电线电缆设计Word文件下载.docx

1、0.12800.12601113240.20500.19901416220.32400.31401619200.51900.50902124180.82300.80702732161.31001.27003238142.08002.020039472. 多根绞合导体外径计算 : 导体绞合采用束绞方式进行 , 绞合外径采用下面两种方法计算 方法 1:D N 1.154* d（ 一 ）. 导 体 部 分方法 2:4* N1d3 单根导体的直径 绞合后绞合导体外径 导体根数d D-N-上述两种方法中 ,方法 2 比较适合束绞方式导体绞合外径计算 .3 导体用量计算 :1. 单根导体*d2W*42.

2、绞合导体W * *N *d 单根导体直径导体密度N- 导体绞合根数 - 导体绞入系数注: 用量计算为单芯时导体用量, 当多芯时须考虑芯线绞合时的绞入系数4.导体防氧化 .为防止导体氧化 , 可在导体绞合时 , 加 BAT或 DOP油.（ 二）. 押 出 部 分（二 ）押出部分有关的设计与计算 :押出部分包括绝缘押出 . 内被押出及外被押出 , 在押出过程中 , 因对线材要求不同采用押出 方式不同 .一般情况下 ,绝缘押出采用挤压式 ,内护层与外护层采用半挤管式 .有时为了满足 性能要求采用挤管式 .其具体选择方法 ,参照押出技术 .1.押出料的选择 :设计过程中押出料的选择主要根据胶料的用途

3、. 耐温等级 .光泽性. 软硬度.可塑 剂耐迁移性等来选择 .2.押出外径 :D2=D+2*TD 押出前外径D2 押出后外径T 押出厚度押出厚度 （T） 主要根据线材有关标准 , 结合本厂生产能力尽量满足客户要求3.胶料用量 :采用不同的押出方式 , 押出胶料用量计算公式也有不同挤管式挤压式W=（S 成品截面 -S 缆芯内容物 ）* 胶料密度 .考虑到线材的公差 , 现期线缆企业一般采用下面计算方法W=3,14159*1.05*T*（2*D+T）* （ 三 ）. 芯线绞合有关设计与计算 : 芯线绞合国内称为成缆 ,是大多数多芯电缆生产的重要工序之一 . 由若干绝缘线芯或 单元组绞合成缆芯的过程

4、称芯线绞合 . 其原理类似如导体绞合 ,芯线绞合的一般工艺参数计 算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似 .芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合 . 因为芯线在绞合过程中有弯曲变形 , 有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭 . 如部分 UL2919,CAT.5,IEEE1394 芯线及其它高发泡绝缘芯线 .以下分几个方面叙述芯线绞合的工艺参数计算 :1. 对绞 :对绞线的等效外径 :D=1.65d 或 1.71d（ 软质用 1.65d, 硬质用 1.71d）,sometimes D=1.86d 复对绞线等效外径D=2.6d 多对数绞线等效外径 D N *1.9* d 对绞节

5、距. 根据对绞组对数 ,芯线外径选取 .2. 多芯绞合 : 绞合外径. 当芯线根数不多时 , 按正规绞合计算 . 见下表. 芯线排列方式及芯线绞合外径计算可根据下表 :芯数芯线排列外径比 （M=D/d）中芯空隙面积 Xd2外层空隙面积 Xd221.57132.1540.041.2482.4140.2151.2252.70.5431.25961.0251.32971+681+73.31.3991+83.71.679102+82.276113+84.1542.593123+92.039134+94.4142.5534+102.025155+104.72.5785+112.071176+112.64

6、16+122.137191+6+121+6+135.1541.944211+7+135.32.2571+8+135.74.442232+8+133.5982+8+142.975253+8+146.1543.2853+9+14273+9+152.8014+9+156.4143.282294+9+162.8064+10+16315+10+166.73.319325+11+16335+11+172.864346+11+173.398356+12+17366+12+182.927371+6+12+18381+7+12+187.33.458392+6+12+184.705402+7+12+194.254

7、412+7+13+19422+8+13+19442+8+14+203.774453+8+14+208.1544.042483+9+15+212.867当芯线根数较多并线径较小的情况下 , 可按束绞近似计算 （导体绞合外径计算公式 ）. 绞合节距.一般绞合节距取绞合外径的 1520倍.有时为了改善线材性能 , 可选择合适的节距 .如 为了改善线材的弯曲性能降低绞合节距 .USB电缆为了减小芯线变形 ,采用大节距 .3.有关绞合中的基圆直径 .节圆直径 .绞合外径基圆直径 :对于某一绞线层 , 绞线前芯线直径称基圆直径 .节圆直径:单线绞合在直径为 D0的圆柱体上 ,以单线轴线至绞线轴线的距离为半

