答:(1) 电线的分类:
电线主要可分为裸线与绝缘电线两种。裸线是指导线外部并未覆加任何绝缘材料。 绝缘电线则是在裸线外围包覆绝缘材料。两种电线的分类与应用:
①裸线:裸线可就其组成、构造、以及粗细这三个方面加以归类。
首先材料组成可分为:
单金属线:由单一金属制成,如铜线,铝线。
合金线:由两种以上的金属组成的合金材料制成,如铜合金线,铝合金线。
双金属线:由两种金属熔覆制成,如铜包钢线。
合成绞线:由两种以上金属线绞合而成,如钢心铝缆ACSR。
依裸线的结构加以分类,则有单线、同心绞线、复合绞线、集合绞线、扁平绞线、编织绞 线等。
若由裸线的粗细加以分类,则必须采用线规(wire gauge)表示。目前常用的线规有 AWG,即美国线规。号数越小,导线愈粗。反之,号数越大,导线愈细。例如,AWG12号 线,直径为0.205 cm,截面积为0.033 1 cm2,电阻值为每米0.0553Ω。
②绝缘电线:是在裸线外覆加一层绝缘材料。绝缘材料通常必须具有极大的绝缘电 阻,耐油耐酸性,具抗腐蚀性,可挠性大。有时还需一定的机械强度与耐热性。以下以包 覆绝缘材料的种类,列出常见的绝缘电线:
卷线类:使用一至三层的棉线、丝线或玻璃丝线,卷绕于裸线的外层作为绝缘材料。 大多应用在各种电机绕组内。通常会在绕卷完毕后,再涂上绝缘涂料,或浸泡在化学药剂 中,以提高其绝缘性。若使用在高温场合下,卷线材料必须改用无碱玻璃丝或石棉线,并 再加上耐热涂料。
漆包线:在软铜线表面涂烤一层油质假漆或PVF(polyvinyl formal),作为绝缘材料。 虽然假漆或PVF的厚度很薄(0.003～0.003 5 mm),但绝缘性极佳,且对热、酸碱熔剂、 油都有极佳的耐力,一般用于电机绕组上。已逐渐取代较占空间的卷线类绕组。
橡胶绝缘电线:橡胶富弹性,绝缘电阻与绝缘耐力皆大。由于橡胶加入硫(S)以防止 材料老化,但硫与铜线接触时,容易产生CuS,导致橡胶老化。因此,使用橡胶作为包覆绝 缘材料,必须先在铜线外镀上一层锡。
常见的橡胶绝缘电线有:
①600 V橡胶绝缘电线:镀锡的铜线表面由绝缘橡胶包覆,再以绝缘液浸泡过的棉 纱包覆。有时在棉纱与橡胶间再垫一层纸带,以加强保护作用。这类电线广泛应用在电 工与室内配线场合。
②室内花线:细铜丝镀锌,以多条绞合而成,再卷上纸带后包覆橡胶绝缘材料。常用 在室内吊灯、台灯、小型电机器具上。
塑料绝缘电线:塑料是近年来应用极为广泛的高分子聚合物。由于绝缘性好,耐蚀性 佳,加工容易,价格便宜,故已逐渐取代传统的橡胶绝缘电线。目前,常用的塑料电线有聚 氯乙烯(PVC)与聚乙烯(PE)两种。分述如下:
①PVC电线:裸线外包覆聚氯乙烯(PVC)塑料绝缘材料。绝缘性好,不易老化(与 橡胶相比),对于氧、油、溶剂、潮湿有较大的抗耐性。其最大缺点是高温容易软化,而低温 容易硬化。故适当的使用温度范围只在—10～60℃。因此,一般应用在600 V以下的绝 缘电线。
②PE电线:裸线外包覆聚乙烯(PE)塑料绝缘材料。电阻率与绝缘破坏强度大,而 透水性与吸水性少,因此,适合高频用电线、海底电缆、雷达用电缆与X射线电缆使用。 电视机的受讯馈电线即为PE线。其软化温度为85℃。
特弗龙电线:使用耐热耐腐蚀的特弗龙(TELFON)绝缘材料。可耐300℃的高温。
(2) 电缆的分类:
电缆可分为电力电缆与电信电缆两种。电力电缆主要用于长程传送高压电力。例 如,电力公司从发电厂传送电力到各地区的变电所,再经输配电到工厂、办公大楼以及用 户。电信电缆主要用于传送数字或模拟讯号。例如,电话、有线电视、计算机网络等。由 于这两类电缆的特性需求不同,以下分别介绍。
(1) 电力电缆:
由于电力电缆做长程电力的传送,为避免中途电力的损耗,皆使用高压电力传送。因 此,电力电缆的的特性需求主要在于耐高压绝缘性。以下几种电力电缆,就是以耐高压的 范围作为区分:
①实芯电缆:外表是使用铅(Pb)作为保护外壳,内部使用绝缘油浸泡过的纸包覆导 体,并在空隙中填充黄麻等填充物。由于铅层内的空隙填入填充物,因此,称为实心电缆。 实心电力电缆如图2-10所示。实芯电缆分很多种类,以下就是其中三种:
