柔性电缆

1.规则绞合

导线由规则、同心且相继各层依不同方向的绞合称为规则绞合。它还可以分为正常规则绞合和非正常规则绞合，后者系指层与层间的导线直径不尽相同的规则绞合。

除此之外，规则绞合又可分为简单规则绞合和复合规则绞合，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的，在绞合成导体。这种绞合形式多用于移动式橡皮电缆的导体结构，以提高其柔软性，一般正常简单规则绞合在电力电缆中应用最为广泛。如无特别说明，规则绞合一般均指简单规则绞合。

2. 不规则绞合（束绞）

所有组成导线都依同一方向的绞合。

绞合方向规定如下：将绞合线芯垂直放置，如单线从下至上的方向想做称为左相绞合，反之称为右向绞合。

规则绞合稳定性较高，几何形状固定，可以用组合导线的几何关系来表示。

在空间利用和绞合设备成本方面来说，不规则绞合（束绞）较为有利，不规则绞合（束绞）填充系数较高，相同截面积外径较小，可曲度较高，因而多用于绝缘软线和移动式橡皮绝缘电缆。

电力电缆的线芯则多采用规则绞合。

1.绞合节距h:

单线绕绞合线中心一周，在线束同一侧沿线芯测量所到得到的该线两点间的直线距离；

2.节距比（绞合系数）m:

某根单线中心所在圆的直径，D 。h/D即为节距比。

3.绞合角：

将规则绞合的线芯中任一沿螺旋线绞合的单线展开，单线的中心轴绕线芯一周L与所在层各单线中心的圆周之长为一直角边构成的直角三角形的夹角，即为绞合角。

4.绞入率k：

即单线长度比线芯长度增加的百分比。

节距比m越小，绞合角a越小，柔软程度越高，绞入率k也越大，所需单线越长。

线芯的填充系数为线芯导体实际面积与线芯轮廓面积之比。

规则绞合线芯的填充系数与层数和中心导线根数有关。

中心一根导线的绞合线芯的填充系数随层数增加而减少，而中心导线根数为2、3、4、5线芯的填充系数岁层数的增加而增加，但其绝对值比中心导线根数为1的小。从提高填充系数和稳固性考虑，中心为一根导线的规则绞合的结构最好。

导线的截面积主要决定于电缆的传输容量，例如长期允许载流量，允许短路电流等。设计方法是按电缆的结构和运行条件，先假定几个导线系列截面积，分别计算电缆的长期允许载流量，选取其中合适者，再作允许短路电流计算。导线的截面积应同时满足长期允许载流量和允许短路电流的要求。

1.圆形导线正规绞合结构

正规绞合时圆单线直径相同，中心放置1跟单先，第一层为6根，以后每层递增六根。相邻两层导线的绞合方向相反。

2.压紧导线结构

对圆形和非圆形导线加以紧压，可提高导线的填充系数，缩小外径。但削减了导线的可曲度，因此柔性电缆不使用此法。

3. 扇形导体结构

为使非紧压扇形芯具有足够的可曲度和稳定性，在设计不紧压扇形时，必须遵循以下规则：

a.中央导线规则

扇形芯的中央导线必须位于扇形芯的中心线上，否则当线芯弯曲时，位于中心线上部分导线将被拉伸，而下部的将被压缩而可能凸出，这将引起扇形破坏而损伤绝缘线。

b.移滑规则

扇形芯中心线上导线的直径一般较大，处在其两侧的导线应能沿中心线上导线滑动而不改变扇形芯外形，这一规则称为移滑规则。如不遵循这一规则，当扇形芯绞合成电缆时，扇形可能被破坏而损伤绝缘层。

4.中空导线结构

5.分裂导线结构

绝缘层是电线电缆的主要结构部分，保证产品具有良好的电气性能。绝缘层的设计包括绝缘材料和结构（剂包型、绕包形，组合型）的选择，以及绝缘厚度的确定，才外必须确定加工工艺方法等。

根据产品的使用条件来选择绝缘材料时必须考虑一下几方面：

1.按性能要求选择材料

a.电气性能是选择材料必须首要考虑的因素，因为绝缘层的要求作用就是电绝缘，但产品的电绝缘是指产品在足够长的使用时间内，在受热、机械应力及其他因素导致绝缘老化，以及各种使用条件（例如拉伸、弯曲、扭绞）的情况下，仍必须保证电性能不降低到产品所要求的最低指标的要求。因此，必须考虑材料的其他有关性能，以保证产品的电气性能。

