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關(guān)于電纜導(dǎo)體“標(biāo)稱截面積”的解釋與分析

發(fā)布時(shí)間:2019-10-23

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針對近來有關(guān)企業(yè)用戶及檢測機(jī)構(gòu)對電纜導(dǎo)體標(biāo)稱截面積的檢測存在一定誤解,本線纜工作組與行業(yè)專家共同撰寫此文《關(guān)于電纜導(dǎo)體“標(biāo)稱截面積”的解釋與分析》,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,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(yùn)用電阻法來考核導(dǎo)體截面積。
關(guān)于電纜導(dǎo)體“標(biāo)稱截面積”的解釋與分析
Interpretation and Analysis of the "Nominal cross-sectional area of conductor" of Cable Conductor
作者:謝志國 吳長順
單位:中國質(zhì)量認(rèn)證中心 國際大電網(wǎng)中國國家電纜研究委員會
  
1. 引言
電線電纜是用于傳輸電力、傳遞信息和實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換的一大類電工產(chǎn)品,廣泛地應(yīng)用于電力電網(wǎng)、建筑工程、軌道交通、工礦企業(yè)、數(shù)據(jù)通訊、電子電器、電氣裝備和汽車船舶等各個領(lǐng)域,被喻為國民經(jīng)濟(jì)的“血管”與“神經(jīng)”。其產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣與成套整機(jī)設(shè)備及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)。隨著社會各方對線纜質(zhì)量安全的日益重視,有關(guān)線纜的采購方、監(jiān)理方和監(jiān)管方等加強(qiáng)對其產(chǎn)品的抽檢及質(zhì)量管控,特別是作為電氣性能核心指標(biāo)之一的導(dǎo)體電阻。
然而,近期中國質(zhì)量認(rèn)證中心(CQC)接收到一些線纜企業(yè)和用戶有關(guān)電纜標(biāo)稱截面積檢測的疑問咨詢。部分用戶和檢測機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)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(jī)產(chǎn)品的銷售和驗(yàn)收上,給企業(yè)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(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(yùn)用電阻法來考核導(dǎo)體截面積。
 
2.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(jì)使用到檢測檢驗(yàn)全過程中,我們所關(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(jì)截面積和實(shí)際截面積,它們究竟是什么關(guān)系?
電線電纜導(dǎo)體的標(biāo)稱截面積(Nominal cross-sectional area of conductor): 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(yàn)。也就是說如果標(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)”??梢?,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(jì)人員來講便于選擇和指導(dǎo)生產(chǎn)及電氣設(shè)計(jì),但并不要求直接測量其實(shí)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(jì)截面積(Design cross-sectional area of conductor): GB50411-2007《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)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(jì)值,進(jìn)場時(shí)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(jì)值指的就是設(shè)計(jì)截面積。在設(shè)計(jì)電線電纜采用多大規(guī)格時(shí)通常是依據(jù)電線電纜的載流量(見JB/T10181.1《電纜載流量計(jì)算 第1部分 載流量公式》),一般采用如下公式計(jì)算:



由公式可見,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(shí)際截面。同樣,在整機(jī)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(jì)截面(設(shè)計(jì)值)。當(dāng)我們考核電線電纜的設(shè)計(jì)截面或標(biāo)稱截面時(shí),均是考核它的電阻值,而不是測量它的實(shí)際截面值。
電線電纜導(dǎo)體的實(shí)際截面積(Actual cross-sectional area of conductor):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(jì)多大才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,不是指實(shí)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(jì)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(jì)導(dǎo)體實(shí)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(shí)際截面可以小一些,反之導(dǎo)體實(shí)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(shí)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(xiàng)目出現(xiàn)矛盾、或不合理不科學(xué)時(shí),我們應(yīng)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(yàn)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。
 
3. 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(shí)際測量導(dǎo)體截面積(注:UL 標(biāo)準(zhǔn)允許測量實(shí)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:1)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;2)導(dǎo)體在20℃時(shí)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(shí)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(shí)最大導(dǎo)體電阻值如表1所示,可見,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(xiàng)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。
 
4. 整機(jī)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(jī)及電器附件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中,如表2所例,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(yàn)證工作中,其中有個項(xiàng)目就是:手電鉆產(chǎn)品電源線截面積的測量。當(dāng)時(shí)有11個檢驗(yàn)機(jī)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(yàn)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。

5. 電線電纜導(dǎo)體電阻測量方法
在電氣裝備用線中,導(dǎo)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(dǎo)體檢查應(yīng)在長度至少為1 m的電纜試樣上對每根導(dǎo)體進(jìn)行測量,并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(dǎo)體在20 ℃、長度為1km時(shí)的電阻。



更詳細(xì)的可以參考GB/T 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗(yàn)方法 第4部分:導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》,其中規(guī)定了導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算和試驗(yàn)記錄。
6. 結(jié)束語
電線電纜作為上游配套產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(jī)構(gòu)等有關(guān)方對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的正確理解與運(yùn)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。