電線設(shè)計原理

1電線設(shè)計原理制作日期:2008年11月11日2編者簡介工作經(jīng)歷：上個世紀(jì)末開始在電線電纜行業(yè)摸爬滾打,至今已有9年有余,從一個不了解電線是怎么做出來的到如何設(shè)計將電線成本降至最低,性能發(fā)揮至最大,費(fèi)了不少的功夫和時間,在這個行業(yè)內(nèi)還覺得路很遠(yuǎn),知識永無止境,我還得堅持走下去!

3序言

電線設(shè)計說起來簡單,做起來難,難的原因在哪里?是因?yàn)槲覀儧]有抓住問題的關(guān)鍵,沒有掌握設(shè)計的技巧.因?yàn)殡娋€看似簡單,但涉及的安全及性能及工藝等方方面面的內(nèi)容太多,若是不掌握這些,電線是設(shè)計不好的.我們知道一件事情的成敗往往在于細(xì)節(jié),其實(shí)我們做電線設(shè)計工作的,若是設(shè)計不好,產(chǎn)品出現(xiàn)不良,那么往往是細(xì)節(jié)把握不夠.如何把握細(xì)節(jié),那么請你從現(xiàn)在開始,先用心學(xué),先入了門后我想你就知道你該如何設(shè)計好一款電線產(chǎn)品!4綱要第一節(jié).如何設(shè)計導(dǎo)體

第二節(jié).如何設(shè)計絕緣

第三節(jié).如何設(shè)計集合

第四節(jié).如何設(shè)計屏蔽

第五節(jié).如何設(shè)計外被

第六節(jié).如何設(shè)計印字5電線電纜設(shè)計原理與技巧:電源線一般依UL，IEC，JIS，GB等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。（如：SVT、SJT、H05VV-F，H03VVH2-F、VCTF、RVV等）電腦周邊設(shè)備用線一般依UL，CSA等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。（如UL1061、UL2464、UL2725等）特殊結(jié)構(gòu)及特性標(biāo)準(zhǔn)。（如：USB2.0，SerialATA，IEEE1284，IEEE1394，DVI，HDMI等）（各電線標(biāo)準(zhǔn)一般會規(guī)定導(dǎo)體尺寸，絕緣材質(zhì)、厚度，外被材質(zhì)、厚度，線材形狀等參數(shù)。）6通訊電纜一般采用銅材質(zhì)作為導(dǎo)體，用以傳輸電流或電磁信號。常用銅導(dǎo)體可分為裸銅，鍍銅，銅包鋼，銅合金，銅箔絲等。裸銅---導(dǎo)體電阻小，易氧化鍍銅---抗氧化性增強(qiáng)鍍錫銅---抗氧化性增強(qiáng)，便于后續(xù)焊接鍍銀銅---導(dǎo)電性強(qiáng)，價格高，多用于射頻電纜及氟塑料高溫線銅包鋼---強(qiáng)度高，常用于架空電纜銅合金---強(qiáng)度高（銅中加入少量其它金屬）銅箔絲---抗彎折能力強(qiáng)，柔軟度高（將銅壓成薄片后包裹在彈性纖維上）電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇7電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇導(dǎo)體大小（Size）：導(dǎo)體大小通常用AWG（AmericanWireGauge）表示。AWG數(shù)是根據(jù)導(dǎo)體截面積（Cross-sectionalArea）來定義的，AWG數(shù)越大，導(dǎo)體截面積越小，反之亦然。導(dǎo)體截面積常用mm2或Cmil表示。導(dǎo)體截面積的計算：

S（mm2）=N*π*（d/2）2

S（Cmil）=N*（d*39.37）2N---導(dǎo)體條數(shù)d---單條導(dǎo)體直徑π---圓周率(3.14159)8電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇(續(xù))常用導(dǎo)體AWG數(shù)與截面積對應(yīng)表：9電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇導(dǎo)體絞合（Strand）：為提高導(dǎo)體強(qiáng)度，通常采取將多條銅線絞合的方式。絞距(LengthofLay）：在絞線軸線方向一個完整螺旋線之間的距離。絞合銅線中單根銅線條數(shù)和直徑一般不作規(guī)定，滿足截面積要求即可。（某些有特殊規(guī)定的電源線除外，如VDE等）10電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇(續(xù))單束束絞絞合銅導(dǎo)體最大絞距：(束絞：所有導(dǎo)體都依同一方向絞合）絞向：單線從下至上的方向向左稱為左向，反之稱為右向。11電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇(續(xù))導(dǎo)體絞距的測量及絞合直徑的計算：導(dǎo)體絞距的測量：將絞合導(dǎo)體中的某條導(dǎo)體從一點(diǎn)開始按與絞向相反方向退扭10圈后到達(dá)另一點(diǎn)，兩點(diǎn)間的距離除以10即為絞距值。絞合直徑：D=√N(yùn)*1.155*d

