關(guān)于電纜導(dǎo)體“標(biāo)稱截面積”的解釋和分析
針對近來有關(guān)企業(yè)、用戶及檢測機構(gòu)對電纜導(dǎo)體標(biāo)稱截面積的檢測存在一定誤解,本文結(jié)合相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求,對電纜導(dǎo)體截面的概念、理解及考核等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。
關(guān)于電纜導(dǎo)體“標(biāo)稱截面積”的解釋與分析
一、引言
目前,部分用戶和檢測機構(gòu)在電纜標(biāo)稱截面積測量的理解上存在一些誤區(qū),將標(biāo)稱截面積理解為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的截面積,采用幾何法測量導(dǎo)體的實際橫截面積并依此進(jìn)行判定,導(dǎo)致部分符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的電線電纜在交貨抽檢時被判定不合格。例如用于電器電源線的普通聚氯乙烯軟線60227 IEC 53(RVV) 300/500V 3X0.75產(chǎn)品,標(biāo)稱截面積為0.75 mm2,實測截面積為0.72 mm2,比標(biāo)稱橫截面小了0.03 mm2,即使其導(dǎo)體電阻符合標(biāo)稱截面積為0.75 mm2的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,仍被誤判為不合格產(chǎn)品,最終在線纜及整機產(chǎn)品的銷售和驗收上,給企業(yè)和用戶方均帶來困擾和不良影響。為此,本文對電線電纜導(dǎo)體的標(biāo)稱截面積進(jìn)行解釋和說明,希望有助各方正確理解標(biāo)稱截面積,減少誤解及誤判,并科學(xué)準(zhǔn)確地運用電阻法來考核導(dǎo)體截面積。
二、關(guān)于電線電纜導(dǎo)體的截面
在電線電纜產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)計使用到檢測檢驗全過程中,大家所關(guān)注的電線電纜導(dǎo)體截面有著多種的叫法和理解:標(biāo)稱截面積、設(shè)計截面積和實際截面積,那么它們究竟是什么關(guān)系?
電線電纜導(dǎo)體的標(biāo)稱截面積
所謂標(biāo)稱值是指產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中指定的量值并經(jīng)常用于表格之中,標(biāo)稱值引申出的量值通常須在規(guī)定公差下通過測量進(jìn)行檢驗。如果標(biāo)準(zhǔn)中沒有給定某標(biāo)稱值的公差,那么此標(biāo)稱值就無需考核和測量。在GB/T3956-2008《電纜的導(dǎo)體》中,對標(biāo)稱截面積沒有給出公差,并定義為:“確定導(dǎo)體特定尺寸的數(shù)值,但并不受直接測量影響。(注:本標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)體的每個特定尺寸應(yīng)符合最大電阻值的要求)”。可見,導(dǎo)體的標(biāo)稱截面積在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中是用來表述電線電纜產(chǎn)品的規(guī)格,僅僅是此規(guī)格的代號或名稱,便于產(chǎn)品制造過程中的文件及生產(chǎn)管理。對于用戶和設(shè)計人員,標(biāo)準(zhǔn)為了便于選擇和指導(dǎo)生產(chǎn)及電氣設(shè)計,并不要求直接測量其實際截面,而是通過導(dǎo)體電阻值來進(jìn)行衡量和考核。
電線電纜導(dǎo)體的設(shè)計截面積
GB50411-2007《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》第12.2.2條的內(nèi)容如下:“低壓配電系統(tǒng)選擇的電纜、電線截面不得低于設(shè)計值,進(jìn)場時應(yīng)對其截面和每芯導(dǎo)體電阻值進(jìn)行見證取樣送檢”,這里講的設(shè)計值指的就是設(shè)計截面積。在設(shè)計電線電纜采用多大規(guī)格時通常是依據(jù)電線電纜的載流量,一般采用如下公式計算:
式中,
I是導(dǎo)體流過的電流,即允許載流量(A);
R是導(dǎo)體在其最高工作溫度下的交流電阻(Ω);
Δθ是高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫升(K);
Wd是一根導(dǎo)體絕緣單位長度的介質(zhì)損耗(W/m);
T1是一根導(dǎo)體和金屬套之間單位長度熱阻(K.m/W);
T2是金屬套和鎧裝之間襯墊層單位長度熱阻(K.m/W);
T3是電纜外護層單位長度熱阻(K.m/W);
T4是電纜表面和周圍介質(zhì)之間單位長度熱阻(K.m/W);
n是電纜中載有負(fù)荷的導(dǎo)體數(shù)(導(dǎo)體截面相等,負(fù)載相同);
λ1是電纜金屬套損耗相對于該電纜所有導(dǎo)體總損耗的比率;
λ2是電纜鎧裝損耗相對于該電纜所有導(dǎo)體總損耗的比率。
