电气工程材料：控制电缆特性

（一）导线

导线一般采用铜、铝、铝合金和钢等材料制造。导线按照线芯结构一般可以分为单股导线和多股导线两大类，按照有无绝缘和导线结构可以分成裸导线和绝缘导线两大类。

1.裸导线

裸导线是没有绝缘层的导线，包括铜线、铝线、铝绞线、铜绞线、钢芯铝绞线和各种型线等。裸导线主要用于户外架空电力线路以及室内汇流排和配电柜、箱内连接等，包括单圆线、裸绞线、软接线和型线。

在架空配电线路中，铜绞线因其具有优良的导线性能和较高的机械强度，且耐蚀性强，一般应用于电流密度较大或化学腐蚀较严重的地区；铝绞线的导电性能和机械强度不及铜导线，一般应用于档距比较小的架空线路；钢芯铝绞线具有较高的机械强度，导电性能良好，适用于大档距架空线路敷设。

2.绝缘导线

绝缘导线由导电线芯、绝缘层和保护层组成，常用于电气设备、照明装置、电工仪表和输配电线路的连接等。

绝缘导线按线芯股数分为单股和多股两类；按结构分为单芯、双芯、多芯；按绝缘材料分为橡皮绝缘和聚氯乙烯绝缘；橡皮绝缘导线的外防护层又分为棉纱编织和玻璃丝编织两种。

常用绝缘导线型号、名称和用途见表1-9。

表1-9　常用绝缘导线型号、名称和用途

（二）电力电缆

1.电缆的构造及型号表示法

在配电系统中，最常见的电缆有电力电缆和控制电缆。输配电能的电缆，称为电力电缆。用在保护、操作等回路中传导的称控制电缆。

（1）电缆的构造

电缆的结构分为线芯、绝缘层和保护层。线芯材质有铜和铝两种；电缆芯数分单芯、双芯、三芯、四芯等；形状有圆形、半圆形、扇形、椭圆形等；绝缘层分为相绝缘和统包绝缘；保护层分为内护层和外护层；内护层的作用是保护绝缘不受潮湿、轻度机械损伤；外护层的作用是保护内护层，包括铠装层和外被层。

（2）电缆型号及名称

电缆型号由汉语拼音字母和数字组成，1～5项以字母表示，第6项用数字表示。电缆型号的内容包含有用途类别、绝缘材料、导体材料和铠装保护层等。电缆型号含义见表1-10。

表1-10　电缆型号含义

电缆如有外护层，则在表示型号的汉语拼音字母后面用两个阿拉伯数字来表示外护层的结构。其外护层的结构按铠装层和外被层的结构顺序用阿拉伯数字表示，前一个数字表示铠装结构，后一个数字表示外被层结构类型。电缆通用外护层和非金属套电缆外护层型号中的数字含义见表1-11。

表1-11　电缆通用外护层和非金属套电缆外护层型号中的数字含义

2.几种常用电线、电缆及其特性

（1）聚氯乙烯绝缘电线、电缆

聚氯乙烯绝缘电线、电缆导体长期允许最高工作温度为70℃，短路暂态温度（热稳定允许温度）截面积300mm2及以下不超过160℃，截面积300mm2以上不超过140℃。

聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆有1kV及6kV两级，主要优点是能耗低、制造工艺简便，没有敷设高差限制，重量轻，弯曲性能好，接头制作简便；耐油、耐酸碱腐蚀，不延燃；具有内铠装结构，使钢带或钢丝免受腐蚀；价格便宜。尤其适用在线路高差较大地方或敷设在电缆托盘、槽盒内；也适用直埋在一般土壤以及含有酸、碱等化学性腐蚀土质中。其绝缘电阻较低，介质损耗较高，因此6kV回路电缆，不应使用聚氯乙烯绝缘型。

聚氯乙烯的缺点是对气候适应性能差，低温时变硬发脆。普通型聚氯乙烯绝缘电缆的适用温度范围为+60～-15℃，不适宜在-15℃以下的环境温度下使用。敷设时的温度更不能低于-5℃，当低于0℃时，宜先对电线、电缆加热。低于-15℃的严寒地区应选用耐寒乙烯电缆。高温或日光照射下，增塑剂易挥发而导致绝缘加速老化，因此，有效隔热措施的高温环境或日光经常强烈照射的场合，宜选用相应的特种电线、电缆，如耐热聚氯乙烯线缆。耐热线缆的绝缘材料中添加了耐热增塑剂，导体长期允许最高工作温度达90℃及105℃，适于在环境温度50℃以上环境使用，但要求电线接头处或绞接处进行锡焊处理，防止接头处氧化。

随着经济发展和技术进步，聚氯乙烯绝缘电线还有不少衍生品种，如BVN、BVNR、BVN-90及BVNVB型聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线等。这种电线表面耐磨而且比普通BV外径小、质量轻，特别适合穿管敷设；因表面耐磨特别适合振动场所。但截面积为35mm2以上时价格比聚氯乙烯绝缘电线、电缆贵得多而且比较硬，因此使用很少。

