鋼絲鎧裝電纜鎧裝生產工藝探討

    需要承受較大機械力的電纜，應具有鎧裝層。鎧裝電纜最常見類型為：鋼帶鎧裝電纜和鋼絲鎧裝電纜。鋼絲鎧裝電纜又分為粗鋼絲鎧裝電纜（常用于海底電纜和較大外徑的電力電纜等電纜）和細鋼絲鎧裝電纜（常用于勘探電纜、礦用電纜和控制電纜等電纜）。
在國內電纜市場，鋼帶鎧裝電纜占有較大的份額；而在國外電纜市場，鋼絲鎧裝電纜使用的卻更為普遍。最常用的鋼絲鎧裝電纜有鋼絲鎧裝電力電纜和鋼絲鎧裝控制電纜。鋼絲鎧裝電纜生產時，應嚴格執行相關國家標準和國際標準（或相關技術規范），確保鎧裝后的電纜在其使用過程中具有良好的穩定結構和性能。鋼絲鎧裝電纜主要執行以下2個產品標準和2個相關標準：
GB/T 12706-2008《額定電壓1kV到35kV擠包絕緣電力電纜及附件》（或IEC60502）和GB/T 9330-2008《塑料絕緣控制電纜》；GB/T 2952-2008《電纜外護層》和GB/T 3082-2008《鎧裝電纜用熱鍍鋅或熱鍍鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層低碳鋼絲》
一、鋼絲鎧裝電纜相關標準要求和理解
GB/T12706-2008《額定電壓1kV到35kV擠包絕緣電力電纜及附件》（或IEC60502）為鋼絲鎧裝電力電纜標準，此標準對鋼絲鎧裝要求（依GB/T12706.1-2008為例）：
材料：鋼絲應為鍍鋅鋼絲。在用于交流回路的單芯電纜鎧裝應采用非磁性材料，非磁性金屬絲一般有不銹鋼鋼絲、鋁合金絲等（GB/T12706.1-2008中12.2）。
鋼絲直徑要求：鋼絲標稱直徑：0.8 mm，1.25 mm,1.6 mm,2.0 mm,2.5 mm,3.15mm（GB/T12706.1-2008中12.4）；鋼絲最小直徑不小于標稱直徑的95%（GB/T12706.1-2008中16.7.3）。
鎧裝要求：鋼絲鎧裝應緊密，既使相鄰鋼絲間的間隙為最小（標準GB/T12706.1-2008中12.6）。
GB/T9330-2008《塑料絕緣控制電纜》為鋼絲鎧裝控制電纜標準，此標準引用GB /T2952.1-2008標準和間接引用GB/T 3082- 2008標準，對鋼絲鎧裝要求：
材料：鋼絲應為鍍鋅鋼絲（GB/T9330.1-2008中6.6.2）。
鋼絲直徑要求：鋼絲標稱直徑：0.8 mm，1.25 mm,1.6 mm,2.0 mm,2.5 mm（GB/T9330.1-2008中6.6.2）；鋼絲直徑公差應符合GB/T 3082-2008（GB/T9330.1-2008中6.6）。
鎧裝要求：鋼絲鎧裝由鋼絲單層左向或雙層鋼絲內層右向、外層左向繞包在內襯層上，并且鋼絲之間間隙的總和應不超過一根鋼絲的直徑（GB/T9330.1-2008中6.6.1）。
二、鎧裝用鋼絲質量要求
控制電纜鋼絲鎧裝質量應符合GB/T 3082-2008《鎧裝電纜用熱鍍鋅或熱鍍鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層低碳鋼絲》；低壓電力電纜鋼絲鎧裝質量可以參照GB/T 3082-2008《鎧裝電纜用熱鍍鋅或熱鍍鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層低碳鋼絲》要求，但可以不必按照此標準考核。
鎧裝用鋼絲鍍層類別分為兩類：一類為鍍鋅層；另一類為鍍鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層。日常生產中使用的鋼絲多為鍍鋅層類。
鋼絲鍍層級別按鍍層重量分為兩組：Ⅰ組和Ⅱ組。標準規定，鎧裝鋼絲應優先采用下列標稱尺寸的鋼絲：0.8 mm，1.25 mm,1.6 mm,2.0 mm,2.5 mm,3.15mm，4.0 mm，5.0 mm，6.0 mm。從標準上的規定，我們可以看出：鎧裝用鋼絲的直徑偏差允許范圍還是比較大的，而且鋼絲直徑不包括鋼絲上的非金屬防蝕層。根據制造商的工藝控制水平，雙方可以協商決定，允許采用比規定直徑更大的鋼絲。
鋼絲所做拉力試驗、扭轉試驗、纏繞試驗（見表1），鍍層重量試驗（見表2）等試驗應符合GB/T 3082-2008的要求。對接頭的技術要求，標準強調："鋼絲交貨盤卷應由一根鋼絲組成，鋼絲在最后一道拉拔前允許焊接；有鍍層的成品鋼絲不應有任何的接頭。"
表1 鋼絲力學及工藝性能

標稱直徑	抗拉強度Rm	斷后伸長率		扭 轉		纏 繞
（mm）	（N/mm2）	%	標距	次數/3600	標距	芯棒直徑與鋼絲標稱直徑之比	纏繞圈數
		不小于	（mm）	不小于	（mm）
0.8	345～495	10	250	24	150	-
1.25				22		1	8
1.6				22
2				20
2.5				20
3.15				19
4				15
5				10
6				10

