一种异形导体模具设计的简单方法

陈长江，苗雪鹏

(河南科信电缆有限公司，河南 周口461322)

0 引言

关于电力电缆的异形导体模具设计的方法有很多种，可是大部分较为复杂，有时候还需要求解较多的多元多次方程，要经过大量的计算才能确定模具的最终尺寸。由于计算过程有很多近似值的使用，会存在很多误差，对最后的结果也构成一定的影响，甚至设计出来的不符合生产的需要，针对此种情况，本文介绍一种较为简单的设计异型导体模具的方法，供大家参考。

本文以低压电力电缆YJV 0.6/1 kV 4×95+50中瓦型导体压辊模具设计为例进行讲解。

1 确定压辊模具的截面积

在异形线芯的生产中，往往采用压辊一次紧压，所以紧压系数比较大，根据经验及本公司的实际情况，本文取填充系数η=0.84;考虑到所用铜材质较好和单线直径处于正偏差时对截面的修正，取修正系数为0.97，具体计算压辊模具截面见式(1):

式中，S瓦为瓦形模具截面积;S标为标称截面积，即95 mm2;η为填充系数，取0.84。

通过以上数据可以求出S瓦=109.7 mm2。

2 计算压辊模具瓦形夹角

由于我们选用的是YJV 0.6/1 kV 4×95+50，即一个中心紧压圆形线芯和四个瓦形线芯围绕结构，考虑到生产时四个瓦形线芯不能过于紧密，以免压伤绝缘;还有生产实际的影响，取四个瓦形线芯的瓦形夹角均为89°，表示为α=89°。

3 确定模具圆角半径

在生产中，从节约材料、缩小外径及降低成本的角度看，瓦形线芯的底圆弧半径r1和两侧弧圆角半径r2越小越好，但是如果数值太小，则会引起电场强度集中，同时也会因为尖角的存在对绝缘有损伤。为使这对矛盾得以统一，我们采用式(2)来计算取值:

式中，S标为标称截面积，即95 mm2;δ为与导体几何形状及电压等级有关的经验系数，见表1。

表1 导体形状与系数δ关系

我们这里取δ1=0.85，δ2=0.54。通过计算可得底弧圆角半径r1=2.65 mm;两侧弧圆角半径r2=1.68 mm。

4 计算导体的内、外圆弧半径

根据本例所用YJV 0.6/1 kV 4×95+50电力电缆的相关标准及技术要求，我们运用相应的绘图软件可以大致地绘制出其成缆后的结构图(见图1)。

图1 YJV 0.6/1 kV 4×95+50结构图

首先参考GB 12527—1990标准，取50 mm2圆形紧压导体直径为8.2 mm;再参考GB/T 12706.1—2008标准，取50 mm2圆形紧压导体绝缘厚度为1.0 mm;取95 mm2线芯的绝缘厚度为1.1 mm。通过式(3)可以计算出瓦形导体的内圆弧半径为:

外圆弧半径可由下式估算:

代入相应的数据，可求得R外=13.40 mm。

5 建模

在这里我们用CAD软件进行建模绘制，以r内=6.2 mm，R外=13.40 mm，α=89°，进行95 mm2瓦形导体截面的绘制，如图2所示。

图2 瓦形导体截面图

考虑到线芯挤绝缘时，绝缘厚度的影响，故应将瓦形两侧边向内各移动1.0 mm，然后将底弧圆角半径r1=2.65 mm，两侧弧圆角半径r2=1.68 mm代入，再将外圆弧向上移动1.0 mm(估计值，根据经验，以后要调整的)，见图3粗线部分。

图3 瓦形导体截面的粗线部分

通过创建面域，可用CAD直接读出面积为117.7488 mm2，但是其瓦形截面S瓦=109.7 mm2。我们要求的误差±10%，远远大于我们要求的截面积，所以需要对其调整，在这里只需移动外圆弧即可，直至误差在我们规定的范围内。

通过不断地调整发现，当R外=14.30 mm时，瓦形截面面积为109.715 mm2，和S瓦=109.7 mm2只相差0.015 mm2，所以满足要求。

根据上述数值得:

r内=6.2 mm，R外=14.30 mm，α=89°，底弧圆角半径r1=2.65 mm，两侧弧圆角半径r2=1.68 mm。可以绘制出精确的瓦形模具结构图(见图4)，然后开始进行模具的制作。

图4 95 mm2瓦形模具的结构与相应的尺寸

6 结束语

异形线芯模具的选配是电缆结构设计的重要环节之一。通过计算、分析并实测导体电阻证明，采用这种方法是合理的，符合国家有关标准，且具有节省材料、提高企业经济效益的优点;同时，对于初学者来说，较容易理解并接受。