Ⅰ 、电缆拉丝工艺技术

一、 线材拉伸的基本原理

　　1.线材的拉伸：是指线坯在一定的拉力作用下，通过模孔发生塑性变形，使截面减小、长度增加的一种压力加工方法。

　　2.拉伸的特点：
   (1) 拉伸的线材有较精确的尺寸，表面光洁，断面形状可以多样。 

   (2) 能拉伸大长度和各种直径的线材。

 　(3) 以冷加工为主，拉伸工艺、模具、设备简单，生产效率高。

   (4) 拉伸能耗较大，变形受一定的限制。

    3.拉伸的原理：拉伸属于压力加工范围，拉伸过程中除了产生极少的粉屑外，体积变化甚微，因此拉伸前、后金属的体积基本相等。

　　4.影响拉伸的因素：
   (1) 铜、铝杆(线)材料。在其他条件相同时，拉铜线比拉铝线的拉伸力大，拉铝线容易断，所以拉铝线时应取较大的安全系数。

   (2) 材料的抗拉强度。材料的抗拉强度因素很多，如材料的化学成分，压延工艺等，抗拉强度高则拉伸力大。

　 (3) 变形程度。变形程度越大，在模孔变形段长度越长，因而增加了模孔对线的正压力，摩擦力也随之增加，拉伸力也增加。

   (4) 线材与模孔间的摩擦系数。摩擦系数越大，拉伸力越大。摩擦系数由线材和模具材料光洁度、润滑液的成分和数量决定。

   (5) 线模模孔工作区和定径区的尺寸和形状。定径区越大，拉伸力也越大。

   (6) 线模的位置。线模安放不正或模座歪斜也会增加拉伸力。也是线径及表面质量不达标。

   (7) 外来因素。线材不直，拉线过程中线的抖动，放线阻力，都会增加拉伸力。

二、 拉丝设备

　　1. 拉丝机的分类
      按模具数量分：单模拉丝机和多模拉丝机。
      按工作特性分：滑动式拉丝机和非滑动式拉丝机。
      按鼓轮形状分：塔形鼓轮拉丝机、锥形鼓轮拉丝机及圆柱形鼓轮拉丝机。
      按润滑型式分：喷射式拉丝机和浸入式拉丝机。
      按拉制线径分：巨、大、中、小、细、微拉丝机。

　　2. 多模拉丝机的特点：是线材通过几个规格逐渐减小尺寸的模子和其后的拉线鼓轮，而实现拉伸的拉丝机。

   (1) 滑动式连续拉丝机
        滑动式连续拉丝机是拉丝鼓轮圆周速度大于线材拉伸速度，并以次而产生摩擦力。
        它的优点是总的延伸系数高，加工率大，拉伸速度高，产量大，易于实现自动化、机械化。
        它的缺点是在拉线过程中，为了克服线材所产生的摩擦力，要消耗很多的功;对鼓轮表面的磨损很大;对配模的要求严格。
    A .圆柱形鼓轮拉丝机
        这种拉丝机的特点是各个拉丝机鼓轮的直径相等，且呈直线排列，主要拖动形式为一个电动机带动各级鼓轮，它的优点是穿模方便，停车后可以测量各         道次的线材直径，以便控制拉伸的过程。它的缺点是机身较长，而且模子的数量一般不多于9个。
   B .卧式塔形鼓轮拉丝机
        这种拉丝机应用最为广泛，塔形鼓轮结构，按其塔级多少，可分二级拉丝鼓轮和多级拉丝鼓轮。它的优点是拉丝道次多，设备紧凑，占地面积小

   (2) 无滑动式连续拉丝机
       非滑动式拉丝机是线材与鼓轮之间没有相对的滑动，线材拉伸后缠绕在拉丝鼓轮上，因此中间的鼓轮有双重的作用，即起着拉伸鼓轮的作用，又起着储        线为下道模子拉丝的放线作用。比较多的是8、10模拉丝机。
       它的优点是：鼓轮和线材表面不易磨损;适于抗张力不大，耐磨性差的铝(铝合金)线的拉制;机构简单，容易制造;由于中间鼓轮上有储存，当某个鼓轮停        止转动时，其它鼓轮仍可在短时间内照常工作。
       它的缺点是：不能高速拉伸，一般不超过12m/s;不适宜细线的拉伸。