最后判断产品能否继续使用的指标，仍然是以电气性能为主。

b.对绝大多数的电气装备用电线电来说，产品的工作电压不太高，同时基本上是橡胶、塑料等有机材料，因此绝缘材料的耐热等级、热变形和长期老化往往是绝缘材料最重要的评价因素。

c.绝缘材料的力学性能（抗拉强度、伸长率及柔软性）同样是重要的因素。对某些机械应力破坏较突出的场合所应用的产品，机械应力主要由护套来承受，但绝缘材料也应具有足够的机械强度。

2 材料的经济性和来源

在满足性能要求的前提下，应该尽量考虑材料的成本，以及环保性能。

3.考虑工艺上的方便性与可能性，使其易于生产。

4.对于有护套结构的产品，绝缘材料的选择应结合护套结构与材料来考虑。例如有护套的产品，对绝缘的机械强度要求可略微降低，反之，有的绝缘材料机械强度交差，就应该适当增加护套的厚度。

从电压等级来讲，电压愈高，绝缘厚度愈厚。对于高压产品，绝缘厚度的确定主要根据电性能要求来进行设计，同时在结构上还应考虑均匀内外电场的半导电层的设计。

对于低压电气装备的电气电缆，在绝缘材料选定后，确定绝缘厚度时，电性能一般不是主要的考虑因素，而是以力学性能为主。一般应考虑下列几点：

1.按力学性能来确定绝缘厚度。产品在制造、安装敷设或使用中，会受到弯曲和拉力等，这样绝缘层会受到拉、压、弯、扭、剪切等机械应力的作用。而导线截面的大小对这些应力的数值影响很大，截面愈大，弯曲应力愈大，自重也大，因此在每一产品中，绝缘厚度总是随着导电芯截面的增大而增加。为了方便，适当分成几档。

对低压产品来说，绝缘在满足了力学性能的要求后，电性能也应相应得到满足。当产品的电压等级提高时，绝缘厚度适当增加。

导电线芯的柔软度对绝缘的确定也有关，柔软的导电线芯，弯曲时应力小些。但因为柔软型的产品均用于经常移动弯曲的场合，因此一般不再减薄绝缘厚度。

材料的力学性能较好，就可适当减薄绝缘厚度。如聚氯乙烯绝缘电线的绝缘厚度较橡胶绝缘电线为薄。

2.绝缘的最薄厚度应考虑到两方面的因素：一是工艺上的可能性；二是长期老化因素。同样的材料，绝缘厚度薄，则老化损坏快些，一般橡胶绝缘电缆最薄的绝缘厚度应不小于0.3mm，聚氯乙烯不小于0.25mm。

3.同样电压等级而有护套结构的产品，从电性能角度考虑，绝缘厚度可以相对减薄些，但考虑到某些产品经常移动，对安全性要求较高，实际上并不一定减薄。

4.对安全性要求特别高的产品，可适当加厚绝缘厚度。

目前，各类产品绝缘厚度具体数值的确定，主要根据实际经验和试验数据，在此基础上，可以做出有关的经验计算公式。随着标准化工作的进展，将使绝缘厚度的设计趋于更为合理。

1.单芯电缆不分阶绝缘结构

绝缘层由介电常数相同的材料构成，称为不分介绝缘。

2.单芯电缆分阶绝缘结构

绝缘层由介电常数不同的材料构成，称为分阶绝缘。其电场强度与各分阶层的介电常数ε成反比，所以ε大的材料用于绝缘层内，ε小的材料用于绝缘外层；分阶绝缘的作用是使绝缘层内的电场强度分布均匀型，提高绝缘外层的电场强度，提高绝缘的利用系数（即平均场强与最大场强之比），更重要的是可降低导线的表面最大场强，提高了电缆的安全系数；或在导线表面最大场强相同情况下，可减薄绝缘厚度。

3.多芯电缆绝缘结构

三芯分相铅包（或分相屏蔽)电缆的每一相的电场分布与单芯电缆相同。

10kV及一下的三芯电缆大多采用统包结构，其电场分布较复杂；但由于工作电压较低，其绝缘厚度主要取决于机械强度，因此不一般不作电场算。

电缆绝缘的击穿方式有电击穿、热击穿、滑移击穿三种。电击穿是电场对绝缘直接作用而引起的；热击穿是当电缆发热大于散热时，电缆处于热不稳定状态，温度越来越高，最终使绝缘丧失承受电压的能力而引起；滑移击穿是由于绕包绝缘材料间局部滑移放电逐步延伸，最后形成击穿通道而引起。

