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电缆内部示意图
电缆与制电线

电缆,是连接两个设备传输电信号的组件,由两条或更多的导线粘合、扭曲或编织在一起形成。电缆的用途广泛并且每个用途都需特制,它的功能大至传输电能、电信号和实现电磁能转换的线材产品。

电力缆通常由传输电力或电信号的缆芯和起到保护、绝缘作用的护套组成。只含有一条缆芯且直径较细的电缆通常被称为电线。而没有绝缘护套的电线,被称为裸线。电缆中的缆芯由导电性能良好的金属材料制成,通常使用导电性能良好的或成本较低的

1836年世界上制造出第一根铜线外用橡皮带包扎的低电压(600伏特以下)电力用电线。

历史

一、发现“电”可沿金属线传输(1800年前)

公元前500年,希腊泰勒斯发现摩擦生电。 1729年,英国人格雷发现“电”可以沿金属线传输,人类有了“导体”的概念。 1740年,法国的德札古利埃规定了导体与绝缘的定义。 1744年,德国人温克勒用电线把放电火花传输到远距离,宣告了电线的诞生。 1752年,美国人富兰克林发明了避雷针,并用电线接地,这是电线的首次实用化。 1799年,意大利人伏特发明电池,获得了持续电流。

二、“电报机”的发明推动了电报电缆的研发、应用(1875年前)

十九世纪初,丹麦的奥斯特、英国的法拉第、德国的欧姆、美国的亨利等大批欧美物理学家不断发现和创立了现代电学、电磁学的许多基础理论,为今后的电力、信息传输打开了闸门。 1833年,高斯和韦伯制成了第一部电磁指针电报机,用于1公里长的线路上,用了6年。 1835年,美国莫尔斯发明了有线电报机,促进了通信电缆的发展。 1839年,库克、惠斯登在伦敦建成了第一条21公里长的电报线路。1841年纽约港敷设了橡皮绝缘的海底电报电缆。 1851年,英国敷设了穿越英吉利海峡的海底电缆。此后,欧美各国竞相发展;二三十年间,电报电缆几乎遍连各国的主要大城市。至1920年,英国建成了连接英联邦各国、环绕世界的电报电缆网,引发了美、日等国敷设海底电报电缆的高潮。 1871年,英国大东公司在中国上海与日本长崎之间敷设了橡皮绝缘海底电报电缆。

三、线缆产品在三大领域遍地开花(1980年前)

(一)电磁线

1875年,美国人亨利取得了第一个绝缘漆和纤维专利。美国GE公司在1902年制成醋酸纤维漆包线;1909年制成油性漆包线;1925年制成聚乙烯醇缩甲醛线;1938年发明了缩醛漆包线;1954年发明了聚酯漆包线。 日本在1939年开发了玻璃漆包线;1954年制成了硅酮漆包线。德国在1940年制成了聚氨酯漆包线。 美国道奇公司在1951年发明了自粘性漆包线;1963年制成了复合漆包线。 美国杜邦公司在1957年发明了丙烯酸漆包线;1961年制成聚酯亚胺漆包线和聚酰亚胺漆包线;1964年制成聚酰胺-酰亚胺漆包线。 上海电缆研究所在1966年制成聚酰亚胺漆包线;1970年制成聚酰胺-酰亚胺漆包线。

(二)通信电缆

1876年,美国贝尔发明有线电话机,美国制造市内通信电缆。1878年,美国在纽约与波士顿之间开通了第一条长途话缆线路。 1889年美国WE公司开始大批量生产纸带绕包绝缘铅包市内通信电缆。 1891年英法海峡敷设最早的海底话缆。 1898年英国在伦敦与伯明翰之间敷设了一条长达46公里的19个四线组成的长途通信电缆;用至1938年又改为载波通信。 1921年,美国与古巴间敷设了第一条同轴海底话缆。 1932年,英国与比利时之间敷设了第一条载波传输的海底同轴电缆。 1936年,德国制造宽带同轴电缆用以传输电视。 1939年,德国、美国开发了聚乙烯料,应用于各种通信电缆。 1944年,美国与法国间敷设了距离最长的(100海里)海底电缆。 1949年,美国制成公用天线电视电缆(CATV)。 1950年,美国制成全塑(PE)皱纹铝带综合护层电话电缆。 1956年,英、美、加三国合作敷设了第一条跨越大西洋的对称式电话电缆,全长4300公里;1959年,美、法、加三国合作敷设了第二条大西洋海底通信电缆(同轴式)……。至1976年,共敷设6条跨越大西洋的海底通信电缆。此后,在大西洋及各个海域陆续又敷设了大量的海底通信电缆,使世界各地区、各国之间信息传输全部畅通。 1976年10月,中日之间的海缆系统开通,有480话路。

