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[技術(shù)資料] 電線電纜設(shè)計
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序 言
電線電纜的發(fā)展可追嗍至1831年，英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了“電磁感應(yīng)法則”為其實用發(fā)展打下了扎實的基礎(chǔ)，電線電纜的發(fā)展主要涉及絕緣材料與導(dǎo)體的發(fā)展，絕緣材料：裸銅-----漆包線-----膠線-----塑膠線-----合成材料線；導(dǎo)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(yè)協(xié)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(chǎn)過程：
煉銅-----伸銅-----伸線-----絞線-----絕緣-----纏線/編織-----印字+外被-----（集合/包帶/填充/地線）編織-----印字+外被-----裁條/卷裝/軸裝
一，導(dǎo)體部分：
1.名詞術(shù)語：
AWG：American wire gague美國電線規(guī)格；業(yè)界中一般用此稱呼cable規(guī)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與原標定長度的比率
絞距：絞線中心其中一股線，卷繞一圈的直線距離
抗張強度：搞張試驗時，使其試樣斷裂，以單位面積表示之拉斷力
導(dǎo)體電阻：與其長度成正，與其截面成反比，電阻愈大導(dǎo)電率愈低
UL：Underwriters Laboratories Inc.（美國）保險商實險室
CSA：Canadian Standards Association 加拿大標準協(xié)會組織
UL94v-0：防火等級 VW-1：垂直耐燃測試 FT-1：水平耐燃測試
OD：Overall Diameter完成外徑（Outside diameter外徑）
ID：Insulation Diameter絕緣外徑 Shield：屏蔽 BC：Bare Copper裸銅
TC：Tinned Copper-----鍍錫銅 Braid：編織 Spiral：纏繞
Thickness：厚度（cable的絕緣層與被覆體都有最小厚度，平均厚度的要求）
Flame test：燃燒測試 Aged test：老化測試（cable的絕緣體與被覆體）
Elongation：伸長率 Trensile Strength：抗張強度（cable的絕緣體與被覆層）
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）
AS：絞合退火裸銅 TS：絞合鍍錫銅 AD：實心裸銅 TD：實心鍍錫銅
DS：絞合沒退火裸銅
2，導(dǎo)體的種類（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(dǎo)
體）：
a ，裸銅線（BC）：銅導(dǎo)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鍍方式，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）先鍍后鉸：鍍錫銅線絞合后再鍍錫，此導(dǎo)體常用于電子
連接線
2）先鉸后鍍：將未鍍之銅線鉸合后再加以鍍錫的銅線
c，銅箔絲：導(dǎo)體以扁平或且極薄的銅箔卷繞在纖維繩上
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
total mass of centre - 整機總量 （0） 投訴
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e，導(dǎo)體的生產(chǎn)過程：
*煉銅：目前工業(yè)應(yīng)用陰極電解法煉銅
*伸銅，伸線：粗伸（OD8.0mm—至—OD2.6mm）；中伸（OD2.6mm—至—OD1.0mm）；細伸（OD1.0mm—至—OD0.05mm，0.12mm，0.16mm等等）
3，常用的導(dǎo)體規(guī)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) |
28/28 | 7/0.127 | 28/22 | 7/0.127;28/0.127 |
28/26 | 7/0.127;7/0.16 | 28/20 | 7/0.127;28/0.16 |
28/24 | 7/0.127;11/0.16 |
b，PS/2線（滑鼠線為例；有AS或TS的規(guī)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(shù) 纖維長為9000米，而重量為1公克時則稱為1丹尼
4，導(dǎo)體電阻（U758&UL1581）：
a，最大允許直流導(dǎo)體電阻（20度時）
Gauge(AWG) | Max.DCR(?/KM) | Gauge(AWG) | Max.DCR(?/KM) |
16 | 13.5~13.7 | 26 | 142.79~148.94 |
18 | 21.4~21.8 | 28 | 227.39~237.25 |
20 | 33.9~34.6 | 30 | 361.13~376.96 |
22 | 54.3~55.0 | 32 | 563.49~588.85 |
24 | 89.39~93.25 |
b，計算公式：R（?/KM）=實測值R（?）*溫度系數(shù)*1000/電母實長（m）
c，溫度系數(shù)：
