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Ⅰ 、電纜拉絲工藝技術


一、 線材拉伸的基本原理

  1.線材的拉伸:是指線坯在一定的拉力作用下,通過模孔發生塑性變形,使截麵減小、長度增加的一種壓力加工方法。

  2.拉伸的特點:
   (1) 拉伸的線材有較精確的尺寸,表麵光潔,斷麵形狀可以多樣。 

   (2) 能拉伸大長度和各種直徑的線材。

  (3) 以冷加工為主,拉伸工藝、模具、設備簡單,生產效率高。

   (4) 拉伸能耗較大,變形受一定的限製。

    3.拉伸的原理:拉伸屬於壓力加工範圍,拉伸過程中除了產生極少的粉屑外,體積變化甚微,因此拉伸前、後金屬的體積基本相等。

  4.影響拉伸的因素:
   (1) 銅、鋁杆(線)材料。在其他條件相同時,拉銅線比拉鋁線的拉伸力大,拉鋁線容易斷,所以拉鋁線時應取較大的安全係數。

   (2) 材料的抗拉強度。材料的抗拉強度因素很多,如材料的化學成分,壓延工藝等,抗拉強度高則拉伸力大。

  (3) 變形程度。變形程度越大,在模孔變形段長度越長,因而增加了模孔對線的正壓力,摩擦力也隨之增加,拉伸力也增加。

   (4) 線材與模孔間的摩擦係數。摩擦係數越大,拉伸力越大。摩擦係數由線材和模具材料光潔度、潤滑液的成分和數量決定。

   (5) 線模模孔工作區和定徑區的尺寸和形狀。定徑區越大,拉伸力也越大。

   (6) 線模的位置。線模安放不正或模座歪斜也會增加拉伸力。也是線徑及表麵質量不達標。

   (7) 外來因素。線材不直,拉線過程中線的抖動,放線阻力,都會增加拉伸力。

二、 拉絲設備

  1. 拉絲機的分類
      按模具數量分:單模拉絲機和多模拉絲機。
      按工作特性分:滑動式拉絲機和非滑動式拉絲機。
      按鼓輪形狀分:塔形鼓輪拉絲機、錐形鼓輪拉絲機及圓柱形鼓輪拉絲機。
      按潤滑型式分:噴射式拉絲機和浸入式拉絲機。
      按拉製線徑分:巨、大、中、小、細、微拉絲機。

  2. 多模拉絲機的特點:是線材通過幾個規格逐漸減小尺寸的模子和其後的拉線鼓輪,而實現拉伸的拉絲機。

   (1) 滑動式連續拉絲機
        滑動式連續拉絲機是拉絲鼓輪圓周速度大於線材拉伸速度,並以次而產生摩擦力。
        它的優點是總的延伸係數高,加工率大,拉伸速度高,產量大,易於實現自動化、機械化。
        它的缺點是在拉線過程中,為了克服線材所產生的摩擦力,要消耗很多的功;對鼓輪表麵的磨損很大;對配模的要求嚴格。
    A .圓柱形鼓輪拉絲機
        這種拉絲機的特點是各個拉絲機鼓輪的直徑相等,且呈直線排列,主要拖動形式為一個電動機帶動各級鼓輪,它的優點是穿模方便,停車後可以測量各         道次的線材直徑,以便控製拉伸的過程。它的缺點是機身較長,而且模子的數量一般不多於9個。
   B .臥式塔形鼓輪拉絲機
        這種拉絲機應用最為廣泛,塔形鼓輪結構,按其塔級多少,可分二級拉絲鼓輪和多級拉絲鼓輪。它的優點是拉絲道次多,設備緊湊,占地麵積小

   (2) 無滑動式連續拉絲機
       非滑動式拉絲機是線材與鼓輪之間沒有相對的滑動,線材拉伸後纏繞在拉絲鼓輪上,因此中間的鼓輪有雙重的作用,即起著拉伸鼓輪的作用,又起著儲        線為下道模子拉絲的放線作用。比較多的是8、10模拉絲機。
       它的優點是:鼓輪和線材表麵不易磨損;適於抗張力不大,耐磨性差的鋁(鋁合金)線的拉製;機構簡單,容易製造;由於中間鼓輪上有儲存,當某個鼓輪停        止轉動時,其它鼓輪仍可在短時間內照常工作。
       它的缺點是:不能高速拉伸,一般不超過12m/s;不適宜細線的拉伸。