8、径的圆 为节圆, 其直径为节圆直径 .绞合外径 : 该层绞线的外接圆直径为绞线外径 .（ 三）. 芯 线 绞 合 部 分图示说明如下 :图中对于第三层绞合 : 基圆直径为 D0（即第二层 （1+6） 绞合的绞合外径 ） 节圆直径为 D D =D0+d 绞合外径为 D D=D +d4.绞入系数 :芯线绞合的绞入系数为 1+（圆周率 X绞合外径 /绞合节距）的二次方.* D 21 （ H*D ）2 D 绞合外径 .H 绞合节距 .在绞线过程中 , 对于多芯并芯线分层的情况 , 虽然为束绞 , 各层芯线绞入系数并不相同 为了保守起见 ,增大安全系数 ,并且减化计算 ,所以在上述绞入系数的计算中 D

9、采用芯线绞 合的绞合外径 （理论上, 各层的绞合系数应为节圆直径代入上式计算 ）.（ 四）. 斜 包 部 分（ 四 ）. 斜包有关的设计与计算斜包在线材中主要起屏蔽作用 , 有时作为同轴电缆的外导体 . 屏蔽目的是将外界干挠消除 .对于同轴电缆 , 由于有屏蔽层而使阻抗得以匹配 , 降低信 号或传输能量之损失 .从屏蔽效果来讲 ,斜包不如编织 ,其屏蔽效果具有方向性 ,弯曲时屏蔽特性发生变化但 其具有完成外径小 . 线材柔软 .价格也比较低特点 . 适用于低频屏蔽 .以下从几个方面叙述斜包结构设计 :1. 斜包的铜线根数近似计算 :*DN * D 整数部分D 斜包前外径 .d 斜包铜线的直径

10、.如果是二.三芯绞合,绞合后不圆整 ,D（斜包前）外径为等效外径 .此设计中的 D斜包前外径 ,相当绞线中基圆直径 .从理论计算上讲 ,要达到 100%斜包 D 应采用节圆直径 ,但为了防止有时因节距选取较少及其它因素而产生过满 （容易起股 ）. 所以 D采用斜包前外径 （基圆直径）. 在实际生产中 ,因斜包铜丝一般为 0.10mm,0.12mm的细线,其 值在上述计算中忽略影响不大 . 采用上面公式计算 ,其斜包满度可达 90%以上, 对线材的性能 影响很少 .2.斜包节距的选择 :斜包节距根据斜包前外径大小选择 , 一般按下面优化节距选取 （此优化节距考虑到成本,附着力,外观等方面 ,并通

11、过长时间生产验证 ）. 成品外径 斜包节距d1.0mm15.5mm左右1.0=d1.2mm18mm左右1.22.0mm22mm左右2.02.2mm25mm左右2.22.4mm27mm左右2.43.0mm32mm左右3.03.5mm36mm左右3.斜包的绞入系数为绞入系数 :1+（圆周率 X斜包后外径 /斜包节距 ）的二次方 .（ H*D ）2D 斜包后外径 .H 斜包节距 .4.斜包铜线的用量 :d 斜包导体直径斜包导体密度N 斜包导体根数- 斜包导体绞入系数5.斜包方向选择 .斜包一般采用与成缆的反方向 : 斜包线材生产过程中 , 斜包铜丝与斜包前线材 转动方向相反 , 如果斜包方向与成缆方

12、向相同时 , 斜包过程中会先把成缆线 材先反扭 , 使线材松散 , 以致斜包易出现不良 . 不过采用反方向斜包线材相 对较硬 , 弯曲性能差 . 对于那些成缆芯线少 , 芯线线径较大 , 没有隔离层的 线材只能采用与成缆反方向 .6.斜包线材外被押出 :斜包线材在外被押出前需通过倒轴 , 防止断丝在过押出眼模时引起断线 .（ 五）. 编织有关的设计与计算 编织与斜包相似 , 在线材中主要起屏蔽作用 , 防止外界电场与磁埸的影响 , 提高线材的 干挠防卫度 . 与斜包.铝箔相比具有以下特点 :1.屏蔽无方向性 .2.高频屏蔽特性良好 , 适用于高频屏蔽 .3.通过多层屏蔽 , 屏蔽效果可达 10

13、0%.4.弯曲时屏蔽特性无变化 .1. 编织有关的计算公式 :编织角正切 :编织系数 :a* n* d H *cos（ ）编织密度:M 2* F F 2编织用量:W * *2*a* n4*sin（ ）h 编织节距 .d 编织单线直径 .a 编织半绽子数 .n 编织并线根数 .编织角2. 编织各参数的确定 :1.根据缆芯外径大小 , 及编织密度大小选定编织机类型 （16 锭或 24 锭高低速编织机 ）2.选定适应编织机的编织单根铜线 （ 镀锡或裸铜线 0.08mm, 0.10mm, .12mm）通常 0.12mm适应于高速编织机； 0.08mm,0.10mm, 0.12mm适应于低速编织机 .3