电缆绝缘的电气强度（工频电压击穿强度、冲击电压击穿强度、过电压击穿强度），与电缆的结构，绝缘材料的性能以及制造工艺等因素有关。

绝缘中气隙、水分和杂质的存在，会降低绝缘的电气强度。充油电缆结构能有效地消除绝缘层中地气隙产生，并保持一定的油压，所以比粘性浸渍电缆和塑料、橡胶电缆有较高的电气强度。

1.塑料绝缘的电气强度

塑料电缆的击穿主要是由于绝缘层中的气隙、杂质以及屏蔽层与绝缘层之间的表面不平等缺陷，在电场下引起部分放电（或称游离放电）导致绝缘层树枝状放电而引起。绝缘层中如有水分，在电场和水的同时作用下，树枝状放电发展更快。因此塑料电缆应尽可能消除绝缘中的气隙、杂质和水分（如将塑料进行预干燥）。高压塑料电缆（110kV及以上）采用内、外半导体电屏蔽层和绝缘层三层同时挤出及逐段冷却等工艺，可提高其电气强度。交联聚乙烯电缆宜采用非水蒸气交联法（如红外线交联、超声波交联等），以消除绝缘层中的气隙和水分。

2.橡胶绝缘的电气强度

橡胶电缆的击穿主要是由于绝缘层中存在的气隙、杂质等缺陷，在电场下产生部分放电而引起。因此i要求尽可能地消除绝缘中地气隙和杂质。橡胶的击穿与含胶量及其配方有关。含胶量较高的橡胶击穿强度较高。橡胶的击穿强度随拉伸程度的增加而降低。

塑料及橡胶绝缘电缆的绝缘厚度一般按绝缘的工频和冲击强度的平均值分别计算取其最大值。

1.交联聚乙烯电缆的绝缘设计

交联聚乙烯电缆的绝缘破坏，由于存在内外半导电层凸起，绝缘中存在杂质、气隙等缺陷而引起的，因此设计中采用平均破坏强度。

交联聚乙烯电缆对于工频电压和雷电冲击电压的绝缘破坏强度符合威布尔分布。

实际设计中，电承受工频电压值和工频电压最低破坏强度求出绝缘厚度，以及由承受雷电冲击电压值和雷电冲击电压最低破坏强度求出绝缘厚度，取二者厚度的绝缘厚度作为电缆的绝缘厚度。

2.聚氯乙烯电缆的绝缘设计

聚氯乙烯电缆的长期工频击穿场强在10kV/mm以上。聚氯乙烯电缆的平均工作场强可取1~2kV/mm。

3.聚乙烯电缆的绝缘设计

聚乙烯电缆的长期工频击穿场强约为9kV/mm。冲击击穿场强约1.5~5.5kV/mm。

4.橡胶绝缘电缆的绝缘设计

橡胶的击穿强度与其拉伸程度有关，拉伸程度愈大，击穿强度降低愈多。在拉伸情况下，橡胶击穿强度差不多是正常情况下的1/5~1/6。

橡胶的击穿强度随其含胶量的增加而提高。

橡胶电缆的绝缘设计参考塑料电缆，平均工作场强可取1~2kV/mm。

直流电缆绝缘层中的电场是按绝缘电阻分布的，电阻增大，场强增高，而绝缘电阻又与温度及电场强度有关，因此直流电缆绝缘内的电场分布随绝缘的温度变化不同。

直流线路的雷电过电压，因直流避雷器保护方式及电缆长度而不同，在无避雷器时约为额定电压的3倍，而内过电压约为额定电压的1.7倍，因此直流电缆绝缘一般按承受3倍额定电压的雷击过电压设计。由于各种含交流分量的过电压叠加在直流电压上，绝缘的击穿强度由其合成的最高电压决定。在反极性过电压情况下，电缆绝缘的击穿强度稍低。

聚乙烯或交联聚乙烯电缆的最大工作场强可取20kV/mm。

对于额定电压U₀为6kV及以上的聚氯乙烯电缆应具有导体屏蔽和绝缘屏蔽。导体屏蔽应为一层挤包的半导电层。绝缘屏蔽应由半导电层和铜带组成。绝缘表面的半导电层可采用挤包型、包带型或包带内加石墨涂层结构。铜带可以分相绕包在绝缘线芯上或统包于缆芯上，铜带厚度应不小于0.1mm。

1.导体屏蔽

额定电压U₀为1.8kV以上的交联聚乙烯电缆应有导体屏蔽。导体屏蔽应为剂包的半导体层。标称面积500mm²及以上的电缆导体屏蔽应由半导电带和挤包半导电层联合组成。

