电线电缆设计基础知识

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第16页 共16页序 言電線電纜的發展可追溯至1831年,英國科學家法拉第發現了“電磁感應法則”為其實用發展打下了扎實的基礎,電線電纜的發展主要涉及絕緣材料与導體的發展,絕緣材料:裸線漆包線膠線塑膠線合成材料線;導體:白金銅鋁光纜.通俗地講,只要傳送電力或信號的有形物體,都可稱為電線電纜. 另外,依日本電線工業協會1977年對電線電纜的分類如下:裸線;捲線;通訊電纜;電力電纜;被覆線.電線電纜的生產過程: 集合 纏繞 印字 包帶 印字 裁條煉銅伸銅伸線絞線絕緣 編織 捲裝編織 外被 填充 外被 軸裝 地線 一、導體部分:1.名詞

2、術語: AWG : American wire gauge美國電線規格;業界中一般用此稱呼cable規格AWM : Appliance Wiring Material 器具配線伸長率:將物體拉伸至斷裂后所增加的長度与原標定長度的比率絞距:絞線中之某一股線,捲繞一圈之直線距離抗張強度:抗張試驗時,使其試樣斷裂,以單位面積表示之拉斷力導體電阻:与其長度成正比,与其截面積成反比,電阻愈大導電率愈低UL: Underwriters Laboratories Inc. (美国)保險商實驗室 TC:Tinned Copper:镀锡铜 CSA:Canadian Standards Association 加

3、拿大标准协会組織 UL94V-0: 防火等级 OD: Overall Diameter 完成外径 (Outside diameter 外徑) VW-1: 垂直耐燃测试 ID: Insulation Diameter 絕緣直徑 FT-1: 水平耐燃测试 Shield: 遮蔽 BC:Bare Copper裸铜 Braid:编织 Spiral: 缠绕 Thickness:厚度(cable的絕緣層与被覆体都有最小厚度、平均厚度的要求) Flame test: 燃燒測試 Aged test: 老化測試(cable的絕緣体与被覆体)Elongation:伸長率 Trensile Strength : 抗張

4、強度(cable的絕緣体与被覆体)Pitch :絞距(1P表示1對) Connector:接插件(Mindin 、USB、RCA 等plug&jack )Surface Treatment : 表面處理(鍍金、鎳、錫、銅等)2.導體的种類(電線電纜中常用:銅合金&鋁合金,電腦連接器用線為銅合金的導體):a.裸銅線(BC): 銅導體上不鍍或不包裹任何材料的銅線 b.鍍錫線(TC): 在銅線表面上以熱浸或電渡方式,被覆一層錫或鉛錫合金的銅線,目的是避免氧化,焊接方便1先鍍后絞 再鍍 :鍍錫銅線絞合后再鍍錫,此導體常用於電子連接線2先絞后鍍 :將未鍍之銅線絞合后再加以鍍錫的銅線c.銅箔絲: 導體以扁

5、平或且极薄的銅箔捲繞在纖維繩上 d.漆包線: 在銅線表面上以熱浸或電鍍方式,被覆一層絕緣漆e.導體的生產過程: 煉銅 目前工業應用陰极電解法煉銅 伸銅、伸線 粗伸(8.02.6mm)、中伸(2.61.0mm) 細伸(1.00.05,0.12,0.16等mm)3.常用的導體規格: a.USB線(均為多股鍍錫線;28/26即:信號線/電源線): Gauge(AWG)Composition(N/mm)Gauge(AWG)Composition(N/mm)28/287/0.12728/227/0.127 ; 28/0.12728/267/0.127 ; 7/0.1628/207/0.127 ; 28/

6、0.1628/247/0.127 ; 11/0.16 b.PS/2線(滑鼠線為例;有AS 或 TS 規格): 滑鼠線一般使用多股28# 線: 10/0.1AS+250D ; 15/0.08AS+250D ; 19/0.08AS+250D ; D-總丹尼數 纖維長為9000米,而重量為1公克時則稱為1丹尼4導體電阻(UL758 & UL1581):a.最大允許直流導體電阻(20時)Gauge(AWG)Max. DCR(/Km)Gauge(AWG)Max. DCR(/Km)1613.5013.7026142.79148.941821.4021.8028227.39237.252033.9034.6