由上述公式可見,與電線電纜載流量I直接相關(guān)的變量是導(dǎo)體電阻R,并非導(dǎo)體的實際截面。同樣,在整機及電器附件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)表格中,與額定電流值相對應(yīng)的也通常是配線的標(biāo)稱截面。所以說某一標(biāo)稱截面下的導(dǎo)體電阻大小對應(yīng)的截面也可稱電氣截面,即設(shè)計截面(設(shè)計值)。當(dāng)考核電線電纜的設(shè)計截面或標(biāo)稱截面時,均是考核它的電阻值,而不是測量它的實際截面值。
電線電纜導(dǎo)體的實際截面積
電線電纜導(dǎo)體的實際截面積指的是導(dǎo)體的幾何截面積。對于電線電纜生產(chǎn)制造者來講,某標(biāo)稱截面的導(dǎo)體截面究竟設(shè)計多大才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,不是指實際截面要大于等于標(biāo)稱截面,而是指此標(biāo)稱截面下的設(shè)計截面(電氣截面)要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,即直流電阻是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,將此作為設(shè)計導(dǎo)體實際截面大小的依據(jù)。如果選擇的導(dǎo)電性能較高的導(dǎo)體材料,那么實際截面可以小一些,反之導(dǎo)體實際截面應(yīng)大一些。當(dāng)今隨著導(dǎo)體材料生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,無氧銅材的先進(jìn)生產(chǎn)工藝已經(jīng)得到普遍應(yīng)用,銅導(dǎo)體材料電阻率足以保證用小于標(biāo)稱直徑銅絲能滿足對應(yīng)規(guī)格直流電阻的要求,所以目前電纜行業(yè)中較普遍出現(xiàn)直流電阻合格,但線芯實際直徑小于標(biāo)稱直徑或?qū)嶋H截面小于標(biāo)稱截面的現(xiàn)象,這是符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的,也是符合節(jié)能節(jié)材的科學(xué)發(fā)展觀。
電線電纜產(chǎn)品是基礎(chǔ)配套性產(chǎn)品,用于各行各業(yè),大的行業(yè)又按照行業(yè)要求制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn),在這些標(biāo)準(zhǔn)中對電線電纜產(chǎn)品又給了一些規(guī)定,特別是對導(dǎo)體的要求,從標(biāo)準(zhǔn)化法角度看,這是正確的,但對于同一個產(chǎn)品在不同的標(biāo)準(zhǔn)中相同考核項目出現(xiàn)矛盾或不合理不科學(xué)時,應(yīng)得到充分重視,特別是全國上下都在重視產(chǎn)品質(zhì)量的大環(huán)境下,更應(yīng)該注重產(chǎn)品的考核要求是否合理科學(xué)。例如:對于GB 50303-2002《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)第3.2.10條中第 3款的要求是“按制造標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)場抽樣檢測絕緣層厚度和圓形線芯的直徑;線芯直徑誤差不大于標(biāo)稱直徑的l%;常用的BV型絕緣電線的絕緣層厚度不小于表12(略)的規(guī)定”。對于此條款,“線芯直徑誤差不大于標(biāo)稱直徑的l%”此句表述要求與相關(guān)電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的要求相矛盾,無論在GB/T5023-2008還是GB/T 3956-2008標(biāo)準(zhǔn)中對于第1種或第2種導(dǎo)體都不考核成品線纜導(dǎo)體中的單絲直徑,僅僅考核直流電阻和單絲根數(shù)。對于電線電纜的導(dǎo)體考核要求,還是要按GB/T3956的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。
三、電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對導(dǎo)體截面積的要求
目前電線電纜各大主流標(biāo)準(zhǔn)體系的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)均采取標(biāo)稱截面積或規(guī)格代號來對應(yīng)區(qū)分不同截面的導(dǎo)體。例如IEC標(biāo)準(zhǔn)(IEC60227、IEC60245、IEC60502等)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN50525等)和國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5013、GB/T5023、GB/T12706等)采用標(biāo)稱截面積(單位:平方毫米)作為不同截面導(dǎo)體規(guī)格的代號,美國標(biāo)準(zhǔn)(UL758、UL62 等)則采用AWG規(guī)格作為代號。其中,對于不同截面規(guī)格代號的考核均是通過導(dǎo)體電阻值來要求,而非實際測量導(dǎo)體截面積(注:UL 標(biāo)準(zhǔn)允許測量實際截面積,但采用導(dǎo)體電阻作為仲裁方法)。