额定电压U₀为64kV及以上的交联聚乙烯电缆导体屏蔽用的半导电料应是交联型材料。

直流体积电阻率

23℃ 最大 100欧姆·cm

90℃ 最大 300欧姆·cm

拉伸强度 最小 14.5MPa

伸长率 最小 200%

2.绝缘屏蔽

额定电压U₀为1.8kV以上的交联聚乙烯电缆应有的绝缘屏蔽。

额定电压U₀为8.7kV及以下的XLPE电缆绝缘屏蔽可采用挤包型、包带型或包带内石墨涂层结构。额定电压U₀为8.7kV以上的电缆绝缘屏蔽应为挤包半导电层。

额定电压U₀为12kV及以下电缆的挤包型绝缘屏蔽应是可剥离的。

额定电压U₀为64kV及以上电缆的绝缘屏蔽应为挤包半导电层。

额定电压U₀为12kV及以下电缆的挤包型绝缘屏蔽应是可剥离的。

额定电压U₀为64kV及以上的电缆的绝缘屏蔽用的挤包的半导电料应是交联型材料，其性能要求与导体屏蔽材料相同。

3. 金属屏蔽

额定电压U₀为1kV及以上电缆应有金属屏蔽层，金属屏蔽有铜丝屏蔽和铜带屏蔽两种结构型式，额定电压为21kV及以上，同时标称面积为500mm²及以上电缆的金属屏蔽层应采用铜丝屏蔽结构。

铜丝屏蔽由疏绕的软铜线组成，其表面应用反向铜丝扎紧。铜丝屏蔽的标称截面分16、25、35及50mm²四种，可根据故障电流容量要求选用。

铜带屏蔽由重叠绕包的软铜带组成。铜带标称厚度应按下列要求选用：

单芯电缆 ≥0.12mm

三芯电缆 ≥0.10mm

额定电压U₀为64kV及以上的电缆的金属屏蔽应由疏绕软铜线组成，在表面应用反向铜丝或铜带扎紧。铜丝屏蔽的标称面积为95mm²，电祖率应符合GB3957规定。

电缆采用铅包或铅包金属套时，金属套可作为金属屏蔽层。

电缆保护层分内护层和外护层。内护层有金属的铅护层、平铝护套、皱纹铝护套等和非金属的塑料护套、橡皮护套等，其作用是防止绝缘层受潮、机械损伤以及光和化学侵蚀性媒质等的作用。金属护套多用于油浸纸绝缘电缆，塑料和橡皮护套多用于塑料，橡皮绝缘电缆。

金属护套厚度取决于机械强度，并考虑电缆内部的压力及敷设运行条件和工艺条件加以确定。降低电缆的铅、铝、塑料、橡胶护套已趋标准化。为提高铝护层的安全裕度，目前铝护层的厚度基本与铝护层相同。

目前我国高压电缆中铅护套有铅锑铜合金和铅碲砷合金两种，铅碲砷合金的抗拉强度、耐疲劳性能和耐蠕变性能比铅锑铜合金高，延伸率稍差。

外护层包括衬垫层、铠装层和覆盖层（外被层），主要是起机械加强和防腐蚀作用。其结构设计取决于电缆的敷设运行条件。金属护套的外护层常为多层结构，为沥青、聚氯乙烯带、浸渍纸、加强金属带的组合。这种组合有较好的防腐蚀性能。并能防止铠装层对金属护套的机械损伤。为了使外护层有更好的防腐蚀性和防水性，最外层还可用挤包的塑料护套。

当高压电缆线路发生短路故障，或当操作波及雷击波浸入时，会产生很高的护层感应电压，可能引起外护层的击穿，因此外护层须有承受一定电压的能力。一般应能通过工频电压10kV·1min及冲击试验电压50kV，正负10次不击穿的试验。为了提高电缆的传输容量，外护层有较高的绝缘电阻。

对于铅包的高油压自容式充油电缆、高落差电缆及水底电缆，由于要承受较大的内压力或拉力，或两者都要承受，需进行机械加固，所以护层要铠装。铠装材料一般用带材（如铝青铜带、不锈钢带）或线材（如钢丝、铝合金丝）。铠装带的厚度及层数，铠装丝的直径及根数，由电缆所承受的压力，拉力和铠装材料的机械强度确定。

电缆外护层按不同的敷设条件，分为普通外护层、一级外护层和二级外护层三种结构。普通为护层仅适用于铅护层，以及有沥青和浸渍电缆纸的组合成。一级外护层，对于无铠装的结构，由沥青加聚氯乙烯护套组成；对于有铠装的结构，衬垫层由二层沥青、聚氯乙烯带和浸渍绉纸带的防水组合层组成，在铠装外面可无外被层（裸）或有一层由沥青、浸渍电缆纸及防止粘合的涂料所组成的外被层。二级外护层是铠装外面还有一层与衬垫层相同结构的防护层，再挤包塑料护套。