三、 拉絲的潤滑

  1. 潤滑劑的作用:
   (1) 潤滑作用。在變形的金屬和模空之間,保持一層潤滑膜,避免模具和線材直接接觸和粘結,降低摩擦係數,從而減少能量消耗和加工道次,延長模具的        使用壽命。
   (2) 冷卻作用。使用冷卻的潤滑液,可以降低線材和模孔的溫度,防止線材溫度過高而發生氧化變色,提高線速。
   (3) 清洗作用。在拉製過程中,不斷產生微細的金屬粉塵,潤滑液不斷衝洗模孔,消除金屬粉塵在模孔的作用。

   2. 潤滑劑對拉絲的影響因素:
   (1) 濃度。潤滑劑的濃度大,提高了它的潤滑作用,金屬線材與模孔壁的摩擦係數小,相應的摩擦力也減小,拉伸力隨之下降。但是,濃度太大,潤滑劑的        粘度也隨之上升,它的衝洗作用也減小,模孔的金屬屑不易帶走,造成線材表麵質量差。濃度太大,金屬屑不會沉澱,懸浮在潤滑劑中,反而影響潤滑        效果。
   (2) 溫度。潤滑液的溫度過高,失去了它的冷卻作用,使金屬線材及模具的溫度升高,線材氧化變色、模具壽命減低,也影響油脂潤滑膜的強度,潤滑效果        下降。溫度過高,潤滑劑粘度上升,不利於拉伸。
   (3) 清潔度。潤滑劑中混入酸類物質,會造成潤滑劑分層,失去潤滑效果。潤滑劑中含堿量增加,對拉伸後的金屬線材產生腐蝕的危害。潤滑劑中有固體雜        質,影響設備的潤滑係統,造成潤滑液供應不足,減小了潤滑劑起到的作用。

  3. 對潤滑劑的基本要求:
   (1) 粘附性好,潤滑劑能有效地粘附在拉製線材的表麵上。
   (2) 能承受線材與模具之間的高壓,熱穩定性好。
   (3) 沒有腐蝕作用。
   (4) 冷卻效果好。
   (5) 沒有刺激的氣味。
   (6) 拉製後易於除去。

  4. 拉絲潤滑方式:
   (1) 單個模槽分散潤滑
       主要用於一次拉絲機或無滑動的積儲式多模拉絲機,它對潤滑劑的形態無限製。通過模槽內的循環水起到冷卻的作用。由於模槽是敞開式的,可以直接        觀察潤滑劑情況,便於調整。但是容易弄髒設備和場地。
   (2) 浸入式潤滑
       采用乳液壯和液體油狀的潤滑劑,適用於滑動式連續拉絲機。潤滑劑盛裝在拉絲機的專用槽內,鼓輪、線段、模具都浸入在潤滑劑中,結構簡單,能保        證模具、鼓輪、線材的連續潤滑和冷卻。
       它的缺點是:拉絲過程中產生的金屬屑沒有沉澱的可能,不斷被帶進模孔和鼓輪上,影響模具和鼓輪的壽命,也影響線材表麵的質量。潤滑掖槽需要有        冷卻裝置,防止潤滑液溫度過高。
   (3) 循環式潤滑係統
       在滑動式連續拉絲機上,保證潤滑液有固定的成分和一定的溫度,可以單機使用,也可以數台拉絲機集中使用。它的優點是潤滑液裏的金屬屑可以得到        充分的沉澱,定期的清理,能保證潤滑液的清潔度。它的缺點是要不定期對潤滑液進行分析,適時補充潤滑劑。

四.拉絲模具

  1. 模具的種類和應用
   (1) 硬質合金模,它的優點是:耐磨性好;粘附性小;拋光性好;摩擦係數小;抗腐蝕性高。
   (2) 鑽石模,由於天然鑽石模價格昂貴,非常脆弱,主要用於細微線的拉製。
   (3) 聚晶模(人造鑽石),與天然鑽石一樣的高硬度和高耐磨性,主要用於小拉絲機的中間模。
   (4) 鋼模,修製容易,價格低廉,但硬度和耐磨性比較差,壽命低,主要用於生產量小,拉大截麵的型線。

  2.模具的結構尺寸
      拉絲模具的模孔,有四個部分組成:
   (1) 入口潤滑區:帶有圓弧,便於線材進入工作區。
   (2) 工作區:金屬拉伸時產生塑性變形,線材截麵壓縮減小。
   (3) 定徑區:保證線材尺寸與形狀精確和均一,延長模具的使用壽命.
   (4) 出口區:出線端,防止停車時出現竹節刮傷和定徑區出口處的崩裂。

  3.拉絲對模具的要求
   (1) 模孔的各個區域應該光滑,不得有裂紋和凹坑的存在。
   (2) 模孔的中心線要垂直於模具的端麵。
   (3) 工作區、定徑區在修磨後必須要拋光。