普通聚氯乙烯虽然有一定的阻燃性能，但在燃烧时会散放有毒烟气，故对于需满足一旦着火燃烧时的低烟、低毒要求的场合，如地下客运设施，地下商业区、高层建筑和重要公共设施等人流较密集场所，或者重要的厂房，不宜采用聚氯乙烯绝缘或者护套型电缆，而应采用低烟、低卤或无卤的阻燃电缆。

（2）交联聚乙烯绝缘（XLPE）电线、电缆

简称XLPE电缆，它是利用化学或物理的方法使电缆的绝缘材料聚乙烯塑料的分子由线型结构转变为立体的网状结构，即把原来是热塑性的聚乙烯转变成热固性的交联聚乙烯塑料，从而大幅度地提高了电缆的耐热性能和使用寿命，且仍保持其优良的电气性能。

交联聚乙烯绝缘电线、电缆的导体长期允许最高工作温度90℃，短路暂态温度（热稳定允许温度）不超过250℃。

交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，绝缘性能优良，介质损耗低；结构简单，制造方便；外径小，质量轻，载流量大；敷设方便，不受高差限制，做终端和中间接头较简便而被广泛采用。电压等级全覆盖。由于交联聚乙烯料轻，故lkV级的电缆价格与聚氯乙烯绝缘电缆相差有限。

普通的交联聚乙烯绝缘材料不含卤素，因此，它不具备阻燃性能。此外，交联聚乙烯材料对紫外线照射较敏感，因此，通常采用聚氯乙烯作外护套材料。在露天环境下长期强烈阳光照射下的电缆应采取覆盖遮荫措施。

交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆还可敷设于水下，但应具有高密度聚乙烯护套及防水层的构造。

（3）阻燃和耐火电线电缆

阻燃是在规定条件下被燃烧，在撤去火源后火焰在试样上的蔓延仅在限定范围内，具有阻止或延缓火焰发生或蔓延能力的特性。耐火是在规定火源和时间下被燃烧时能持续地在指定条件下运行的特性。阻燃性能取决于护套材料。

阻燃和耐火电线电缆（或光缆）产品用燃烧特性代号、产品型号、规格、阻燃耐火通则标准编号和产品标准编号表示。阻燃电缆分为A、B、C、D四个类别，燃烧特性代号见表7-5。

表1-12　燃烧特性代号

注：含卤产品，Z省略。ZA仅适用于GB/T18380.33的A类。

无卤是燃烧时释出气体的卤素（氟、氯、溴、碘）含量均小于或等于1.0mg/g的特性。低烟是燃烧时产生的烟雾浓度不会使能见度（透光率）下降到影响逃生的特性。低毒是燃烧时产生的毒性烟气的毒效和浓度不会在30min内使活体生物产生死亡的特性。(www.xing528.com)

阻燃系列燃烧特性代号组合有含卤（ZA、ZB、ZC、ZD）、无卤低烟（WDZ无卤低烟单根阻燃、WDZA、WDZB、WDZC、WDZD）、无卤低烟低毒（WDUZ无卤低烟低毒单根阻燃、WDUZA、WDUZB、WDUZC、WDUZD）。耐火系列燃烧特性代号组合有含卤、无卤低烟、无卤低烟低毒。有多种燃烧特性要求时，其代号按无卤（含卤省略）、低烟、低毒、阻燃和耐火的顺序排列组合。

电缆用的阻燃材料一般分为含卤型及无卤型加阻燃剂两种。含卤型有聚氯乙烯、聚四氟乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡胶等。无卤型有聚乙烯、交联聚乙烯、天然橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等；阻燃剂分为有机和无机两大类，最常用的是无机类的氢氧化铝。

一般阻燃电缆含卤素，虽阻燃性能好，价格又低廉，但燃烧时烟雾浓，酸雾及毒气大。无卤阻燃电缆烟少、毒低、无酸雾。它的烟雾浓度比一般阻燃电缆低10倍，但阻燃性能较差。大多只能做到C级，而价格比一般阻燃电缆贵很多；若要达到B级，价格更贵。由于必须在绝缘材料中添加大量的金属水化物等填充料，用以提高材料氧指数和降低发烟量，但这样会使材料的电气性能、机械强度及耐水性能降低。不仅如此，无卤阻燃电缆一般只能做到0.6/lkV电压等级，6KV/35kV中压电缆很难做到阻燃要求。

（4）矿物绝缘电缆

矿物绝缘电缆，国外称为MI电缆，按结构可以分为刚性和柔性。

刚性矿物绝缘电缆的绝缘采用氧化镁粉末压缩密实而成，铜管为护套，氧化镁熔点远远超过铜护套熔点（1083℃），且电阻率受温度变化影响小，在高温下具有优良的电绝缘性和散热性，作为无机矿物材料，其天然的不燃性以及无烟无卤特性非常适合于重要场所消防配电线路，唯一的不足是氧化镁易吸收空气中的水分，施工环境要求比较严格，电缆需防止潮气侵入，电缆的临时封端或电缆头制作须在1h内完成，否则绝缘阻值会迅速降至10MΩ以下，电缆需要使用各类专用接头及附件。

