分割導體技術(shù)材

超高壓電力XLPE電纜制造技術(shù)系列講義之一扇形四或五分割預扭導體之制造概要余益定超高壓69kV以上之XLPE電力電纜已由臺電采用多年，預計2000年開始，臺電將進入161kV級以取代69kV級。除可減少線路損失外尚可提升電力供應品質(zhì)。因應都會區(qū)域所需此項超高壓電纜多層大型導體，電力公司規(guī)定在定型試驗時應送樣之導體尺寸如下：69kV1000mm2161kV1600mm2此種大截面導體，極易產(chǎn)生內(nèi)部渦流IddyCurrent促使導體溫度上升而造成輸電損失。為避免此項渦流，乃設(shè)計成為分割導體。SegmentalConductor實際上，分割導體在紙絕緣充油電纜OFCable時就已采用，并且需加入導油螺管,現(xiàn)應用于交聯(lián)PE絕緣XLPECable已不再需要導油螺管。分割導體制造屬于高難度技術(shù)，完全有別于傳統(tǒng)圓形絞線。規(guī)格的規(guī)定比較含混不明確，一般只有規(guī)定外徑、單位重量、導體電阻等，絞向、扇角、填充等都沒有規(guī)定。臺電規(guī)定四分割、五分割都可以，國外還有作成六分割或七分割，各工廠方式并不一致，且影響將來交聯(lián)PE絕緣尺寸品質(zhì)，如集合不圓，扇角突出等。此種導體是超高壓電纜制造技術(shù)一大問題業(yè)者不能不重視。應力求了解原理、選擇良好方法（機械），設(shè)計正確壓縮輪尺寸，并就因應臺電公司要求，探討此分割導體各項問題。二、 分割導體之特性要求依據(jù)臺電規(guī)范A-007，其譯文如后：3.交聯(lián)PE電纜規(guī)范：交聯(lián)PE電纜之構(gòu)造及材料須符合下列各項規(guī)定及附表1與表2。導體(Conductor)材質(zhì)：導體須為電氣用無鍍錫軟銅線，絞合前其物理特性須符合ASTMB3之規(guī)定。截面積：分為100、150、200、250、325、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600等(mm2)。形狀：壓縮圓形(Compacr-RoundStranded)：凡導體截面積為100~600mm2者須為壓縮圓形，導體最外層之絞向須向右轉(zhuǎn)(S方向)，其絞距不得大于該層外徑之20倍。絞線后其上層得加繞一層平均厚度約為非吸濕(Non-hygroscopic)之半導電性帶(Semi-ConducuiveTape)。四或五分割壓縮圓形(4or5SegmenualCompact-RoundStranded)：凡導體截面積大于或等于800mm2者須為四或五分割壓縮圓形。每分割導體最外層之絞向須向右轉(zhuǎn)(S方向)，其絞距不得大于該層最大寬度之20倍。分割導體間須有沿縱向放置之分割帶(SegmentTape)。分割導體絞合后其上須繞一層平均厚度約非吸濕之半導電性帶。導體單線之連接須符合ASTMB496之規(guī)定。導體外徑之容許差，須符合表3之規(guī)定。外觀檢查(AppearanceCheck)成品電纜須逐卷檢查其外表，藉肉眼觀察或手觸覺，電纜表面須平滑，無瑕疵、裂痕或其他損傷，色澤須均勻，被覆須鍍層導電性石墨粉。電纜被覆上須有明顯之臺電(TPC)記號，電纜規(guī)格、絕緣體厚度、遮蔽銅線規(guī)格及條數(shù)、制造廠商標志、制造年度以及每公尺長度連續(xù)號碼。構(gòu)造檢查(ConstructionandDimensionMeasure-ments)導體檢查：(本項檢查于中檢實施)(1)線徑：測定導體及遮蔽層之單線直徑(導體單線為參考用)須于絞或纏繞前實施，絞線或分割導體之直徑，應以可讀精確度至少為之測微計測定之。測量時任選接近兩端及中央三處，每處在同一垂直于導線直徑之平面上，隔相同角度測量兩次以上，然后將所測值平均，即為該試樣之直徑。(2)絞向：導體最外層之絞向須向右轉(zhuǎn)(S方向)，即反時針方向離開觀察者。(3)絞距：絞線或分割導體之絞距須小于其直徑或其最外層寬度之20倍。