电线知识剖析.docx
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电线知识剖析
一、 电线电缆的简介
1. 电线电缆简介
在一般人印象中,电线电缆是个简单的概念,只是外包一层塑料的金属线而已。
作为现代电气产品之讯号传播媒介,电线电缆远比上述概念来得复杂。
从家用电话线,大哥大充电器线到办公所用计算机线,扫描线,甚至到如今的铁氟龙线,功能更超多样化和复杂化。
寻找电线电缆的根源,可追溯到历史上不少科学家。
公元1831年,英国科学家法拉第发现了“电磁感应法则”,为电线电缆的实用发展奠定了扎实的基础,1879年,美国的爱迪生发明了电灯,电灯配线因此有了广阔的前景,1881年,美国的哥尔屯,发明了“交流发电机”。
伴随着这些直接影响人类工作、生活的发明出现,电线电缆的发展也日超讯速。
1830年,法拉第制成了卷线(漆包线)。
1889年,美国的佛朗第发明了油浸纸绝缘电力电缆,此为目前所用的基本型高压电力电缆。
电线电缆的发展,主要涉及绝缘材料与导体的发展。
绝缘材料由最原始的裸线→漆包线→橡胶线→塑料线→合成材料线,进步到目前的各类线缆。
导体也相继有白金→铜→铝→光缆等等
随着科技的发展,计算机等科技产品的出现,电线、电缆之间距离也慢慢拉开,简而言之,电线系指构造简单而且芯数较少的传电线材。
电缆系指多重绞合,制造工艺复杂,或芯数较多的传电线材二者区分并不严格,通俗地讲,只要能传送电力或信号的有形物体,都可以称之为电线电缆。
性能释记:
硬铜线:
经伸线冷加工而成,具有较高的抗张强度,适用于架空输电电缆,配电线及建筑之导体。
软铜线:
硬铜线加热去除冷加工所生产之残余应力而成,富柔软性及弯曲性,并且有较高之导电率,用于制造通讯及电力线缆之导体、电气机械及各种家用电器之导线。
加外还有:
半硬铜线、平角铜线、镀锡铜线、无氧铜线、电子零件用线等。
导体电阻:
导体之电阻与其长度成正比,与其截面积成反比。
公式:
R=P×L/S (此公式适用于26℃)
式中:
P…为导体之电阻系数,L…为长度,S…为截面积。
如在20℃以下,便用以下公式:
R=P×L/S×254.5/260.5。
导电率:
以20℃时,长度1M,截面积为1m㎡之标准软铜线之电阻1/58欧(0.017241)为其准,称为100﹪导电率.电阻愈大导电率愈低,两者成反比.
拉断力:
抗张试验时,试样而使其断裂之最大荷重之力。
抗张强度:
抗张试验时,使其试样断裂,以单位面积表示之拉断力。
伸长率:
于规定之标称距离,试样经过伸长至断裂后所增加之长度与原来长度之比率。
绞线之绞向:
分为左绞(Z)和右绞(S),指观察者沿着导体或芯线之轴由远向近观向时,导体或芯线之单线沿导体或芯线之侧面绕卷,其绕卷之方向即为绞向。
绞线之绞距:
即导体或芯线之单线依螺旋一圈时之轴向长度。
耐弯曲折性:
单线一端固定,另一端加上重量使垂向下,然后来回180度地弯曲折直线断为止,弯折次数愈多表示耐弯折性愈强。
电线印字之含义:
E300956 AWM1332 22AWG200℃300VDONGGUANHUAKUNELECTRIC CO.,LTD VW-1
E300956…华坤公司在UL的档案号。
…美国认证标示。
AWM…电线的名称代号,(UL758内部线)。
一般仅用于工厂安装布线。
1332…电线分类名称号。
22AWG…电线之规格。
200℃…电线额定温度。
300V…额定电压。
DONGGUANHUAKUNELECTRIC CO.,LTD…东莞市华坤电线实业有限公司
VW-1…(垂直试样)燃烧测试。
二、电线电缆的分类
依日本电线工业协会1977年对电线电缆的分类为:
1、裸线 2、卷线 3、通讯电缆 4、电力电缆 5、被覆线
1、裸线…顾名思义,不具绝缘材料,主要传导材料为:
金、银、铝、铂等等。
2、卷线…类似电话手柄曲线。
3、通讯电缆…主要用在通讯方面的电线电缆,电话线显然是个最明显的例子。
我们举一
例子面言。
外被
绝缘
铜导体
包带
如上图电话线截面图,就是圆形电话线的一个典型例子。
我们从里到外逐一剖析,可分为:
导体、绝缘、包带、外被。
3.1导体如图中示,起传导讯号作用。
目前,所用到的材料为:
铜、镀锡铜、镀镍铜、镀银铜。
一般而言,一条导体是由若干股细铜丝组成,而较少是单一条铜丝组成。
这若干股细铜丝彼此之间还要绞合。
绞合设及绞距、绞向等概念,这在以后的产品设计中会谈到。
3.2绝缘导体之间要有绝缘材料隔离。
否则,此线材就不能使用了。
如上图个标示阴影的小圈圈,就是绝缘截面。
绝缘材料主要是塑料类,PP(聚丙烯),SR-PVC(乙烯聚合物的氯化物),PE(聚乙烯),FEP(聚全氟乙烯),PFA(可熔性聚四氟乙烯),ETFE(乙烯--四氟乙烯共聚物),ECTFE(三氟氯乙烯),PVDF(聚偏二氟乙烯)TPU() 等等。
这些绝缘材料的选择与客户要求,材料价格有关。
