线缆节构计算及节距

电缆构造设计与物料用量计算电缆构造设计是把线材各组成局部参数书面化.在设计过程中,主要是依据线材的有关标准,结合本厂的生产力量,尽量满足客户要求.并把结果以书面形式表达出来,为生产供给依据.物料用量计算是依据设计线材时选用的材料及构造参数,计算出各种材料的用量,为会计部计算本钱及仓储发料供给依据.导体局部有关设计与计算:导体在构造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:线材的使用场所及后序加工方式.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.导体绞合节距设计:绞线中绞合节距大小一般依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,CSATR-4系列对导体的节距有要求,需依据标准设计),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,为了供给好的弯曲性能选用较小的节距.下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300.05070.04976~8280.08040.07909~11260.12800.126011~13240.20500.199014~16220.32400.314016~19200.51900.509021~24180.82300.807027~32161.31001.270032~38142.08002.020039~47多根绞合导体绞合外径计算:导体绞合承受束绞方式进展,绞合外径承受下面两种方法计算:1:2: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：导体用量计算:单根导体绞合导体d 单根导体直径ρ—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.导体防氧化.为防止导体氧化,可在导体绞合时,加BAT或DOP〔如电源线，透亮线〕。押出局部有关的设计与计算:押出局部包括绝缘押出.内被押出及外被押出,在押出过程中,因对线材要求不同承受押出方式不同.一般状况下,绝缘押出承受挤压式,内护层与外护层承受半挤管式.有时为了满足性能要求承受挤管式.其具体选择方法,参照押出技术.押出料的选择:设计过程中押出料的选择主要依据胶料的用途、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.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)主要依据线材有关标准,结合厂内设备生产力量尽量满足客户要求.胶料用量:承受不同的押出方式,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)*ρρ 胶料密度.考虑到线材的公差,现期线缆企业一般承受下面计算方法.W=3,14159*1.05*T*(2*D+T)*ρ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。由假设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像。芯线绞合依据绞合绝缘线芯直径是否一样分为对称绞合和不对称绞合。由于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承受退扭。如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI芯线及其它高发泡绝缘芯线。以下分几个方面表达芯线绞合的工艺参数计算:对绞:对绞线的等效外径:D=1.65d1.71d(1.65d,1.71d),sometimesD=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.依据对绞组对数,芯线外径选取.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依据下表:芯数2芯线排列2外径比(M=D/d)2中芯空隙面积Xd20外层空隙面积Xd21.571332.1540.041.248442.4140.2151.22552.70.5431.2596631.0251.32971+6301.32981+73.301.3991+83.701.679102+8402.276113+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+146.1540.043.285273+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+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状况下,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15~20倍.有时为了改善线材性能,可选择适宜的节距.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,承受大节距.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(即其次层(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’+d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状况,虽然为束绞,各层芯线绞入系数并不一样.为了保守起见,增大安全系 减化计算,所以在上述绞入系数的计算中D承受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，有时作为同轴电缆的外导体。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、线材松软、价格也比较低特点。适用于低频屏蔽。以下从几个方面表达斜包构造设计:斜包的铜线根数近似计算:整数局部D 斜包前外径.d 斜包铜线的直径.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,要到达100%斜包D应承受节圆直径，但为了防止有时因节距选取较少及其它因素而产生过满(简洁起股)。所以D承受斜包前外径(基圆直径)。在实际生产中，因斜包铜丝一般为0.10mm、0.12mm其值在上述计算中无视影响不大。承受上面公式计算，其斜包满度可达90%以上，对线材的性能影响很少。斜包节距的选择:斜包节距依据斜包前外径大小选择，一般按下面优化节距选取(此)。成品外径 斜包节距d<1.0mm1.0<=d<1.2mm1.2<=d<2.0mm2.0<=d<2.2mm2.2<=d<2.4mm2.4<=d<3.0mm3.0<=d<3.5mm绞入系数:

