的計算公式為有代入上式計算3.3 空氣中敷設(shè)電纜的的熱容和短時負(fù)荷（1h）載流量此次設(shè)計電纜為低壓電纜，則其熱容用等效熱熔來表示，具體計算公式

22、為下面分別計算上述四個數(shù)值則單位長度的此電纜的等效熱容為下面計算短時載流量由公式且=kttt等效熱阻代入數(shù)據(jù)的=2587.11x2.312=5981.40則3.4 允許短路電流和短路溫度的計算 短路電流的計算公式為 下面計算導(dǎo)體的短路電流經(jīng)過查由喬月純主編的電線電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計中p202的表8-10知，k=226=234.5k t=3s 1=90 2=250 代入上式計算得則，導(dǎo)體的短路溫度由下式得出 下面計算金屬屏蔽的短路電流則金屬屏蔽的短路溫度為3.5 各種損耗計算導(dǎo)體的損耗、介質(zhì)損耗、金屏損耗分別為： 電纜各處的溫度：3.6 電纜臨界長度的計算極限情況下，當(dāng)電容電流增加到與額定電流相等時的電

23、纜長度，稱為電纜的臨界長度。即 第五章 阻燃實(shí)驗(yàn) 電線電纜的阻燃特性，除與試驗(yàn)方法有關(guān)外，還與試樣數(shù)量有關(guān)，故有單根和成束燃燒試驗(yàn)之分，并相應(yīng)用“單根阻燃”和“成束阻燃”來描述他們的阻燃特性。并且，實(shí)驗(yàn)過程中又有水平燃燒和傾斜燃燒之分。5.1 單根電線電纜水平燃燒實(shí)驗(yàn) 5.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)過程中用到的有火源、金屬罩、排風(fēng)扇、秒表。具體的規(guī)定按照gb/t 12666.3-90的規(guī)定。5.1.2試樣制備從成品電纜上截取一根試樣，長度為30010mm。用布擦凈試樣表面，對于標(biāo)稱直徑超過32mm的電纜，在式樣表面上繪制兩條平行于試樣軸線并與直徑相對的直線a、b（本次設(shè)計電纜標(biāo)稱直徑大于32mm）。5.1.3實(shí)驗(yàn)步驟 具體的實(shí)驗(yàn)步驟按照gb/t 12666.3-90中4.2節(jié)內(nèi)容5.1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果評定實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時符合下述要求，則