7、030361.13376.962254.3055.0032563.49588.852489.3993.25b. 計算公式: R(/Km )=實測值R()*溫度系數*1000/電母實長(m)c.溫度系數表:導體溫度系數導體溫度系數181.008220.992191.004230.989201.000240.985210.996250.9815.導體的檢測:a.伸長率:導體伸長率測試机 TC(單股)伸長率BC(單股)伸長率0.10.1210%0.1以下15%0.120.25418%0.120.25418%0.2540.64324%0.2540.51124%0.6430.925%0.5112.030

8、%b.線徑: 千分尺6.導體的絞合方式:a. 束絞:導體內各個單線不依几何形狀排列只沿同一方向絞合b. 同心絞:導體中間為一條或一核心,共周圍為一層或多層螺旋狀排列之單線,每層之單線條數均較其內一層多6,條而呈左右變化之方向絞合.c. 絞向: 左絞:將導體与人體垂直,其絞合方向為右上到左下則為左絞(Z絞)右絞:將導體与人體垂直,其絞合方向為左上到右下則為左絞(S絞)d. 絞距:(依UL758 AWM Section.5)AWGInchesmmAWGInchesmm28 or higher0.513182.051260.615162.051240.718142.051220.820122.051

9、201.2532102.564e. 絞合外徑計算: 束絞 D=N*1.155*d 同心絞 D=(1+2n)*d N=3n(1+n)+1多心絞合 D=K*d N-股數 d-單線徑 n-層數NKNK2293.61332.155104.042.414114.052.7124.15563.0134.41473.0144.41983.305154.5f.導體截面積計算:S=d2*0.7854*NAWGNom.Arear(mm2)AWGNom.Arear(mm2)320.0324220.324300.0507200.519280.0804180.823260.128161.31240.205142.08

10、依UL758 AWM Section.5 table5.1 g.導體真圓度計算: (A,B值系從銅線同點成90度角的兩個實測值)標準值:X=(A+B)/2 偏差值:Y=A-B 真圓度:R=(X-Y/X)*100%7.導體的用量計算:a.公式:W=d2*6.9822*N*K1*C*K2*P*K3 d-單線徑(mm) N-股數 K1 -銅線撚入率 C-芯數 P-對數 K2 -芯線撚入率 K3 -對型線纜集合線撚入率 b.UL線K1 K2 K3均以1.02計算; NON-UL線均以1.01計算;8.導體絞合設備:400P束絞机:主要用於銅線絞合9.絞線工時:a.計算公式工時(M/Min)=絞距(mm

11、)*RPM*2/1000 (RPM 一般以1800轉計算)單位換算: 1mm=39.37mil 1kg/mm2=1420PSI 1Inch=25.4mm=2.54cm 1Ft=12Inch 1m=1.0936Yd 1Yd=3Ft=0.914m 1m=3.281Ft 1kg=2.204LBS1mil=1/1000 INCH=0.0254mm 1Ft=0.3048m比重:PVC:1.45 SR-PVC:1.38 PP:0.95 PE:0.95舉例(以640400064300 100KM 為例):A.導體結構: 10/0.1BC*4C+7/0.12TC B.用 量: W1=d2*6.9822*N*K

12、1*C*K2*P*K3 =0.12*6.9822*10*1.02*4*1.02=2.906 Kg/Km - 總用量:2.906*100=290.6KgW2=d2*6.9822*N*K1*C*K2*P*K3=0.12*6.9822*7*1.02=0.499 Kg/Km - 地線總用量0.499*100=49.9Kg C.絞線工時:110/0.1AS工時(M/Min) =絞距(mm)*RPM*2/1000 (RPM 一般以1800轉計算)=11*1800*2/1000*0.9=35.6 M/Min - 總生產時間:47h27/0.12TS工時(M/Min) =絞距(mm)*RPM*2/1000 (

13、RPM 一般以1800轉計算)=13*1800*2/1000*0.9=42.0 M/Min - 總生產時間:40h二、絕緣部份:1.材料种類与特性:a.PP(聚丙烯 Polypropylene) : 其質量較PE輕,特性与PE大致相當,比重為0.890.91,而其耐熱性、抗張強度及耐磨性优於PE,介質常數變比PE低(PP2.2,PE2.3),因此廣泛用於通信電纜之絕緣体!PP押出溫度約為190250! 較亮,較硬,易燃,無太多的煙塵,有下滴現象,價格較低.b.PE(聚乙稀 Polyethlene) : 熱塑性絕緣材料,是目前電線行業中絕緣及被覆材料中用途最廣泛者,因其具有优异的電氣特性, 用於