(三)电力系统用线缆

1879年,美国爱迪生发明了白炽电灯,制成黄蔴沥青绝缘电力电缆,敷设于纽约。同年,瑞士博雷尔发明压铅机,可制造铅包电缆。 1887年,美国布鲁克斯用低粘度绝缘油浸渍纸作为电力电缆的绝缘。 1888年,英国费伦蒂制成10KV油浸纸绝缘电缆(二芯,同芯式)。 1890年,美国制成三芯油浸纸绝缘电力电缆。 1893年,英国BICC公司开始生产纸力缆。 1910年,德国在柏林敷设30KV三芯电缆,1911年敷设60KV单芯电缆。 日本于1911年生产10KV纸力缆。 1877年,美国托马斯发明了铜线冷拉工艺,使铜线抗拉强度和导电率大幅提高,可用于作架空导线。 1882年,德国采用铜架空线输送直流电,1886年采用美国用架空线传输交流电。 1895年,美国首次制成铝架空线;1908年采用钢芯铝绞线。1915年首次生产铜包钢线。 1922年瑞典研制出1号铝合金架空线。 1903年,IEC制定了韧炼铜的导电率国际标准(IACS)。 1917年,意大利发明了自容式充油电缆。 1923年,美国敷设66KV充油电缆;1924年敷设132KV充油电缆。 1932年,意大利在米兰敷设220KV充油电缆。 1938年,瑞典南方电厂敷设380KV充油电缆;1955年敷设425KV充油电缆。 1957年,法国制造500KV充油电缆。 1972年,美国制成500KV钢管充油电缆。 1959年,中国研制出66/110KV和220KV自容式铅包电缆试样;66KV电缆于1964年在大连第二电厂应用。110KV电缆在1968年用于南京长江大桥旁(过江电缆)。1973年,制成330KV充油电缆用于刘家峡电站二期工程。 1937年德国首次研制出PVC绝缘电线,很快在各国得到发展。 1946年,美国首次制成15KV聚乙烯绝缘电缆;1952年采用辐照交联聚乙烯制造电线。1958年美国采用了DCP后,发明化学交联法;1967年美国康宁公司发明硅烷交联法。这些,使各种交联型线缆产品得到迅速发展。 1961年日本购得美国专利首先制造化学交联聚乙烯电力电缆,1962年制成66KV级,1973年试制275KV级交流电力电缆和500KV直流电缆。1980年研制500KV级交流电力电缆;并于2000年在东京安装,开通使用(39.8公里)。 1983年,中国由上缆、沈缆和电缆所合作研制成500KV充油电缆及附件,在辽锦线上挂网试运行。

四、向着更高、更广、更精的目标前进

(一)输电电压更高,从架空线网开始

1964-1968年间,美国、前苏联架设了±800KV直流输电线路,采用钢芯铝绞线。 1973年,中国湘潭电缆厂制造钢芯铝绞线,敷于南京长江大桥旁,长1.93公里;1978年研制铝-镁-硅稀土架空导线。 1980年,武汉电线厂生产稀土铝合金导线。 1999年,日本建设交流1000KV、8分裂架空线网,长250公里。 2007年,中国开始建设±800KV直流架空输电线网。