a. 带形电缆:导体为圆形,半圆形或扇形软铜线,外卷绝缘纸加以绞合。再以填充物 填入空隙。外部以绝缘纸包扎好,浸泡绝缘油,再以铅层包覆。此类电缆用于10 kV以 下输电及引入线。
b. SL电缆:用各个圆形心线包覆绝缘纸,再覆铅层。电场方向与绝缘层垂直,增加 绝缘耐力,适合20～30 kV级的输电。且冷却效果佳。
c. H电缆:绝缘线芯外卷以金属化纸,与填衬物绞成圆形,再包覆铅层。重量较SL 电缆轻,散热良好,可用于30 kV的输电。
②充油电缆:由于实芯电缆的外表的铅覆层是一非弹性刚体。因此,温度升高时,铅 层膨胀,冷却后收缩不完全,容易在绝缘层内产生空隙,引起局部高压放电,导致绝缘性的 劣化。针对此种缺点,可在电缆内充入1大气压以上的绝缘油,可有效抑制空隙的产生, 故耐压性增高。称为充油电缆(oil filled cable),简称OF电缆。可用在66～154 kV的高 压范围。由于常用于远距离电力传输,因此,在适当距离应设置充油站,以维持电缆内的 油压。
③压力电缆:将绝缘心线置于钢管内,再充入12～14大气压的氮气、氢气或绝缘油, 可抑制因绝缘体内气泡或空隙引起的局部放电,造成绝缘材料的劣化。其破坏电压约为 普通电缆的两倍,适用于44 kV以上的超高电压地下输送电缆。
④合成树脂电缆:绝缘层采用聚乙烯,最外部则用聚氯乙烯做保护层,又称EV电 缆。若交连聚乙烯取代聚乙烯,则称CV电缆。此类电缆绝缘破坏强度低,不适合高电压 的应用。由于质轻,逐渐取代低电压场合的实心电缆应用。
(a)橡胶电缆
(b)电力实芯电缆
图2-10 电力电缆
(2)通信电缆:
通信电缆主要用于传送低电压电流的数字或模拟讯号,因此,主要需求在于避免噪声 干扰与高频的讯号衰减等。例如,心线之间的静电容量要小,心线配置要避免回路内的静 电感应。电信电缆依其用途可分为:
市外电缆:使用比市内电缆更粗的铜线当做心线,以细纸相互缠绕,再以绝缘纸卷成 线组。多个线组再以同心圆筒做层状绞合。外加绝缘纸带绕卷,最后再以铅层保护。依 绞合方式不同,又可分为使用DM方股绞合的通讯电缆,与市内星形电缆相同构造的市 外星形电缆,以及以四根心线以星形方股绞合的输送电缆等三种。这类电缆主要用在都 市之间的电话线路,以及长距离的通信线路。常用电缆如图2-11所示。
图2-11 HYA通信电缆
市内电缆:心线使用绝缘软铜线,将往返两条心线绞合,称为对绞。或是两组两心线 做正方形绞合,称为星形方股。由于往返电流相反,可防止静电感应发生。心线使用的塑 料绝缘,也以颜色作为识别。多对绞线或星形方股分层绞合,形成同心圆状排列,外加绝 缘纸带绕卷,最后再以铅层保护。这类电缆主要用在市内电话加入线,及电话分局的中继 线。图2-12即为市内通信专用的充油电缆。
图2-12 充油通信电缆
局内电缆:将漆包线上卷丝线与着色绞线,形成心线。再将两条或三条绞线绞合成单 位电缆,外层再覆以乙烯树脂,称为PVC局内电缆。该线制作过程简单,且具耐湿性与不 燃性。一般用于电信局内各机器的联机。
高频电缆:主要用于传送高频率讯号。就构造而言,又可分为下列两种:
同轴电缆:内部为中空圆柱形导体,外部为环形导体,内外导体之间的绝缘物为聚乙 烯,外层绝缘体为聚氯乙烯。
平衡电缆:一般用于电视信号传送的视频电缆,为了避免高频衰减,将一对导体绞线 以发泡聚乙烯绝缘,外部仍与同轴电缆施予相同的遮避。该电缆阻抗在125±2.5 Ω可使 用到6 MHz,衰减常数为11～13 dB/km。
海底电缆:此类电缆除具备一般通信电缆特性外,还必须具防水耐压(水压)等特性。 依其用途又可分为干铅纸电缆与无铅电缆两种:
干铅纸电缆:软铜线作心线,电缆中央插入铝箔以供线路的静电遮避,以防止漏话。 电缆两端以铜铁带卷绕,以遮避电磁场。表面有两层铝覆层,以严密防水。最外面的铅覆 层再以橡胶包覆。此类电缆不适用深海,但可容纳线路较多。
无铅电缆:使用软铜线或绞线作心线,使用GP胶(gutta percha)做绝缘材料。把高导磁 合金裁成带状,卷绕在导体上,可维持传送能力。可容纳电路虽然较少,但适合于深海。
光纤电缆:以光传递讯号,优点特多,目前已逐渐取代传统的电信电缆。