導(dǎo)體溫度 | 系數(shù) | 導(dǎo)體溫度 | 系數(shù) |
18°c | 1.008 | 22°c | 0.992 |
19°c | 1.004 | 23°c | 0.989 |
20°c | 1.000 | 24°c | 0.985 |
21°c | 0.996 | 25°c | 0.981 |
5，導(dǎo)體的檢測：
a，伸長率：導(dǎo)體伸長率測試機：
TC（單股） | 伸長率 | BC（單股） | 伸長率 |
0.1~~0.12 | 10%↑ | 0.1以下 | 15%↑ |
0.12~~0.254 | 18%↑ | 0.12~~0.254 | 18%↑ |
0.254~~0.643 | 24%↑ | 0.254~~0.511 | 24%↑ |
0.643~~0.9 | 25%↑ | 0.511~~2.0 | 30%↑ |
b，線徑：千分尺
6，導(dǎo)體的絞合方式：
Modulus of volumetric elasticity - 體積彈性系數(shù) 彈性材料之應(yīng)力與應(yīng)變之比。 （0） 投訴
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a，束絞：導(dǎo)體內(nèi)各個單線不依幾何形狀排列只沿同一方向絞合
b，同心絞：導(dǎo)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(shù)均較其內(nèi)一層多6條而呈左右變化方向絞合。
c，絞向：
左絞：將導(dǎo)體與人體垂直，其絞合方向右上到左下則為左絞（Z絞）
右絞：將導(dǎo)體與人體垂直，其絞合方向為左上到右下則為右絞（S絞）
d，絞距：（依UL758 AWM Section.5）
AWG | Inches | mm | AWG | Inches | mm |
28 or higher | 0.5 | 13 | 18 | 2.0 | 51 |
26 | 0.6 | 15 | 16 | 2.0 | 51 |
24 | 0.7 | 18 | 14 | 2.0 | 51 |
22 | 0.8 | 20 | 12 | 2.0 | 51 |
20 | 1.25 | 32 | 10 | 2.5 | 64 |
e，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(shù) d---單線徑 n---層數(shù)
N | K | N | K |
2 | 2.000 | 9 | 3.613 |
3 | 2.155 | 10 | 4.000 |
4 | 2.414 | 11 | 4.000 |
5 | 2.700 | 12 | 4.155 |
6 | 3.000 | 13 | 4.414 |
7 | 3.000 | 14 | 4.419 |
8 | 3.305 | 15 | 4.500 |
f，導(dǎo)體截面積計算：S=d2*0.785*N
AWG | Nom.Arear(mm2) | AWG | Nom.Arear(mm2) |
32 | 0.0324 | 22 | 0.324 |
30 | 0.0507 | 20 | 0.519 |
28 | 0.0804 | 18 | 0.823 |
26 | 0.1280 | 16 | 1.310 |
24 | 0.2050 | 14 | 2.080 |
#依UL758 AWM Section.5 table5.1
g，導(dǎo)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(dǎo)體的用量計算：
a，公式：W= d2*6.9822*N*K1*C*K2*P*K3
# d---單線線徑(mm) N---股數(shù) K1---銅線捻入率 C---芯數(shù) P---對數(shù)
K2---芯線捻入率 K3---對型線纜集合線捻入率
b，UL線K1 K2 K3均以1.02計算；NON-UL線均以1.01計算；
8，導(dǎo)體絞合設(shè)備：
money market - 金融市場 （0） 投訴
P:2015-11-05 10:43:34
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400P束絞機：主要用于銅線絞合
9，絞線工時：
a，計算公式
工時（M/Min)=絞距(mm)*RPM*2/100 （RPM 一般以1800轉(zhuǎn)計算）
#單位換算：
1mm=39.37mil 1kg/mm2=1420PSI 1Inch=25.4mm 1Ft=12Inch
1m=1.0936Yd 1Yd=3Ft=0.914m 1m=3.281Ft 1kg=2.204LBS
1mil=1/100Inch=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(dǎo)體結(jié)構(gòu)：10/0.1BC*4C+7/0.12TC
B，用量：W1=d2*6.9822*N*K1*C*K2*P*K3
=0.12*6.9822*10*1.02*4*1.02
=2.906Kg/Km------------------------總用量：2.906*100=290.6Kg
W2=d2*6.9822*N*K1*C*K2*P*K3
=0.12*6.9822*7*1.02
=0.499Kg/Km--------------------地線總用量：0.499*100=49.9Kg
C，絞線工時：
1），10/0.1AS
工時（M/Min)=絞距(mm)*RPM*2/1000（RPM 一般以1800轉(zhuǎn)計算）
=11*1800*2/1000*0.9
=35.6M/Min-----------總生產(chǎn)時間：47h
二，絕緣部分：
