電線電纜材料定額計算(論文)

電線電纜材料定額計算摘要：收集、歸納、整理了電線電纜材料定額計算的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、常用公式和具體參數(shù)，并對參數(shù)的意義作了詳細闡述，接著以一種型號規(guī)格的電纜為例說明材料定額計算的基本過程，讓讀者對電線電纜材料定額計算有一個系統(tǒng)化的了解和掌握。最后簡述運用Excel軟件實現(xiàn)材料定額批量計算的方法。關(guān)鍵詞：電線；電纜；材料定額；電纜凈重；電纜結(jié)構(gòu)計算；含銅量；電力電纜引言電線電纜是料重工輕的產(chǎn)品，其材料用量對成本有很大影響。依據(jù)電線電纜結(jié)構(gòu)進行材料定額（凈重）計算，是工藝控制和成本控制的要求，也是電線電纜產(chǎn)品報價的基礎(chǔ)。電線電纜的定額計算，在王春江主編的《電線電纜手冊》（第1冊）中的“電線電纜的結(jié)構(gòu)計算”一章中已作了闡述，但由于缺乏詳細說明及相關(guān)參數(shù)，很多讀者在理解和應(yīng)用中感到困難。本文試圖對電線電纜定額計算方法進行歸納整理和詳細闡述，并舉例說明計算過程，希望對讀者有所幫助。1電線電纜基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)電線電纜是用以傳輸電（磁）能、信息和實現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的線材產(chǎn)品，主要有裸電線、繞組線、電力電纜、通信電纜和光纜、電氣裝備用電線電纜五大類，大類下面又分為很多小類。雖然種類眾多，但基本結(jié)構(gòu)是相同的，都由導(dǎo)體、絕緣和護套三部分組成，如下圖：圖1電線電纜截面基本結(jié)構(gòu)各種電線電纜，根據(jù)不同的用途，在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行擴充、刪減或變化，就形成了適用于不同環(huán)境和場合的特定結(jié)構(gòu)。作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要產(chǎn)品，國家和行業(yè)制訂了許多關(guān)于電線電纜的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（見表1），以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。電線電纜的材料定額計算也必須依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進行。表1電線電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（常用）標(biāo)準(zhǔn)類標(biāo)準(zhǔn)號名稱產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T12706-2008額定電壓1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）擠包絕緣電力電纜及附件GB/T9330-2008塑料絕緣控制電纜GB/T12527-2008額定電壓1kV及以下架空絕緣電纜GB/T14049-2008額定電壓10kV架空絕緣電纜GB/T5023-2008額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜JB8734-1998額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線GB/T1179-2008圓線同心絞架空導(dǎo)線材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T3952-2008電工用銅線坯GB/T3953-2009電工圓銅線GB/T3954-2008電工圓鋁桿GB/T3955-2009電工圓鋁線GB/T17048-2009架空絞線用硬鋁線GB/T3428-2002架空絞線用鍍鋅鋼線GB/T8815-2008電線電纜用軟