在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5023-2008、GB/T 5013-2008和GB/T 12706-2008中,主要規(guī)定電纜導(dǎo)體符合GB/T3956的要求,主要考核有:軟導(dǎo)體的單線最大直徑和硬導(dǎo)體中單線最少根數(shù)符合GB/T3956的要求;導(dǎo)體在20℃時的電阻應(yīng)符合GB/T3956的要求。
在GB/T3956中,導(dǎo)體共分四種:第1種(實心導(dǎo)體)、第2種(絞合導(dǎo)體)、第5種(軟導(dǎo)體)和第6種(比第5種更柔軟的導(dǎo)體)。其中,第1種和第2種導(dǎo)體用于固定敷設(shè)的電纜中(例如布電線、電力電纜等)。第5種和第6種導(dǎo)體用于軟電纜和軟線中(例如電源線、橡套電纜等),也可用于固定敷設(shè)。
在以上四種導(dǎo)體中,不同標(biāo)稱截面積導(dǎo)體規(guī)格考核的20℃時最大導(dǎo)體電阻值如表1所示??梢?,各個標(biāo)稱截面積導(dǎo)體規(guī)格與其最大導(dǎo)體電阻值存在一一對應(yīng)的關(guān)系。其中,對于同一標(biāo)稱截面積導(dǎo)體,由于各個導(dǎo)體種類、材料和結(jié)構(gòu)的不同以及鍍金屬層的影響,其考核的最大導(dǎo)體電阻值亦略有差異。
因此,對于電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),只要導(dǎo)體能達(dá)到所聲稱的標(biāo)稱截面積對應(yīng)的最大電阻值要求,導(dǎo)體單線直徑或根數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求即可判定合格。在近期給線纜質(zhì)量安全敲響警鐘的奧凱問題電纜事件中,抽樣單位和承檢單位也正是對問題電纜的20℃導(dǎo)體直流電阻項目進(jìn)行了檢測,并對照導(dǎo)體標(biāo)稱截面積對應(yīng)的電阻值進(jìn)行判定,給出了不合格的結(jié)論,反映了電纜導(dǎo)體的截面虧方問題。
四、整機及電器附件中對電纜導(dǎo)體截面積的要求
目前,在主要的整機及電器附件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中,如表2所示,引用的均為標(biāo)稱截面積,應(yīng)按照電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)考核標(biāo)稱截面積的方法即導(dǎo)體電阻來衡量。
值得一提的是,在2008年中國合格評定國家認(rèn)可委員會(CNAS)組織的“電動工具產(chǎn)品安全檢查(CNAS T0409)”能力驗證工作中,其中有個項目就是:手電鉆產(chǎn)品電源線截面積的測量。當(dāng)時有11個檢驗機構(gòu)采用數(shù)學(xué)幾何法測量電源線截面積,結(jié)果判定錯誤,導(dǎo)致能力驗證結(jié)果不滿意,而正確的測試方法應(yīng)是通過導(dǎo)體電阻測試的方法。
五、結(jié)束語
電線電纜作為上游配套產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的眾多產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域,也因此接受著來自各方的產(chǎn)品規(guī)范要求和質(zhì)量管控。在線纜制造、流通、交貨驗收以及安裝使用的各個環(huán)節(jié)中,大力推行和正確使用線纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),顯得尤為重要。特別是對線纜質(zhì)量安全性能直接相關(guān)的標(biāo)稱截面積,生產(chǎn)企業(yè)、用戶方和檢測機構(gòu)等有關(guān)方對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的正確理解與運用,將有助于進(jìn)一步規(guī)范線纜產(chǎn)品質(zhì)量,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)上下游健康發(fā)展。
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Q
電纜里增加棉線可加強高柔線的耐彎折性?
A不少廠商為了凸顯耐彎折性,稱在電線里增加棉線,導(dǎo)線與棉線本身硬度和耐磨度不一樣,加上電線彎折從外觀是看不出來的,加上棉線后,手感電線沒折斷,是因為里面的棉線沒斷。內(nèi)部的導(dǎo)線斷掉后,電線便不再導(dǎo)電。棉線不過是填充導(dǎo)線之間空間空隙的,提高電纜的抗拉能力,并不是耐折。
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Q
通過電纜軟硬能夠判別拖鏈電纜好壞嗎?
A確切的說,通過電纜軟硬不能夠判別拖鏈電纜好壞。拖鏈電纜有著其特定的性能要求和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),它需要在頻繁移動、彎曲、拉伸等復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定的電氣性能和機械性能。這不是單單通過拖鏈電纜軟硬就能夠?qū)崿F(xiàn)的。
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