遮蔽銅線之絞距須為該遮蔽體外徑之6?10倍。(4)導體重量：利用分析天平測定，其重量不得低于附表1及表2規(guī)定值之98％。(5)導電率：導體及遮蔽銅線之單線其導電率以惠斯頓電橋或其他相似儀器測定，其須符合ASTM有關(guān)之規(guī)定。(6)抗張強度：導體及遮蔽銅線之單線其抗張強度以拉力機測定(參考用)。(7)伸長率：導體及遮蔽銅線之單線其伸長率以拉力機測定，其計算式如下：伸長率(％)=Ix100%式中：L:試樣原標點距離Lf：試樣拉斷之距離8） 導體之外觀其色澤應鮮明、光滑、無瑕點、裂痕或損傷9） 導體之平均外徑須符合附表1及表2之規(guī)定值。表3導體截面積mm2外徑允許差mm100?150200?500600?12001400?16001800?2000土土土土土根據(jù)臺電之要求600mm2以上要采用分割導體，四分割或五分割，但未明確規(guī)定下列各項：每一分割導體內(nèi)層之方向及絞距未規(guī)定預扭集合成形之絞距未規(guī)定預扭集合成形之分割帶材質(zhì)及厚度未規(guī)定預扭集合成形時造成中心及外緣空隙，是否可填充未規(guī)定。預扭成形時，需繞包一層厚約非吸濕性半導電帶，其重疊（overlap）程度未規(guī)定，其繞包方向也未規(guī)定。以上TPC依據(jù)ASTM及ICEA，但依據(jù)哪一冊（章）也未明示。三、制造流程分割導體多采用61股絞線機。標準機型為義架式Rigidtype。其他Type也可采用。以主軸傳動較精準。每一段7B、12B、18B、24B均應有成型眼模，可為圓形或扇形，此眼模應可自由迴轉(zhuǎn)或固定。緊接成型眼模之后，裝置有扇形壓縮輪，應為附動力旋轉(zhuǎn)而預扭。為求預扭成型（絞距）穩(wěn)定均勻，此壓縮輪（以下簡稱壓輪）多為前后兩組，最后兩段也有用三組。扇形壓輪之配置，兩組者為上下壓輪（兩輪式或三輪式）兩側(cè)。壓輪（左、右二輪式）三組者為上下壓、兩側(cè)壓，再加上下壓.第一段7B可有三種組合作法：一般圓型眼模（不壓縮），r不用壓縮扇形成型眼模 （半壓縮）預扭扇形壓輪 （全壓縮）上述組合a+c或a+c，b+c均可。在90°扇形時a+c即可，但在小于90°時，則十分需要a+c，b+c。第二段12B可有兩種組合作法：即a+c或b+c第三段、第四段則均為b+c。壓輪采用雙輪或三輪，待后述。四、絞合方向臺電規(guī)定每一分割導體外層須S絞（左右）。依據(jù)預扭需要，內(nèi)層必須和外層反向。否則同向時，預扭扭轉(zhuǎn)時易發(fā)生松弛反彈，但同向較易壓縮。而預扭集合成型時，集合方向也與最外方向相同，即同為向右。五、絞距臺電規(guī)定每一分割導體之外層絞距不得大于其最寬處之20倍，內(nèi)層則未規(guī)定。實際制造時，要考慮下列各個要素。壓縮成型之難易壓縮成型之壓縮度（半、全）成型后之重量上圖為扇形壓縮后導體之剖面圖A為最寬處B為高C為邊長D為分模線至弧頂距離V為分模線至底角距離0為底角R底角之曲率0e為扇角r扇角之曲率R為弧之曲率半徑四分割時底角為90°，五分割時底角為72°。最外層B=C=R無論底角及扇角，其曲率半徑力求最小，即希望尖銳些，以便集合成形時，空隙最小。一般內(nèi)層絞距太小則成為扇形不易，且也不易全壓縮，大多采用很大之絞距。在7股段甚或沒有絞距，但在12B、18B或24B之絞距太大時，則緊度不足，重量亦會不足。因此往往為了成型容易，內(nèi)層絞距會接近或大于其最寬處20倍。例如7/e,外徑為，20倍為144mm。而在最外層則接近于最寬處7~10倍，求其緊束內(nèi)層。例如最外層24/0,最寬處A25.5mm，絞距約190mm?200mm（約?8倍），絞線絞合角度約20°。在集合成型方面，其絞距主要考慮之因素如下：a緊度b對個別扇形絞距之影響c彎曲之影響一般采取集合后外徑之26?32倍，以10002、380為例，集合絞距約1100mm?1200mm,約為外徑之27?32倍，絞合角度為100。六、壓縮成型之探討分割導體之壓縮是屬于扇形之壓縮，由于外層之壓縮并不及于內(nèi)層，外層壓縮前之導體只是由圓形壓成橢形或矩形而已。