线缆节构计算及节距

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1、电缆结构设计与物料用量计算电缆结构设计是把线材各组成部分参数书面化.在设计过程 中,主要是根据线材的有关标准，结合本厂的生产能力，尽量满足客户要 求.并把结果以书面形式表达出来，为生产提供依据.物料用量计算是根 据设计线材时选用的材料及结构参数，计算出各种材料的用量，为会计 部计算成本及仓储发料提供依据.导体部分有关设计与计算：导体在结构上有实心及绞线两种，而其成份方面有纯金属.合金. 镀层及漆包线等.在设计过程中，对于不同的线材选用这些导体材料时， 基于下面几个方面：1. 线材的使用场所及后序加工方式.2. 导体材料的性能:导电率，耐热性.抗张强度.加工性.弹性系数等.1.导体绞合节距设计：

2、绞线中绞合节距大小一般根据绞合导体线规选取（主要针对 UL电子线系列，电源线,UL444系列,CSA TR-4系列对导体的节距有要 求，需根据标准设计），有时为了改善某种性能可选其它的节距.如通信线 材为了降衰减选用小节距,为了提供好的弯曲性能选用较小的节距.下 面的节距表选择表是针对UL电子线.美制线规对应截面积及绞线节距美制线规标称截面积最小截面积节距300.05070.049768280.08040.0790911260.12800.12601113240.20500.19901416220.32400.31401619200.51900.50902124180.82300.807027

3、32161.31001.27003238142.08002.020039472.多根绞合导体绞合外径计算: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：方法2:d-单根导体的直径D-绞合后绞合导体外径N-导体根数上述两种方法中，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2.绞合导体d-单根导体直径P 导体密度N-导体绞合根数入-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（如电源线， 透明线）。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

4、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、耐温等级、光泽 性、软硬度、可塑剂耐迁移性、无毒性能等来选择.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，结合厂内设备生产能力尽 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)*pp -胶料密度.考虑到线

5、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)* p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UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI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

6、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：对绞节距.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Xd222201.571332.1540.041.248442.4140.2151.22552.70.5431.2596631.0251.32971+6301.32981+73.301.3991+83.701.679102+84

7、02.276113+84.1540.042.593123+94.1540.042.039134+94.4140.2152.553144+104.4140.2152.025155+104.70.5432.578165+114.70.5432.071176+1151.0252.641186+1251.0252.137191+6+12502.137201+6+135.15401.944211+7+135.302.257221+8+135.704.442232+8+13603.598242+8+14602.975253+8+146.1540.043.285263+9+146.1540.043.2852

8、73+9+156.1540.042.801284+9+156.4140.2153.282294+9+166.4140.2152.806304+10+166.4140.2152.806315+10+166.70.5433.319325+11+166.70.5433.319335+11+176.70.5432.864346+11+1771.0253.398356+12+1771.0253.398366+12+1871.0252.927371+6+12+18702.927381+7+12+187.303.458392+6+12+18804.705402+7+12+19804.254412+7+13+

9、19804.254422+8+13+19804.254442+8+14+20803.774453+8+14+208.1540.044.042483+9+15+218.1540.042.867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152 0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

10、离为半径的圆为节圆，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.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DD=D0+d绞合外径为DD=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-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，增大安全系义=1 +（宇尸数，并且 减化计算，所以在上述绞入系数的计算中D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）.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

11、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：n=Y整数部分D-斜包前外径.d-斜包铜线的直径.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

12、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1.2=d2.0mm22mm左右2.0=d2.2mm25mm左右2.2=d2.4mm27mm左右2.4=d3.0mm32mm左右3.0=d R医宓（套）f 频率de-绞合导体的电气等