14、絕緣最為适當,另其耐磨性、耐溶性、防濕性、耐低溫劣化、質量輕! HDPE押出溫度約為200230,LDPE約為220250,很亮,很軟,較維加工,無下滴現象,價格較貴.c.SR-PVC(聚氯乙稀 SR-Polyvinyl Chloride) : 熱塑性材料,主要用於通信電纜、控制電纜、燈具用線、及馬達引線等之絕緣或被覆材料,PVC絕緣使用之電壓以低壓(600V)為多,且PVC在高溫、低溫皆可適用,另因其具有耐燃之特性及柔軟性好,介質強度高,因此家電器具用線皆以PVC為主体,成本低是其另一主因! PVC的在6585軟化,120150有完全的可塑性,190以上則分解,故加工溫度一般在150180,

15、其比重約為1.4,最早使用起源於1933年! 較暗,較軟,不易燃燒,有大量的煙塵,價格較貴. 2.測試要求(UL758 AWM & UL 1581 ):1Unaged :(老化前伸長率及抗張強度)Polymer designationPolymer type/test speedElongation , percentTensile strength,psi(Kgf/mm2)TPESThermoplastic/202inchesper minute1001500(1.05) 2Air oven aged:(老化后伸長率及抗張強度)Polymer designationDry temperatu

16、re rating ,Oven TemperatureTime,daysElongation , percentTensileStrength,percentTPES80113765707510010657060100765703Thickness requirements for PVC insulation:Conductor size,AWGConductor size , mm2Wires rated 300VWires rated 600VPVC wall thickness(mm)PVC wall thickness(mm)24-190.3-0.830.230.3818-151.0

17、4-2.100.230.3814-122.65-4.200.30.3811-105.3,6.70.380.514伸長率測試: 取樣長約1520公分,將銅線剔除,然后在中間做5公分(或1吋)的記號,利用拉力机以每分鐘202之速度拉力觀察拉斷后之長度,利用下列公式求出: 拉斷后之標點距離-拉斷前之距離伸長率= X 100% 拉斷前之標點距離5抗張強度(KG/MM2 ): 拉斷力抗張強度= 截面積6截面積:a. 芯線截面積=(外徑*外徑-內徑*內徑)*0.7854b. 外被截面積(以10 吋 計算) 空重 空重 截面積= *25.4*25.4 比重 = 比重*163.87 空重-水中重7火花測試:

18、品名標準值品名標準值10073kv2464芯線3kv10156kv外被5kv10612.5kv2835芯線3kv26512.5kv外被5kv8絕緣電阻測試(M) : (具体依不同安規要求)9耐電壓測試(KV/min) : (具体依不同安規要求)10導体電阻(/Km) : (具体依不同安規要求)11搖擺測試 :依客戶要求12移行測試 :依客戶要求,一般為溫度60 ; 24小時 ; 荷重500g ; 線材不得染色至ABS板13低溫捲繞試驗: -20 ; 4小時 ; 表面無裂紋,瑕疵 14加熱捲繞試驗: 121 ; 1小時 ; 表面無裂紋,瑕疵 15燃燒試驗: 水平燃燒 (FT-1) 垂直燃燒 (V

19、W-1) 3.絕緣厚度: 平均厚度=標準厚度*0.9 最小厚度=標準厚度*0.84.用量計算: W(Kg/km)=(D2-Nd2)*0.7854*G*C*K2 D-絕緣外徑 d-導體外徑 -比重 K2-芯線撚入率 N-導体總條數C-芯數 舉例(以640400064300 100KM 為例):a.用量計算: W(Kg/km) = (D2-Nd2)*0.7854*C*K2=(0.72-40*0.12)*0.7854*1.38*4*1.02=0.40b.芯線押線設備: 50mm押出机 (50mm指押出机的螺杆直徑)c.芯線押出工時: (經驗值:PP(PE)絕緣 480M/Min; SR-PVC絕緣3

