第一章 电线的常规设计依据.ppt

1、第一章 电线的常规设计依据,-电线装配加工时的要求 电线在装配时,经常会有一些特殊要求:附着力要求;对电线成品线径公差要求;加工时浸锡或焊锡用,则需采用镀锡导体的电线;如有注塑工艺要求,电线外护套要求结实圆整一些(不可用挤管式) -电线性能方面的要求 要求电线承受的载流量(A) 对于通讯电缆在传输性能上要求(如特性阻抗,衰减,串音,回波损耗等指标,第二章 电线电缆材料导体,1.银 金属导电性及导热性最高,具有良好的耐腐蚀性及耐氧化性,有良好的塑性,易于焊接;主要用于镀层和包复层;主要用于耐高温线及用作高频通讯电缆导体 2.铜 导电性仅次于银,导热性仅次于金,银;抗腐蚀性好,无磁性,塑性好,易于

2、焊接,用途广泛.铜合金主要为提高铜的耐磨性,耐腐蚀性及机械物理性能 3.铝 导电性仅次于银,铜,金;导热性好,耐腐蚀性好,机械强度一般,塑性好,比重小.缺点是抗拉强度低,不易焊接,铝合金主要是为提高铝的机械强度,耐热性及可焊性 4.金,银 主要用作耐高温线及通讯电缆 5.铁(钢) 常作复合导体的加强材料,如铜包钢,铝包钢线等 6.锌 用做钢丝/钢带/铁导体的镀层,以防腐蚀 7.锡 用作钢丝/铜线的镀层,用以防腐蚀,并用利于铜线的焊接,第三章 电线电缆材料导体,1.铜箔丝一条铜箔丝(由铜线压扁)绕包在聚脂纤维上成一股,然后四股正规绞合而成.铜箔丝弹性,柔软性和弯折强度好,因含有纤维芯,易吸潮及氧

3、化变黑.主要用用电话曲线和游戏机线的导体 2.裸铜线裸铜线具有高导电率,但在高温下易氧化.有单根(或实心)裸铜线和绞合裸铜线之分.绞合的目的是保持导体柔软性 3.镀锡铜线用热镀或电镀方式将金属锡镀于铜导体表面,以防止铜腐蚀/变色,及使导体更易于焊接,分为单根/实心镀锡铜线和绞合.绞合目的保持导体柔软性 4.裸铜绞镀铜线主要用于电子线上,一方面便于焊锡,另一方面由于导体较硬,不易弯曲,便于插到印刷电路板上 5.镀绞镀铜线主要用于电子线上,性能同裸铜绞镀铜线,锡层附著性优于裸绞镀铜线,第四章 电线电缆材料导体(续),6.镀银铜线相对于镀锡铜线,主要增加导体的导电性(导电性亦优于裸铜线),耐氧化性(

4、耐热性)好.加工方式与镀锡铜线相同,分为单根(或实心)镀锡和绞合.绞合目的是保持导体的柔软. 7.铜包钢铜材包在钢芯上制成,既有铜的高导电性,又有钢的高机械强度,铜包钢可用于电力传输与电话线路的架空线;用于微波线路与铜线具有同样的效果,在山区寒冷地带及农村用作架空电话线时,能承受冰冻负荷和大风冲击,架设跨距比铜线大一倍.另有镀银铜包钢导体,主要是提高导体的导电性能,耐腐蚀性及耐氧化性(耐热性) 聚氨脂漆包线强度好且特别柔软,主要用于耳机线整体重量,保证强度,柔软或做为电机绕组线.,第五章 电线电缆材料聚乙烯塑料(PE),聚乙烯塑料是所有塑料中产量最大,用途最广的一种塑料,在电线电缆中有非常广泛

5、的应用.例如除了制造某些特种细线和软线外,还在塑力缆的高压缆上(电压等级35-400KV)和海底电缆以及各种类型通信电缆上使用,目前已有90%以上的通信电缆采用聚乙烯作绝缘. 聚乙烯性能特点聚乙烯具有优良的电绝缘性(介电常数及介质损耗正切都很小),良好的化学稳定性,很低的透气性和较小的吸水性,比重小,无毒性,并有良好的塑性,易于加工成型. 聚乙烯的种类聚乙烯是由单体聚乙烯聚合而成的高聚物,按其生产方式可分为高压法聚乙烯/低压法和中压法聚乙烯,聚乙烯按其合成密度大小,可分为三类,如下表所示聚乙烯 密度 种类 简称 0.903-0.910 低密度聚乙烯 LDPE 0.913-0.94 中密度聚乙烯