三、 拉丝的润滑

　　1. 润滑剂的作用：
   (1) 润滑作用。在变形的金属和模空之间，保持一层润滑膜，避免模具和线材直接接触和粘结，降低摩擦系数，从而减少能量消耗和加工道次，延长模具的        使用寿命。
   (2) 冷却作用。使用冷却的润滑液，可以降低线材和模孔的温度，防止线材温度过高而发生氧化变色，提高线速。
   (3) 清洗作用。在拉制过程中，不断产生微细的金属粉尘，润滑液不断冲洗模孔，消除金属粉尘在模孔的作用。

　  2. 润滑剂对拉丝的影响因素：
   (1) 浓度。润滑剂的浓度大，提高了它的润滑作用，金属线材与模孔壁的摩擦系数小，相应的摩擦力也减小，拉伸力随之下降。但是，浓度太大，润滑剂的        粘度也随之上升，它的冲洗作用也减小，模孔的金属屑不易带走，造成线材表面质量差。浓度太大，金属屑不会沉淀，悬浮在润滑剂中，反而影响润滑        效果。
   (2) 温度。润滑液的温度过高，失去了它的冷却作用，使金属线材及模具的温度升高，线材氧化变色、模具寿命减低，也影响油脂润滑膜的强度，润滑效果        下降。温度过高，润滑剂粘度上升，不利于拉伸。
   (3) 清洁度。润滑剂中混入酸类物质，会造成润滑剂分层，失去润滑效果。润滑剂中含碱量增加，对拉伸后的金属线材产生腐蚀的危害。润滑剂中有固体杂        质，影响设备的润滑系统，造成润滑液供应不足，减小了润滑剂起到的作用。

　　3. 对润滑剂的基本要求：
   (1) 粘附性好，润滑剂能有效地粘附在拉制线材的表面上。
   (2) 能承受线材与模具之间的高压，热稳定性好。
   (3) 没有腐蚀作用。
   (4) 冷却效果好。
   (5) 没有刺激的气味。
   (6) 拉制后易于除去。

　　4. 拉丝润滑方式：
   (1) 单个模槽分散润滑
       主要用于一次拉丝机或无滑动的积储式多模拉丝机，它对润滑剂的形态无限制。通过模槽内的循环水起到冷却的作用。由于模槽是敞开式的，可以直接        观察润滑剂情况，便于调整。但是容易弄脏设备和场地。
   (2) 浸入式润滑
       采用乳液壮和液体油状的润滑剂，适用于滑动式连续拉丝机。润滑剂盛装在拉丝机的专用槽内，鼓轮、线段、模具都浸入在润滑剂中，结构简单，能保        证模具、鼓轮、线材的连续润滑和冷却。
       它的缺点是：拉丝过程中产生的金属屑没有沉淀的可能，不断被带进模孔和鼓轮上，影响模具和鼓轮的寿命，也影响线材表面的质量。润滑掖槽需要有        冷却装置，防止润滑液温度过高。
   (3) 循环式润滑系统
       在滑动式连续拉丝机上，保证润滑液有固定的成分和一定的温度，可以单机使用，也可以数台拉丝机集中使用。它的优点是润滑液里的金属屑可以得到        充分的沉淀，定期的清理，能保证润滑液的清洁度。它的缺点是要不定期对润滑液进行分析，适时补充润滑剂。

四.拉丝模具

　　1. 模具的种类和应用
   (1) 硬质合金模，它的优点是：耐磨性好;粘附性小;抛光性好;摩擦系数小;抗腐蚀性高。
   (2) 钻石模，由于天然钻石模价格昂贵，非常脆弱，主要用于细微线的拉制。
   (3) 聚晶模(人造钻石)，与天然钻石一样的高硬度和高耐磨性，主要用于小拉丝机的中间模。
   (4) 钢模，修制容易，价格低廉，但硬度和耐磨性比较差，寿命低，主要用于生产量小，拉大截面的型线。

　　2.模具的结构尺寸
      拉丝模具的模孔，有四个部分组成：
   (1) 入口润滑区：带有圆弧，便于线材进入工作区。
   (2) 工作区：金属拉伸时产生塑性变形，线材截面压缩减小。
   (3) 定径区：保证线材尺寸与形状精确和均一，延长模具的使用寿命.
   (4) 出口区：出线端，防止停车时出现竹节刮伤和定径区出口处的崩裂。

　　3.拉丝对模具的要求
   (1) 模孔的各个区域应该光滑，不得有裂纹和凹坑的存在。
   (2) 模孔的中心线要垂直于模具的端面。
   (3) 工作区、定径区在修磨后必须要抛光。

