3. 6 绞 合

大截面实心导体由于不易弯曲而不能顺利敷设、 成型和连接。 绞合导体解决了这一问题。 采用何种绞合方式取决于选用何种金属以及金属的特性。 铜导体通常绞合为#6 AWG 或更大尺寸， 对于半硬铝实心导体最大为# 2 / 0AWG。

3. 6. 1 同心绞合

这是电力电缆导体的典型绞合方式。 由中心线或者由一层或多层螺旋线围绕的线芯构成。 每多加一层， 就要比上一层多六根线芯。 除单向绞合的导体之外， 每一层的绞合方向都与下面的一层相反。 对于电力电缆的导体， 线芯是单根线材， 且绞合的都是同一直径的线材。 如图 3- 1 所示， 线芯外第一层是 6 根； 第二层， 12 根；第三层， 18 根； 以此类推。 导体的单线在一层内完成一个完整螺旋的距离叫做节距。 节距的要求在ASTM 标准第四部分中进行了规定[6] ， 节距应在相应绞层外径的 8 ～ 16 倍之间。

图 3- 1 同心绞合绞线根数

在电力电缆中， 绞合标准是 B 级。 标准中要求， 最外层绞向应该是左向。 也就是说当你沿电缆导体轴向看去， 最外层的绞线在离开观察者时是向左绞制的。 通

过增加导体的单线数量来获得更好的柔软性。 C 级比B 级多一层单线， D 级比C 级多一层单线。 级别设置一直到 M 级 （ 通常用于焊接电缆等）。 这些都包含在 ASTM标准中。‌‌

C 级和 D 级导体的重量与 B 级导体相似， 外径在比 B 级导体大 3mil 的范围内。

B 级 （ 标准）、 C 级 （ 柔软的）、 D 级 （ 超软） 的电缆例子在表 3- 6 中通过单线数

量及单丝直径表征。

表 3- 6 B、 C、 D 级绞合导体示例

规 格 B 级 C 级 D 级

#2 AWG

#4 / 0 AWG

500 kcmil

750 kcmil

7 × 0. 0974

19 × 0. 1055

37 × 0. 1162

61 × 0. 1109

19 × 0. 0591

37 × 0. 0756

61 × 0. 0905

91 × 0. 0908

37 × 0. 0424

61 × 0. 0589

91 × 0. 0741

127 × 0. 0768

下面的公式可用于计算同心绞合导体的单线数量。

， ； 。

n = 1 + 3N（ N + 1） （3- 3）

式中 n 为绞合导体中单线总数量 N 为中心单线外的层数

3. 6. 2 紧压绞合

这个概念描述的是， 通过绞层的轻微变形， 使绞层紧密的结合。 导体面积并未减少。 最后紧压完成的导体直径可以比普通同心绞合线芯导体等效直径减小不超过

3% 。 普遍的减少量在 2. 5% 。 表 3- 7 所示为同心绞合导体外层间隙。

表 3- 7 同心绞合导体外层间隙

绞 线 总 根 数 16 倍 绞 线 节 距 的 间 隙 角

19 8. 3°

37 10°

61 10°

减小导体外层节距可以解决这一问题， 但又会导致高阻抗并且需要消耗更多的导体材料。

。

紧压绞合是更常见的绞合方式， 因为同心绞合中设置的节距， 造成了导体中层间形成了微小的间隙。 低黏度的材料挤包后 “ 落入” 形成的这些间隙中。 这会导致表面不规则 增加要承受的电压 并使这一层剥除难度加大

3. 6. 3 型线绞合

这种方式与紧压绞合类似， 只是额外的成型工艺使得导体直径与普通同心绞合导体直径相比可以减小 9% 。 导致导体直径近似于实心导体。 但空气间隙作为潮气的迁移通道依然存在 型线绞合导体主要的优点在于减小导体直径

