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1、超高压电力XLPE电缆制造技术系列讲义之一扇形四或五分割预扭导体之制造概要余益定一、 前言超高压69kV以上之XLPE电力电缆已由台电采用多年，预计2000年开始，台电将进入161kV级以取代69kV级。除可减少线路损失外尚可提升电力供应品质。因应都会区域所需此项超高压电缆多层大型导体，电力公司规定在定型试验时应送样之导体尺寸如下：69kV 1000mm2161kV 1600mm2此种大截面导体，极易产生内部涡流Iddy Current促使导体温度上升而造成输电损失。为避免此项涡流，乃设计成为分割导体。 Segmental Conductor实际上，分割导体在纸绝缘充油电缆OF Cable 时
2、就已采用，并且需加入导油螺管,现应用于交联PE绝缘 XLPE Cable已不再需要导油螺管。分割导体制造属于高难度技术，完全有别于传统圆形绞线。规格的规定比较含混不明确，一般只有规定外径、单位重量、导体电阻等，绞向、扇角、填充等都没有规定。台电规定四分割、五分割都可以，国外还有作成六分割或七分割，各工厂方式并不一致，且影响将来交联PE绝缘尺寸品质，如集合不圆，扇角突出等。此种导体是超高压电缆制造技术一大问题， 业者不能不重视。应力求了解原理、选择良好方法（机械），设计正确压缩轮尺寸，并就因应台电公司要求，探讨此分割导体各项问题。二、 分割导体之特性要求2.1依据台电规范A-007，其译文如后：
3、3交联PE电缆规范：交联PE电缆之构造及材料须符合下列各项规定及附表1与表2。3.1导体(Conductor)3.1.1材质：导体须为电气用无镀锡软铜线，绞合前其物理特性须符合ASTM B 3 之规定。3.1.2.截面积：分为100、150、200、250、325、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600等（mm2）。3.1.3形状： 3.1.3.1压缩圆形（Compacr-Round Stranded）：凡导体截面积为100600 mm2者须为压缩圆形，导体最外层之绞向须向右转(S方向)，其绞距不得大于该层外径之20倍。绞线后其上层得加绕一层平均厚度约为0.25
4、mm非吸湿(Non-hygroscopic)之半导电性带（Semi-Conducuive Tape）。3.1.3.2四或五分割压缩圆形（4 or 5 Segmenual Compact-Round Stranded）：凡导体截面积大于或等于800 mm2者须为四或五分割压缩圆形。每分割导体最外层之绞向须向右转(S方向)，其绞距不得大于该层最大宽度之20倍。分割导体间须有沿纵向放置之分割带（Segment Tape）。分割导体绞合后其上须绕一层平均厚度约0.25mm非吸湿之半导电性带。3.1.3.3导体单线之连接须符合ASTM B 496 之规定。3.1.3.4导体外径之容许差，须符合表3之规定
5、。7.1.1外观检查（Appearance Check）7.1.1.1成品电缆须逐卷检查其外表，藉肉眼观察或手触觉，电缆表面须平滑，无瑕疵、裂痕或其他损伤，色泽须均匀，被覆须镀层导电性石墨粉。7.1.1.2电缆被覆上须有明显之台电（TPC）记号，电缆规格、绝缘体厚度、遮蔽铜线规格及条数、制造厂商标志、制造年度以及每公尺长度连续号码。7.1.2构造检查（Construction and Dimension Measure-ments）7.1.2.1导体检查：（本项检查于中检实施）（1） 线径：测定导体及遮蔽层之单线直径（导体单线为参考用）须于绞或缠绕前实施，绞线或分割导体之直径，应以可读精确度至
6、少为0.0025mm之测微计测定之。测量时任选接近两端及中央三处，每处在同一垂直于导线直径之平面上，隔相同角度测量两次以上，然后将所测值平均，即为该试样之直径。（2） 绞向：导体最外层之绞向须向右转（S方向），即反时针方向离开观察者。（3） 绞距：绞线或分割导体之绞距须小于其直径或其最外层宽度之20倍。遮蔽铜线之绞距须为该遮蔽体外径之610倍。（4） 导体重量：利用分析天平测定，其重量不得低于附表1及表2规定值之98。（5） 导电率：导体及遮蔽铜线之单线其导电率以惠斯顿电桥或其他相似仪器测定，其须符合ASTM有关之规定。（6） 抗张强度：导体及遮蔽铜线之单线其抗张强度以拉力机测定（参考用）。（
7、7） 伸长率：导体及遮蔽铜线之单线其伸长率以拉力机测定，其计算式如下：伸长率（）式中：L ：试样原标点距离L：试样拉断之距离（8） 导体之外观其色泽应鲜明、光滑、无瑕点、裂痕或损伤。（9） 导体之平均外径须符合附表1及表2之规定值。表 3导体截面积mm2外径允许差mm100 150200 500600 12001400 16001800 20000.20.30.50.71.02.2根据台电之要求600 mm2以上要采用分割导体，四分割或五分割，但未明确规定下列各项：a. 每一分割导体内层之方向及绞距未规定b. 预扭集合成形之绞距未规定c. 预扭集合成形之分割带材质及厚度未规定d. 预扭集合成形