Ⅱ、铝合金电缆与铜电缆的对比

  铝合金电力电缆是以AA8030系列铝合金材料为导体，采用特殊紧压工艺和退火处理等先进技术发明创造的新型材料电力电缆。而铜电缆是现在普众使用的，以铜材料为导体的电力电缆。

　　一、铜铝矿产资源的现实比较

　　我国铜资源相对短缺是客观事实，但铝资源其实并不富裕。所谓“富铝缺铜”更是不符合国情的误导宣传。众所周知，国内铝加工行业由于产能严重过剩，早已列入国家限制淘汰落后生产序列。国产铝土矿石的铝硅比偏低，氧化铝生产成本偏高。铝矿的过度开采使国内储采比仅有6.6年，远低于石油工业10年的储采比，显然储量不能满足经济快速增长的需要。然而为维持庞大的铝业产能，必须从海外大量采购铝矿资源，预计到“十三五末”铝矿的海外依存度将达到60%以上。从长期来看，客观上存在铝资源短缺的系统性风险。反观铜作为100%可循环使用的金属，国内储采比尚有16年之久，若能利用当前外汇储备和低价铜矿的优势，大量收购国外铜矿资源，“藏铜于国内”无疑更具有突出战略意义。

　　二、铝合金电缆的性能对比

　　1、铝合金电缆的导电性较差

　　铝合金电缆导电率只有铜电缆的61%。相同电缆截面下，偏大的电阻必然造成线损偏高，降低能源利用效率。相同载流量条件下，铝合金电缆电阻率总是略大于铜电缆。以负荷电流380A，年     利用小时数4500h，运行寿命30年为例，铜电缆截面若采用150mm²，则铝合金电缆截面需240mm²，两者的电阻率分别是0.148/km和0.150/km，年能耗为288495kwh/km和292410kwh/km，全寿命     周期内两者能耗差为117450kwh/km。显然全寿命周期内铝合金电缆的损耗偏大，背离国家“节能减排”的发展方向。

　　2、铝合金电缆载流量偏低

　　城市电网供电可靠性要求达到99.99%，核心区需达到99.999%的更高水平。由于城市电缆网采用环网结构，故障情况下短时间内保护动作，迅速将负荷切转至对侧线路，确保不间断用户供       电。但要实现电网高可靠性，完善的网络结构、优良的设备和线路都是必不可少的。电网中的供电线路必须具有较高的载流量，除自身负荷外还能承担临时切换负荷。同等截面的铜芯电缆     比铝合金电缆的载流量高出30%以上，显然更能满足城市供电可靠性的要求。

　　3、铝合金电缆机械抗拉强度低

　　铝合金电缆的抗拉强度只有铜电缆的46%，允许牵引力比铜电缆低60%。城市配电网大量采用电缆环网结构，规划设计上考虑尽量减少电缆中间接头的使用。实际使用中，单根铜电缆敷设长     度一般在600~800米区间。考虑在同等载流量条件下，单根普铝电缆的敷设长度仅为500米。考虑牵引力的影响，单根铝合金电缆的敷设长度只有350米。显然抗拉强度偏低必然导致单次牵引     电缆的长度受限，需额外增加大量中间接头，增加后续运行维护风险。

　　4、铝合金电缆耐腐蚀性能弱

　　电缆导体的腐蚀主要是金属电化学腐蚀，即在金属表面发生原电池或杂散电流干扰引起的电解电池作用。铝合金电缆在生产工艺中为了改善抗蠕变性能加入了镁、铜、锌、硅等元素，并增     加热处理工序。由于电缆运行工况复杂，在含有电解质的环境中，电极电位更低的铝与其他加入的金属元素存在电极差，从而形成电流通路，发生孔蚀和裂隙腐蚀等电化学现象。铝合金电     缆热处理工艺还容易造成导体表面物理状态不均匀，增加电化学腐蚀的可能，继而发生应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀。

　　5、铝合金电缆耐高温性能差

　　铜的熔融点为1080，而铝的熔融点仅为660，显然铜导体是耐火电缆更好的选择。火灾情况下，中心环境温度可上升到750以上，电缆必须能够维持通电的基本功能以构筑生命保障线。显然     当火场温度高于铝合金和铝的熔融点后，无论采取何种隔热措施，电缆导体都会在短时间内发生融化，丧失导电功能，从而严重影响火场人员安全疏散。