柔性矿物绝缘电缆主要是采用耐高温800℃的云母带，以50%重叠搭盖率包覆两层作为耐火层。外部采用聚氯乙烯或交联聚乙烯为绝缘，若同时要求阻燃，只要将绝缘材料选用阻燃型材料即可。它之所以具有“耐火”特性完全依赖于云母层的保护。采用阻燃耐火型电缆，可以在外部火源撤除后迅速自熄，使延燃高度不超过2.5m。

无论是刚性，还是柔性矿物绝缘电缆，都具有不燃、无烟、无毒和耐火特性，都可外覆有机材料的外护层，但要求无卤、无烟、阻燃。

刚性矿物绝缘电缆型号依次用燃烧特性代号、系列代号（布线用矿物绝缘电缆B）、导体代号（铜导体T）、护套代号（铜护套T、铜合金护套TH）、外套代号（聚氯乙烯外套V、聚烯经外套Y）、结构特征代号（轻型Q、重型Z）表示。通常为BTT型，按绝缘等级及护套厚度分为轻型BTTQ、BTTVQ（500V）和重型BTTZ、BTTVZ（750V）两种。

柔性矿物绝缘电缆电缆型号依次用燃烧特性代号、系列代号（云母带矿物绝缘波纹铜护套电缆R）、导体材料代号（T）、金属护套材料代号（T）、非金属外护套材料代号（V、Y）、绝缘材料代号（云母带Z）表示。

柔性矿物绝缘电缆终端型号用系列代号（云母带矿物绝缘波纹铜护套电缆用终端RZD）、使用特性代号（具有防火性F、带保护导体J）表示。

电缆和终端的型号有RTTZ、RTTYZ、RTTVZ、RZDJ、RZDF，其中额定电压为450/750V的是控制电缆，额定电压为0.6/1V的是电力电缆。

（三）控制电缆及综合布线电缆

1.控制电缆

控制电缆适用于交流50Hz，额定电压450/750V、600/lOOOV及以下的工矿企业、现代化高层建筑等的远距离操作、控制、信号及保护测量回路，作为各类电气仪表及自动化仪表装置之间的连接线，起着传递各种电气信号、保障系统安全、可靠运行的作用。

控制电缆按工作类别可分为普通、阻燃（ZR）、耐火（NH）、低烟低卤（DLD）、低烟无卤（DW）、高阻燃类（GZR）、耐温类和耐寒类控制电缆等。

电力电缆和控制电缆的区别为：

1）电力电缆有铠装和无铠装的，控制电缆一般有编织的屏蔽层。

2）电力电缆通常线径较粗，控制电缆截面一般不超过10mm2。

3）电力电缆有铜芯和铝芯，控制电缆一般只有铜芯。

4）电力电缆有高耐压的，所以绝缘层厚；控制电缆一般是低压的，绝缘层相对要薄。

5）电力电缆芯数少（一般少于5），控制电缆一般芯数多。

2.综合布线电缆

综合布线电缆用于传输语言、数据、影像和其他信息的标准结构化布线系统，其主要目的是在网络技术不断升级的条件下，仍能实现高速率数据的传输要求。只要各种传输信号的速率符合综合布线电缆规定的范围，则各种通信业务都可以使用综合布线系统。综合布线系统使语言和数据通信设备、交换设备和其他信息管理设备彼此连接。

综合布线系统使用的传输媒体有各种大对数铜缆和各类非屏蔽双绞线及屏蔽双绞线。

（四）母线及桥架

1.母线

母线是各级电压配电装置的中间环节，它的作用是汇集、分配和传输电能。主要用于电厂发电机出线至主变压器、厂用变压器以及配电箱之间的电气主回路的连接，又称为汇流排。

母线分为裸母线和封闭母线两大类。裸母线分为两类：一类是软母线（多股铜绞线或钢芯铝线），用于电压较高（350kV以上）的户外配电装置；另一种是硬母线，用于电压较低的户内外配电装置和配电箱之间电气回路的连接。

封闭母线是用金属外壳将导体连同绝缘等封闭起来的母线。封闭母线包括离相封闭母线、共箱（含共箱隔相）封闭母线和电缆母线，广泛用于发电厂、变电所、工业和民用电源的引线。

2.桥架

桥架是由托盘、梯架的直线段、弯通、附件以及支吊架组成的，用以支撑电缆的、具有连接的刚性结构系统的总称，广泛应用在发电厂、变电站、工矿企业、各类高层建筑、大型建筑及各种电缆密集场所或电气竖井内，集中敷设电缆，使电缆安全可靠运行，减少外力对电缆的损害并方便维修。电缆桥架具有制作工厂化、系列化、质量容易控制、安装方便等优点。

桥架按制造材料分为钢制桥架、铝合金桥架和玻璃钢阻燃桥架等；按结构形式分为梯级式、托盘式、槽式和组合式。