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，此为目前所用的其本型高压电力电缆。 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 AWM 1332 22AWG 200℃ 300V DONG GUAN HUA KUN ELECTRIC 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。 DONG GUAN HUA KUN ELECTRIC 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、裸线指纹读取器 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。
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)， PFABgain（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 带 集合 印字 裁条 炼铜→伸铜→伸线→绞线→模具特氟龙绝缘→ 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>2.6 mm）,中伸(3.2/2.6>1.2/1.0 mm)， 细伸(1.2/1.0>0.07/0.05 mm) 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一层多6条。束绞 是叫所有单线，依同一方向绞合。其它还有复合绞等等。 当导体股数（芯线条数）为7、19、37、61、95并胶合时，为同心绞；其余股数（芯数）为束绞。导体胶合外径的计算公式如下： 同心绞胶合外径 D=(1+2n)*d n为导体自内到外的层数； 束绞胶合外径 D=√N×1.155×d D为绞合外径； N为导体股数。 芯线胶合外径则可参考《电子线材用量设计应用公式标准》。 前面还提到“对型线缆集合掺入率”，所谓对型即导体（芯线）两两绞合在一起，之后所有导体（芯线）再一起总绞（也可以不总绞）。这一般是应用在要求较高电器性能的线材上。值得一提的是，芯线绞与导体绞是相同原理，但芯线绞我们称之为芯线集合层心径的概念，如下图： 二、绝缘材料与绝缘相关计算 1.塑料材料的两种特性： 1.1 热可塑性（THERMO-PLASTIC）； 1.2 热固性（THERMO-SETTING）； 2. 常用到的绝缘材料 有：PP（Polyproplene）材料—般较亮，较硬，燃烧平稳，无太多的烟尘，有下滴现象。价格较低。 SR-RVC(SR-Polyvinyl chloride)材料—较暗，较软，燃烧有大量的烟尘。价格较贵 FEP耐油、耐磨、电气性能好等特点。 PE(Poly Ethylene Resin)材料—光纤电话机很亮，很软，较难加工，无下滴现象。价格较贵。 对塑料材料而言，无论绝缘材料还是线材外被材料都有一些重要的机械特性、化学特性等等。这可以参考《电线用塑料材料特性表》。比重在电线电缆设计中也很重要，例如报价。比重概念中，有一个加权平均比重的概念。表示入下公式： n1×ρ1+n2×ρ2 ρ平均= n1+ n2 其中：n1ρ1…为第一种材料的比例、比重； 其中：n2ρ2…为第二种材料的比例、比重。 2.有关绝缘的计算 2.1重量（KG/KM）：（工厂适用） W=[πρt(D+t)+K4d2ρ]×C×K2×P×K3 W=(D2- d2)×0.7854×P 式中：π…圆周率（3.146）, 能效监测终端ρ… 比重, D…导体绞合外径(mm), t…绝缘厚度； K4…押入系数, d…单线线径; C芯数 ； K2…芯线掺入率； P…对数； K3…对型电缆集合掺入率。 2.2重量（KG/KM）：（业务适用） W=[D2-Nd2]×0.7854×ρ×C×K2×P×K3 式中：D…绝缘外径（mm），N…导体总股数，d…单线径(mm).0.7854…π/4 2.3绝缘外径（mm） D=2×t+d 式中：t…绝缘厚度，d…导体绞合外径（mm）。 二、对绞、集合之绞线眼模之设计与选用 一个例子：3C×0.75㎜2 +PVC电源线(地线为裸铜). 0.75㎜2 (19/0.23TS)×2C+19/0.23TS ID=1.75 mm; > 试问其绞合外径是多少？选用多大的绞线眼模？ 求出总截面积:A=0.7854×1.75×2+0.7854×1.15×2 近似求绞合外径:D=√(A/0.7854)≈3.6mm 但实际上眼模不能达到这个要求(D=3.6 mm) 在集合盘上应按如下摆线法： 这样才不容易出现前左图中的极限现象。因此D什还要加上一个经验值，通常加上0.5。 四、包带、包带材料及相关计算 4.1选用包带之原因 1.使线材成圆柱状（有的芯线不需要总绞，外面只包一层包带）； 2.防止线材松散； 3.遮蔽，使信号不受干扰； ４.在导体与遮蔽线之间起绝缘作用； 4.2 包带材料 1. AL-mylar(ρ=1.872≈1.9) 一般用单面，遮蔽面积小，遮蔽电阻大。 线材包带有两种方式： Facc-in：铝箔向内，用在没有线材不再经过编制或缠绕的线材场合，也起遮蔽作用； Facc-out 铝箔相对铜箔而言，铝箔软且便宜，因此使用特别广泛。 