Ⅱ、鋁合金電纜與銅電纜的對比


  鋁合金電力電纜是以AA8030係列鋁合金材料為導體,采用特殊緊壓工藝和退火處理等先進技術發明創造的新型材料電力電纜。而銅電纜是現在普眾使用的,以銅材料為導體的電力電纜。

  一、銅鋁礦產資源的現實比較

  我國銅資源相對短缺是客觀事實,但鋁資源其實並不富裕。所謂“富鋁缺銅”更是不符合國情的誤導宣傳。眾所周知,國內鋁加工行業由於產能嚴重過剩,早已列入國家限製淘汰落後生產序列。國產鋁土礦石的鋁矽比偏低,氧化鋁生產成本偏高。鋁礦的過度開采使國內儲采比僅有6.6年,遠低於石油工業10年的儲采比,顯然儲量不能滿足經濟快速增長的需要。然而為維持龐大的鋁業產能,必須從海外大量采購鋁礦資源,預計到“十三五末”鋁礦的海外依存度將達到60%以上。從長期來看,客觀上存在鋁資源短缺的係統性風險。反觀銅作為100%可循環使用的金屬,國內儲采比尚有16年之久,若能利用當前外匯儲備和低價銅礦的優勢,大量收購國外銅礦資源,“藏銅於國內”無疑更具有突出戰略意義。

  、鋁合金電纜的性能對比

  1、鋁合金電纜的導電性較差

  鋁合金電纜導電率隻有銅電纜的61%。相同電纜截麵下,偏大的電阻必然造成線損偏高,降低能源利用效率。相同載流量條件下,鋁合金電纜電阻率總是略大於銅電纜。以負荷電流380A,年     利用小時數4500h,運行壽命30年為例,銅電纜截麵若采用150mm²,則鋁合金電纜截麵需240mm²,兩者的電阻率分別是0.148/km和0.150/km,年能耗為288495kwh/km和292410kwh/km,全壽命     周期內兩者能耗差為117450kwh/km。顯然全壽命周期內鋁合金電纜的損耗偏大,背離國家“節能減排”的發展方向。

  2、鋁合金電纜載流量偏低

  城市電網供電可靠性要求達到99.99%,核心區需達到99.999%的更高水平。由於城市電纜網采用環網結構,故障情況下短時間內保護動作,迅速將負荷切轉至對側線路,確保不間斷用戶供       電。但要實現電網高可靠性,完善的網絡結構、優良的設備和線路都是必不可少的。電網中的供電線路必須具有較高的載流量,除自身負荷外還能承擔臨時切換負荷。同等截麵的銅芯電纜     比鋁合金電纜的載流量高出30%以上,顯然更能滿足城市供電可靠性的要求。

  3、鋁合金電纜機械抗拉強度低

  鋁合金電纜的抗拉強度隻有銅電纜的46%,允許牽引力比銅電纜低60%。城市配電網大量采用電纜環網結構,規劃設計上考慮盡量減少電纜中間接頭的使用。實際使用中,單根銅電纜敷設長     度一般在600~800米區間。考慮在同等載流量條件下,單根普鋁電纜的敷設長度僅為500米。考慮牽引力的影響,單根鋁合金電纜的敷設長度隻有350米。顯然抗拉強度偏低必然導致單次牽引     電纜的長度受限,需額外增加大量中間接頭,增加後續運行維護風險。

  4、鋁合金電纜耐腐蝕性能弱

  電纜導體的腐蝕主要是金屬電化學腐蝕,即在金屬表麵發生原電池或雜散電流幹擾引起的電解電池作用。鋁合金電纜在生產工藝中為了改善抗蠕變性能加入了鎂、銅、鋅、矽等元素,並增     加熱處理工序。由於電纜運行工況複雜,在含有電解質的環境中,電極電位更低的鋁與其他加入的金屬元素存在電極差,從而形成電流通路,發生孔蝕和裂隙腐蝕等電化學現象。鋁合金電     纜熱處理工藝還容易造成導體表麵物理狀態不均勻,增加電化學腐蝕的可能,繼而發生應力腐蝕裂紋和晶間腐蝕。

  5、鋁合金電纜耐高溫性能差

  銅的熔融點為1080,而鋁的熔融點僅為660,顯然銅導體是耐火電纜更好的選擇。火災情況下,中心環境溫度可上升到750以上,電纜必須能夠維持通電的基本功能以構築生命保障線。顯然     當火場溫度高於鋁合金和鋁的熔融點後,無論采取何種隔熱措施,電纜導體都會在短時間內發生融化,喪失導電功能,從而嚴重影響火場人員安全疏散。