6、 MDPE 0.941-0.970 高密度聚乙烯 HDPE,第六章 电线电缆材料聚乙烯塑料(PE)(续),第七章 电线电缆材料聚乙烯塑料(PE)(续),聚乙烯电绝缘性能有如下几个特点:a)介电常数和介质损耗角正切值很小,并且在很宽的频率范围内几乎不变,因此是很理想的高频绝缘材料.b)体积电阻系数v和击穿场强Eb在浸水7天后仍然变化不大,因此许多水下的大小电缆,如潜水电缆,海底电缆等均可采用PE作为绝缘材料和护套材料. 发泡聚乙烯(HFPE/WFPE)发泡聚乙烯是一种在聚乙烯塑料中存在有许多封闭的微孔材料,与实心聚乙烯比较,它的介电常数小,比重轻,技术以济指标好,因此在通信电缆中也被广泛使用.

7、FMPE性能特点 发泡PE的性能与发泡度有密切关系.通常比重,抗张强度,伸长率,介电常数以及击穿强度等都随发泡度的增加而显著下降,体积电阻率则与实心PE相同.但由于发泡PE的吸水性较大,故在浸水或受潮时绝缘电阻会下降. 通信电缆的发泡PE绝缘层要求孔细,数量多,分布均匀一致,彼此间不贯通,并且表面要光滑平整.由于各种电缆的用途要求不同,发泡度也就使用发泡绝缘的发泡度只要求为20-30%.,第八章 电线电缆材料聚乙烯塑料(PE)(续),发泡PE种类 发泡PE按照押出方式分为化学发泡与物理发泡两种 化学发泡法是把含有发泡剂(一般用AN型发泡剂)的聚乙烯混合物,通过押出机时发泡剂受热分解,押出后分解

8、的气体迅速在绝缘层中膨胀,从而变成许多微孔状札记即发泡PE.此发泡是制造发泡PE绝缘层的最常用方法. 物理发泡是绝缘材料中混入成核剂,气体(一般为氮气)注入押出机与材料混合,形成发泡绝缘.最高发泡度可达到80%.,第九章 电线电缆材料聚丙烯塑料(PP),一般性质聚丙烯的外观呈白色蜡状固体,较透明,无毒,吸水性小,仅为0.03-0.04%可燃,比重为0.91,是目前常用塑料中最小的一种. 物理机械性能PP机械强度很大,抗拉强度达300-390MN/2,特别是当温度高时其抗拉强度下降很小.PP的硬度比PE高,耐磨性及耐弯曲变形均十分好,所以聚丙烯有“低密度高强度塑料”之称. 电绝缘性能聚丙烯有很好

9、的电气绝缘性,绝缘性能基本上类似于低密度PE,而且在很宽的频率范围内不发生变化.它的介电常数只有2.1,介质损耗角正切为0.0005-0.001,体积电阻系数在1014.m再加上吸水性很小,所以PP完全可用做高频绝缘材料. 耐热性 PP的耐热性很好,它的熔融温度高达1670C,在负载下可以在1100C边续使用 化学稳定性PP的化学稳定性很突出,在800C以下能耐酸/碱,盐及很多有机溶剂腐蚀,第十章 电线电缆材料聚丙烯塑料(PP)(续),由于PP具有很好的物理机械性能,较高的耐热性和较为优良的电绝缘性和化学稳定性,因而可用于制造各种电线,电力电缆,通信电缆的绝缘材料,例如由于PP的柔韧性及刚性好