15.5mm左右18mm左右22mm左右25mm左右27mm左右32mm左右36mm左右斜包的绞入系数为1+(圆周率X斜包后外径/斜包节距)的二次方.D 斜包后外径.H 斜包节距.斜包铜线的用量:d 斜包导体直径ρ—斜包导体密度N 斜包导体根数* 斜包导体绞入系数斜包方向选择.斜包一般承受与成缆的反方向：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，假设斜包方向与成缆方向一样时，斜包过不,芯线线径较大，没有隔离层的线材只能承受与成缆反方向。斜包线材外被押出:时引起断线编织有关的设计与计算编织与斜包相像，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：屏蔽无方向性.高频屏蔽特性良好,适用于高频屏蔽.通过多层屏蔽,屏蔽效果可达100%.弯曲时屏蔽特性无变化.编织有关的计算公式:编织角正切:编织系数:编织密度:编织用量: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.α—编织角编织各参数确实定:依据缆芯外径大小，及编织密度大小选定编织机类型(16锭或24锭凹凸速编织机)选定适应编织机的编织单根铜线(镀锡或裸铜线Φ0.08mm,Φ0.10mm,Φ.12mm)。M.编织角度α.H确实定.注:每锭中的根数应在3-9根的范围内，由于根数少编织易断线，而根数太多使得编织层同层内的铜线重叠，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，承受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。计算局部中的编织计算便是承受上述公式，承受枚举法计算得出其它构造设计与计算:线材圆整，在芯线绞合时参加填充物；为了防止导体氧化在导体绞合时外表涂B.T.A为了改善线材附着力绝缘押出时在导体外表涂DOP或硅油，外被押出时在芯线外表拖滑石粉或云母粉。下面依据其作用不同分类表达:填充物设计与计算:填充物主要有棉纱线和PP绳，设计时主要依据填充空隙大小、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)整数局部填充物用量W=单根重量*N*λ* 为芯线绞合的绞入系数.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承受无纺布或发泡PP带(如SISC)工艺方式在分隔层的制造过程中,为了节约工时,可依据状况承受绕包.拖包.纵包三种不同方式.(注绕包.拖包时角度α=40-60;纵包时角度α=90).物料用量n 为隔离层数.t 为隔离带厚度.ρ 为隔离材料密度.k 为隔离带重叠率.有关的绞入率计算: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,以在定额中争取最大之绞入系数(而生产中承受接近最大之节距值,则既利于提高效率,又可减低正常生产中的材料消耗).电气性能计算局部要求也越来越高，所以在通信线材构造设计时，线材的电气性能应为重点考虑对象，下面局部主要介绍常用的通信线材根本的电气性能理论计算方法：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，在设计的过程中可承受下面两种方法对发泡绝缘介质的等效介电常数进展计算。方法(1):ε-介质的材料的等效介电常数P-发泡度%,它表示泡沫介质内,全部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εe 实心绝缘的介电常数· 发泡绝缘的介电常数对称电缆的构造计算:对称通信电缆是由很多绝缘线芯，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一样外径及一样构造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的，因此首先要求导电性能好，要有良好的松软性和足够的机械强度，同时也应考虑其加工，敷设及使用上的便利。下面分一次传输参数与二次传输参数来表达对称电缆的主要电气性能：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，而与电缆的材料构造及电流的频率有关：有效电阻.有效电阻就是当沟通流过对称回路时的电阻包括直流电阻和由通过沟通而引起的附加电阻.R有=R直+R交R交=R邻+R集+R金λ---的绞入系数ρ----电线芯的电阻率 欧姆*平方毫米米l----缆长度 米s----电线芯的截面积 平方毫米d----电线芯的直径 毫米a-----路两导体中心间距离 毫米K -涡流系数u------磁导率σ---电导率有关H(X)F(X)G(X)50页1.2对称电缆的电感当回路通以沟通电后则在回路的导电线芯中和回路四周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.(H/Km)λ---的绞入系数d----电线芯的直径 毫米a-----路两导体中心间距离 毫米K -涡流系数u------磁导率σ---电导率有关Q(X)54页(H/Km)λ---的绞入系数d----电线芯的直径 毫米a-----路两导体中心间距离 毫米K -涡流系数u------磁导率σ---电导率有关Q(X)54页.对称电缆的电容电缆回的电容与一般电容器的电容相像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U之比为该回路的电容C=U/Q.对称电缆回路的电容是比较简单的由于电缆中往往包括很多线对而且外面又有屏蔽层或金属套全部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局部之和.对称电缆回路的电容有两种:工作电容和局部电容一次传输参数中的电容指工作电容工作电容为局部电容所组成).无屏蔽对称电缆(UTP)的电容可按下式计算﹕F/m适用于两导体相互平行，并且四周无其它线对的抱负状况.两导体的中心距(mm)εe-绝缘材料的等效介电常数对于多对构造的对称电缆，应考虑线对绞合的影响以及邻近线对等因素,其电容计算公式为﹕F/mλ---合系数φ---正系数考虑邻近线对或线对屏蔽层对于电容的影响.校正系数φ与各构造参数之间的关系.屏蔽对绞组无屏蔽对绞组a 称电缆导体的中心距S

蔽层内径(mm)d2 -绞后的外径(mm)d1 -缘芯线的外径(mm)

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状况绝缘电导是由绝缘介质的特性打算的也就是绝缘GG0G~组合的计算公式如下:G=G0+G~G0 -流损耗G~ -流损耗ω------流频率C-------作电容tgδ-质损耗角正切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.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)﹕欧欧屏蔽对称电缆(STP)﹕欧欧当对称电缆的中心导体是绞线构造，屏蔽为编织时公式为﹕欧K3为编织影响的阅历修正系数0.98~0.99K1为导体修正系数导体构造修正系数K!与导体根数之间的关系:根数系数根数系数

N 1 3 7 12 19K1.000.870.930.9570.97010 1 9N 27 37 50 70 90K0.970.980.980.9860.98816 0 3衰减:衰减是射频电缆的最重要的参数之一它反映了电磁能量沿电缆传输时损耗的大小电缆的衰减表示电缆在行波状态下工作时传输功率或电压的损耗程度.对称电缆在射频下的衰减可按高频简化公式如下计算:2.2.1屏蔽对称电缆:2.2.2屏蔽对称电缆:f-----率de--合导体的电气等效直径d---合导体外径Ds--屏蔽内径a-----称电缆导体的中心距εe-绝缘的等效介电常数tgδ-缘的等效介质损耗角正切Kp1-----体的射频电阻系数 见射频电缆构造设计中表4.5Kp2-----蔽的射频电阻系数 见射频电缆构造设计中4.5Ks-----线导体的电阻系数 1.25KB------织屏蔽的电阻系数 2.0K3-----织对阻抗影响的系数 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息(UL2919屏幕线)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构造尺寸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.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).电导与频率根本上成正比,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:(欧姆/公里)有效电感:同轴回路的电感由内.外导体的