20、00M/Min)*1/60= 22.2 h總生產時間400,000M 300M/Min三、集合部份(含包帶、纏繞、編織):1.絞合外徑計算: D=N*1.155*d D=(1+2n)*d N=3n(1+n)+1 D=K*d N-股數 d-單線徑 n-層數2.絞向:左絞与右絞 (見導體部分)3.絞距: UL 集合之層心徑*35 Non-UL 集合之層心徑*404.填充材料:a. PVC填充條:用量計算(Kg/Km)W=d2*0.7854*b. PPY(充麻): 經驗用量值小電線每1mm2約4140D;大電線每1mm2約3240D c. 絲或紗: 用量計算(Kg/Km)W=D*0.0001111

21、D指總丹尼數5.包帶:a.包帶作用:使線材成圓柱狀;防止線材松散;遮蔽使信號不受干擾;增加机械力,隔離絕緣体与被覆体;b.包帶方式:縱包与橫包c.包帶材料:AL-Mylar(=1.872):其導電面必須与地線或編織(纏繞)接觸;Mylar (=1.4): 材質為聚脂;主要防止松散;棉紙帶(=0.8) : 主要起圓滑、柔軟、絕緣作用;d.帶寬的選擇:一般為包帶前線材外徑的35倍;e.包帶部份的用量計算(Kg/Km):W(Kg/km)=(N/N-1)*t*(D+t) N-重疊度之倒數 -圓周率 -包帶材料之比重t-包材之厚度 D-芯線集合外徑 t-捲斜包之厚度f絞線工時:工時(M/Min)=絞距(

22、mm)*RPM/10006.纏繞/編織:a.作用:對外界電磁波產生隔離作用,確保內部信號不受干擾,也不會泄漏;b.纏繞:絞距;方向(s ; z ); c.編織:目數/吋;d用量:纏繞W(Kg/km)=d2*6.9822*N*K5 編織W(Kg/km)=d2*6.9822*M/Cosd-單線徑 N纏繞所需條數 M-編織總條數 -編織角度四、被覆体部份:1.材料种類与特性:a.PU料: 彈性好耐磨,較硬,火燒有刺激性气味,價格較貴;b.PVC料:色澤較暗,彈性比PU差,火燒有臭味,2.測試要求:1Unaged :(老化前伸長率及抗張強度)Polymer designationPolymer typ

23、e/test speedElongation , percentTensile strength,psi(Kgf/mm2)TPESThermoplastic/202inchesper minute1001500(1.05) 2Air oven aged:(老化后伸長率及抗張強度)Polymer designationDry temperature rating ,Oven TemperatureTime,daysElongation , percentTensileStrength,percentTPES80113765707510010657060100765703Thickness req

24、uirements for PVC insulation: 具体依UL安規標準;例:UL2725 AVG Thickness 9mil min At any point 7mil min4伸長率測試: 取樣長約1520公分,將銅線剔除,然后在中間做5公分(或1吋)的記號,利用拉力机以每分鐘202之速度拉力觀察拉斷后之長度,利用下列公式求出: 拉斷后之標點距離-拉斷前之距離伸長率= X 100% 拉斷前之標點距離5抗張強度(KG/MM2 ): 拉斷力抗張強度= 截面積6截面積:外被截面積(以10 吋 計算) 空重 空重 截面積= *25.4*25.4 比重 = 比重*163.87 空重-水中重7

25、燃燒測試: VW-1: 垂直耐燃测试 FT-1: 水平耐燃测试8移行性測試;9搖擺測試;10加熱繞捲与低溫繞捲;11印字耐磨測試;3.被覆体厚度: 平均厚度=標準厚度*0.9 最小厚度=標準厚度*0.84.被覆体押出方式:a.充實押出:押出內眼模無管狀廊長部份,熔融的塑膠全部包裹芯線;b.空管押出:內眼模有管狀廊長部份(512mm),且廊長部份伸出外眼模或與外眼持平,管狀押出能保證外被的光滑度;c.半空管押出: 內眼模有管狀廊長部份(25mm),一般用於編織与纏繞線押出.5.外被表面光澤度:特亮面;亮面;半霧面;霧面;6.外被用量:a.充實押出(4芯): W(Kg/km)=D2-4d2*0.7

26、854-0.2146* d2* b.管 狀 押 出 : W(Kg/km)=*t*D1+tc.編 織 押 出 : W(Kg/km)=D2-D22- d2*M*0.7854*D-線纜完成外徑 d-芯線外徑 -外被料比重 D1-外被下徑t-外被厚度 D2 -編織前外徑 M-編織總條數五、模具費用: 制線模具費用表:規格价格(HKD)規格价格(HKD)內眼模300400免對內眼模8001000外眼模200250免對外眼模300450絞線模60100附:一、電線原材料採購單价表:導体材料PVC材料材料規格單价(HKD/KG)材料規格單价(HKD/KG)銅絞線#28+250D36.9防火無毒60P8.3銅

