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生产工艺对铝合金导体的影响论文
［摘要］铝合金导体是铝合金电缆的重要部分，导体直流电阻是衡量电缆电气性能的重要指标，已成为电缆例行试验项目。影响铝合金导体直流电阻测量值的因素有很多，以铝合金导体生产工艺的影响最为根本。基于对铝合金导体绞合工艺和退火工艺的试验研究，指出了传统工艺存在的问题，给出调整后更为合理的工艺方案。通过对铝合金导体生产过程严格把关，使铝合金导体直流电阻测量值符合规定，保证了电缆产品使用性能。
［关键词］铝合金导体；直流电阻；生产工艺；测量
近年来，铝合金电缆作为一种新型电缆，已在我国获得推广应用。铝合金导体是铝合金电缆的重要部分，导体直流电阻是衡量电缆电气性能的重要指标，已成为电缆例行试验项目。一般情况下，在满足电缆载流量要求前提下，导体电阻越小越好，以减少电能在线路中的损耗，且可以避免因电阻偏大，导致导体发热而造成的绝缘加速老化，减小当绝缘老化到一定程度时的被击穿概率，降低引发短路，或损坏其他的电气设备，甚至引发火灾的危险。虽然减小铝合金导体直流电阻测量值的因素有很多，但最根本的是通过对导体生产过程进行严格把关，使铝合金导体直流电阻测量值符合规定，以保证电缆产品使用性能。
１测量方法确定和测量过程控制
电线电缆导体电阻常使用电桥法测量。按电桥类型，电桥法可分为单臂电桥法（又称惠斯登电桥法）和双臂电桥法（又称开尔文电桥法）。通常根据样品电阻的测量范围进行选择，即测量电阻为１００Ω及以上时宜选用单臂电桥法，测量电阻为１Ω及以下时宜选用双臂电桥法，测量电阻为１．０～９９．９Ω时单臂电桥法或双臂电桥法均可选用。测量直流电阻时基本选用双臂电桥法。本文在对铝合金导体生产工艺对导体直流电阻测量值影响试验研究时，采用双臂电桥法对铝合金导体直流电阻进行测量。为了获得准确的铝合金导体直流电阻测量值，测量时采取了以下措施：ａ．在测量前，预先清洁样品表面，去除附着物、污秽和油垢，尤其是尽可能除尽连接部位的导体表面氧化层。ｂ．样品采用端部压接或焊接方法，以改变绞合导体中的电流分布，减少接触电阻的影响［１］。ｃ．将样品静置一段时间，使其温度接近于周围环境温度，达到完全平衡，同时尽量控制周围环境温度不变，即所测环境温度为导体温度。ｄ．测试时采用适当的电流，避免过高过低。电流过低会导致分辨率下降，使误差增大。电流过高会使导体发热，影响测量结果。为了减少检测电流的影响，通过采用比例为１∶１．４１的２个电流分别测量样品电阻，判断导线温度是否受测量电流影响而升高（即两者之差不超过０．５％，则可认为用比例为１的电流测量时，试样导体未发生温升变化［２］）。ｅ．当样品电阻小于０．１Ω时，采用电缆换向法，读取一个正向读数和一个反向读数，取算术平均值［３］。ｆ．严格控制由铝合金单线表面氧化、标准电阻精度不高、试样长度测量误差、电流电极和电位电极与试样的接触松紧度等带来的误差［４］。
２生产工艺影响的试验研究
２．１绞合工艺的影响
虽然根据电缆载流量的要求，单丝根数、单丝线径均可确定，但绞合工艺的设置（尤其是绞合节距的设定）仍会对导体直流电阻测量值造成影响。为了了解绞合节距对导体直流电阻的影响，以１２０～６３０ｍｍ２铝合金导体为例，在单丝根数、单丝线径和紧压模具尺寸等其他方面保持不变的情况下，只调整铝合金导体绞合节距（如表１所示），并对绞合节距调整前后的铝合金导体直流电阻的测试结果进行对比（如表２所示）。可见：ａ．