3. 6. 4 束 绞

这个概念是用于描述在不考虑几何排列情况下， 将单线按统一方向集中扭绞。

这种结构用于美国线规小尺寸导体对于柔软性要求极高的电缆， 如便携式电缆， 应用于真空吸尘器、 割草机等场合。 束绞的例子如表 3- 8 所示。‌

表 3- 8 K 级和 M 级绞合的示例

规 格 K 级 M 级

#16 AWG

#14 AWG

#12 AWG

26 × 0. 0100

41 × 0. 0100

65 × 0. 0100

65 × 0. 0063

104 × 0. 0063

168 × 0. 0063

K 级和 M 级导体中， 单线直径是常数。 通过增加单线数量来满足要求的导体截面积。

3. 6. 5 束丝复绞

这个概念用于同心绞合导体， 其中每一根单线也是绞合过的。 也就是一个同心导体和束绞导体的集合。 最终导体是由一组束绞或同轴绞合导体同心组合构成的。每一组都是由一定数量的单线构成， 而不是一根单线绞合的。 对于束丝复绞导体的描述要给出绞线组数和每一组中单线的数量。

G 级和 H 级电缆通常用于矿用便携式电缆。 I、 L、 M 级电缆利用束绞电缆构成同心电缆， 单线尺寸相同， 通过增加线的数量来达到需要的截面积尺寸。 I 级线缆使用#24 AWG （0. 020in） 单线， L 级电缆使用#30 AWG （0. 010in） 单线， M 级电缆使用#34 AWG （0. 0063in） 单线。 I 级电缆通常用于铁路， L 和 M 级用于便携程度更高的场合， 如焊接用电缆和移动电源线。

3. 6. 6 扇形导体

横截面近似是扇形的导体叫做扇形导体。 典型的三导体电缆有三个 120° 的扇形， 它们构成了圆形电缆的基本形状。

这样的电缆比相应的同心圆导体电缆的外径小一些， 由于减小了邻近效应而可以显示出较低的交流阻抗。

对于纸绝缘电缆， 扇形导体大部分绞合后压紧以获得尽可能高的导体截面积与电缆截面积之比。 各生产厂商产品的精确形状和尺寸都稍有不同。

图 3- 2 和表 3- 9 所示是典型压缩扇

形导体额定尺寸。

图 3- 2 扇形导体的典型结构

在计算电缆电容时， 例如要计算

“ 等效圆导体”。 大于#210 AWG 小于 750kcmil 的范围内适用下列公式：

D = 1. 337 A （3- 4）

式中， D 为等效圆导体直径 （ mil）； A 为扇形导体面积 （ cmil）。

在一定范围内， 实心而非绞合的扇形导体已用于低压电缆， 也曾有人试图将这种导体用于中压电缆， 但基于当时经济上的考虑而尚未实现。

表 3- 9 三芯紧压扇形导体的标称尺寸

导 体 截 面 积 V 值 （ 扇 高 ） V 值 （ 扇 高 ） ① B C D E

AWG / kcmil in in in in in in

1 / 0 0. 288 0. 462 0. 080 0. 080 0. 504

2 / 0 0. 323 0. 520 0. 085 0. 085 0. 540

3 / 0 0. 364 0. 592 0. 100 0. 100 0. 584

4 / 0 0. 417 0. 660 0. 111 0. 090 0. 595

4 / 0 0. 410 0. 660 0. 117 0. 090 0. 770

250 0. 455 0. 720 0. 118 0. 220 0. 635

250 0. 447 0. 720 0. 125 0. 220 0. 812

300 0. 497 0. 784 0. 130 0. 179 0. 678

300 0. 490 0. 784 0. 138 0. 179 0. 852

350 0. 539 0. 834 0. 151 0. 259 0. 718

350 0. 532 0. 834 0. 151 0. 259 0. 890

400 0. 572 0. 902 0. 147 0. 244 0. 754

400 0. 566 0. 902 0. 158 0. 244 0. 928

500 0. 642 1. 018 0. 155 0. 207 0. 820

500 0. 635 1. 018 0. 167 0. 207 1. 000

600 0. 700 1. 120 0. 165 0. 210 0. 882

600 0. 690 1. 120 0. 178 0. 210 1. 050

750 0. 780 1. 280 0. 163 0. 284 0. 970

750 0. 767 1. 280 0. 185 0. 284 1. 140

800 0. 806 1. 324 0. 164 0. 224 0. 890

800 0. 795 1. 324 0. 176 0. 224 1. 083

900 0. 854 1. 405 0. 170 0. 236 1. 040

900 0. 842 1. 405 0. 180 0. 236 1. 110

1000 0. 900 1. 500 0. 137 0. 300 1. 008

1000 0. 899 1. 500 0. 192 0. 300 1. 266

① 本列数值适用于绝缘厚度超过 200mil 的电缆。

3. 6. 7 分割导体

分割导体为圆形， 由三个或更多的股块绞合而成， 股块之间以薄绝缘层隔离。每股块承载比整个导体小一些的电流， 电流通过整个导体的内外位置进行传输。 这种结构的优点在于集肤效应较低， 而较小的集肤效应使得交流阻抗比传统绞合方式要低。