N---導(dǎo)體條數(shù)d---單條導(dǎo)體直徑12電線電纜設(shè)計原理與技巧---導(dǎo)體篇增強(qiáng)導(dǎo)體強(qiáng)度的方法：減小導(dǎo)體絞距導(dǎo)體絞合時加黃旦絲或尼龍絲填充

（如：為了增強(qiáng)線材的彎曲測試性能，可從上述兩方面進(jìn)行改善）13電線電纜設(shè)計原理與技巧---絕緣篇絕緣（Insulation）：常用絕緣材質(zhì)有PVC（PolyVinylChloride，聚氯乙烯)、SR-PVC（Semi-rigidPVC，半硬質(zhì)PVC）、PP(Polypropylene，聚丙烯）、PE（Polyethylene，聚乙烯）、Foam-PE、Foam-PE+Skin等。絕緣材質(zhì)一般依線材電氣特性及相應(yīng)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)確定。14電線電纜設(shè)計原理與技巧---絕緣篇絕緣厚度（ThicknessofInsulation）：一般電線電纜標(biāo)準(zhǔn)會規(guī)定絕緣最小平均厚度（MinAverageThickness）和任意點(diǎn)最小厚度（MinThicknessatAnyPoint）。（如：UL1061規(guī)定絕緣材質(zhì)為SR-PVC，最小平均厚度為9Mil（0.23mm）、任意點(diǎn)最小厚度為7Mil（0.18mm）)

---1Mil=1Inch/1000=0.0254mm15電線電纜設(shè)計原理與技巧---絕緣篇絕緣外徑（DiameterofInsulation）：絕緣外徑D2=導(dǎo)體絞合外徑D+絕緣平均厚度t1*2

如UL106128AWG電子線(Hook-upWire)：導(dǎo)體絞合外徑D=√N(yùn)*1.155*d =√7*1.155*0.127=0.388mm

絕緣外徑D2=絞合外徑D+絕緣平均厚度t*2=0.388+0.23*2=0.85mm16電線電纜設(shè)計原理與技巧---集合篇集合時絞線方向一般不作規(guī)定（多為S向）。集合絞距設(shè)定為集合完成外徑的20-30倍。集合時，各芯線應(yīng)按一定規(guī)律排列，使集合后外觀圓整。若集合時外觀不圓整，允許加適量填充物填充，以保證線材圓整。為了防止外被與芯線粘連，可在兩者之間添加隔離物，即在集合時增加包帶。17電線電纜設(shè)計原理與技巧---集合篇包帶（WrappedTape）：棉紙---抗張強(qiáng)度及伸長較差，價格便宜透明麥拉---抗張強(qiáng)度及伸長較好，無屏蔽效果麥拉鋁箔---抗張強(qiáng)度及伸長較好，有屏蔽效果，但絕緣效果不及展翅鋁箔展翅鋁箔---抗張強(qiáng)度及伸長較好，有屏蔽效果，絕緣效果好，價格高18電線電纜設(shè)計原理與技巧---集合篇(續(xù))包帶（WrappedTape）：包帶厚度用μm（1μm=0.001mm）表示。常用棉紙厚40μm、麥拉鋁箔厚20μm透明麥拉厚30μm、展翅鋁箔厚43μm包帶寬度依集合外徑和重疊率而定。包帶寬度=集合外徑*π*(1+重疊率)如：UL246426AWG*7C鋁箔寬度為：