8、时造成中心及外缘空隙，是否可填充未规定。e. 预扭成形时，需绕包一层厚约0.25mm非吸湿性半导电带，其重叠（over lap）程度未规定，其绕包方向也未规定。以上TPC依据ASTM及ICEA，但依据哪一册（章）也未明示。三、制造流程分割导体多采用61股绞线机。标准机型为义架式Rigid type。其他Type也可采用。以主轴传动较精准。每一段7B、12B、18B、24B均应有成型眼模，可为圆形或扇形，此眼模应可自由迴转或固定。紧接成型眼模之后，装置有扇形压缩轮，应为附动力旋转而预扭。为求预扭成型（绞距）稳定均匀，此压缩轮（以下简称压轮）多为前后两组，最后两段也有用三组。扇形压轮之配置，两组者
9、为上下压轮（两轮式或三轮式）两侧。压轮（左、右二轮式）三组者为上下压、两侧压，再加上下压.第一段7B可有三种组合作法：不用压缩a. 一般圆型眼模 （不压缩）b. 扇形成型眼模 （半压缩）c. 预扭扇形压轮 （全压缩）上述组合a+c或a+c，b+c均可。在90扇形时a+c即可，但在小于90时，则十分需要a+c，b+c。第二段12B可有两种组合作法：即a+c或b+c第三段、第四段则均为b+c。压轮采用双轮或三轮，待后述。四、绞合方向台电规定每一分割导体外层须S绞（左右）。依据预扭需要，内层必须和外层反向。 否则同向时，预扭扭转时易发生松弛反弹，但同向较易压缩。而预扭集合成型时，集合方向也与最外方向
10、相同，即同为向右。五、绞距台电规定每一分割导体之外层绞距不得大于其最宽处之20倍，内层则未规定。实际制造时，要考虑下列各个要素。5.1 压缩成型之难易5.2 压缩成型之压缩度 （半、全）5.3 成型后之重量上图为扇形压缩后导体之剖面图A 为最宽处B 为高C 为边长D 为分模线至弧顶距离V 为分模线至底角距离 为底角R底角之曲率 为扇角R扇角之曲率R 为弧之曲率半径四分割时底角为90，五分割时底角为72。最外层 B = C = R无论底角及扇角，其曲率半径力求最小，即希望尖锐些，以便集合成形时，空隙最小。一般内层绞距太小则成为扇形不易，且也不易全压缩，大多采用很大之绞距。在7股段甚或没有绞距，但
11、在12B、18B或24B之绞距太大时，则紧度不足，重量亦会不足。因此往往为了成型容易，内层绞距会接近或大于其最宽处20倍。例如7/2.4，外径为7.2mm，20倍为144mm。而在最外层则接近于最宽处7 10倍，求其紧束内层。例如最外层24/2.4，最宽处，绞距约190mm 200mm（约7.5 8倍），绞线绞合角度约20。上述倍数少，也有助于重量之增补。在集合成型方面，其绞距主要考虑之因素如下：a 紧度b 对个别扇形绞距之影响c 弯曲之影响一般采取集合后外径之26 32倍，以10002、38为例，集合绞距约1100mm 1200mm，约为外径之27 32倍，绞合角度为100。六、压缩成型之探
12、讨6.1分割导体之压缩是属于扇形之压缩，由于外层之压缩并不及于内层，外层压缩前之导体只是由圆形压成椭形或矩形而已。内层7B、12B共19B，属中心层。此一层宜采取全压缩状况， 同时也是成型之基础，是最难压缩之阶段。6.2 扇角、底角之影响： 扇形成型之尖角有三。如下图：底角一、扇形二为底角 较小时，进入之导体（即压缩前）应为扇形。若进入之导体为圆形，则成型困难。90，可以圆形导体进入压缩90，则宜以扇形导体进入，即每段都压缩例如五分割，底角为72，七股绞线或19股绞线以圆形之状况进入扇轮压缩一定十分困难。因进入72之成型十分勉强，变形大。若以扇形之状况进入，如下三图，即在第三节（三）中bc之方
13、式较好。选择素线径及压缩面积适当，则压缩程度也会恰当。则铜导体易进入尖角（底角、扇角）处，形成最佳尖角。则在集合成形时，不会由于尖角欠妥（太钝），造成相当大之空隙。空隙太大，则内半导电层充填不易。且整体圆形易变位，中心空隙太大，也可加入填充。填充材料要高绝缘、高耐热（耐高温），一般均填入绝缘纸纽或XLPE等。扇角空隙则只宜填入绝缘纸纽。6.3 两轮Twin Roll及三轮Triple Roll压缩轮之比较扇形之成型，实际上为三方向成型。如下图，故三轮式较为合理。 Triple Roll三轮式 Twin Roll 两轮式三轮式成型面与导体面成正切方向，摩擦小而内压力较强，对底角成型有利。两轮式，
14、即上下压轮。因下压轮是两面一体，在底角处与扇角处平面线速度不同，易造成摩擦。减低内压力使成型不容易，多增加左右侧压以补上下压之不足。在机械结构上，若成型之尺寸（导体尺寸）太小时，则三轮式不易精确。两轮式则因上下轮系左右侧互相扣住比较容易精确。最近发展趋势压缩轮多由专业厂家制作，两轮及三轮之价格相差不多。此为机械结构而言，当然三轮比两轮多出一轮。就轮子本身而言，只多出一轮之费用。就整体结合而言，最佳搭配宜采用下列方式：7B段 12B段 18B段 24B段 Twin Roll Twin Roll Triple Roll Triple Roll 侧Twin Roll 侧Twin Roll 以上就任何角度90、70、60均可制造顺利。若就90而言，则全部Twin Roll也可以，比较差些。若将来可能会发展72（五分割）或60（六分割），则Twin Roll将无法得到良好之压缩品质。6.4 压轮弧面之探讨不论两轮或三轮方式，弧面对成型之圆度十分重要。弧度不对，成型不圆，同时也会超出台电之外径公差，对制造XLPE内导也会造成困扰。错误之设计为同心圆方式如下图A： 正确之设计为如下图B：以四分割为例，每层成型如下图，每层之弧都十分重要。以上实际设计例附第10节中译列七、绞合眼模之探讨绞合眼模是在绞合之