3.3包带这是应客户要求而设的一道工序。
材料主要是铝箔麦拉带,PT油纸带等。
一般而言,包带有防止芯线松散、遮蔽外界信号的作用。
包带方式有斜包、卷包、纵包等方式。
具体见后面详述。
3.4外被作为产品外观而倍受客户的重视。
图中半椭圆形外被是一个典型例子。
外被材料也较多不同的材料依不同的比例组成不同的配方,可以让你眼花缭乱。
其中TFL,PVC是经常用到的。
目前,我们厂将外被的外表面分为如下二种特征:
亮面、半亮雾、光泽依次降低。
其中TFL全为亮面。
4电力电缆——一般为高压传电线。
5被覆线——一般为低压传电线。
电线电缆大致可以分为上述五大类。
但依据具体的材料、形状、构造、用途的不同又可以分为74类。
例如圆线、纸卷线、市内纸绝缘通讯电缆、警报用电线等等,详见有关资料。
二、电线电缆的制作过程简介
缠绕 印字 色带 集合 印字 裁条
炼铜→伸铜→伸线→绞线→绝缘→ 成缆→ → → 编织→ → 成卷
编织 外被 填充 地线 外被 轴装
1.炼铜 目前工业应用阴极电解铜法炼铜。
2.伸铜,伸线有三种方法:
三个阶段:
粗伸(8.0>2.6mm),中伸(3.2/2.6>1.2/1.0mm),细伸(1.2/1.0>0.07/0.05mm)
3.0镀锡退火:
电线电缆导体两端镀锡目的。
3.1避免与O2接触,发生氧化。
3.2焊接方便,易于操作。
镀锡的两种方法:
3.2.1.热镀。
使用导体铜表面干净,无油渍。
3.2.1.电镀锡,导体电镀锡后表面光滑,品质好,表面薄。
4.绞线,绝缘,缠绕(编织),外被(印字),集合(包带、填充、地线),编织,外被,裁条(成卷、轴装)不过,并非所有线材都必须有上面过程,有的线材制作过程简单得多。
二、电线电缆的设计
一、导体
(一).导体线径、股数、面积与电阻之关系
1.导体的概念
能够导电的物体称之为导体。
相反,不能导电的物体称之为绝缘体。
在大自然中,铜的导电能力较强,电阻(Restistance)低。
实际上,我们经常用到的是合金导体。
例如,
镍、铬、铜线,又称之为电阻线,能产生大量的热。
由于各金属成分不一样,则电阻大小也不一样。
镀锡铜和镀镍铜是经常用到的,镀锡铜导电性能好,价格比镀镍铜低。
但是相对锡而言更易氧化。
镀镍铜它更比镀锡铜耐腐蚀,但成本高。
因此,我们通常选用镀锡铜线或镀锡绞线。
我们应该还记得下面这个公式:
L
R=P
A
R为电阻;
P为导电率;
L为线长;
A为截面积;
在工厂非常容易看到如此规格1332 20AWG(19/0.19TS)导体线材。
我们来分析一下
1332 20AWG (19 / 0.19 TS)
A B C D E
A…1332表示型号(AWG美国线规)数,20AWG其中一种.
B…19表示此导体由19股细铜丝组成.
C…“/”表示19股细铜丝是绞合在一起,我们厂所有线材都要绞合除单根之外.
D…表示19股铜丝的每股细铜丝的单根直径是0.19mm。
E…T表示镀锡铜线,S表示铜线为绞合。
2.导体线径
我们用到的线材导体直径一般比较小,从0.05mm到1.291mm。
使用线径小的导体,可以保证线材的柔软度,我们用细铜绞线代替单一粗铜导体也就是这个道理。
由于有线径大小的区分,就有了铜条、铜线、铜丝的不同称呼,他们的线径依次减小。
当然下面的简单公式将的出导体面积:
A=πr2=0.7854d2
(二)导体相关计算
1.绞距(Pitch)、掺入率的概念
绞合有两种方式:
同心绞和束绞。
在了解他们之前,我们先了解一下绞距之概念。
学过工科的同仁清楚螺杆中有螺距的概念,学过理科的同仁清楚波长之概念,绞距与螺距、波长相似,在平面上也是具有相同性质两点之距离。
如下图标
显然,相同长度之导体,绞合之细铜丝要比直放之细铜丝长。
这种就存在掺入率的概念。
用导体之长度乘上一个系数(K),就得到绞线的实际长度。
通过下面图标可以推出一个公式:
P…绞距.
L…绞距范围内芯线实际长度。
D1… 层心径。
L
从而推出:
λ= -1 ;
K=1+λ K为掺入系数。
1. 导体重量计算公式
这里的重量严格来说区别与我们以前的概念,因为它的单位是KG/KM,而不是单独的KG或G即它是单位长度线材的重量。
W=d2×6.9822×n×k1×c×k2×p×k3 W=d2×n×0.7854×8.9×1.03
式中:
d┉为单股铜线直径; N…股数 K1…铜线掺入率;
C…芯数 P…芯线对数 K2…芯线集合掺入数;
K3…对型线缆集合掺入率(芯线无对绞,K3=1);
上面公式出现了芯线掺入率、芯线对数,这是因为我们设计的线缆的芯线同样具有绞合、绞距等等概念。
3.导体绞合外径的计算
我们设计线缆包括线材外被是用量的计算,这对一个工厂来说是非常重要的。
因此,导体绞合外径的计算就有必要了。
无论是导体还是芯线都存在两种绞合:
同心绞、束绞。
名副其实,同心绞是指以一条或多条铜单线为中心,在其周围各层以左右交互之方向绞合。
每层的单线总数均比其内