第二章 电力电缆的基本组成
第一节 导电线芯
任何一种电力电缆，其基本结构均由导电线芯、绝缘层和保护层三个基本部分组成。下面对各个组成部分作以简单的介绍。
一、线芯材料
电力电缆线芯的作用是传送电流，线芯的损耗主要由导体截面和材料的电导系数来决定。为了减小电缆线芯的损耗，电缆线芯一般由具有高电导系数的铜或铝制成。导电用铜和铝的主要性能与工艺参数见表121。
表121
导电用铜和铝的主要性能与工艺参数
铜作为电力电缆的线芯，具有许多技术上的优点，如电导系数大，机械强度相当高，加工性好（易于压延、拉伸、焊接等），耐腐蚀等，它是被采用最广泛的电缆线芯材料。值得注意的是，铜对于某些浸渍剂（如矿物油、松香复合浸渍剂等）、硫化橡皮等有促进
其老化的作用。在此情况下，一般可采取在铜线表面镀锡，使铜不与绝缘层直接接触，以降低老化速度。
铜经过压延、拉伸、绞合、镀锡工艺后，由于金属结晶的变化，其导电系数、伸长率均下降；而抗张强度、屈服强度和弹性增加。相反，韧炼工艺使其电导系数、伸长率增加，抗张强度下降。
铝的体积电导系数仅次于银、铜和金，是地壳中最多的元素之一，仅排于硅和氧之后，其重量占地壳的8%。由于铜的资源匮缺，铝愈来愈多地作为导电材料来取代铜。
铝线与铜线的制造工艺相似，所不同的是铝线的韧炼温度不是400～600℃，而是300～350℃。韧炼后的铝线，柔软性提高，抗张强度下降。因此，铝芯电缆不宜承受大的张力，多用于固定敷设的电力电缆线芯。
二、线芯结构方式
为了增加电缆的柔软性或可曲度，较大截面的电缆线芯由多根较小直径的导线绞合而成。由多根导线绞合的线芯柔软性好，可曲度大，是因为单根金属导线沿某一半径弯曲时，其中心线外部受拉伸，而中心线内部受压缩。如线芯是由多根导线平行放置而组成，由于导线之间可以滑动。因此，它比相同截面单根导线作相同弯曲时要省力得多。为了保证线芯结构形状的稳定性和减小线芯弯曲时每根导线的变形，多根导线组成的线芯均需绞合而成。
如图121所示，平行导线弯曲再恢复平直时，由于导线的塑性变形可能在线芯表面产生凸出部分，使电缆绝缘层中电场分布产生畸变，并损伤电缆绝缘。在绞合的电缆线芯结构中，由于线芯中心线内、外两部分可以互相移动补偿，弯曲时不会引起导线的塑性变形，因此线芯的柔软性和稳定性大大提高，绞合节距越小，线芯的柔软性和稳定性越高。另外，绞合导线与大截面单根导线不同，弯曲是较平滑地分配在一段线芯上，因而弯曲时不易损伤电缆绝缘。
图121 线芯弯曲示意图
（a）平行线芯弯曲前；（b）平行线芯弯曲后；（c）平行线芯弯曲后再恢复平直；（d）绞合线芯弯曲前；（e）绞合线芯弯曲后；（f）绞合线芯弯曲后再恢复平直
不同的电缆应用场合，对电缆线芯的可曲度要求也不同。可曲度要求较高的是移动式电缆，这些电缆多采用橡皮或塑料作为绝缘材料。油浸纸绝缘电力电缆的可曲度较低，这
是因为油浸纸绝缘电力电缆的可曲度主要由护层结构来决定，线芯对电缆的可曲度影响较小，一般只要求线芯在生产制造、安装敷设过程中不致损伤绝缘即可。
一般地，电缆线芯的绞合形式可分为两大类，即规则绞合和不规则绞合。
（1）规则绞合。导线有规则、同心且相邻各层依不同方向的绞合称为规则绞合。规则绞合还可进一步分为正常规则绞合和非正常规则绞合，前者系指所有组成导线的直径均相同，而后者系指层与层间的导线直径不尽相同的规则绞合。另外规则绞合还有简单和复合之分，后者系指组成规则绞合的导线不是单根的，而是由更细的导线按规则绞合组成股，再绞合成线芯。这种结构使线芯柔软性更好，常见于移动式橡皮绝缘电缆，一般的电力电缆则是简单正常规则绞合最为常见。因此，若无特别说明，规则绞合一般均指简单正常规则绞合。
各种规则绞合截面如图122所示。
图122 各种规则绞合截面