27、絞線#26+250D36.5無毒滑鼠料75P8.6銅絞線#28(10/0.1+250D)40.70一般滑鼠料85P8.3銅絞線#28(19/0.08+250D)45.0無毒耐硫非移外被料75P11.8銅絞線#28(15/0.05+250D)49.9SR-PVC無毒芯線料30P8.2銅絞線#28(19/0.12+250D)37.7UL1015電子線料35P7.7鍍絞線#28(7/0.127 s11)36.4UL1015電子線料45P7.6鍍絞線#26(10/0.12 s13)34.1無毒插頭料45P8.0銅絞線#24(11/0.16s15)33.0無毒耐寒插頭料45P8.4鍍錫線0.1032.8

28、無毒耐硫強非移外被料75P12.0鍍錫線0.1230.2PU料19.0裸銅線0.1229.8防火非移插頭料35P7.6裸銅線0.1030.1無毒耐硫強非移插頭料45P10.0填充材料絕緣材料材料規格單价(HKD/KG)材料規格單价(HKD/KG)棉線(20S/2)32.17HD-PE14.5棉線(20S/3)32.7LD-PE9.5棉線(20S/6)34.1PP4.26充麻PPY 3800D12.26EVA9.6特多龍絲250D35.0特多龍絲500D35.0AL-Mylar44.0附:二、CABLE線組裝材料採購單价表:組裝材料組裝材料材料規格單价(HKD/EA)材料規格單价(HKD/EA)

29、熱縮套管3.5*15mm0.0050D-SUB 9P鐵殼白膠芯(F)0.2熱縮套管3.5*45mmUL低毒辣0.0279D-SUB 25P鐵殼藍膠芯(F)0.4熱縮套管1.5*22mm UL0.0095D-SUB 9P鐵殼白膠芯(M)無毒0.25熱縮套管1.0*16mmUL0.0040D-SUB 15P鐵殼黑膠芯(M)0.26熱縮套管1.0*22mmUL0.0055HSG 2P 2001-H0.012CORE D17.5*d9.5*28.5mm0.25HSG 4P 2001-H0.024CORE D14.2*d6.35*28.5mm0.18HSG 5P A2501-H0.037CORE D10

30、.5*d5.6*20mm0.10HSG 6P 2003-H-6P0.048CORE9.55.0 20mm0.13HSG 6P 2001-H-6P0.036CORE14.277 28.5mm0.205端子2001-T0.0115CORE9.54.8 10.4mm0.09端子 2003-T0.0128CORE 10.55.6*20mm0.19JWT A2541T3B-20.0115USB膠芯 A(M)0.09USB膠芯蓋 A(M)0.01USB膠芯B(M)0.12USB膠芯蓋B(M)0.005USB膠芯 A(M) 2.00.18USB前鐵殼A(M)0.08USB膠芯B(M) 2.00.17USB前

31、鐵殼B(M)0.08橢圓魔帶 黑120MM低毒辣0.0054USB后鐵殼B(M)0.07耐硫非移麼帶180MM0.0136USB后鐵殼B(M)0.07套筒8.95*22.2MM0.139DIN公頭6PIN衝金R角0.14套筒8.95*22.2MM開口0.0816DIN公頭6PIN衝金3UR角0.156套筒8.95*22.4MM0.127DIN公頭6PIN衝錫R角低毒辣0.0816套筒8.95*22.4MM開口0.10DIN公頭6PIN衝金3UR角低毒0.133MIN DIN 9P (F) 低毒0.689MIN DIN 6P (F)0.47MIN DIN 6P 衝錫 (M) R角0.122MIN

32、 DIN 6P (F) 低毒0.648無鍋錫絲128HKD/KG無鍋錫條150HKD/KGCategoryCertification StandardCategoryCertification StandardCEEuropean Union EMC and SafetyDemkoEuropean Union Product Safety FCCNorth American EMIExEuropean Union Hazardous LocationsC-TickAustralian EMCLRMarine ApprovalMICKorean EMCISO 9001/14001 Quality/Environmental Management SystemsULNorth American Product SafetyULNorth American Hazardous Locations第 16 页 共 16 页