內(nèi)層7B、12B共19B,屬中心層。此一層宜采取全壓縮狀況，同時也是成型之基礎(chǔ)，是最難壓縮之階段。扇角、底角之影響：扇形成型之尖角有三。如下圖：底角一、扇形二。為底角。較小時，進入之導體（即壓縮前）應為扇形。若進入之導體為圓形,則成型困難。9^90。，可以圓形導體進入壓縮OW90°，則宜以扇形導體進入，即每段都壓縮90°例如五分割，底角為72°，七股絞線或19股絞線以圓形之狀況進入扇輪壓縮一定十分困難。因進入72°之成型十分勉強，變形大。若以扇形之

狀況進入，如下三圖，即在第三節(jié)（§三）中b+c之方式較好。選擇素線徑及壓縮面積適當，則壓縮程度也會恰當。則銅導體易進入尖角（底角、扇角）處，形成最佳尖角。則在集合成形時，不會由于尖角欠妥（太鈍），造成相當大之空隙?？障短?，則內(nèi)半導電層充填不易。且整體圓形易變位，中心空隙太大，也可加入填充。填充材料要高絕緣、高耐熱（耐高溫），一般均填入絕緣紙紐或XLPE等。扇角空隙則只宜填入絕緣紙紐。兩輪TwinRoll及三輪TripleRoll壓縮輪之比較扇形之成型，實際上為三方向成型。如下圖，故三輪式較為合理。TripleRoll三輪式 TwinRoll兩輪式三輪式成型面與導體面成正切方向，摩擦小而內(nèi)壓力較強，對底角成型有利。兩輪式，即上下壓輪。因下壓輪是兩面一體，在底角處與扇角處平面線速度不同，易造成摩擦。減低內(nèi)壓力使成型不容易，多增加左右側(cè)壓以補上下壓之不足。在機械結(jié)構(gòu)上，若成型之尺寸（導體尺寸）太小時，則三輪式不易精確。兩輪式則因上下輪系左右側(cè)互相扣住比較容易精確。最近發(fā)展趨勢壓縮輪多由專業(yè)廠家制作，兩輪及三輪之價格相差不多此為機械結(jié)構(gòu)而言，當然三輪比兩輪多出一輪。就輪子本身而言，只多出一輪之費用。就整體結(jié)合而言，最佳搭配宜采用下列方式：

TwinRollTwinRollTripleRollTripleRoll側(cè)TwinRoll側(cè)TwinRoll以上就任何角度90°、70°、60°均可制造順利。若就90°而言，則全部TwinRoll也可以，比較差些。若將來可能會發(fā)7B段 7B段 12B段18B段 24B段展72°（五分割）或60°（六分割），則TwinRoll將無法得到良好之壓縮品質(zhì)。壓輪弧面之探討不論兩輪或三輪方式，弧面對成型之圓度十分重要。弧度不對，成型不圓，同時也會超出臺電之外徑公差，對制造XLPE內(nèi)導也會造成困擾。錯誤之設(shè)計為同心圓方式如下圖A：正確之設(shè)計為如下圖B：以四分割為例，每層成型如下圖，每層之弧都十分重要。以四分割為例，每層成型如下圖，每層之弧都十分重要。以上實際設(shè)計例附第10節(jié)中譯列七、絞合眼模之探討絞合眼模是在絞合之后、壓輪之前，一般標準絞線采用圓形。在分割導體方面，為了要配合成型容易，往往需要扇形。若為圓形，例如90°成型（四分割）7B+12B可采用圓形眼模。導體可在眼模內(nèi)迴轉(zhuǎn)，但要以扇形內(nèi)層進入外層絞合及壓縮，則圓形眼模易造成跳股。故為了配合前段已成為扇形之形狀及本段壓輪，就把圓形眼模改成扇形。此扇形眼模先作成兩半，加工后，合成再鎖扣進入護套中。眼模座裝置有軸承可自由迴轉(zhuǎn)。眼模之入口作為喇叭口狀以利絞線進入，如下圖示意：

采用此種眼模成型，比較容易控制壓縮成型，素線不致亂跳。（見18頁之圖）此眼模并非作壓縮之用，故尺寸設(shè)計要恰當，放大一些較好。（此素線繞在內(nèi)層扇形大）大部分此段和壓縮段連在一起迴轉(zhuǎn)。八、四分割與五分割之比較分析臺電規(guī)定69/161kVXLPECadle，在800mm2以上時均需分割導體，四或五分割均可。四分割及五分割之單一導體（每一分割）之面積如下表：A面積=nr2XS r二A61兀S：素線條數(shù)2r：素線徑800100012001400160018002000四分割2002250230023502400245025002等值標準絞法61/61/61/61/61/61/61/五分害V1602200224022802320236024002等值標準絞法61/61/61/61/61/61/61/

