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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，此为目前所用的其本型高压电力电缆。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：E********AWM133222AWG200℃300VVW-1E********…******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。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（8.02.6mm）,中伸(3.2/2.61.2/1.0mm)，细伸(1.2/1.00.07/0.05mm)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：LR=PAR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133220AWG（19/0.19TS）导体线材。我们来分析一下133220AWG(19/0.19TS)ABCDEA…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+λK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×k3W=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)*dn为导体自内到外的层数；束绞胶合外径D=√N×1.155×dD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-Polyvinylchloride)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(PolyEthyleneResin)材料—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×ρ2ρ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×K3W=(D2-d2)×0.7854×P式中：π…圆周率（3.146）,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/42.3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+19/0.23TSID=1.75mm;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