1，材料種類與特性：
a，PP（聚丙烯 Polypropylene）：其質(zhì)量較PE輕，特性與PE大致相當，比重為0.89～0.91，而其耐熱性，抗張強度及耐磨性優(yōu)于PE，介質(zhì)常數(shù)變比PE低（PP2.2，PE2.3），因此廣泛用于通信電纜之絕緣體，PP押出溫度約為190~~~250oC.（較亮，較硬，易燃，無太多的煙塵，有下滴現(xiàn)象，價格較低）b，PE（聚乙烯 Polyethlene）：熱塑性絕緣材料，是目前電線行業(yè)中絕緣及被覆材料中用途最廣泛者，因其具有優(yōu)異的電氣特性，用于絕緣最為適當，另其耐磨性，耐溶性，防濕性，耐低溫劣化，質(zhì)量輕，HDPE押出溫度約為200～～230oC，LDPE約為200～～250oC（很亮，很軟，較難加工，無下滴現(xiàn)象，價格較貴）
c，SR-PVC（聚氯乙烯 SR-Polyvinyl Chloride）：熱塑性材料，主要用于通信電纜，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(zhì)強度高，因此家電器具用線皆以PVC為主體，成本低是其另一主因，PVC的在65～～85oC軟化，120～～150oC有完全的可塑性，190oC以上則分解，故加工溫度一般在150～～180oC，其比重約為1.4，最早使用起源于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&UL1581）：
1）Unaged：（老化前伸長率及抗張強度）
Polymer designation | Polymer type /test speed | Elongation , percent | Tensile strenth , psi(Kgf/mm2) |
TPES | Thermoplastic/20±2inchesper minute | 100 | 1500(1.05) |
HIP - hipot-high-potential高電壓；高電位 （0） 投訴
P:2015-11-05 10:44:08
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2）Air oven aged：（老化后伸長率及抗張強度）
Polymer designation | Dry temperature rating ºC | Oven Temperature ºC | Time days | Elongation percent | Tensile Strength percent |
TPES | 80 | 113 | 7 | 65 | 70 |
75 | 100 | 10 | 65 | 70 | |
60 | 100 | 7 | 65 | 70 |
3）Thickness requirements for PVC insulation:
Conductor size , AWG | Condutor size , mm² | Wires rated 300V | Wires rated 600V |
PVC wall thickness(mm) | PVC wall thickness(mm) | ||
24-19 | 0.3-083 | 0.23 | 0.38 |
18-15 | 1.04-2.10 | 0.23 | 0.38 |
14/12/1 | 2.65-4.20 | 0.3 | 0.38 |
15/11/10 | 5.3-6.7 | 0.38 | 0.51 |
4）伸長率測試：
取樣長約15～20公分，將銅線剔除，然后在中間做5公分（或1寸）的記號，
利用拉力機以每分鐘20±2之速度拉力觀察拉斷后之長度，利用以下公式求出：
伸長率=（拉斷后之標點距離-拉斷前之距離/拉斷前之標點距離）x100%
6）截面積：
a，芯線截面積=（外徑²-內(nèi)徑²）*0.7854
b，外被截面積（以10寸計算）
截面積=（空重/比重*163.87）*25.4*25.4
比重=空重/（空重-水中重）
7）火花測試：
品名 | 標準值 | 品名 | 標準值 | |
1007 | 3kv | 2464 | 芯線 | 3kv |
1015 | 6kv | 外被 | 5kv | |
1061 | 2.5kv | 2835 | 芯線 | 3kv |
2651 | 2.5kv | 外被 | 5kv | |
8）絕緣電阻測試（MΏ）：（具體依不同安規(guī)要求）
9）耐電壓測試（KV/min）：（具體依不同安規(guī)要求）
10）導(dǎo)體電阻（Ώ/Km）：（具體依不同安規(guī)要求）
11）搖擺測試：依據(jù)客戶要求
12）移行測試：依據(jù)客戶要求，一般為溫度60ºC；24小時；荷重500g；線材不得
染色至ABS板
13）低溫卷繞試驗：-20ºC；4小時；表面無裂紋，瑕疵
14）加熱卷繞試驗：121ºC；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（VW-1）
3，絕緣厚度：
平均厚度=標準厚度*0.9 最小厚度=標準厚度*0.8
kgf - kilogram force千克力,公斤力 （0） 投訴
P:2015-11-05 10:44:30
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4，用量計算：
W(Kg/km)=(D2-Nd2)*0.7854*ρ*C*K2
D=絕緣外徑 d=導(dǎo)體外徑 ρ=比重 K2=芯線捻入率 N=導(dǎo)體總條數(shù)
C=芯線
#舉例（以640400064300 100KM為例）：
a，用量計算：W（Kg/km)=(D2-Nd2)*0.7854*ρ*C*K2
=(0.72-40*0.12)*0.7854*1.38*4*1.02
=0.40
