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絕緣材料硬度和溫度對電纜導體性能的影響論文
引言
電線電纜大致分為裸電線類和絕緣電線電纜兩大類。
裸電線類指的是鋼芯鋁絞線等用空氣來絕緣的導線，一般架設在空中，用絕緣子與地面隔絕，每相導體有一定的空間間隔，用空氣來絕緣。 它的絕緣特性取決于大氣的潔凈度、海拔高度（海拔高度越高，大氣越稀薄）和氣候條件等與空氣有關的參數，導體工作溫度取決于導體的耐熱特性。 由于沒有絕緣層，裸電線類沒有電壓區分。
絕緣電線電纜是指銅鋁導體外包覆有絕緣層的一類產品，由于有絕緣層，這類電線電纜規定有相應的電壓等級。 絕緣層可由絕緣性能好的纖維材料（例如電纜紙、棉紗、黃麻等）、礦物油或高分子材料制成。
高分子材料由于其絕緣性能優良，資源豐富（大多是石化產品），加工性能好、可選用的品種多等優點，被廣泛用于制造電線電纜的絕緣、護層及包裝材料。 電纜導體承擔輸送電流的功能，其運行的好壞在很大程度上取決于絕緣用高分子材料的特性。
1 高分子絕緣材料與導體工作溫度的關系
電線電纜的導體，無外于鋁和銅兩種金屬，除了在形狀（例如扇形、瓦楞形等）的改變和加工工藝（例如退火、銅鋁雙金屬材料）等的改變外，它的導電性能和機械強度的改進已無太多的空間，有絕緣的電線電纜新產品的開發很大程度取決于高分子材料工業的突破，只有研發出一種新的高分子材料，電線電纜才可能出現一種或一個系列的新產品。 因而電線電纜的技術創新是與材料工業的技術創新密不可分的。 目前市場高分子材料絕緣和護套電線電纜品種繁多，特別是一些新材料制造的電線電纜， 如果不了解它的性能，就不知道這類電纜的正常運行溫度和電纜的適當的使用場合。
高分子絕緣電線電纜指的是用橡膠、塑料等做絕緣或護套的電線電纜。 高分子材料用于絕緣時，由高分子材料的耐熱特性決定電線電纜的導體工作溫度。
導體工作溫度越高，其輸送電流的容量越大，也就是載流量越大。 表 1 給出各種常用高分子絕緣材料允許的導體工作溫度。【1】
用戶應當根據自身系統的電纜工作環境溫度來選用不同絕緣材料電纜的導體的工作溫度。 例如，金屬熔爐附近電器連接線溫度較高，選用硅橡膠絕緣電纜可以抵御較高的環境溫度，保證正常供電；汽車發動機和飛機發動機周圍溫度較高，一般應選用交聯聚烯烴材料作為發動機周圍布線，選用氟塑料絕緣類電線電纜作為發動機的引接線。 因而無論是國際電線電纜標準和我國電線電纜標準，對絕緣電線電纜不僅要標明其適用的電壓等級、還要標明絕緣類型和相應的絕緣材料下導體的工作溫度，供用戶正確選擇。
2 電纜的導體與高分子材料硬度的關系
國家標準 GB/T3956 電纜的導體， 將電線電纜用導體分為四種，如表 2 所示。【2】
早先的導體標準有第三種、第四種導體，IEC1978年發布 IEC228（1978）時，刪除了第三種和第四種不常用導體。 在后續的 GB/T3956 改版中，為了與 IEC228等同，也刪除了第三種、第四種導體，保留了現行的第一、第二、第五、第六種導體。
導體的柔軟程度主要與組成導體的單線根數有關，表 3 列出了幾種電纜常用圓型銅導體的最少單線根數。【3】
第一種導體是完全實心導體，即組成導體的單線根數只有一根，是最硬的一種導體。
第二種導體由根數較多的單線組成，比第一種導體軟，比較容易彎曲。 第一種、第二種導體供固定敷設電線電纜用， 與它相適應的絕緣材料為聚氯乙烯、聚乙烯、交聯聚乙烯、乙丙橡膠等質地較硬的高分子材料，一般帶金屬鎧裝層的電纜也使用這兩類導體。
第五種導體由較多根單線組成，比較柔軟。 第六種導體由比第五種導體更細、 根數更多的單線組成，是最柔軟的一種導體。 第五種、第六種導體是軟結構導體， 與這兩種導體相適應的絕緣材料為軟聚氯乙烯、硅橡膠、交聯聚烯烴、各種絕緣橡皮、氟塑料等較軟的高分子材料。
組成導體的單線根數越多，制造工序越繁雜、制造成本越高。 因而，硬結構導體只能使用硬高分子材料，軟結構導體只能使用較軟絕緣材料，彼此搭配應適當。
例如：在交聯聚乙烯絕緣電纜（這類絕緣電纜一般為固定敷設電纜，不移動）中如果使用軟結構導體，交聯聚乙烯擠制的絕緣層比導體硬，軟結構導體就沒有意義。
反之如果用硅橡膠做絕緣材料， 又使用的是第一種或第二種導體，導體的可彎曲性能差于硅橡膠，軟結構絕緣就散失了意義。 因此客戶應根據電纜的使用場合和相應的國家、行業標準做出正確的選擇。
3 結語
電線電纜相對變壓器、 開關等機電產品來說，是一種較簡單的機械產品，正因為其結構簡單，所以大多數人忽略了電線電纜每一構件的性能以及相互間如何科學合理搭配才能最大限度優化其使用功能的重要性。 本文對廣大電線電纜用戶強調兩點：第一，高分子材料的種類決定了導體的工作溫度，任何一種絕緣電纜必須在工作溫度下運行才是安全的； 第二，導體的軟硬結構要與高分子的軟硬程度相適應，特別是軟結構導體使用較硬高分子材料，會散失軟結構導體可移動功能，給用戶造成不必要的資源浪費。
參考文獻：
[1] GB/T3956-2008,電纜的導體[S].
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