D=(1.0*3)*π*(1+25%)≈12mm(通常重疊率要求為25%，π*(1+25%)≈4，所以一般將絞合外徑*4即為包帶寬度）19電線電纜設(shè)計原理與技巧---集合篇集合外徑的計算：若集合芯線有兩種或以上不同外徑，集合外徑可用幾何圖形模擬算出。若集合芯線為相同外徑，集合外徑可用如下公式算出：集合外徑D3=芯線絕緣外徑D2*絞合系數(shù)如：UL246426AWG*7C集合外徑為：集合外徑D3=芯線絕緣外徑D2*絞合系數(shù)

=1.0*3=3mm20電線電纜設(shè)計原理與技巧---集合篇多芯線集合排列規(guī)則及絞合系數(shù)表：21電線電纜設(shè)計原理與技巧---屏蔽篇屏蔽就是為了減弱電磁場的干擾，利用金屬層將主串回路和被串回路隔開。依要求抗干擾的強(qiáng)弱，可采用單屏蔽和雙屏蔽。單屏蔽一般采用包鋁箔屏蔽雙屏蔽一般采用包鋁箔后再加編織（或纏繞）屏蔽。22電線電纜設(shè)計原理與技巧---屏蔽篇編織屏蔽（BraidShield）：編織屏蔽可消除各個方向上的干擾,屏蔽效果高,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,外觀圓整屏蔽效果與編織率有關(guān)。編織率與編織錠數(shù)、每錠股數(shù)、編織線直徑、編織目數(shù)及編織內(nèi)線徑有關(guān)。編織率的計算(θ為編織角):Tgθ=[2*π*(D+2d)*P]/(25.4*C)F=(N*P*d)/(25.4*Sinθ)ρ=(2F-F2)*100%D---編織內(nèi)線徑d---編織線直徑P---目數(shù)C---錠數(shù)N---每錠股數(shù)23電線電纜設(shè)計原理與技巧---屏蔽篇(續(xù))編織屏蔽（BraidShield）：

如：編織內(nèi)線徑為1.6mm，編織16/5/0.10，7.99目，求編織率。

Tgθ=[2*3.14159*(1.6+2*0.1)*7.99]/(25.4*16)=0.22234547Sinθ=Tgθ/√(Tg2θ+1)=0.2170536F=(5*7.99*0.1)/(25.4*0.2170536)=0.724629ρ=(2*0.724629–0.7246292)*100%=92.41%

（目數(shù)為1Inch(25.4mm)內(nèi)編織菱形的個數(shù)）24電線電纜設(shè)計原理與技巧---屏蔽篇纏繞屏蔽（SpiralShield）：纏繞銅線條數(shù)的計算：

N=[(D+d)*π]/d以上N為屏蔽率為100%時的銅線條數(shù)。屏蔽率ρ=(實(shí)際纏繞銅線條數(shù))/N*100%

如：纏繞內(nèi)線徑為2.0mm，纏繞63/0.10，求屏蔽率。

N=[(2.0+0.1)*3.14159]/0.1=65ρ=(63/65)*100%=97%D---纏繞內(nèi)線徑d---纏繞線直徑25電線電纜設(shè)計原理與技巧---外被篇外被（Jacket）：常用外被材質(zhì)有PVC（PolyVinylChloride)、PU（Polyurethane）、TPE（ThermoPlasticElastomer）、TPR（ThermoPlasticRobber）等。外被材質(zhì)一般依安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求而確定。26電線電纜設(shè)計原理與技巧---外被篇外被厚度（ThicknessofJacket）：一般電線電纜標(biāo)準(zhǔn)會規(guī)定外被最小平均厚度（MinAverageThickness）和任意點(diǎn)最小厚度（MinThicknessatAnyPoint）。除此規(guī)定外，外被厚度的確定還應(yīng)考慮實(shí)際生產(chǎn)能力。（如：UL2725規(guī)定外被最小平均厚度為9Mil（0.23mm）、任意點(diǎn)最小厚度為7Mil（0.18mm），但實(shí)際生產(chǎn)時一般會超過此標(biāo)準(zhǔn)。)

---1Mil=1Inch/1000=0.0254mm27電線電纜設(shè)計原理與技巧---外被篇外徑（DiameterofJacket）：完成外徑D4=集合外徑D3+包帶層厚度t2+屏蔽層厚度t3+外被平均厚度t4*2

如:UL246426AWG*7C+AL+D+B(16/6/0.10T)線材完成外徑：完成外徑D4