10、,用做电话线绝缘层为最佳材料.,第十一章 电线电缆材料氟塑料(Teflon),氟塑料与其它塑料相比,具有优异的耐高低温,耐腐蚀,耐候性,电气绝缘性,不吸水,以及低摩擦系数等.主要用于制作高温航空导线,测油井电缆,地球勘探电线,太阳能收集窗,加热电缆,天花板plenum级电缆,火灾预警电缆,扁平电缆,电磁线,同轴射频电缆等. 氟塑料种类氟塑料的种类很多,在电线电缆中常用的有:聚四氟乙烯(F-4),聚三氟乙烯(F-3);聚全氟乙烯(F-46);四氟乙烯和乙烯共聚物(F-40),四氟乙烯和全氟烷基共聚物(FPA),四氟乙烯和六氟乙烯共聚物(FEP)等. 聚四氟乙烯(F-4)性能物点a)优良的电绝缘,

11、比重2.1-2.2.介电常数2.1及很低的介质损耗系数(KHZ/MHZ时0.0002),并在很宽的温度及频率范围内保持稳定.耐电强度也很高,当厚度为0.02mm时,耐电强度可达20.0MV/mb)优异的耐高低温特性.长期工作温度:+250 to 195Cc)足够的机械性能,在室温下,抗张强度200MN/m2,伸长率400%,即使在300 C高温下使用一个月,抗张强度只降低10%.d)优异的化学性,它能抵抗最活性的化学试剂的作用.e)良好耐热性和耐湿性.由于其分子结构特点,它的透湿性和吸水性极微,放在水中浸泡24h,吸水性几乎为0,浸光后绝缘电阻也基本不变.,第十二章 电线电缆材料氟塑料(Tef

12、lon)(续),f)不能采用常规押出成型加工,使聚四氟乙烯的使用范围大大受到限制.在电线电缆绝缘时,一般采用绕包聚四氟乙烯薄膜,然后烧结成型;或采用裸导线浸涂聚四氟乙烯液,然后烧结成型;或采用活塞押出或糊状聚四氟乙烯的冷押出,振奋精神后烘干烧结. g)冷流性严重,即边续负载下容易产生塑性变形. h)导热性差.因温度变化,而引起的膨胀和收缩要比一般塑料为大,如在加工中烧结温度和冷缩速度控制不完善,易造成应力开裂. i)耐电晕性和耐辐射性差.经受长期电压时,氟原子容易游离分解,击穿电压降低;碳主链不能抵抗伽玛射线,所以聚四氟乙烯只能作为耐高温低电压,不耐辐射的绝缘材料. j)氟塑料价格非常昂贵,是

13、一般塑料的20-30倍及以上价格.为克服聚四氟乙烯的缺点,可以用几种途径加以改性.一种是在聚四氟乙烯中加入各种填料,例如加入玻璃纤维,就可提高其尺寸的稳定性,降低因温度造成的膨胀和收缩不一而导致的应力开裂,减小冷流等,另一种是采用改性的方法(与其它高聚物聚合)改变聚四氟乙烯原有结构,基本保存聚四氟乙烯的优点,改善其缺点,从而扩大应用范围,所以应出现了一系列的含氟塑料,如F-46(四氟乙烯和全氟丙烯的共聚物),F-40(四氟乙烯和乙烯的共聚物),FEP(四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物),FPA(四氟乙烯和全氟烷基乙烯醚的共聚物).这些含氟塑料基本上保持或接近聚四氟乙烯的各种优良特性,并且改善了聚四氟

14、乙烯的某些不足之处,而且可以用一般押出和注射的方法加工成型,第十三章 电线电缆材料氟塑料(Teflon)(续),性能 ASTM PTFE FEP ETFE 密度(g/cm3) D792 2.1-2.2 2.12-2.17 1.7-1.75 熔点/0C _ 372 262-282 265-270 拉伸强度 / MPa (230C) D638 27.44-61.74 19.6-31.36 41.16-49.98 伸长率(100%) D638 200-400 300 100-300 弯曲弹性模量/Mpa (230C) D790 392 656.6 2646 洛氏硬度 D785 R25 R25 R50