b，芯線押線設(shè)備：Φ50mm押出機（50mm指押出機的螺桿直徑）
c，芯線押出工時：（經(jīng)驗值：PP(PE)絕緣480M/Min；SR-PVC絕緣300M/Min)
總生產(chǎn)時間：（400000M/300M/Min)*1/60=22.2h
三，集合部分（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(shù) d---單線徑 n---層數(shù)
2，絞向：左絞與右絞（見導(dǎo)體部分）
3，絞距：UL集合之層心徑*35 Non-UL 集合之層心徑*40
4，填充材料：
a，PVC填充條：用量計算(Kg/Kg)K=d2*0.7854* ρ
b，PPY（充麻）：經(jīng)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 D指總丹尼數(shù)
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；增加機械力，隔離絕緣體與被覆體；
b，包帶方式：縱包與橫包
c，包帶材料：
AL-Mylar( ρ=1.872)：其導(dǎo)電面必須與地線或編織（纏繞）接觸；
Mylar（ ρ=1.4）：材質(zhì)為聚脂；主要防止松散；
棉紙帶（ ρ=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3～5倍；
e，包帶部分的用量計算（Kg/Km）：
W(Kg/Km)=(N/N-1)*3.14* ρ*t*(D+t`)
N---重疊度之倒數(shù) ρ---包帶材料之比重 t---包材之厚度
D---芯線集合外徑 t`---卷斜包之厚度
f，絞線工時：
工時(M/Min)=絞距(mm)*RPM/100
6，纏繞/纏織：
a，作用：對外界電磁波產(chǎn)生隔離作用，確保內(nèi)部信號不受干擾，也不會泄漏；
b，纏繞：絞距；方向（Z , S）；
c，編織：目數(shù)/寸；
d；用量：纏繞W(Kg/km)=d2*6.9822*N*K5
編織 W(Kg/km)=d2*6.9822*M/Cos ?
d---單線徑 N---纏繞所需條數(shù) M---編織總條數(shù) ?---編織角度
四，被覆體部分：
1，材料種類與特性：
a，PU料：彈性好耐磨，較硬，火燒有刺激性氣味，價格較貴；
b，PVC料：色澤較暗，彈性比PU差，火燒有氣味。
2，測試要求：
1）Unaged：（老化前伸長率及抗張強度）
American Engineering Standards committee - 美國工程標準委員會 （0） 投訴
P:2015-11-05 10:45:37
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Polymer designation | Polymer type/ test speed | Elongation , percent | Tensile strength , psi(Kgf/mm2) |
TEPS | Thermoplastic/20±2 inchesper minute | 100 | 1500(1.05) |
2）Air oven aged：（老化后伸長率及抗張強度）
3）Thickness requirements for PVC insulation：
Polymer designation | Dry temperature ratin oC | Oven Temperature oC | Time days | Elongation percent | Tensile Strength percent |
TPES | 80 | 113 | 7 | 65 | 70 |
75 | 100 | 10 | 65 | 70 | |
60 | 100 | 7 | 65 | 70 |
具體依UL安規(guī)標準；
例：UL2725 AVG Thickness 9mil min at any point 7mil min
4）伸長率測試：
取樣長約15～～20公分，將銅線剔除，然后在中間做5公分（或1
寸）的記號，利用拉力機以每分鐘202±2之速度拉力觀察拉斷后之長度，
利用下列公式求出：
伸長率=（拉斷后之標點距離-拉斷前之距離/拉斷前之標點距離）x100%
5）抗張強度(KG/MM2)：
抗張強度=拉斷力/截面積
6）截面積：
外被截面積=【空重/（比重*163.87）】*25.42
比重=空重/（空重-水中重）
7）燃燒測試：
VW-1：垂直耐燃測試 FT-1：水平耐燃測試
8）移行性測試；
9）搖擺測試；
10）加熱繞卷與低溫繞卷；
12）印字耐磨測試；
3，被覆體厚度：
平均厚度=標準厚度*0.9 最小厚度=標準厚度*0.8
4，被覆體押出方式：
a，充實押出：押出內(nèi)眼模無管狀廊長部分，熔融的塑膠全部包裹芯線；
b，空管押出：內(nèi)眼模有管狀廊長部分（5～12mm），且廊長部分伸出外
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(nèi)眼模有管狀廊長部分（2～5mm），一般用于編織與纏
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)*0.7854-0.2146*d2]* ρ
b，管狀押出：W(Kg/km)=3.1415* ρ*t*(D1+t)
c，編織押出：W(Kg/km)=??
D--線纜完成外徑 d—芯線外徑 ρ—外被料比重 D1—外被下徑
t—外被厚度 D2—編織外徑 M--編織總條數(shù)
Supply Ability - 供應(yīng)能力 （0） 投訴
skywishgod:
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