14、.密度 M.编织角度 .节距 H的确定 .每锭中的根数应在 3-9 根的范围内 ,因为根数少编织易断线 ,而根数太多则使得编 织层同层内的铜线重迭 ,. 编织角度通常在 50-70 的范围内 ,为提高生产效率则编织角 度去接近 70的值, 由上述公式预算各参数 ,采用凑算法确定的适当的编织根数 ,编织角 度, 编织节距 , 编织密度 . 计算部分中的编织计算便是采用上述公式 , 采用枚举法计算得 出.（ 六 ）. 其它结构设计与计算 :在线缆设计中 ,有时为了改善线材质量需加入其它的材料 . 为了使线材圆整 ,在芯线绞 合时加入填充物 . 为了防止导体氧化在导体绞合时表面涂 B.T.A, 为了

15、改善线材附着力绝缘 押出时在导体表面涂 DOP或硅油 , 外被押出时在芯线表面拖滑石粉或云母粉 . 下面根据其作用不同分类叙述 :1. 填充物设计与计算 :填充物主要有棉纱线和 PP绳, 设计时主要根据填充空隙大小 ,线材性能要求及材使用 场所,选择填充棉纱 .PP绳或其它.填充物根数计算N=（S 空隙/S 单根填物 ）整数部分填充物用量W= 单根重量 *N* 为芯线绞合的绞入系数 .2. 隔离层的设计与计算 隔离材料的选择纸带在线材中只起分隔作用 .铝箔在线材中有分隔作用与屏蔽作用 . 当线材只需分隔 开时,选用纸带.否则选用铝箔 .有时在一些高性能的通信线中隔离层采用无纺布或发泡 PP 带

16、（如 SISC）.工艺方式在分隔层的制造过程中 , 为了节约工时 , 可根据情况采用绕包 . 拖包. 纵包三种不同方 式.（ 注绕包.拖包时角度 =40-60; 纵包时角度 =90）.物料用量*（ D纜芯 n*t ）1KW * n*t*n 为隔离层数 .t 为隔离带厚度 .- 为隔离材料密度 . k 为隔离带重迭率 .有关的绞入率计算 :Hmd m 为节径比 .h 为节距 . d 线材的绞合外径 . 说明 1:上面的绞入系数计算都为一个工序的计算 ,在实际计算物量时 , 应考虑整个个生 产过程, 所以总的绞入系数可能为多个工序的绞入系数的乘积 .说明 2: 设计计算时应取节距范围的下限值 ,

17、以在定额中争取最大之绞入系数 （而生产 中采用接近最大之节距值 ,则既利于提高效率 , 又可减低正常生产中的材料消耗 ）.（ 一）. 等效介电常数第二部分 电气性能计算部分 随当代电气通信事业的飞速发展 , 传输信号用的电线电缆电气性能要求 也越来越高 , 所以在通信线材结构设计时 ,线材的电气性能应为重点考虑对象 下面部分主要介绍常用的通信线材基本的电气性能理论计算方法 .（ 一 ）. 发泡绝缘的等效介电常数的计算公式 :发泡绝缘是一种组合绝缘 , 主要是为了降低绝缘介质的等效介电常数 ,提高线材的电气性能. 发泡绝缘介质的等效介电常数介于空气绝缘与塑料绝缘的介电常数之间 , 在设计的过程中

18、可采用下面两种方法对发泡绝缘介质的等效介电常数进行计算 .方法（1）:2 * e e 2*（ 1） e*（ 1） - 介质的材料的等效介电常数P- 发泡度 %,它表示泡沫介质内 , 所有小气泡的体积与绝缘总体积之比方法（2）:D泡沫 泡沫介质的比重D 材料 介质材料本身的比重 ln（ ） ln（ e ）*（ 1 P）e 实心绝缘的介电常数发泡绝缘的介电常数（二）. 对称电缆的结构计算 : 对称通信电缆是由许多绝缘线芯 ,经绞合成电缆芯后再包以护层所组成 , 电缆一对或多对具 有相同外径及相同结构的两根绝缘线芯对地对称的排列 , 因此称为对称电缆 . 对称电缆的导 电线芯是用来引导电磁波传输方向