  6、鋁合金電纜接頭故障風險高

  電纜運行經驗表明,80%故障均發生在接頭部位。銅具有鋁和鋁合金無法比擬的優越性。銅接頭氧化生成的氧化銅是優良導體,仍能夠保障接頭和端子的電氣連接性能。鋁和鋁合金接頭發生     氧化生成的氧化鋁是絕緣體,質地堅硬、粘結力強的特性使其難以形成良好的導電觸點,易造成觸點發熱。電氣設備終端多采用的是銅製接頭,使用鋁合金電纜就會形成銅鋁連接。鋁合金     的熱膨脹係數遠高於銅。由於電網運行始終存在峰穀差,當負荷發生明顯變化時,溫度快速變化,接觸區出現較大的側向運動,切斷了金屬觸點的有效連接,增大接觸阻抗,導致連接處溫     度上升。冷卻時再次發生熱應力變化,進一步形成界麵剪切作用。在長期冷熱反複作用下,當熱應力大於鋁的屈服力時,就會在接觸區內形成不可逆的塑性變形,加速接頭處的損耗程度,     直至最終出現連接故障。鋁合金導體在熱脹冷縮後更容易產生接觸不良的現象,接觸區的惡性循環又對接頭安全運行形成巨大考驗。

  7、鋁合金電纜占用通道資源多

  在相近能耗條件下,鋁合金電纜截麵需大於銅電纜兩個規格以上,才能達到相近的載流量。然而增大的導體截麵對電纜敷設和電纜通道結構尺寸都帶來嚴重影響。電纜通道資源是城市電纜     網建設的重要組成部分。受城市道路規模和交通組織的影響,大多數電纜采用排管和拉管方式敷設。選用鋁合金電纜進行排管內敷設,則排管孔徑必須放大到敷設銅電纜孔徑的1.6倍以上,     顯然增加了電纜土建工程建設成本。同時擴大的土建規模增加了占地,在城市地下資源日益緊張的條件下,顯然並不具有可行性。

  8、鋁合金導體安裝工藝要求高

  安裝鋁合金電纜需要使用特殊工具,不同廠家接頭甚至需要配置不同工具,無疑增加施工安裝成本。鋁合金電纜安裝程序複雜,一般分為剝離絕緣層、去除導體氧化層、塗覆抗氧化劑、插入     端子、壓接成型、擦除多餘抗氧化劑等6個主要步驟。不正確的安裝容易導致接頭接觸電阻過大,異常溫升直至發生電纜故障。國內目前的電纜施工力量參差不齊,現場管理水平也落後於發     達國家。相比較而言,銅電纜應用經驗豐富,具有更好的機械性能和安裝容錯性,施工工藝比較簡化,更適合現階段的實際情況和發展水平。

  、綜上所述,鋁合金電纜是一種投資風險大、市場空間有限、對用戶安全可靠性保障度低的產品,相對鋁電纜僅是在抗蠕變性能方麵有局部改善,卻不能對鋁電纜的其他不足方麵提供 有效的解決方案。通過對比分析,鋁合金電纜並不適合在中壓係統和城市配電網推廣使用。



Ⅲ  高壓電纜載流量影響條 


 實際使用中,電纜係統運行環境及運行參數對導體截麵選擇有非常大的影響,相同導體截麵的電纜在不同環境和運行條件下,其載流量差別非常大。   

      1、電纜的埋設深度

  為了保護埋設於地下的電纜,減少或者避免外力對其影響,一般電纜線路均要保證一定埋深。但是隨著埋深加大,電纜散熱條件也隨之變差,在允許最高運行溫度相同的條件下,電纜載流量也隨埋深加大而變小。

  2、多回路電纜的互熱效應

  當電纜多回路以密集形式敷設時,由於互熱效應將使多回路電纜之間散熱條件變差,所以載流量也相應地減少。

  3、同回電纜相間距的影響

  與多回電纜間互熱效應類似,同回電纜相間也存在互熱效應。

  4、電纜係統周圍土壤溫度

  電纜截麵選擇也就是確定電纜允許電流,而允許電流是由芯線允許溫度決定的。芯線溫度不但與電流有關,也取決於周圍媒介溫度與熱阻。故埋地電纜周圍土壤溫度對載流量有較大影響。

  5、土壤熱阻係數

  在初步評估電纜載流量時,如土壤沒有非正常地幹燥或與熱性。

  通常對於較大規模的電纜係統,要求在設計前進行線路勘察時,作較詳細測量,確認線路沿線土壤熱阻係數。另外也應考慮到土壤熱阻係數隨季節變化。

  6、其他相關數據

  若電纜不是直埋敷設而是敷設在導管中,再埋設在地下,則除了需要收集以上的運行和環境數據外,還需導管的熱阻係數,其也是影響電纜載流量的重要數據。