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關於電線電纜橫截麵的標準

时间:2019-11-14     

針對近來有關企業用戶及檢測機構對電纜導體標稱截麵積的檢測存在一定誤解,本線纜工作組與行業專家共同撰寫此文《關於電纜導體“標稱截麵積”的解釋與分析》,結合相關產品標準及規範要求,對電纜導體截麵的概念、理解及考核等方麵進行詳細闡述,希望有助各方正確理解標稱截麵積,減少誤解及誤判,並科學準確地運用電阻法來考核導體截麵積。

注:該文已為《質量與認證》雜誌接收,將於近期刊發,歡迎關注和訂閱。

關於電纜導體“標稱截麵積”的解釋與分析

Interpretation and Analysis of the "Nominal cross-sectional area of conductor" of Cable Conductor

單位:中國質量認證中心 國際大電網中國國家電纜研究委員會

 

1. 引言

 

電線電纜是用於傳輸電力、傳遞信息和實現電磁能量轉換的一大類電工產品,廣泛地應用於電力電網、建築工程、軌道交通、工礦企業、數據通訊、電子電器、電氣裝備和汽車船舶等各個領域,被喻為國民經濟的“血管”與“神經”。其產品質量的優劣與成套整機設備及電力係統的安全穩定運行密切相關。隨著社會各方對線纜質量安全的日益重視,有關線纜的采購方、監理方和監管方等加強對其產品的抽檢及質量管控,特別是作為電氣性能核心指標之一的導體電阻。

 

然而,近期中國質量認證中心(CQC)接收到一些線纜企業和用戶有關電纜標稱截麵積檢測的疑問谘詢。部分用戶和檢測機構在電纜標稱截麵積測量的理解上存在一些誤區,將標稱截麵積理解為標準規定的截麵積,采用幾何法測量導體的實際橫截麵積並依此進行判定,導致部分符合產品標準要求的電線電纜在交貨抽檢時被判定不合格。例如用於電器電源線的普通聚氯乙烯軟線60227 IEC 53(RVV) 300/500V 3X0.75產品,標稱截麵積為0.75 mm2,實測截麵積為0.72 mm2,比標稱橫截麵小了0.03 mm2,即使其導體電阻符合標稱截麵積為0.75 mm2的產品標準要求,仍被誤判為不合格產品,最終在線纜及整機產品的銷售和驗收上,給企業和用戶方均帶來困擾和不良影響。為此,特撰此文對電線電纜導體的標稱截麵積進行解釋和說明,希望有助各方正確理解標稱截麵積,減少誤解及誤判,並科學準確地運用電阻法來考核導體截麵積。

 

2.關於電線電纜導體的截麵


在電線電纜產品生產、設計使用到檢測檢驗全過程中,我們所關注的電線電纜導體截麵有著多種的叫法和理解:標稱截麵積、設計截麵積和實際截麵積,它們究竟是什麽關係?

 

電線電纜導體的標稱截麵積(Nominal cross-sectional area of conductor): 所謂標稱值是指產品標準中指定的量值並經常用於表格之中,標稱值引申出的量值通常須在規定公差下通過測量進行檢驗。也就是說如果標準中沒有給定某標稱值的公差,那麽此標稱值就無需考核和測量。在GB/T3956-2008《電纜的導體》中,對標稱截麵積沒有給出公差,並定義為:“確定導體特定尺寸的數值,但並不受直接測量影響。(注:本標準中導體的每個特定尺寸應符合最大電阻值的要求)”。可見,導體的標稱截麵積在產品標準中是用來表述電線電纜產品的規格,僅僅是此規格的代號或名稱,便於產品製造過程中的文件及生產管理,對於用戶和設計人員來講便於選擇和指導生產及電氣設計,但並不要求直接測量其實際截麵,而是通過導體電阻值來進行衡量和考核。

 

電線電纜導體的設計截麵積(Design cross-sectional area of conductor): GB50411-2007《建築節能工程施工質量驗收規範》第12.2.2條的內容如下:“低壓配電係統選擇的電纜、電線截麵不得低於設計值,進場時應對其截麵和每芯導體電阻值進行見證取樣送檢”,這裏講的設計值指的就是設計截麵積。在設計電線電纜采用多大規格時通常是依據電線電纜的載流量(見JB/T10181.1《電纜載流量計算 第1部分 載流量公式》),一般采用如下公式計算:

 

由公式可見,與電線電纜載流量I直接相關的變量是導體電阻R,並非導體的實際截麵。同樣,在整機及電器附件產品標準的有關表格中,與額定電流值相對應的也通常是配線的標稱截麵。所以說某一標稱截麵下的導體電阻大小對應的截麵也可稱電氣截麵,即設計截麵(設計值)。當我們考核電線電纜的設計截麵或標稱截麵時,均是考核它的電阻值,而不是測量它的實際截麵值。

 

電線電纜導體的實際截麵積(Actual cross-sectional area of conductor):指的是導體的幾何截麵積。對於電線電纜生產製造者來講,某標稱截麵的導體截麵究竟設計多大才能滿足標準要求,不是指實際截麵要大於等於標稱截麵,而是指此標稱截麵下的設計截麵(電氣截麵)要滿足標準要求,即直流電阻是否滿足標準要求,將此作為設計導體實際截麵大小的依據。如果選擇的導電性能較高的導體材料,那麽實際截麵可以小一些,反之導體實際截麵應大一些。當今隨著導體材料生產工藝的改進和科學技術進步,無氧銅材的先進生產工藝已經得到普遍應用,銅導體材料電阻率足以保證用小於標稱直徑銅絲能滿足對應規格直流電阻的要求,所以目前電纜行業中較普遍出現直流電阻合格,但線芯實際直徑小於標稱直徑或實際截麵小於標稱截麵的現象,這是符合產品標準要求的,也是符合節能節材的科學發展觀。

