线芯结构方式及其填充系数对电缆性能的影响

为了增加电缆的柔软性或可曲度，较大截面的电缆线芯由多根较小直径的导线绞合而成。由多根导线绞合的线芯柔软性好，可曲度大，是因为单根金属导线沿某一半径弯曲时，其中心线外部受拉伸，而中心线内部受压缩。如线芯是由多根导线平行放置而组成，由于导线之间可以滑动。因此，它比相同截面单根导线作相同弯曲时要省力得多。为了保证线芯结构形状的稳定性和减小线芯弯曲时每根导线的变形，多根导线组成的线芯均需绞合而成。

如图1-2-1所示，平行导线弯曲再恢复平直时，由于导线的塑性变形可能在线芯表面产生凸出部分，使电缆绝缘层中电场分布产生畸变，并损伤电缆绝缘。在绞合的电缆线芯结构中，由于线芯中心线内、外两部分可以互相移动补偿，弯曲时不会引起导线的塑性变形，因此线芯的柔软性和稳定性大大提高，绞合节距越小，线芯的柔软性和稳定性越高。另外，绞合导线与大截面单根导线不同，弯曲是较平滑地分配在一段线芯上，因而弯曲时不易损伤电缆绝缘。

图1-2-1　线芯弯曲示意图

（a）平行线芯弯曲前；（b）平行线芯弯曲后；（c）平行线芯弯曲后再恢复平直；（d）绞合线芯弯曲前；（e）绞合线芯弯曲后；（f）绞合线芯弯曲后再恢复平直

不同的电缆应用场合，对电缆线芯的可曲度要求也不同。可曲度要求较高的是移动式电缆，这些电缆多采用橡皮或塑料作为绝缘材料。油浸纸绝缘电力电缆的可曲度较低，这是因为油浸纸绝缘电力电缆的可曲度主要由护层结构来决定，线芯对电缆的可曲度影响较小，一般只要求线芯在生产制造、安装敷设过程中不致损伤绝缘即可。

一般地，电缆线芯的绞合形式可分为两大类，即规则绞合和不规则绞合。

（1）规则绞合。导线有规则、同心且相邻各层依不同方向的绞合称为规则绞合。规则绞合还可进一步分为正常规则绞合和非正常规则绞合，前者系指所有组成导线的直径均相同，而后者系指层与层间的导线直径不尽相同的规则绞合。另外规则绞合还有简单和复合之分，后者系指组成规则绞合的导线不是单根的，而是由更细的导线按规则绞合组成股，再绞合成线芯。这种结构使线芯柔软性更好，常见于移动式橡皮绝缘电缆，一般的电力电缆则是简单正常规则绞合最为常见。因此，若无特别说明，规则绞合一般均指简单正常规则绞合。

各种规则绞合截面如图1-2-2所示。

图1-2-2　各种规则绞合截面(www.xing528.com)

（2）不规则绞合。指所有组成导线都依同一方向绞合，又称束绞。虽然束绞工艺简单，成本低，线芯填充系数较高，相同截面积外径较小，可曲度又高，但因其结构稳定性较差，所以电力电缆一般不采用束绞，而绝缘软线或电压等级较低的橡皮绝缘电缆中却多采用束绞。

塑料绝缘电力电缆导电线芯的构成方式见表1-2-2。

表1-2-2　塑料绝缘电力电缆导电线芯的构成方式

把线芯导体实际面积与线芯轮廓面积之比定义为线芯的填充系数。规则绞合线芯的填充系数不仅与线芯单线层数有关，而且与线芯中心导线根数有关。如图1-2-3所示，中心导线是一根时，绞合线芯的填充系数随层数的增加而减少，而中心导线根数为2～5根的线芯填充系数随层数的增加而增加，但其绝对值比中心导线根数为1的小。从提高线芯填充系数和稳固性考虑，中心为一根导线的规则绞合结构最好，因此电力电缆一般均采用中心为一根导线的规则绞合结构。

图1-2-3　填充系数与层数和中心导线根数关系曲线

（曲线上数字表示中心线根数）

图1-2-4　紧压后圆形线芯结构

为了提高电缆线芯填充系数，节约材料，降低成本，很多电缆线芯均采用紧压线芯结构。线芯经过紧压后，每根导线不再是圆形，而是呈不规则形状，原来的空隙部分被导线变形而填充，如图1-2-4是紧压后圆形线芯截面。