15、 连续使用温度/0C _ 260 200 160-180 体积电阻率/Cm D257 1018 1016 1016 相对介电常数 60HZ D150 2.1 2.1 2.6103HZ D150 2.1 2.1 2.6 106HZ D150 2.1 2.1 2.6 介质损耗正切值60HZ D150 0.0002 0.0002 0.0006103HZ 0.0002 0.0002 0.0008106HZ 0.0002 0.0005 0.0005 击穿电压强度/(MV/m) D149 16-24 20-24 16 耐化学药品性 D643 优 优 优 耐燃性 D653 不燃 不燃 不燃 吸水性(100%

16、) D570 0.01 0.01 0.03 耐辐照性能 差 差 优,第十四章 电线电缆材料填充/分隔/屏蔽材料,填充材料 聚酯纤维,棉纱,PP绳.目的是保持电缆圆整,减少胶料用量,降低成本,可增加电缆强度.聚脂纤维常用于弯曲要示高的线材. 分隔材料 棉纸.聚酯带.发泡PP带.滑石粉/云母带,硅油,DOP,B.T.A.芯线成缆时绕包纸带或押出外被时纵包纸带,可使电线圆整,保证开皮. 滑石粉/云母粉-外被押出时,芯线PVC表面与被覆PVC受热,易粘著一起,使用滑石粉隔离,可以保证开皮及控制附著力. 绝缘押出时喷涂硅油,主要是改善导体与绝缘这间的附著力,用于绝缘与外被之间可以保证开皮 DOP用于导体

17、与绝缘之间,改善导体与绝缘之间的附著力 B.T.A溶液在押出绝缘时涂于导体表面,主要是防止裸铜线氧化. 屏蔽材料 铝箔麦拉带,编织线,斜包线.屏蔽要有效地防止屏蔽层内外杂讯的相互干扰.,第十五章 电线电缆颜色,电子线主要颜色 黑,棕,红,橙,黄,绿,蓝,紫,灰,白,粉红,浅绿,浅蓝,浅灰 通讯电缆线对主辅颜色 A线(主色):白,红,黑,黄,紫. B线(辅色):蓝,橙,绿,棕,灰 多对数基于主辅颜色,配以绝缘间色/色条/色点/色环/芯线标号等方法进行标识区分.或做成基本单位,配以电缆扎带进行标识区分 其它线材的颜色 主要按照电线标准要求 或协会标准 可客户要求 或公司内部便于统一管理而制定的颜色

18、标准 颜色标准 具体的颜色标准参照PANTONE,或RAL 840 HR 和RAL 841 GL 或客户实样颜色,第十六章 NTC电线产品介绍-AWM电子线,产品标准 产品依据UL 758(AWM 电器配线总则) 一般说明 每种结构对应一介结构代号(Style NO),每个Style page具体描述结构代号,电线名称,温度及电压等级,绝缘材料及厚度,导体材料及尺寸,有否屏蔽,燃烧性能要求,电缆缆芯结构,外护套材料及厚度,电线的使用场合. 产品范围 UL 758 共计4600个STYLE. 产品芯数范围:1-150芯 温度等级:60-500C 电压等级:30AV-60000DV 结构代号(St

19、yle NO)编码原则: 结构代号是按照电缆芯数(单芯或多芯),绝缘及内外护层材料(热塑性或热固性)物征进行编号,为特征代号+3位流水号 1-单芯线,热塑性绝缘 2-多芯线,热塑性绝缘 3-多芯线,热固性绝缘,第17章 NTC电线产品介绍-AWM电子线,4-多芯线,热固性绝缘 5-单芯或多芯线,特种要求 10-延续结构代号1 20-延续结构代号2 测试标准及测试方法来源 UL44 橡胶绝缘电线电缆 UL62安装软电线电缆(电源线) UL83热塑性绝缘电线电缆 UL493热塑性绝缘地下分流电缆 UL814气管标识电缆 UL1063电动工具用电线电缆 UL4铠装电缆 UL719非金属套电缆 UL1

20、581电线电缆及软线 UL 758(AWM电器配线总则) 用途,常见产品类别 用作电气装备的连接线(机内及机外配线) 产品如:UL1007,1015,1061,第18章 NTC电线产品介绍-电源线,使用场合用作电气元件或设备与电源的连接线 电线类别 GB电源线参照国家GB5023.1-7,97,产品如:RV,RVV,BV,BVV等.R软线;B扁线,V聚氯乙烯,A 安装线,P屏蔽线 VDE 参照(德国)欧共体DIN/VDE0281,产品如:H03VV-F,H05VV-F,H03VVH2-F,H05VVH2-F AS电源线参照澳大利亚标准AS3191 UL/CSA电源线分别参照(美国UL标准)UL