（2）不规则绞合。指所有组成导线都依同一方向绞合，又称束绞。虽然束绞工艺简单，成本低，线芯填充系数较高，相同截面积外径较小，可曲度又高，但因其结构稳定性较差，所以电力电缆一般不采用束绞，而绝缘软线或电压等级较低的橡皮绝缘电缆中却多采用束绞。
塑料绝缘电力电缆导电线芯的构成方式见表122。
表122
塑料绝缘电力电缆导电线芯的构成方式
把线芯导体实际面积与线芯轮廓面积之比定义为线芯的填充系数。规则绞合线芯的填
充系数不仅与线芯单线层数有关，而且与线芯中心导线根数有关。如图123所示，中心导线是一根时，绞合线芯的填充系数随层数的增加而减少，而中心导线根数为2～5根的线芯填充系数随层数的增加而增加，但其绝对值比中心导线根数为1的小。从提高线芯填充系数和稳固性考虑，中心为一根导线的规则绞合结构最好，因此电力电缆一般均采用中心为一根导线的规则绞合结构。
图123 填充系数与层数和中心导线根数关系曲线
（曲线上数字表示中心线根数）
图124 紧压后圆形线芯结构
为了提高电缆线芯填充系数，节约材料，降低成本，很多电缆线芯均采用紧压线芯结构。线芯经过紧压后，每根导线不再是圆形，而是呈不规则形状，原来的空隙部分被导线变形而填充，如图124是紧压后圆形线芯截面。
三、线芯几何结构
电力电缆的线芯按其外形可分为圆形线芯、中空圆形线芯、扇形线芯、弓形线芯等几种。
圆形线芯：由于其结构稳定，工艺性好，线芯表面曲率平均，35kV以上的高压电缆均采用圆形线芯，对于橡塑绝缘电力电缆一般在3kV以上也都采用圆形线芯。
中空圆形线芯：这种线芯主要用于充油或充气电缆的线芯，我国中空线芯主要有两种结构。其一是用镀锡硬铜带做成螺旋支撑，支撑的直径由所需
的油道或气道直径的大小来确定（一般为12mm），在支撑外面有规则地、同心地绞合镀锡导线。其二是由型线绞合而成，内层为Z型线，其余各层均为弓形线绞合，如图125所示。这两种线芯各有优点，型线构成的中空线芯结构稳定、油（气）道内表面光滑而不易阻塞，但螺旋支撑结构的柔软性和工艺性较好。
对于大截面导电线芯，为了减小集肤效应，有时采用四分割、五分割等分割线芯。
图125 形线构成
的中空线芯
扇形线芯：扇形线芯表面曲率半径不均等，在线芯的边角处曲率半径较小，该处电场比较集中。因此，在10kV以上的电力电缆中很少采用扇形线芯（分割导体除外）。我国10kV及以下电压等级的油浸纸绝缘电力电缆和1kV以下的塑料电缆，由于扇形线芯电缆的结构紧凑，而且生产成本较低，故常采用扇形线芯，如图126所示。
图126 扇形线芯结构
图127 弓形线芯结构
弓形线芯：弓形线芯适用于双芯电缆，如图127所示。该结构的特点是结构紧凑，电缆外形尺寸小，节省材料消耗，电缆成本低。
电力电缆的导体结构类型汇总于表123。
表123
电力电缆的导体结构类型
四、线芯的种类
在GB/T3956—2008《电缆的导体》中，把电缆的导体共分为四种，即：第1种、第2种、第5种和第6种。第1种和第2种导体用于固定敷设的电缆中，第5种和第6种导体用于软电缆和软线中，也可用于固定敷设。四种导体的结构特点如下。
（1）第1种：实心导体。（2）第2种：绞合导体。
（3）第5种：软导体。
（4）第6种：比第5种更柔软的导体。
电力电缆中应用最多的是第2种和第1种导体，而第5种和第6种的软导体则在电力电缆中较少使用。
（一）实心导体（第1种）1.实心导体的结构
（1）实心导体应由不镀金属或镀金属的退火铜线、铝或铝合金制成。
（2）实心铜导体应为圆形截面。标称截面积为25mm2及以上的实心铜导体用于特殊类型的电缆，如矿物绝缘电缆，而非一般用途。
（3）截面积为10～35mm2的实心铝导体和实心铝合金导体应是圆形截面。对于单芯电缆，更大尺寸的导体应是圆形截面；而对多芯，可以是圆形或成型截面。
2.实心导体的电阻要求
每根导体在20℃时的电阻值不应超过表124中规定的最大值。对于具有与铝导体相同标称截面的实心铝合金导体，表124中给出的电阻值可以乘以1.162的系数。