(二)光通信扩展着信息传输的未来

1966年,英籍华人高锟首次提出用石英纤维远距离传输光波的概念;1970年,美国康宁公司研制出低损耗石英玻璃纤维。1976年,美国贝尔与西点公司建成光通信实验室;同年,法国安装了19芯光纤的光缆线路,美国安装了144芯光纤的光缆线路,供试验用。 1974年,日本用光缆传输彩色电视成功。1978年,中国上海电缆研究所研制成功短波长松套层绞光缆,随后在上海电话局线路中运行。 1983年,英国电信公司首次正式应用了8芯单模光纤的光缆线路,长27公里。 1985年,日本建设贯通全国的、长达3400公里的光缆线路网。 1986年,英国-比利时建成第一条海底光缆线路。1988年又开通第一条跨大西洋的海底光缆线路,长6500公里。至1996年,共建成7条跨大西洋的光缆线路。 1989年,美国与日本间的第一条太平洋光缆线路开通。至1997年全球光缆互联线路网(FLAG)投入运行,光缆线路总长2.8万公里。 1993年10月,世界最长的一条陆上光缆(成都514厂制)在中国开通;从北京到海南,全长4700公里。随后又与亚太9个国家或地区联合建成亚太海底光缆网,总长1100公里。

(三)超导电缆方兴未艾,正走向实用

1962年,美国开发出超导电磁线。 1967年,英国进行超导电缆通电试验,并于1970年建立超导交流试验线路。 1972年,美国研制成可绕性带绝缘超导电缆。 1995年,美国超导公司建成首条30m长的高温超导电缆线路。 2002年,日本完成一组100m、66KV/1KA的平行三芯超导电缆试验系统;2003年又完成500m,77KV/1KA的高温超导电缆试验。 2004年,中国北京英钠超导技术有限公司研制的30m、35KV、2KA高温超导电缆,在云南普吉变电站并网试运行。 2006年,美国超导公司研制出600m、3相、138KV、2.4KA的冷绝缘高温超导电缆开通运行。

电缆用金属材料

金属种类 电阻率(20°C) 电阻温度系数(20°C) 备注
1.678×10-8 Ω·m 0.0039 导电性仅次于银,导热性仅次于金、银;抗腐蚀,无磁性,塑性好,易于焊接,用途广泛。铜合金主要为提高铜的耐磨性,耐腐蚀性及机械物理性能。
1.59×10-8 Ω·m 0.0038 金属导电性及导热性最高,具有良好的耐腐蚀性及耐氧化性,易于焊接;主要用于镀层和包复层;主要用做耐高温线及(注:依照集肤效应原理)用做高频通讯电缆导体。
2.82×10-8 Ω·m 0.0039 导电性仅次于银、铜、金;导热性好,耐腐蚀性好,机械强度一般,塑性好,比重小。缺点是抗拉强度低,不易焊接。铝合金主要为提高铝的机械强度,耐热性及可焊性。
2.44×10-8 Ω·m 0.0034 用做耐高温线。
6.99×10-8 Ω·m 用做耐高温线。
不锈钢 1.00×10-7 Ω·m (7.40×10-7 Ω·m) 0.005 常作复合导体的加强材料,如钢芯铝绞线,铜包钢,铝包钢线等。
6.02x10-8 Ω·m 用做钢丝/钢带/铁导体的镀层,用以防腐蚀
1.09×10-7 Ω·m 用做钢丝/铜线的镀层,用以防腐蚀,并有利于铜线的焊接。