19、的 , 因此首先要求导电性能好 . 要有良好的柔软性和足够 的机械强度 , 同时也应考虑其加工 , 敷设及使用上的方便 . 下面分一次传输参数与二次传输参数来叙述对称电缆的主要电气性能 .1.一次传输参数R.L.C.G 称为电缆线路的一次传输参数 . 这些参数与传输电磁波的电压和 电流的大小无关 , 而与电缆的材料结构及电流的频率有关 .1.1有效电阻 .有效电阻就是当交流流过对称回路时的电阻 , 包括直流电阻和由通过交流而引起 的附加电阻 .R 有=R 直+R交2* * * lR直sR交=R邻+R集+R金d2 G（X ）*（ a）2R有 R直（1 F（X ） ad ） R金d21 H （X

20、）*（ ）2 a d2G （X ）*（ a）2R金 （1520）%* R直 *（1 F（X ） a ）d2 1 H （X ）*（ a）2 a 总的绞入系数 导电线芯的电阻率 奥姆*平方毫米 / 米l 电缆长度 米s 导电线芯的截面积 平方毫米d 导电线芯的直径 毫米为涡流系数（ 二 ）. 对 称 电 缆u 为磁导率 为电导率有关 H（X） F（X） G（X） K 的计算详见通信电缆 50页1.2对称电缆的电感当回路通以交流电后 , 则在回路的导电线芯中和回路周围产生磁通 , 在导电线芯 内的称为内磁通 ,在导电线芯外的称为外磁通 . 而电感为磁通 与引起磁通的电流之比 所以相应于内磁通与外磁通

21、有内电感 L内与外电感 L外,总电感为 L=L 内+L外. 当对 称电路有屏蔽层时 ,对称电缆屏蔽回路 , 除了有电感 L内与电感 L 外,还有屏蔽体给传 输回路带来的附加电感 .1.2.2. 有屏蔽 :- 为涡流系数 为磁导率有关 Q（X）的计算详见通信电缆 54页 .1.3对称电缆的电容 电缆回的电容与一般电容器的电容相似 .两根导电线芯相当于两个电极 , 导电线芯 间的绝缘相当于电容器极板间的介质 .当回路两导电线芯带有等量异性电荷时 , 此电荷的电量 Q 与两导电线芯间的电位差 U之比,为该回路的电容 ,即 C=U/Q.对称电缆回路的电容是比较复杂的 ,因为电缆中往往包括很多线对 ,

22、而且外面又有 屏蔽层或金属套 , 所有任何相邻的线芯间或线芯与屏蔽层 . 金属套都会有电容的存在 . 回路间的电容指各部分之和 .对称电缆回路的电容有两种 : 工作电容和部分电容 . 一次传输参数中的电容指工作 电容（ 工作电容为部分电容所组成 ）. 无屏蔽对称电缆 （UTP）的电容可按下式计算 e*10 9F/mCe2*a d36*ln d 适用于两导体相互平行，并且周围无其它线对的理想情况 .其电容a- 两导体的中心距 （mm） d- 中心导体的直径 （mm） e- 绝缘材料的等效介电常数 于多对结构的对称电缆，应考虑线对绞合的影响以及邻近线对等因素 计算公式为e*10 62a* 校正系数

23、与各结构参数之间的关系 . 屏蔽对绞组DS2 a236* ln（ ） d绞合系数校正系数 ,考虑邻近线对或线对屏蔽层对于电容的影响无屏蔽对绞组（d2 d1 d ）2 a2a 对称电缆导体的中心距D S 屏蔽层内径 （mm）d2 对绞后的外径 （mm）d1 绝缘芯线的外径 （mm）1.4. 对称电缆的绝缘电导 .绝缘电导 G这个参数说明电缆线芯绝缘层的质量和电磁能在线芯绝缘中的损耗 情况.绝缘电导是由绝缘介质的特性决定的 , 也就是由绝缘介质的体积绝缘电阻系数和 介质损耗角正切来决定的 . 绝缘电导 G是由直流绝缘电导 G0和交流电导 G组合的. 计 算公式如下 :G=G0+GG0R絕G=*Ctg（ ）G0- 直流损耗G- 交流损耗 - 电流频率C - 工作电容tg（ ）- 介质损耗角正切2. 二次传输参数 二次传输参数是用以表征传输线的特性的参数 , 它包括特性阻抗 ZC,衰减 常数, 及相移常数 .2.1特性阻抗 特性阻抗是电磁波沿均匀电缆线路传播而没有反射时所遇到的阻抗 , 其值仅与线 路的一次传输参数和电流的频率有关 , 而与线路的长度无关 , 也与传输电压及电流的 大小及负栽阻抗无关 :无屏蔽对称电缆 （UTP）120 2*a d ZC 120e ln（2*ad d ）a2）绞线内导体的导线根数N内导体结构的修正系数K11.00