13、效直径d-绞合导体外径Ds-屏蔽内径a对称电缆导体的中心距ee-绝缘的等效介电常数tgG）-建缘的等效介质损耗角正切Kp1-导体的射频电阻系数见射频电缆结构设计中表4.5Kp2-屏蔽的射频电阻系数见射频电缆结构设计中表4.5Ks-绞线导体的电阻系数1.25KB编织屏蔽的电阻系数2.0K3编织对阻抗影响的系数0980.99同轴电缆的电气参数计算:同轴电缆的一个回路是同轴对，它是对地不对称的.在金属圆管（称为 外导体）内配置另一圆形导体（称为内导体）,用绝缘介质使两者相互绝缘 并保持轴心重合,这样所构成的线对称同轴对。同轴电缆可用于开通多 路栽波通信或传输电视节目，也可用同轴电缆传输高数码的数据信

14、息（如UL2919屏幕线） 1.一次传输参数:同轴电缆的一次传输参数主要随电流的频率及电缆结构尺寸D/d变化而变化.有效电阻,随频率的增大而增大.而与内外导体直径比没直接 的关系.(2) .电感随频率的增大而减小，随内外导体直径比增大而增大.(3) .电容与频率无关，随直径比的增大而减小.(4) .电导与频率基本上成正比，随直径的增大而减小.具体计算公式如下：1.1.有效电阻：同轴电缆的有效电阻包括内导体的有效电阻及外导体的有效电阻，当内外导体都是铜导体时，总的有效电阻为：而=斜+8.3。顷技77%；+.)(欧姆/公里)1.2有效电感：同轴回路的电感由内.外导体的内电感和内外导体之间的外电 感

15、组成，当内外导体都是铜时，回路的电感为：L=ln(g)+早*+ %户(亨/公里)1.3同轴电缆电容：同于同轴电缆无外部电场，所以同轴对的工作电容就等于同轴对 内外导体间的部分电容，电容计算可按圆柱形电容器的电容公式来计 算：55.56%24.13Dw-外导体结构的修正系数(理想外导体Dw=0,非理想外导体Dw=编织外导体中的单线直径)K1-内导体结构的修正系数,D1-同轴线外导体内径(mm)14绝缘电导:同轴对的绝缘导体G由两部分组成：一是由绝缘介质极化作用引起的交流电导G，另一个部分是由于绝缘不完善而引起的直流电导G0:G=G0+G6=丽G=3 Ctg(6 )G0直流损耗G交流损耗3电流频率

16、C工作电容tg(6 )-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参数，它包括特性阻抗ZC,衰减常数a ,及相移常数.2.1.同轴电缆特性阻抗:2.1.1.对于斜包,铝箔纵包可近似看作是理想外导体，计算如下:2.1.2 .编织外导体，绞线内导体计算如下:“ 1 奏打 a + 1.5D-外导体外径d-内导体外径Dw-编织导体直径K1-导体结构修正系数2.2同轴电缆衰减的计算公式:=吃 + % = a R-导体电阻损耗引起的衰减分量，导体衰减（电阻衰减）当内外导体都为圆柱形导体时:_2.61寸*后 卓 db/km*峙）（山）当内导体是绞线，外导体是编织时:_ 2.61*1

17、f 佃*e一% 说） db/kmD.d-外导体内径.内导体外径K1-导体结构修正系数绝缘介电常数KS-绞线引起射苹电缆电阻增大的系数,KS=1.25KB-编织引起射苹电缆电阻增大的系数Dw-编织外导体中的单线直径kp1,kp2-分别表示内,外导体与标准软铜不同时引起射频电阻增 大或减小的系数.编织系数KB还可用如下计算方法求出：S /7?*胪风*CC6/?m-为编织的锭数n-为每锭编织线中的导线根数P -为编织角（编织导线的方向与电缆轴线方向之间的夹角）a G-介质损耗而引起的衰减分量,称为介质衰减（电导衰减）CiG = 9.1* ICT，旗 * 醇tgo e-等效介质损耗角正切E e等效介电常数2.3延时：延时是指信号沿电缆传输时，其单位长度上的延迟时间.同轴电缆的延时与电缆尺寸无关，仅仅取决于介质的介电常数.V-信号在电缆中的传播速度e e-等效介电常数.