21、62及(加拿大标准)CAN/CSA NO.49,产品如SPT-1,SPT-2,SPT-3,SVT,SJT,SJTO等 JIS 电源线参照JIS3306,产品如HCFF,HVCTF,HVCTFK,VFF,VCTF,VCTFK,第19章 NTC电线产品介绍-局域网络线,一般通讯电缆的结构形式按照信号回路的结构形式分为:对称电缆与同轴电缆.对称电缆,线对是传输回路;同轴电缆,内外导体是传输回路. 局域网络线一般说明 局域网络线是信息化建设中的局域网络和智能大厦结构化布线的必备线材.它具有传播速度高,信息运送量大等特点,线材在特性阻抗,衰减,近端串音,远端串音,回波损耗,衰减串音比等方面有极高要求 选

22、用标准 UL444商业大楼而线标准: (美国协会标准)EIA/TIA568-B.2-1&NEMA WC66),(国际组织标准)IEC/ISO 11801 常规结构(以屏蔽性能化分) UTP:线对及电缆芯都无屏蔽 FTP:铝箔总屏蔽 STP:铝(铜)箔+铜线编织总屏蔽 S-STP:线对单独屏蔽,总屏蔽 常规线对数 2对另有，等多单位组合结构,第20章 NTC电线产品介绍-局域网络线（续）,第21章 NTC电线产品介绍-局域网络线（续）,第22章 NTC 电线产品介绍-音频/视频/电话线/家用网络线,音频线音频线(Audio cable)用作传输音频信号,常规结构为双支同轴线等结构.用于连接音响设

23、备. 视频线视频线(Video cable)是用来传输视频信号,常规结构亦为同轴线结构,用作系统配接时有严格特性阻抗匹配的要求. 电话线即电话连接线,通常采用透明PVC塑料绝缘,多为2芯,4芯,6芯,8芯结构,外形多为扁平或飞碟状 家用网络线电缆结构中含局域网络线,同轴电缆,光纤;用于家庭网络及多媒体系统,第23章 NTC 电线产品介绍-电脑周边线,IEEE1284电线参照IEEE1284标准,一般用作电脑与打印机连接线 USB电线USB电线用作电脑与周边设备如键盘,滑鼠,打印机的连接线.USB把不同电脑插口介面统一为标准插头,已成为个人电脑系统的标准功能.USB阻抗值为9013.5,由28A

24、WG信号线对及2条20-28AWG电源线组成,分为Fully-rated及 sub-channel 结构,前者有统包外屏蔽而后者没有,有USB1.0,USB1.1,USB2.0版本,第24章 NTC 未来主要电线产品介绍-特种电线,交联电线交联线常用材料:XL-PVC(90C)及XL-PE(125 C),以电子束辐照聚乙烯绝缘,形成交联绝缘的过程称为辐照过程,以此方式生产的电线,称为辐照交联电线;因交联聚乙烯具有网状结构,为热固性材料,所以此电缆多用于耐高温场合.XL-PE交联线还有温水交联(PE+硅烷). 氟塑料线以氟塑料做绝缘,用于耐燃和耐热,耐油和化学溶剂,或高频通讯的场合,如耐高温航空

25、导线,测油井电缆,地球勘探电线,太阳能电能收集窗,加热电缆,天花板级电缆,火灾预警电缆,扁平电缆,电磁线,同轴射频电缆等,第25章 通讯电缆传输参数,串音机理因回路间存在电磁耦合,则第一回路的电磁波在回路周围产生电磁场,进而在第二回路产生干扰电流的现象称为串音 一次干扰参数-电耦合电耦合为被串电流与主串电压的比值.g-电耦合的有功分量(介质耦合),指主被串回路芯线间介质能量损耗不平衡的结果-磁耦合磁耦合为被串电压与主串电流的比值.r-磁耦合的有功分量(导电耦合),指主被串回路芯线间导体金属能量损耗不平衡的结果.m-电感耦合,指主被串回路部分电感不平衡的结果. 二次传输参数主要参数为近端串音衰减