聚氯乙烯塑料JB/T10437-2004電線電纜用可交聯(lián)聚乙烯絕緣料JB/T10738-2007額定電壓35kV及以下擠包絕緣電力用半導(dǎo)電屏蔽料GB/T11091-2005電纜用銅帶YB/T024-2008鎧裝電纜用鋼帶基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)GB/T3956-2008電纜的導(dǎo)體GB/T19666-2005阻燃和耐火電線電纜通則各廠家在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上編制了自己的工藝文件，電線電纜材料定額的計算需要從工藝文件中獲取相關(guān)參數(shù)。2計算常用公式2.1導(dǎo)體單位長度重量導(dǎo)體單位長度重量的計算公式如下：①式中：——導(dǎo)體單位長度重量，kg/km；——單線直徑，mm；——單線根數(shù)；——導(dǎo)體密度，g/cm3；——導(dǎo)體單線平均絞入系數(shù)；——絕緣線芯根數(shù)；——絕緣線芯絞入系數(shù)；——緊壓系數(shù)。說明：（1）導(dǎo)體的單線根數(shù)和單線直徑：GB/T3956-2008《電纜的導(dǎo)體》中規(guī)定了各種導(dǎo)體和截面的最少單線根數(shù)或最大單線直徑，各生產(chǎn)廠需根據(jù)自己的實際情況進行搭配，以使導(dǎo)體達到合格的電阻。比較普遍的搭配如表2：表2電線電纜導(dǎo)體單線直徑和單線根數(shù)標(biāo)稱截面mm2非緊壓圓形導(dǎo)體緊壓圓形導(dǎo)體根數(shù)直徑mm根數(shù)直徑mm1.511.382.511.78412.25612.761071.3571.381671.7071.752572.1472.203572.5272.5750191.7873.0370192.14192.2095192.52192.57120372.03192.90150372.25302.57185372.52362.57240612.25362.93300612.52602.57400612.85602.96500593.32630593.73注：[1]6mm2及以下為第一種導(dǎo)體，不需緊壓。[2]500mm2及以上應(yīng)采用緊壓導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。（2）導(dǎo)體密度：電線電纜的導(dǎo)體通常只有銅、鋁兩種。鋼絲只作為加強芯，不承擔(dān)電流。此處將電線電纜常用材料的密度作歸納，如表3：表3電線電纜常用材料密度材料名稱密度g/cm3銅（含銅絲、銅帶）8.89鋁（含鋁絲、鋁帶、鋁合金）2.703鋼（含鋼絲、鋼帶）7.78聚氯乙烯料1.4材料名稱密度g/cm3交聯(lián)聚乙烯料0.922半導(dǎo)電屏蔽料1.10PP繩填充料0.75無紡布包帶0.52（3）絞入系數(shù)：絞入系數(shù)的定義見《電線電纜手冊》（第1冊）中“電線電纜的結(jié)構(gòu)計算”一章。它的意義，通俗點講，因為導(dǎo)體單絲或絕緣線芯成纜絞合時是彎曲絞入的，所以一定長度的單根絞入后就會變短。要達到所需的長度，就必須增加單根線的長度，那么單位長度內(nèi)材料用量就相應(yīng)增加，因此在計算時就要乘以絞入系數(shù)。絞入系數(shù)通?？梢栽?.008～1.025之間取值，也可根據(jù)絞合節(jié)徑比進行測算。圓線同心絞架空導(dǎo)線的絞入系數(shù)可參考GB/T1179-2008標(biāo)準(zhǔn)中的表4。（4）緊壓系數(shù)：對于緊壓導(dǎo)體，由于緊壓后導(dǎo)體截面變小，單位長度內(nèi)的材料用量相應(yīng)變小，因此要乘以緊壓系數(shù)。緊壓系數(shù)可在0.90～0.97之間取值，緊壓技術(shù)越成熟，緊壓系數(shù)越小，從而就能在節(jié)約材料的同時保證導(dǎo)體結(jié)構(gòu)緊湊。（5）公式最后計算出的數(shù)值的單位是kg/km。對此很多初學(xué)者難以理解。其實，圓形結(jié)構(gòu)電線電纜的結(jié)構(gòu)計算基本都以“圓”為原型，擴展到線材，我們就可以看做“圓柱”，從圓柱體的重量計算公式我們可以推得電線電纜導(dǎo)體單線的重量計算公式為：截面積×單線長度×密度。