 

電線電纜產品是基礎配套性產品,用於各行各業,大的行業又按照行業要求製定了行業標準或國家標準,在這些標準中對電線電纜產品又給了一些規定,特別是對導體的要求,從標準化法角度看,這是正確的,但對於同一個產品在不同的標準中相同考核項目出現矛盾、或不合理不科學時,我們應充分重視,特別是全國上下都在重視產品質量的大環境下,更應該注重產品的考核要求是否合理科學。例如:對於GB 50303-2002《建築電氣工程施工質量驗收規範》標準第3.2.10條中第 3款的要求是“按製造標準,現場抽樣檢測絕緣層厚度和圓形線芯的直徑;線芯直徑誤差不大於標稱直徑的l%;常用的BV型絕緣電線的絕緣層厚度不小於表12(略)的規定”。對於此條款,“線芯直徑誤差不大於標稱直徑的l%”此句表述要求與相關電線電纜產品標準中的要求相矛盾,無論在GB/T5023-2008還是GB/T 3956-2008標準中對於第1種或第2種導體都不考核成品線纜導體中的單絲直徑,僅僅考核直流電阻和單絲根數。對於電線電纜的導體考核要求,還是要按GB/T3956的基礎標準要求執行。

 

3. 電線電纜產品標準中對導體截麵積的要求

 

目前電線電纜各大主流標準體係的產品標準均采取標稱截麵積或規格代號來對應區分不同截麵的導體。例如IEC標準(IEC60227、IEC60245、IEC60502等)、歐洲標準(EN50525等)和國家標準(GB/T5013、GB/T5023、GB/T12706等)采用標稱截麵積(單位:平方毫米)作為不同截麵導體規格的代號,美國標準(UL758、UL62 等)則采用AWG規格作為代號。其中,對於不同截麵規格代號的考核均是通過導體電阻值來要求,而非實際測量導體截麵積(注:UL 標準允許測量實際截麵積,但采用導體電阻作為仲裁方法)。

 

在國家標準GB/T 5023-2008、GB/T 5013-2008和GB/T 12706-2008中,主要規定電纜導體符合GB/T3956的要求,主要考核有:1)軟導體的單線最大直徑和硬導體中單線最少根數符合GB/T3956的要求;2)導體在20℃時的電阻應符合GB/T3956的要求。

 

在GB/T3956中,導體共分四種:第1種(實心導體)、第2種(絞合導體)、第5種(軟導體)和第6種(比第5種更柔軟的導體)。其中,第1種和第2種導體用於固定敷設的電纜中(例如布電線、電力電纜等)。第5種和第6種導體用於軟電纜和軟線中(例如電源線、橡套電纜等),也可用於固定敷設。

 

在以上四種導體中,不同標稱截麵積導體規格考核的20℃時最大導體電阻值如表1所示,可見,各個標稱截麵積導體規格與其最大導體電阻值存在一一對應的關係。其中,對於同一標稱截麵積導體,由於各個導體種類、材料和結構的不同以及鍍金屬層的影響,其考核的最大導體電阻值亦略有差異。

 

因此,對於電線電纜產品標準,隻要導體能達到所聲稱的標稱截麵積對應的最大電阻值要求,導體單線直徑或根數滿足標準要求即可判定合格。在近期給線纜質量安全敲響警鍾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℃導體直流電阻項目進行了檢測,並對照導體標稱截麵積對應的電阻值進行判定,給出了不合格的結論,反映了電纜導體的截麵虧方問題。

 

4. 整機及電器附件中對電纜導體截麵積的要求

 

目前,在主要的整機及電器附件產品標準中,如表2所例,引用的均為標稱截麵積,應按照電線電纜產品標準中有關考核標稱截麵積的方法即導體電阻來衡量。

 

值得一提的是,在2008年中國合格評定國家認可委員會(CNAS)組織的“電動工具產品安全檢查(CNAS T0409)”能力驗證工作中,其中有個項目就是:手電鑽產品電源線截麵積的測量。當時有11個檢驗機構采用數學幾何法測量電源線截麵積,結果判定錯誤,導致能力驗證結果不滿意,而正確的測試方法應是通過導體電阻測試的方法。

 

5. 電線電纜導體電阻測量方法

 

在電氣裝備用線中,導體電阻的測量方法主要是參考GB/T5023.2和GB/T5013.2。主要要求如下:

電纜導體檢查應在長度至少為1 m的電纜試樣上對每根導體進行測量,並測定每根電纜試樣的長度。

 

若有必要,可按以下公式換算成導體在20 ℃、長度為1km時的電阻。

 

更詳細的可以參考GB/T 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗方法 第4部分:導體直流電阻試驗》,其中規定了導體直流電阻試驗的試驗設備、試驗準備、試驗程序、試驗結果及計算和試驗記錄。

 

6. 結束語

 

電線電纜作為上遊配套產品廣泛地應用於國民經濟的眾多產業和領域,也因此接受著來自各方的產品規範要求和質量管控。在線纜製造、流通、交貨驗收以及安裝使用的各個環節中,大力推行和正確使用線纜產品標準,顯得尤為重要。特別是對線纜質量安全性能直接相關的標稱截麵積,生產企業、用戶方和檢測機構等有關方對相關標準的正確理解與運用,將有助於進一步規範線纜產品質量,促進產業上下遊健康發展。


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