气象气球用电缆的工艺设计

2014-03-26李金辉韩万忠许国雷耿明阔

电线电缆 2014年2期

关键词：单丝外径导体

李金辉，韩万忠，许国雷，耿明阔

(河北东照线缆有限公司，河北饶阳053900)

0 引言

随着科技的不断进步，利用气球搭载仪器升空，对气象条件探测分析，其实用价值已经逐步显现出来。

在一些没有气象卫星或其他高科技手段支持的国家，利用气象气球对特定空间区域的气象条件进行快速准确的预测，不失为一种简单有效的方法。针对国外客户的要求，我公司专门开发了气象气球用电缆。

1 电缆的要求

国外客户对电缆有如下要求:

(1)电缆导体由4根截面为6mm2的软铜导体组成;

(2)电缆的外径小于23mm，有防雷芯;

(3)电缆所承受的拉力≥18 000 N;

(4)气球每隔两天要收放一次;

(5)电缆的使用环境温度为10～40℃;

(6)满足上述条件后重量越轻越好。

2 电缆的工艺设计

电缆工艺设计要考虑如下因素:(1)电缆在随气球不断收放时产生的应力，可能会导致电缆断芯，故电缆要尽量柔软;(2)气球在高空飘浮时，气球的浮力和电缆的自重都会施加于电缆上，故电缆要承受很大的拉力。针对上述因素，分别对导体结构、绝缘层、弯曲性能、防雷芯结构、电缆的拉力进行了设计，其结构如图1所示。

图1 气象气球电缆结构图

2.1 导体设计

(1)导体的选择

电缆由于要进行频繁的收卷弯曲，所以导体要尽可能柔软。我公司选用 6类导体，根据GB/T 3956—2008的要求，导体单丝直径应不大于0.21mm。实际生产和使用过程中若单丝直径过小，电缆的柔软性虽有所提高，但其拉力会相应减小，经考虑，最后选用的单丝直径为0.2mm。

(2)导体根数的确定

由S=nπd2/4可推得 n=4S/(πd2)。式中:n为导体单丝根数;d为导体单丝直径。经计算得n=191根。

(3)导体绞合结构

根据我公司实际经验，即使采用正规绞合的软导体结构，有时也会因电缆频繁弯曲造成电缆局部突起、断芯等情况，故在导体结构上采用绞合加编织的方法来解决这个问题。具体方案是将191根单丝分成两组，一组为127根进行绞合，另一组为64根用于编织，将127根分成三组进行束绞，束绞后再进行复绞，将复绞后的导体置于编织机上进行编织。此种工艺生产的导体，比直接束绞或单绞后再复绞的导体有着更高的韧性和导体形变的稳定性。

(4)导体外径的计算

按GB/T 12706.1附录A表2中的计算法，单股41～43根的计算外径为7.67×0.2=1.534mm，三股复绞后计算外径为2.16×1.534=3.313mm，编织后计算外径为3.313+4×0.2=4.1mm。编织后外径实测值为3.9～4.0mm，20℃时导体直流电阻为2.98 Ω/km，符合国家标准中20℃时导体直流电阻值≤3.3 Ω/km的要求。

2.2 绝缘设计

(1)绝缘材料的确定

电缆常用的绝缘材料有交联聚乙烯、聚氯乙烯和橡胶混合物。交联聚乙烯虽然电气性能优良，但硬度较高，不利于电缆的弯曲，橡胶受配方及原材料等的影响较大。考虑到电缆的使用温度为10～40℃且为出口产品，将电缆的绝缘材料选定为聚氯乙烯，但要求其成品挤出后断裂伸长率≥350%，拉力≥16 N/mm2，以保证电缆使用时的弹性和韧性。

(2)绝缘厚度的确定

客户要求电缆的使用电压为380 V。参照GB/T 9330.1—2008中绝缘厚度的规定，将绝缘厚度定为0.8mm，工艺控制厚度为0.8～1.0mm，实际生产中用欧勒激光测径仪将绝缘外径控制为5.80～5.95mm。