壓縮形狀尺寸（理論值）四分割0=90°壓縮時角度稍小五分割0=72°壓縮時角度稍小800100012001400160018002000四分割合成徑343845A2438B1719五分割合成徑343845AB1719?陰影部分大多不予采用四分割、五分割壓縮成型比較分析四分割底角為90°，可采取上下兩輪式壓縮成形。五分割底角為72°，采取上下兩輪式不易壓縮成形，宜采用三輪方式或增加側(cè)壓方式。本地廠家已知狀況如下廠家1000216002太平洋四分割五分割華新麗華四分割五分割大洋四分割五分割宏泰四分割五分割華榮五分割五分割四分割之素線徑大于五分割，壓縮時選用之壓縮輪（兩輪、三輪）及素線之軟度十分重要。素線軟度不足，壓縮不易，軟度以伸長率30~35%為宜。在作業(yè)上，四分割只用四條分割導體（單一）。五分割則多用一條多占一個供軸。在集合時，多上下一次供軸，效率相差1/5。四分割采用兩張分割帶，五分割采用三張。故五分割會有一張重復重疊，紙之費用及紙之厚度不大，可忽略。四分割或五分割在集合成形時，是否四分割容易變位（移位）而五分割不易變位，則未成定論。理論上四分割比較易變位，而突出尖角（扇角突出）。無論四分割、五分割中心都會產(chǎn)生空隙。五分割之72°不易壓縮，故空隙可能更大。此空隙是否可以填充，臺電未規(guī)定。若填適當材料可防止變位，所需增加成本有限，但對品質(zhì)有很大的助益。目前，日韓大廠都填充絕緣紙紐國外趨勢有作為五分割，中心填充一條銅線或銅絞線。更有用六分割，中心為圓絞線，對渦流及圓度、彎曲有更佳之作用。各業(yè)者應作深入研究對比可能會有一些研究成果。

九、素線徑之探討自上節(jié)可得知等值標準絞線之素線徑，例如：四分割五分割10002 61/（2502） 61/（2002）16002 61/（4002） 61/（3202）而在進入壓縮前之素線，一定要大于上述之線徑。為求生產(chǎn)性合理化則素線徑須內(nèi)外層相同。根據(jù)壓縮之成型分析，第六節(jié)§，內(nèi)層7B+12B應成為全壓縮狀況,而外層則為半壓縮（此半壓縮大一點）。換言之，內(nèi)層之面積密度大于外層密度?，F(xiàn)舉10002為例作下列說明：10002標準圓形為61/可選擇之素線徑依壓縮程度90%選擇?！畯S訂aia‘廠訂aiai=a2X?壓縮后之％=壓縮前a2之?倍，即a2=ai壓縮程度§：D]=e(等值徑)a=兀2.32=4.155mm21 4a2=-6=(6=)D2=■'4.617D2=■'4.617x4=2.42壓縮前素線徑）以上分別以90%、91%、92%、93%壓縮程度計算得（6：90% 、S：91%692% ”此為適用之素線徑6：93% /以上素線徑應在實際制造時，因用方法之不同，絞距不同，銅線之軟度之不同而作精確之素線徑調(diào)整。通常多選擇92%~91%之間為宜。十、壓縮輪（含眼模）之設(shè)計壓輪之設(shè)計是指扇形之尺寸而言，茲以1000mm2四分割舉例說明設(shè)計要領(lǐng)（五分割不同要領(lǐng)）。首先依臺電規(guī)范之要求，10002完成外徑為38。為基準。作為四分割,合成后，分割帶厚度約，可不計入。下圖為24B完成之合成外徑24B單一分割之扇形如下圖之上陰影部分38B=C=R= =192A=\2C2=26.8AD二-C「）2二