我們?nèi)?000米進行計算，經(jīng)過公式的約分化簡后，最后計算出的單位就是kg/km。2.2圓形護層單位長度重量護層主要包括實體護層（如絕緣、護套、半導(dǎo)電屏蔽層）、繞包護層（如銅帶屏蔽、鋼帶鎧裝）和編織護層（如銅絲編織層）等，其定額計算公式如下：（1）實體護層：②（2）繞包護層：③（3）編織護層：④②～④式中：——護層單位長度重量，kg/km；——護層前外徑，mm；——護層厚度，mm；——護層密度，g/cm3；——護層線芯根數(shù)；——護層線芯絞入系數(shù)；——繞包層數(shù)；——搭蓋率或間隙率；——編織絲直徑，mm；——編織層單向覆蓋率；——編織交叉系數(shù)。除以上幾種護層外，還有一種鋼絲鎧裝護層（如YJV32的鎧裝層），其結(jié)構(gòu)形式與導(dǎo)體的外層排列相同，因此其單位長度重量計算公式如下：⑤其中：式中：——鎧裝鋼絲單位長度重量，kg/km；——鋼絲直徑，mm；——鋼絲根數(shù)（計算值向下取整）；——鋼絲密度，g/cm3；——鋼絲絞入系數(shù)；——護層前外徑，mm。說明：（1）護層的計算也以“圓”為原型。如圖1所示，護層材料的截面呈圓環(huán)形狀，我們就按照“空心圓柱”重量的計算原理，經(jīng)過公式推導(dǎo)和化簡，即可得出護層重量的計算公式。（2）護層厚度值取相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)稱厚度。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)見表1。（3）護層密度：見表3。（4）絞入系數(shù)：意義同2.1第（3）條。（5）繞包層數(shù)和搭蓋率（間隙率）：鎧裝層一般繞包2層，間隙率約30%，公式③中使用1+k；包帶和金屬屏蔽層搭蓋率約15%，公式③中使用1-k，層數(shù)見相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。（6）編織護層：編織絲直徑和單向覆蓋率在相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定（見表1），編織交叉系數(shù)一般取1.02。2.3圓形成纜填充料單位長度重量⑥式中：——填充料單位長度重量，kg/km；——成纜外徑，mm；——絕緣線芯外徑，mm；——絕緣線芯根數(shù)；——填充料密度，g/cm3；——填充系數(shù)；——絕緣線芯絞入系數(shù)。說明：（1）公式中的成纜外徑指絕緣線芯絞合后的外接圓直徑。（2）填充系數(shù)：一般取0.90。2.4圓形外徑計算上述的材料重量計算中需要用到電線電纜的結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)構(gòu)尺寸的計算公式如下：（1）導(dǎo)體外徑：⑦（2）護層外徑：⑧（3）成纜外徑：等芯成纜：⑨-1三大一小芯：⑨-2三大二小芯：⑨-3四大一小芯：⑨-4⑦～⑨式中：——導(dǎo)體外徑，mm；——外徑比；——導(dǎo)體單線直徑，mm；——護層線芯外徑，mm；——護層前外徑，mm；——護層層數(shù)；——護層厚度，mm；——成纜外徑，mm；——大芯外徑，mm；——小芯外徑，mm。說明：外徑比指絞合外徑與絞合前單線外徑之比，它與單線根數(shù)和絞合形式有關(guān)。一定數(shù)量的單線按照一定的形式排列，其外徑比是一定的。按正規(guī)絞合（中心1根，第二層6根，向外每層依次多6根的排列形式）排列的外徑比如表4所示：表4正規(guī)絞合的外徑比單線根數(shù)外徑比單線根數(shù)外徑比2224632.154256.15442.414266.15452.7276.15463286.41473296.41483.3306.41493.7316.7104326.7114.154336.7124.154347134.414357144.414367154.7377164.7448175488.154185528.414195599205.154609215.3619225.7911123612713緊壓圓形導(dǎo)體的外徑不適用