裸铠装或裸铅包电缆，只能适用于对铠装或金属护套没有腐蚀作用的场合。一级外护层有一定的防腐作用，但在严重的酸、碱性环境和海水中，铠装和金属护套仍会锈烂。二级外护套层则可同时防止酸、碱、盐和水分对金属护套和铠装的侵蚀。

护套层的作用是保护电缆的绝缘层，以防止外力或环境因素损伤电缆。由于电气装备用电线电缆使用的场合不同，敷设的方法也各异，因此这类电线电缆的护层结构形式有多种。

1.绝缘层兼作保护层的产品

仅有绝缘层没有护层的产品，用于没有机械外力、环境条件较好的场合，绝缘层同时起着护层作用。这类产品包括：聚氯乙烯和丁腈聚氯乙烯绝缘电线和绝缘软线。部分电机电气引接线和公路车辆用电线等。氯丁橡胶绝缘电线由于氯丁具有耐磨、耐气候老化和机械强度较高等特性，也可不用外护层。

2.棉纤维或玻璃纤维编织涂沥青护层

这种护层常见用于橡胶绝缘电线和软线等一类产品，起着防止轻度机械外力和摩擦的作用，但耐气候性较差。随着布电线产品的更新改造，这类护层的使用越来越少。

3.橡胶、橡塑护层

由于电气装备用电线电缆大多要在移动条件下工作，或常更换安装位置，要求安装时柔软、弯曲半径小等。因此橡胶、塑料护套在电器装备电线电缆产品中占了大部分，使用比较普遍。

按使用环境的要求，橡胶、塑料护套又可分为普通与特殊两种。

普通要求的护层主要是承受机械作用（外力、耐磨、弯曲或扭转的条件下的应力等）和防潮。按照承受机械作用能力的大小，可分为轻型、中型和重型护套等几种结构。例如通用橡套软电缆、矿用电缆和船用电缆中的一部分。

特殊要求的护层，除了机械放户外，由于使用环境的不同，还要求具有耐油、耐寒、耐日光、防霉、防虫、防鼠，以及低烟、无卤、阻燃等各种特殊性能，因此i必须采用新型的合成材料或各种特殊配方材料。

4.铅保护套或铝护套

在老化产品中，凡严格要求防潮的产品，以前大多采用金属护层。由于金属密度大、价格贵，因此目前仅在极少数产品中还保留这种结构，例如固定敷设的油井加热电缆。大多数产品已用防潮性能良好的橡塑或塑料/金属符合材料来取代。

5.外护套结构

当产品用于地下直埋敷设、垂直或机械外力破坏可能较重的场合，产品在护套外还需要加上金属铠装的外护套结构，如采用钢丝或铜丝编织，也有采用与橡塑绝缘电力电缆相同的各种铠装结构。

6.屏蔽结构

当使用场合有屏蔽要求时，可采用金属丝、金属带或铝塑复合带作为屏蔽层，有的编织或绕包于每根绝缘线芯外；有的安置于总的护套内或外。

护套材料根据使用要求、材料来源、经济性及工艺条件等因素选定后，护套厚度的确定主要取决于机械因素，同时也应考虑长期环境老化和材料透湿性的影响。这些影响因素主要于产品的外径和导线截面等有关，因此护套厚度一般除了随导线芯的截面增大而加厚外，多芯电缆还与产品成缆后的直径有很大的关系。因此在各产品标准中规定护套厚度的原则，主要取决于挤包护套前电线电缆的缆芯直径。

护套的厚度按承受机械外力的能力分为三类：

1.轻型护套

轻型护套要求柔软，对耐磨和机械冲击性能的要求不高，如轻型通用橡套软电缆，橡胶、塑料绝缘和护套电线及软线。对于要求外径小因此希望护套特别薄的产品，则采用尼龙护套（厚度为0.12~0.25mm）。

2.中型护套

中型护套要求有一定的柔软性，同时要求有一定的康机械应力、耐磨等特性。这种护套结构适用范围最广，如中型通用橡套软电缆、大部分船用电缆、铀矿电缆、控制信号电缆等产品。

3.重型护套

重型护套的电缆仍要求具有经常移动的柔软性，但它具有很强的承受机械外力的能力，如严重的摩擦、冲击力、挤压以及撕裂性外力等。

对于有耐油要求的护层，常选用适合的材料（如丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯等）来提高产品的耐油性。此外，也采用改变材料配方或共混改性等方法，来改善电缆的耐寒、耐日光等性能。