2. 麦拉带（ρ=1.4） “海翠尔Hytrel）做成带状后就是麦拉带.具有良好的抗张强力,依次,有防止松散的作用.例如用在电线电缆场合. 3.棉纸带（ρ=0.8） 棉纸带,起圆滑、柔软、绝缘作用。例如用在鼠标线场合。 此外还有铜箔（ρ=8.89），PE带（ρ=0.93），发泡PP带等等。 4.3.包带机 目前有两种，1.附于绞线机/集合机上，适用于宽包带； 2.专用包带机，适用于较小包带； 4.4.包带方式 包带方式分纵包和横包，横包又分卷包和斜包两种方式，如下图所示： 纵包用在扁平线材和芯线不需要总绞的场合，不要求柔软度；斜包速度快；卷包柔软度好。选择带宽：卷包时W=3D，斜包时W=4～5D，并可以参考公司采购之包带材料宽度（w为带宽，D为包带前线材外径，又称包带下径）。 包带重叠度取决于线材直径，一般来说，不超过1/4圆弧长。 包带所用的眼模（包带进入束绞机须通过的模具）选用不可过大或过下，一般取包带后的外径（D+0.3）mm。 4.5.包带部分的计算 4.5.1 重量（KG/KM）:（适用卷包或斜包） W=（N/N-1）×π×ρ×t×(D+ t1) 式中：N…重叠度之倒数，π…圆周率（3.146）, ρ…包带材料之比重, t…包带 材料之厚度, D…芯线集合外径, t1…卷包之厚度(mm) 4.5.2.包带外径（mm）： D=d+4t 式中：d…芯线集合外径（mm），t…包带材料之厚度（mm）。 五、放线轴、卷取轴于卷取长度之关系 5.1.放线轴、卷取轴之概念 如下图标，这种轴在工厂应该看到得较多。本厂各类成品、半成品线材在生产过程中要收集在线轴或卷取轴上。例如芯线押出，铜绞，编织，缠绕等等工艺过程。 5.2 线轴卷取长度计算公式 L=N×n×π×(d+K2×φ×n)×103M 式中：L…线轴可包装之线缆总长度。 N=K1×W/φ…线轴内宽可排放之线行数。（舍去两位小数点）。 K1…横排系数，以0.9计算：W…线轴内宽（mm）；φ…线缆直径（mm） n =H/（K2×φ）…线轴空间可置放之线层数。D…线轴筒径； H=(D-d-2g)/2…线轴有效卷取高度（验光组合台mm）；D…线轴直径。 G…卷空尺寸（mm）皆以mm表示。 K2…纵系数，0.95计算 六 、缠绕与编织 前面已经提到过缠绕与编织的共同作用是遮蔽，对外界电磁波产生隔离作用；保证内部信号的不受干扰，同时如果缠绕与编织接地的话，内部信号也不会泄漏，您到工厂押出就可以发现缠绕机上放线轴较小，因此缠绕后的线材都要经过倒轴（线材从一个放线轴转到令一个卷取轴）。由于加工的要求，缠绕线如果不倒轴，在外被押出引取时会出现松脱，堵在眼模口，引起断线。 6.1.缠绕所需条数（N）： N=(D1×π/d)-3={[D1+d×π]/d}-3 式中: D1…层心径(mm),d…缠绕铜线直径(mm), D1 …缠绕下径,3是经验值,保证缠绕后的线材外表美观,否则由于缠绕铜线挨得比较紧密而容易出现交错现象,导致押出的线材外表面出现疙瘩,起伏不平. 6.1.2.重量（KG/KM）： W=d2×6.9822×N×K5 式中:d…单线直径;N…缠绕所需条数;K5…缠绕掺入数. 6.1.3.外径（mm）： D=D1+2d 式中: D1…缠绕下径(mm);d…单线径(mm) 6.2.缠绕制程 6.3.编织有关计算 6.3.1 编织角(tanθ) 16锭编织机：tanθ=[2π(D1+2d)p]/C 转为公制：tanθ=(D1+2d)p×0.015461 24锭编织机： tanθ= (D1+2d)p×0.010307 式中:2…又向交叉编织; π…圆周率; D1…编织前外径; d…单线径;P…每英寸之目数;C…编织机之锭数. 从而可求出θ角度：最好不要大于30°，否则编網加工时，不易翻转。 6.32添敷系数F F=（N×P×d）/(25.4Sinθ) 式中：N…每锭股数；P…每英寸之目数；d…单线径（mm）; 6.33.编织率FOC FOC=(2F-F2)×100% 6.3.4.重量（KG/KM） W=d2×6.9822×M/Cosθ 式中：d…单线径(mm)；6.9822…为（π/4）×铜比重8.89之常数；M…编织总条数N×C（每锭股数×锭数）. 6.3.5.编织外径（mm）： D=D1+5d 式中：D1…编织前外径(mm)；5…系数；d…单线径(mm)； 6.4.编织制程 通常在设计卡等等中会看到编织的构成方式这种表示方法：16 / 5 / 0.1 A B C D 说明:A表示锭数,表示16锭编织机; B表示间隔符号; C表示股数; D表示编织铜线的单线径. 股数目数不可以任意变得过大或过小,但是可以变化.增加目数,减少条数,则编织的速度相应降低. 七、外被及相关计算 7.1.前面讲到绝缘材料时，已谈到塑料的一些性质，这里不再重复，常用的外被材料有： PU材料：弹性好，耐磨，价格比PVC贵，较硬，火烧有刺激性味。 FEP：材料：耐热、耐寒、耐候、耐药、耐溶剂、绝缘怀能及高频性能优异、并具自润滑性，低磨擦系数等特点。 PVC材料：泽较暗，弹性比PU材料要差，火烧有臭味： 同样，外被材料各项物理性能与化学性能请查阅《电线用塑料材料表》。 | ||||||
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