这种形式的导体应考虑用于如 1000kcmil 以及更大截面积承载大电流的电缆中。 四分割导体的直径约等于 B 级同心绞合导体直径 （ 见表 3- 10）。

表 3- 10 铜铝分割导体的标称直径

导 体 规 格 分 割 导 体 直 径 ① （ 四 分 割 ） kcmil mm2 in mm

1000 507 1. 140 ～ 1. 152 29. 0 ～ 29. 3

1100 557 1. 195 ～ 1. 209 30. 4 ～ 30. 7

1200 608 1. 235 ～ 1. 263 31. 4 ～ 32. 1

1250 633 1. 260 ～ 1. 289 32. 0 ～ 32. 7

1300 659 1. 285 ～ 1. 315 32. 6 ～ 33. 4

1400 709 1. 325 ～ 1. 364 33. 7 ～ 34. 6

1500 760 1. 375 ～ 1. 412 34. 9 ～ 35. 9

1600 811 1. 420 ～ 1. 459 36. 1 ～ 37. 1

1700 861 1. 460 ～ 1. 504 37. 1 ～ 38. 2

1750 887 1. 480 ～ 1. 526 37. 6 ～ 38. 8

1800 912 1. 500 ～ 1. 548 38. 1 ～ 39. 3

1900 963 1. 530 ～ 1. 590 38. 9 ～ 40. 4

2000 1013 1. 570 ～ 1. 632 39. 9 ～ 41. 5

2250 1140 1. 665 ～ 1. 730 42. 3 ～ 43. 9

2500 1266 1. 740 ～ 1. 824 44. 2 ～ 46. 3

2750 1393 1. 830 ～ 1. 913 46. 5 ～ 48. 6

3000 1520 1. 910 ～ 1. 998 48. 5 ～ 50. 7

3250 1647 1. 985 ～ 2. 080 50. 4 ～ 52. 8

3500 1773 2. 085 ～ 2. 159 53. 0 ～ 54. 8

3750 1900 2. 150 ～ 2. 234 54. 6 ～ 56. 7

4000 2027 2. 225 ～ 2. 309 56. 5 ～ 58. 6

4250 2154 2. 245 ～ 2. 378 57. 0 ～ 60. 4

4500 2280 2. 315 ～ 2. 448 58. 8 ～ 62. 2

4750 2407 2. 375 ～ 2. 516 60. 3 ～ 63. 9

5000 2534 2. 435 ～ 2. 581 61. 8 ～ 65. 6

注： 来源于 ANSI/ ICEA S- 108- 720， “ Standard for Extruded Insulation Power Cables Rated Above 46 Through 345kV”， 2004.

① 扎带外径。

3. 6. 8 环形导体 （ 中空导体）

环形导体为圆形绞合导体， 是将各单线绞合在中心的纤维绳、 螺纹金属管或 I

形横梁周围。 这种导体的优势在于， 对于一定截面积的导体， 可以消除集肤效应在中心位置的影响， 使得整体交流阻抗变小。 在空间允许的条件下， 对于 60Hz、‌‌‌

1000kcmil 及以上截面积的电缆， 以及低频条件下 （ 如 25Hz） 1500kcmil 及以上截面积的电缆导体而言， 环形导体更具经济性。

3. 6. 9 同向绞合导体

如它的名字一般， 同向导体所有的单线都是朝向同一方向。 低压电力电缆通常的设计是同向的， 外层单线中有一部分是比其他单线直径稍小的单线。 这种绞合方式的外径可以达到与型线绞合导体相近。 常用的同向导体是紧压的， 常用于 8000系列铝合金。