　　6、铝合金电缆接头故障风险高

　　电缆运行经验表明，80%故障均发生在接头部位。铜具有铝和铝合金无法比拟的优越性。铜接头氧化生成的氧化铜是优良导体，仍能够保障接头和端子的电气连接性能。铝和铝合金接头发生     氧化生成的氧化铝是绝缘体，质地坚硬、粘结力强的特性使其难以形成良好的导电触点，易造成触点发热。电气设备终端多采用的是铜制接头，使用铝合金电缆就会形成铜铝连接。铝合金     的热膨胀系数远高于铜。由于电网运行始终存在峰谷差，当负荷发生明显变化时，温度快速变化，接触区出现较大的侧向运动，切断了金属触点的有效连接，增大接触阻抗，导致连接处温     度上升。冷却时再次发生热应力变化，进一步形成界面剪切作用。在长期冷热反复作用下，当热应力大于铝的屈服力时，就会在接触区内形成不可逆的塑性变形，加速接头处的损耗程度，     直至最终出现连接故障。铝合金导体在热胀冷缩后更容易产生接触不良的现象，接触区的恶性循环又对接头安全运行形成巨大考验。

　　7、铝合金电缆占用通道资源多

　　在相近能耗条件下，铝合金电缆截面需大于铜电缆两个规格以上，才能达到相近的载流量。然而增大的导体截面对电缆敷设和电缆通道结构尺寸都带来严重影响。电缆通道资源是城市电缆     网建设的重要组成部分。受城市道路规模和交通组织的影响，大多数电缆采用排管和拉管方式敷设。选用铝合金电缆进行排管内敷设，则排管孔径必须放大到敷设铜电缆孔径的1.6倍以上，     显然增加了电缆土建工程建设成本。同时扩大的土建规模增加了占地，在城市地下资源日益紧张的条件下，显然并不具有可行性。

　　8、铝合金导体安装工艺要求高

　　安装铝合金电缆需要使用特殊工具，不同厂家接头甚至需要配置不同工具，无疑增加施工安装成本。铝合金电缆安装程序复杂,一般分为剥离绝缘层、去除导体氧化层、涂覆抗氧化剂、插入     端子、压接成型、擦除多余抗氧化剂等6个主要步骤。不正确的安装容易导致接头接触电阻过大，异常温升直至发生电缆故障。国内目前的电缆施工力量参差不齐，现场管理水平也落后于发     达国家。相比较而言，铜电缆应用经验丰富，具有更好的机械性能和安装容错性，施工工艺比较简化，更适合现阶段的实际情况和发展水平。

　　三、综上所述，铝合金电缆是一种投资风险大、市场空间有限、对用户安全可靠性保障度低的产品，相对铝电缆仅是在抗蠕变性能方面有局部改善，却不能对铝电缆的其他不足方面提供 有效的解决方案。通过对比分析，铝合金电缆并不适合在中压系统和城市配电网推广使用。

Ⅲ  高压电缆载流量影响条件 

 实际使用中，电缆系统运行环境及运行参数对导体截面选择有非常大的影响，相同导体截面的电缆在不同环境和运行条件下，其载流量差别非常大。   

      1、电缆的埋设深度

　　为了保护埋设于地下的电缆，减少或者避免外力对其影响，一般电缆线路均要保证一定埋深。但是随着埋深加大，电缆散热条件也随之变差，在允许最高运行温度相同的条件下，电缆载流量也随埋深加大而变小。

　　2、多回路电缆的互热效应

　　当电缆多回路以密集形式敷设时，由于互热效应将使多回路电缆之间散热条件变差，所以载流量也相应地减少。

　　3、同回电缆相间距的影响

　　与多回电缆间互热效应类似，同回电缆相间也存在互热效应。

　　4、电缆系统周围土壤温度

　　电缆截面选择也就是确定电缆允许电流，而允许电流是由芯线允许温度决定的。芯线温度不但与电流有关，也取决于周围媒介温度与热阻。故埋地电缆周围土壤温度对载流量有较大影响。

　　5、土壤热阻系数

　　在初步评估电缆载流量时，如土壤没有非正常地干燥或与热性。

　　通常对于较大规模的电缆系统，要求在设计前进行线路勘察时，作较详细测量，确认线路沿线土壤热阻系数。另外也应考虑到土壤热阻系数随季节变化。

　　6、其他相关数据

　　若电缆不是直埋敷设而是敷设在导管中，再埋设在地下，则除了需要收集以上的运行和环境数据外，还需导管的热阻系数，其也是影响电缆载流量的重要数据。