应用类别

  • 电力电缆
    电力系统中用来传输和分配大功率电能的电缆。如常见的额定运行电压低于1000V的低压电缆、额定运行电压在3.6/6~26/35kV之间的中压电缆,额定运行电压高于110kV的高压电缆等。架空输电线常使用裸线以节约绝缘材料的成本,如绞线钢芯铝绞线、铝绞线、铝包钢绞线、铝合金绞线)、软接线、型线和型材等。
  • 架空电缆
    用于铁路电气化,是铁路电气化的方法之一。
  • 控制电缆
    主要用于传送控制、测量信号等的电缆。适用于工矿企业、能源交通部门、供交流额定电压450/750伏以下控制、保护线路等场合使用。
  • 绕组线
    实现电磁转换所使用的导电线材。如漆包线、丝包线等。常用于电动机发电机变压器等电磁转换设备中。
  • 通讯电缆
    用以传输电信号(如电话话音信号、电视图像信号、网络通讯信号等)的电缆。常见如电话电缆、同轴电缆、网络电缆等。
  • 电气装备用电缆
    装配设备用的安装线和控制线等产品。如民用电线、控制电缆、仪表线、电子线、加热电缆、热电偶补偿线等,通常对产品的最大外径有要求。
  • 电缆地下化
    电缆地下化技术,可降低路上城市的干扰度,增加路上空间使用度,同时电缆地下化能保护电缆,增长电缆的使用寿命,为世界各地规划研究重要议题。
  • 网络电缆
    常用的网络电缆有三种:双绞线电缆同轴电缆光纤电缆(或简称光缆)。

种类

电线电缆按照有没有绝缘层可以分为裸导线和绝缘导线

  • 裸导线:只有导体的部分,没有绝缘层和保护层的导线。裸导线按照不同的形状和结构可以分为
    • 圆单线:主要用于电线、电缆的导电线芯,或是直接用于架空的通信广播线等。
    • 软接线:主要用于电动机、电器的电刷连接线,移动式电器的连接用线等。
    • 型线:指横截面不是圆形的裸导线,主要用于安装配电设备及其他的电工制品。
    • 绞合线:由多股裸导线绞合在一起制成的,比较软,但有强度。主要用于架空线路的连接。
  • 绝缘导线:由导电线芯、绝缘层和保护层组成,导线线芯有单芯、双芯、三芯和多芯等几种。又可分为:
    • 电磁线
    • 电气设备用电线电缆
    • 电力电缆
    • 通信电线电缆

相关组织与标准

  • (现中国台湾省)国家标准(CNS)
    1. CNS 670 镀锡软铜单电线
    2. CNS 672 镀锡软铜绞电线
    3. CNS 679 600V聚氯乙烯绝缘电线
    4. CNS 689 塑胶绝缘电线电缆检验法
    5. CNS 1364 裸软铜单电线
    6. CNS 1365 裸软铜绞电线
    7. CNS 2655 交连聚乙烯绝缘聚氯乙烯被覆电力电缆
    8. CNS 3301 600V聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯被覆电缆(VV)
    9. CNS 11174 耐燃电线
    10. CNS 11175 耐热电线
  • 美国国家标准协会(ANSI)
    1. ANSI C2 国家电机安全法规
  • 美国材料和试验协会(ASTM)
    1. ASTM B3 软或软化铜电线
    2. ASTM B8 同心层铜导体绞线、硬、中硬及软抽铜
    3. ASTM B33 电机用镀锡软铜或软化铜线
    4. ASTM B189 电机用镀铅及镀铅合金软铜线
    5. ASTM E622 实心材料燃烧时释放烟浓度试验
    6. ASTM D2863 测量可维持塑胶如同蜡烛燃烧状况所需氧气指数最低氧气浓度
  • 绝缘电缆工程师协会(ICEA)
  • 国际电工委员会(IEC)
    1. IEC 60331 电缆之防火特性
    2. IEC 60332 测试电缆线在火中之状态
    3. IEC 60332-1 一条垂直的绝缘导线或电缆上测试
    4. IEC 60332-3 成束导线及电缆 B 类测试
    5. IEC 60540 电缆、电线之绝缘及被覆试验方法
    6. IEC 60754 电缆燃烧时释放气体之试验
  • 电气电子工程师学会(IEEE)
    1. IEEE 383 CLASS IE 电缆现场接续、连接,以供核能发电厂之型式试验
  • 日本产业规格(JIS)
    1. JIS C3102 软铜线
    2. JIS C3105 硬抽铜绞线
    3. JIS C3307 600V聚氯乙烯绝缘电线(IV)
    4. JIS C3401 600V控制电缆
    5. JIS C3605 600V交连聚乙烯绝缘电缆
  • 美国电气制造商协会(NEMA)
  • 美国消防协会(NFPA)
    1. NFPA 70 美国国家电机法规

参见

外部链接


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