26、,远端串音衰减,远端串音防卫度-近端串音衰减主串回路发送功率与串到被串回路近端功率的比值,取对数*10位,单位“Db”,第26章 通讯电缆传输参数(续),-远端串音衰减主串回路发送功率与串到被串回路远端功率的比值,取对数*10倍,单位“DB” -衰减串音比(远端串音防卫度)被串回路远端收到的信号电平与串到该接收端的串音电平的有效期.当主串与被串回路相同时,可简化为远端串音衰减的差.(它直接影响信号的误码程度).串音的影响取决于接收的有功信号与串音功率的相对大小,因在远端信号经过衰减,信号相对较近端小,故通讯工程中串音防卫度是指远端串音防卫度. 干扰参数的影响因素 -数十KHZ以下的短电缆(制造

27、长度)采用一次参数研究,高频或长电缆时回路间串音用一次参数很难确定,就用二次参数来衡量,一次干扰参数/二次干扰参数与回路间的相对位置及结构,通讯方式,结构上均匀性,及所用材料的质量回路长度信号的传输频率有关. 延时/延时差线路中单位长度电磁波传播所需时间,单位“ns/m”.对于线对内或线对间的芯线,电磁波传播延时的差值,第27章 通讯电缆传输参数(续),波速比电磁波在线路的介质中传播速度与在真空中传播速度的比值,第28章 电线电缆性能及相关测试,传输性能测试 -导体电阻 -工作电容:采用LCR测试仪测试 -特性阻抗:采用TDR -衰减:采用网络分析仪 -延时:采用网络分析仪 -串音:采用网络分

28、析仪 -回波损耗:采用网络分析仪 -波长短缩率:采用网络分析仪,第29章 电线电缆性能及相关测试(续),导体拉伸试验:规定试样长度及尺寸,标志线,拉伸速度;计算伸长率 绝缘电阻试验:采用高阻计;有屏蔽(负极)时,直接测芯线与屏蔽间的绝缘电阻;无屏蔽时,以水浴作负极测试 耐电压试验:采用耐电压测试仪;有屏蔽(负极)时,直接测芯线与屏蔽间的绝缘电阻;无屏蔽时,以水浴作负极测试 老化试验 拉伸/冷拉伸:规定试样长度及尺寸,标志线,拉伸速度;计算伸长率 抗张强度试验 加热变形试验 热失重试验 热稳定性试验 热收缩试验 低温冲击试验: 低温/热卷绕试验:规定试样长度及尺寸,温度及时间,芯棒直径,卷绕方式

29、,卷绕圈数,直接判定试样有无裂痕或做耐电压测试来判定 冷弯试验:低温温度及时间,绕速及圈数,第30章 电线电缆性能及相关测试(续),弯曲试验:弯曲半径,负重,摆角,摆动速度 硬度试验 耐迁移试验:规定试样长度及尺寸,ABS或PS吸收板尺寸,试样夹于吸收板间,吸收板上面负重,老化温度及时间,观察吸收痕迹及变色情况 附著力测试:规定的试样长度及尺寸,拉伸速度 耐油测试:规定的试样长度;浸入指定的型号的试验用油的温度及时间,常温放置时间,测试抗张强度及伸长,计算残率 颜色检查:自然光及灯箱(冷白荧光,日光,水平阳光,紫外线光)或用测色计 比重测试 发泡度测试:称量铜线吊挂的试样空气中重量,水中重量(含铜线),铜线水中重量,利用等体积公式,计算比重,再计算发泡度 水平燃烧(H)/垂直燃烧(VW-1)/垂直拖架燃烧(FT4):试验装置不同,试验方法不同,判定方法不同.有如下相关因素:即规定的试样长度及尺寸;试样放置方式,距离火焰距离;试样上布置标识或试样下面棉花要求;火焰高度温度要求,燃烧角度,燃烧时间,燃烧时间间隔,燃烧次数;通过火焰燃烧速度或对标识的破坏程度及是否引燃程度及是否引燃棉花判定是否通过,