在绞合节距未调整前，与标准规定的２０℃导体直流电阻值相比，铝合金导体退火前２０℃直流电阻实测值大多数不合格，即使合格的导体电阻实测值与标准规定值相比余量也很小，铝合金导体退火后２０℃直流电阻虽然基本上合格，但与标准值相比余量也很小。ｂ．在绞合节距调整后，与标准规定的２０℃导体直流电阻值相比，铝合金导体退火前后２０℃直流电阻实测值均合格，且与标准规定值相比余量适中。相比铜芯导体，铝合金导体延展性差，单线在绞合过程中，绞合节距不宜过大或过小。过大的绞合节距会导致退火处理后的导体在经过弯曲后，导体松散和单线与单线之间间隙增大，不能回复原形，对导体电阻有严重影响，也不利于挤包绝缘层。过小的绞合节距，由于铝合金单线延展性差，在经过紧压模后，单线容易断裂，再者电阻与长度成正比，绞合节距过小，导致单线长度增大，最后测量时导体直流电阻增大。
２．２退火工艺的影响
为提高铝合金导体的机械性能和电性能，绞合后的铝合金导体需要进行退火处理。通常铝合金导体在井式回火炉中退火，其退火工艺采用时间计数，即不同的规格导体采取不同的退火时间，如表３所示。铝合金导体采用该退火工艺退火时，如当天温度高于５℃，则气温每升高１０℃，表３中的退火炉加热温度相应地降低１０℃，时间不变，但最终加热温度不低于３１０℃。当铝合金导体退火达到保温时间后，关闭电源，导体还应在炉内继续保温４０ｍｉｎ才能出炉。虽然上述传统退火工艺执行起来很简单，只要根据铝合金导体截面积，选择不同的退火时间即可，但该退火工艺未能考虑到铝合金导体数量（长度），存在一定的不合理性。实践证明，相对于未满盘铝合金导体，满盘铝合金导体所需的退火时间更长，而且装有满盘铝合金导体的退火盘，其内圈退火温度在规定时间未必能达到退火温度，这样就会导致整个退火盘上内圈铝合金导体和外圈铝合金导体的退火温度不一样，直接影响了铝合金导体退火后的直流电阻和机械性能。为避免传统退火工艺因导体数量产生的问题，根据表３中的退火时间，结合实际导体生产数量情况，重新调整了退火工艺，即根据导体净重（质量），来确定退火时间（如表４所示）。由此调整后的退火工艺流程改为：绞合导体→称重→装炉→升温→恒温加热→保温→出炉。调整后的退火工艺的退火温度设定为３２０℃，退火达到保温时间后，关闭电源，导体出炉，打开炉盖，待炉温降到５０℃以下再将炉盖盖上。调整后的退火工艺不仅明确了具体导体数量的退火时间，还对导体退火过程中升温时间、恒温加热和保温时间有了具体要求。显然，调整后的退火工艺避免对铝合金导体直流电阻造成影响，更加具有合理性。表５示出了退火工艺调整前后的铝合金导体直流电阻的测试结果，可见退火工艺调整后比调整前的导体直流电阻明显要小，与标准规定的２０℃导体直流电阻值相比余量更适中。因此，调整后退火工艺更加合理。同时，采用调整后退火工艺退火的导体的柔软性、单丝断裂伸长率更优，机械性能明显提高。
３结束语
毋庸置疑，铝合金导体生产工艺对导体直流电阻测量值有着极大的影响。当然除上述两项生产工艺因素外，铝合金导体的生产源头———铝合金杆的材质和质量，以及铝合金杆在拉丝过程中模具的使用和拉丝油的质量等，皆可影响到导体直流电阻测量值，在生产中也应加以重视。
［参考文献］
［１］徐林青．大截面铝芯电缆导体电阻测量方法技术改进［Ｊ］．电测与仪表，２００９，４６（ｓ１）：３２－３４．
［２］吴长顺．电线电缆产品检验［Ｒ］．上海：国家电线电缆质量监督检验中心，２００４．
［３］莫峰．浅谈电缆导体电阻测量［Ｊ］．科学之友，２０１１（１４）：５０－５１．
［４］贾宇东．电线电缆导体线芯直流电阻试验探讨［Ｊ］．苏盐科技，２００６（１）：１５－１６．
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