表124
单芯和多芯电缆用第1种实心导体
（二）非紧压绞合圆形导体（第2种）1.非紧压绞合圆形导体的结构
（1）非紧压绞合圆形导体（第2种）应由不镀金属或镀金属的退火铜线、铝或铝合金制成。
（2）绞合铝导体或铝合金导体的截面积不应小于10mm2。（3）每根导体的单线应具有相同的标称直径。
（4）每根导体的单线数量不应小于表125规定的相应的最小值。2.非紧压绞合圆形导体的电阻要求
在20℃时，每种导体的电阻值不应超过表126中规定的最大值。对于具有与铝导体标称截面积相同的绞合铝合金导体，其电阻值宜由制造方与买方商定。
表125
单芯和多芯电缆用第2种绞合导体（一）
表126
单芯和多芯电缆用第2种绞合导体（二）
*该尺寸为不推荐截面尺寸。
（三）紧压绞合圆形导体和绞合成型导体（第2种）1.紧压绞合圆形导体和绞合成型导体的结构
（1）紧压绞合圆形导体和绞合成型导体（第2种）应由不镀金属或镀金属的退火铜线、铝或铝合金制成。紧压绞合圆形铝导体或铝合金导体的标称截面积不应小于10mm2。绞合成型的铜导体、铝导体或铝合金导体的标称截面积不应小于25mm2。
（2）同一导体内不同单线的直径之比应不大于2。
（3）每种导体内的单线数量应不少于表125给出的相应最小值。这一要求适用于紧压前由圆形单线组成的导体，而非预制成型的单线组成的导体。
2.非紧压绞合圆形导体的电阻要求
在20℃时，每种导体的电阻值不应超过表126中规定的最大值。对于具有与铝导体标称截面积相同的绞合铝合金导体，其电阻值宜由制造方与买方商定。
（四）软导体（第5种和第6种）1.软导体的结构
（1）软导体（第5种和第6种）应由不镀金属或镀金属的退火铜线制成。（2）每根导体中的单线应具有相同的标称直径。
（3）每种导体中的单线直径不应超过表127规定的相应最大值。2.软导体的电阻要求
在20℃时，每种导体的电阻值不应超过表127规定的相应最大值。
表127
单芯和多芯电缆用第5种和第6种软铜导体
*仅适用于第5种导体。
（五）电缆导体直流电阻的测量
电缆应在试验场地放置足够长的时间，以确保使用提供的校正系数时，导体温度已经
达到精确测定电阻值允许的水平。
导体直流电阻的测量在整根电缆长度或软线上，或者在长度至少为1m的电缆样品或软线上和室温下进行，并记录测量时的温度。通过表128提供的校正系数修正测量电
阻值至20℃时导体电阻（Ω/km）。
表128
导体电阻值的温度修正系数
注 表中数据适用于所有导体。
五、线芯的结构尺寸
电线电缆的标称截面积是确定导体特定尺寸的数值，但并不受直接测量的影响。每个特定尺寸（标称截面积）都应该符合表124、表126和表127的规定。
在GB/T3956—2008的附录C中，明确规定了四个种类电缆导体线芯的结构尺寸范围，其目的就是为电缆和电缆连接器的制造企业提供指导，以确保电缆导体与连接器的尺寸匹配。
（1）圆形铜导体的尺寸范围。圆形铜导体的直径应不超过表129中规定的值。如果要求第1种圆形铜导体的最小直径，可以参照表1211中实心圆形铝导体或铝合金导体的最小直径。
（2）铜、铝和铝合金的紧压绞合圆形导体的尺寸范围。铜、铝和铝合金的紧压绞合圆形导体的尺寸范围见表1210。
对于非紧压绞合圆形铝导体或铝合金导体的例外情况，最大直径应不超过表129中绞合导体（第2种）给出的铜导体的相应数值。
（3）实心圆形铝导体的尺寸范围。实心圆形铝导体和铝合金导体的尺寸范围见表1
2 11。12
表129
圆形铜导体最大直径（实心、非紧压绞合和软导体）
*实心铜导体用于特殊类型的电缆，如矿物绝缘电缆，而非一般用途。
表1210 铜、铝和铝合金的紧压绞合圆形导体（第2种）的最大和最小直径
表1211
实心圆形铝导体（第1种）的最大和最小直径