以上用繪圖法（放大5~10倍）亦很容易測得近似之結(jié)果。以上系最外層之扇形尺寸，依次求內(nèi)層之尺寸。先繪制絞合成型之圖如下，其中每層縱向間距為G。G18 G24G18 G24由于19股（12B段）大多數(shù)為開始壓縮，故只有G18、G24。若7股開始壓縮則就有g(shù)12，為了容易壓縮通常G18G24G18G18G24G18=G24g之尺寸由素線徑壓縮程度來決定，素線選用o（d2）則由e壓縮變形至G。G假定為:變形度Ia. Ia. f 69%b. f 71%c. f 73%d. f 75%變形度=2100%D2此值越小，表示變形大選用69、71、73、75%一般變形度小于70%就不太容易了，以一般變形度小于70%就不太容易了，以a、b、c、d試算。G之選擇及判定先求出19股時內(nèi)層之扇形面積近似扇形面積：S=弧長有效A=竺=Srx80%0 2 2 r=C12又19股若以標準圓形絞合即19/e時其面積為:A廣冷Dx19 D1= A1=壓縮前選之素線之等值面積為：兀A=兀A=D2x19242D2=A2=A2A2中B12及C12可用繪圖法求得。根據(jù)G、Gb、G、Gd繪圖附后第24頁、第25頁。abcdGabcdA088A1A86868686A0/A1%%100A0/A2102%98%G/D269%71%73%75%D2=壓縮前素線徑A0/A］：表示達到A#即重量達到之程度>100重量易達到<100重量不易達到A0/A2：表示7B+12B壓縮難易程度>95%易壓縮<95%不易壓縮G/D2:表示18B、24B線徑壓縮后之變形程度>70%易壓縮變形<69%不易壓縮變形根據(jù)上表之Da+a,可以判定如下表:G（a）(b)(C)（d）A0/A17B+12B>100重量易達到>100重量易達到100=100重量易達到<100重量不易達到A0/A27B+12B102>95易壓縮>95易壓縮<95不易壓縮<95不易壓縮G/D269%71%73%75%18B,24B勉可變形易變形易變形易變形選用VVXX上述G=，均可采用。,比較容易達到重量,且內(nèi)層易壓縮,故為較佳選擇。而外層比較易壓縮,也可考慮。?要判定壓縮前素線全體排在內(nèi)層扇形周長上是否妥當一般l1：素線全體徑長D2x線數(shù)小于12：周長等于（C+D2）2+弧長即*12在18S及24S場合 1/?判定扇形尺寸厘訂10002四分割，因底角90°可不必在7B時壓縮，即7B用一般圓形絞合（pitch大）。節(jié)已述明扇形尺寸之求得，扇形眼模之尺寸約為前一層之扇形加上素線徑（可大一點）之空隙即可。如下圖所示：注意中心位置全體一致，不能前后不一致或眼模與壓輪不一致。扇形眼模前述是可回轉(zhuǎn)體注意尺寸，大多采用寬松些，即空隙較大，易穿線。進口喇叭口之入角以80°?90°為宜。本表僅為舉例參考之用

扇形（壓輪）尺寸扇形眼模尺寸（兩半型）G=24Beo90°\B 24243418Beo90°?B12Beo圓形?7B?—圓形?G=24Bei9—90°24”B 243418Beo90°?B12Beo圓形?7B?—圓形?上表之數(shù)據(jù)為近似值，可用繪圖法求得。若是五分割則底角為72°，最近在7B就加以壓縮，將來成型容易。各項尺寸也可如上法求得。另外筆者也會提供各廠經(jīng)驗與數(shù)據(jù)互相印證，并不一定采用某一定之尺寸，需要不斷的改善才行。壓縮輪之尺寸以最大可壓到20002計，其外機結(jié)構(gòu)要能裝最大尺寸之壓輪。如下圖所示：壓輪之直徑通常約100?200。，力求容易壓縮，力求較大之直徑。壓輪及扇形眼模之材質(zhì)等要求一般壓縮輪之有效壓縮徑約80?200。，太小不易壓縮，太大則整體結(jié)構(gòu)太笨重，原則上仍以廠商標準品或由技術(shù)提供者所提供之尺寸為準精密度：此種預扭扇形之壓輪精密度十分重要，屬于高精度之加工。并非絞線機廠家所勝任，大多屬專業(yè)加工，但機械結(jié)構(gòu)體也要配合此精密度才行。一般精度±或±須契合夾住之部分之精度被夾住體 w+0 〕卜待再夾住體w+ + |Check-0/以上只是參考，若在本地加工制造壓輪，必須尋找有能力者。材質(zhì)：壓輪屬于耐高壓力及摩擦之材料，壓縮面之表面要研磨到十分光滑。壓輪一般采用特殊鋼或工具鋼制造，為求硬化加強，壓縮面可氮化處理或采用錫鋼制作。兩輪式比三輪式更要具有耐摩性。扇形眼模屬非壓縮用途，故可采用工具鋼。例如SK-7即可，表面電鍍處理即可，若采用內(nèi)襯鎢鋼更好，最好待尺寸都確定后才以鎢鋼