表2 鋼絲鍍層重量及纏繞試驗

標稱直徑（㎜）	Ⅰ組			Ⅱ組
	鋅層重量	纏繞試驗		鋅層重量	纏繞試驗
	（g/mm2）			（g/mm2） 不小于
	不小于	芯棒直徑為鋼絲標稱直徑的倍數	纏繞圈數不小于		芯棒直徑為鋼絲標稱直徑的倍數	纏繞圈數
0.8	112	2	6	150	2	6
1.25	150			200
1.6	150	4		220	4
2	190			240
2.5	210			260
3.15	240			275
4	270	5		290	5
5
6				300
說明：1、中間尺寸的鋼絲，按相鄰較大鋼絲直徑規定值；2、鍍層應附著牢固，按本表規定進行附著試驗后，鍍層不能開裂或起層到能用裸手指擦試掉的程度；3、鋼絲表面應鍍有均勻、連續的鍍層，不得有裂紋、斑疤和漏鍍的地方。

三、鎧裝鋼絲直徑的確定
電力電纜鋼絲標稱直徑應符合表3要求，鋼絲最小直徑不小于標稱直徑的95%；控制電纜的鋼絲標稱直徑和偏差應符合表3。

表3鎧裝鋼絲的標稱直徑

鎧裝前假定直徑d/㎜	鎧裝細鋼絲標稱直徑/㎜（不小于）	允許偏差/㎜	鎧裝粗鋼絲標稱直徑/㎜	允許偏差/㎜
d≤10	0.8	±0.04	/	/
10＜d≤15	1.25	±0.05
15＜d≤25	1.6	±0.05	4.0～6.0	絲徑≤4.2（±0.10）；
25＜d≤35	2	±0.05		4.2＜絲徑≤6.0（±0.13）
35＜d≤60	2.5	±0.05
d＞60	3.15	±0.08
說明：1、粗鋼絲鎧裝電纜的型號在GB/T12706-2008標準的附錄中提到了，但在標準的正文中對粗鋼絲的直徑未有明確規定；2、在GB/T2952-2008中對粗鋼絲的直徑規定為4.0～6.0mm范圍之間。

 

 

五、鋼絲鎧裝電纜鎧裝工藝其他注意事項四、鎧裝鋼絲根數的確定
根據標準要求鋼絲鎧裝電纜鋼絲根數可按照GB/T 2952-2008《電纜外護層》中公式進行計算（鋼絲鎧裝電力電纜標準中無引用GB/T 2952-2008《電纜外護層》，只能參照此標準）：
N=π(D-d)sinα/d-N0≤1
α=tg-1[L/(π(D-d)]
N0為整數
式中：
N-鎧裝鋼絲總間隙相當于鋼絲的根數；
N0-實測鎧裝鋼絲根數；
D-鋼絲鎧裝層的實測外徑，mm；
d-鎧裝鋼絲（包括防蝕層）的實測外徑，mm；
α-鋼絲繞包角，（°）；
L-實測鋼絲繞包節距，mm。
鋼絲的根數和節距有一定的關系，在以上三個約束條件中，有三個未知數，即N0，α，L.我們需要的是鋼絲的根數和節距。實際上僅僅根據以上三個約束條件，我們只能計算出鋼絲的最多根數，即π(D-d)sinα/d并取整數，但是按這個根數來生產，就會產生根數偏多，絞合后鋼絲節距太大，這是不合適的，而最少的鋼絲根數卻難以計算，因為鋼絲根數降低，節距也同時降低，但同樣可以滿足上式要求。
參照導體正規絞合的結構，極限理論節徑比為10.1，極限的實際節徑比更小一些，相應的極限繞包角度為72.73度。由此，我們可以通過假定一個角度，或者假定一個節徑比來計算，例如假定L=10D, 并令π(D-d)sinα/d-N0=1，就可以計算出鋼絲的根數。

1、鋼絲鎧裝的形式
采用退扭方式，進行鋼絲鎧裝時，需針對不同規格的鋼絲，根據工藝要求，調整預變形器的弧高和弧寬，使鋼絲變形為與電纜直徑、節距相匹配的螺旋形，這樣鎧裝鋼絲就不易松散。但目前很多制造商，在鋼絲鎧裝生產線上，未使用預變形器；也有制造商，在生產外徑較大的鋼絲鎧裝電纜時，常常采用盤絞機鎧裝鋼絲，即鋼絲靜態放線，收線盤旋轉，這種方式屬于不退扭鎧裝。這兩種鋼絲鎧裝形式，鎧裝效果都不太理想。生產時，最好在鎧裝鋼絲外繞包一到兩層無紡布等繞包帶，以防止鋼絲松散，影響鋼絲鎧裝質量。
2、鋼絲鎧裝電纜扭轉應力釋放
鋼絲鎧裝電纜在成纜及鋼絲鎧裝過程中，存在著一定量的剩余扭矩。在鋼絲鎧裝后剩余扭矩須得到有效釋放，防止鋼絲鎧裝電纜在敷設時徑向旋轉。電纜的徑向旋轉如處理不當，會造成比較嚴重的質量事故，輕則鎧裝層變形、外護套受損，重則電纜線芯直接被拉斷。
3、雙層鋼絲鎧裝
為確保雙層鋼絲鎧裝特種電纜（如光纜、光電復合電纜、勘探電纜等電纜），在使用過程中的結構穩定性，需精確設計電纜雙層鋼絲鎧裝工藝參數，使內外兩個鋼絲鎧裝層對鎧裝電纜形成的扭矩大小相等，方向相反，即鋼絲鎧裝電纜的扭矩達到平衡，確保電纜鎧裝后的結構穩定。