外徑比進行計算，在生產(chǎn)實踐中，人們總結(jié)了圓形導(dǎo)體緊壓后的外徑，見表5：表5各國圓形緊壓導(dǎo)體外徑標(biāo)稱截面mm2緊壓外徑mm瑞典荷蘭法國中國103.8164.8256.05.95.96.0357.06.97.07.0508.38.18.28.37010.09.79.910.09511.611.411.511.612013.012.813.013.015014.614.214.514.618516.216.016.116.224018.418.318.618.4標(biāo)稱截面mm2緊壓外徑mm瑞典荷蘭法國中國30020.620.420.620.640023.823.223.823.850026.626.226.626.663030.029.830.03計算示例以YJV22-0.6/1kV-3×50為例，說明電線電纜材料定額計算的基本過程。3.1截面示意圖圖2YJV22-0.6/1kV-3×50橫截面示意圖（以六邊形表示緊壓導(dǎo)體的單絲）3.2結(jié)構(gòu)參數(shù)表6YJV22-0.6/1kV-3×50的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)材料項目參數(shù)導(dǎo)體銅單線根數(shù)7單線直徑(mm)3.03導(dǎo)體緊壓外徑(mm)8.3絕緣交聯(lián)聚乙烯厚度(mm)1.0絕緣外徑(mm)10.3成纜外徑(mm)22.2包帶無紡布包帶厚度(mm)0.2層數(shù)4搭蓋率15%外徑(mm)23.8鎧裝鋼帶鎧裝帶厚度(mm)0.2層數(shù)2間隙率30%外徑(mm)24.6護套聚氯乙烯厚度(mm)1.93.3計算過程（1）導(dǎo)體利用公式①：（2）絕緣利用公式②：（3）填充利用公式⑥：（4）包帶利用公式③：（5）鎧裝也是利用公式③：（6）護套利用公式②：3.4材料定額整理表7YJV22-0.6/1kV-3×50的材料定額（凈重）材料名稱材料定額（kg/km）銅1318.0交聯(lián)聚乙烯81.5填充料93.2無紡布35.4鋼帶182.0聚氯乙烯237.3總重1947.03.5計算方法小結(jié)由上述計算過程可以看出，要計算某種型號規(guī)格的電線電纜的材料定額，首先應(yīng)搞清楚該電纜的結(jié)構(gòu)及材料組成。不同用途的電線電纜，其結(jié)構(gòu)和材料組成是不同的，可以從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工藝文件中獲取這些信息。其次要整理出各結(jié)構(gòu)和材料的相關(guān)參數(shù)，然后選用適合的公式分別計算各材料定額，最后進行數(shù)據(jù)整理并計算出總重。各材料定額和總重是電線電纜的重要參數(shù)，在實際中，它是工藝控制、成本控制和貨物流轉(zhuǎn)的重要參考，也是產(chǎn)品報價數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但是，電線電纜的型號規(guī)格極其繁多，如果按以上過程逐一計算，工作量會相當(dāng)之大。我們可以借助計算機軟件進行電線電纜材料定額的批量計算。4材料定額的電算化MicrosoftofficeExcel可以用于電線電纜材料定額的批量計算。以YJV22-0.6/1kV三芯電纜的計算為例，計算框架示例如圖3：圖3材料定額電算化的基本框架示例由于計算中需要用到電線電纜的芯數(shù)、導(dǎo)體單線根數(shù)、包帶和鎧裝的層數(shù)等參數(shù)，所以最好把這些參數(shù)單獨作為一列，以便計算。材料定額的計算需要以結(jié)構(gòu)尺寸為基礎(chǔ)，因此導(dǎo)體外徑、絕緣外徑、成纜外徑等參數(shù)的計算要緊跟推進。建立計算框架以后，再把材料定額的計算公式轉(zhuǎn)化為Excel的計算公式，即可依次計算出電線電纜的材料定額。5結(jié)語本文系統(tǒng)地歸納整理了圓形電線電纜材料定額的計算方法及相關(guān)參數(shù)，另外，電線電纜的結(jié)構(gòu)還有扇形、瓦形、長方形等結(jié)構(gòu)，由于它們是不規(guī)則的幾何體，其結(jié)構(gòu)計算較圓形更加復(fù)雜，