电线电缆设计原理

1、电线电缆设计原理与技巧Prepared By : Song Lin14 March , 2005电线电缆设计原理与技巧电源线一般依UL，IEC，JIS，GB等相关标准设计。（如：SVT、SJT、H05VV-F，H03VVH2-F、VCTF、RVV等）电脑周边设备用线一般依UL ，CSA等相关标准设计。（如UL 1061、UL 2464、UL 2725等）特殊结构及特性标准。（如：USB 2.0，Serial ATA，IEEE 1284，IEEE1394，DVI ，HDMI等）（各电线标准一般会规定导体尺寸，绝缘材质、厚度，外被材质、厚度，线材形状等参数。）通讯电缆一般采用铜材质作为导体，用以传

2、输电流或电磁信号。常用铜导体可分为裸铜，镀铜，铜包钢，铜合金，铜箔丝等。裸铜-导体电阻小，易氧化镀铜-抗氧化性增强镀锡铜-抗氧化性增强，便于后续焊接镀银铜-导电性强，价格高，多用于射频电缆及氟塑料高温线铜包钢-强度高，常用于架空电缆铜合金-强度高（铜中加入少量其它金属）铜箔丝-抗弯折能力强，柔软度高（将铜压成薄片后包裹在弹性纤维上）电线电缆设计原理与技巧-导体篇电线电缆设计原理与技巧-导体篇导体大小（Size）： 导体大小通常用AWG（American Wire Gauge）表示。 AWG数是根据导体截面积（Cross-sectional Area）来定义的，AWG数越大，导体截面积越小，反之

3、亦然。 导体截面积常用mm2或Cmil表示。导体截面积的计算：S（mm2）=N*（d/2）2S（Cmil）=N*（d*39.37）2N-导体条数 d-单条导体直径 -圆周率(3.14159)电线电缆设计原理与技巧-导体篇(续)常用导体AWG数与截面积对应表：电线电缆设计原理与技巧-导体篇导体绞合（Strand）： 为提高导体强度，通常采取将多条铜 线绞合的方式。 绞距( Length of Lay） ：在绞线轴线方向一个完整螺旋线之间的距离。 绞合铜线中单根铜线条数和直径一般不作规定，满足截面积要求即可。（某些有特殊规定的电源线除外，如VDE等）电线电缆设计原理与技巧-导体篇(续)单束束绞绞合

4、铜导体最大绞距：(束绞：所有导体都依同一方向绞合）绞向：单线从下至上的方向向左 称为左向，反之称为右向。电线电缆设计原理与技巧-导体篇(续)导体绞距的测量及绞合直径的计算： 导体绞距的测量：将绞合导体中的某条导体从一点开始按与绞向相反方向退扭10圈后到达另一点，两点间的距离除以10即为绞距值。 绞合直径：D=N*1.155*d N-导体条数 d-单条导体直径电线电缆设计原理与技巧-导体篇增强导体强度的方法： 减小导体绞距 导体绞合时加黄旦丝或尼龙丝填充 （如：为了增强线材的弯曲测试性能，可从上述两方面进行改善）电线电缆设计原理与技巧-绝缘篇绝缘（Insulation）： 常用绝缘材质有PVC（

5、PolyVinyl Chloride ，聚氯乙烯)、SR-PVC（Semi-rigid PVC，半硬质PVC）、PP (Polypropylene，聚丙烯）、PE（Polyethylene，聚乙烯）、Foam-PE、Foam-PE+Skin等。 绝缘材质一般依线材电气特性及相应安规标准确定。电线电缆设计原理与技巧-绝缘篇绝缘厚度（Thickness of Insulation）： 一般电线电缆标准会规定绝缘最小平均厚度（Min Average Thickness）和任意点最小厚度（Min Thickness at Any Point）。（如：UL 1061规定绝缘材质为SR-PVC，最小平均厚

6、度为9Mil（0.23mm）、任意点最小厚度为7 Mil（0.18mm）) - 1Mil=1Inch/1000=0.0254mm电线电缆设计原理与技巧-绝缘篇绝缘外径（Diameter of Insulation）： 绝缘外径D2=导体绞合外径D+绝缘平均厚度t1*2 如UL 1061 28AWG电子线(Hook-up Wire)： 导体绞合外径D=N*1.155*d =7*1.155*0.127 =0.388mm 绝缘外径D2 =绞合外径D+绝缘平均厚度t*2 =0.388+0.23*2 =0.85mm电线电缆设计原理与技巧-集合篇集合时绞线方向一般不作规定（多为S向）。集合绞距设定为集合完

7、成外径的20-30倍。集合时，各芯线应按一定规律排列，使集合后外观圆整。若集合时外观不圆整，允许加适量填充物填充，以保证线材圆整。为了防止外被与芯线粘连，可在两者之间添加隔离物，即在集合时增加包带。电线电缆设计原理与技巧-集合篇包带（Wrapped Tape）： 棉纸-抗张强度及伸长较差，价格便宜 透明麦拉-抗张强度及伸长较好，无屏蔽效果 麦拉铝箔-抗张强度及伸长较好，有屏蔽效果，但绝缘效果不及展翅铝箔 展翅铝箔-抗张强度及伸长较好，有屏蔽效果，绝缘效果好，价格高电线电缆设计原理与技巧-集合篇(续)包带（Wrapped Tape）： 包带厚度用m（1 m=0.001mm）表示。 常用棉纸厚40

8、 m、麦拉铝箔厚20m 透明麦拉厚30m、展翅铝箔厚43m 包带宽度依集合外径和重叠率而定。 包带宽度=集合外径* *(1+重叠率) 如：UL 2464 26AWG*7C铝箔宽度为：D=(1.0*3)* *(1+25%)12mm(通常重叠率要求为25%，*(1+25%)4，所以一般将绞合外径*4即为包带宽度）电线电缆设计原理与技巧-集合篇集合外径的计算： 若集合芯线有两种或以上不同外径，集合外径可用几何图形模拟算出。 若集合芯线为相同外径，集合外径可用如下公式算出： 集合外径D3=芯线绝缘外径D2*绞合系数 如：UL 2464 26AWG*7C集合外径为： 集合外径D3=芯线绝缘外径D2*绞合

9、系数 =1.0*3 =3mm电线电缆设计原理与技巧-集合篇多芯线集合排列规则及绞合系数表：电线电缆设计原理与技巧-屏蔽篇屏蔽就是为了减弱电磁场的干扰，利用金属层将主串回路和被串回路隔开 。依要求抗干扰的强弱，可采用单屏蔽和双屏蔽。 单屏蔽一般采用包铝箔屏蔽 双屏蔽一般采用包铝箔后再加编织（或缠绕）屏蔽。电线电缆设计原理与技巧-屏蔽篇编织屏蔽（ Braid Shield ）： 编织屏蔽可消除各个方向上的干扰, 屏蔽效果高,结构稳定, 外观圆整 屏蔽效果与编织率有关。 编织率与编织锭数、每锭股数、编织线直径、编织目数及编织内线径有关。 编织率的计算(为编织角): Tg=2* *(D+2d)*P/(

10、25.4*C) F=(N*P*d)/(25.4*Sin) =(2F-F2)*100%D-编织内线径 d-编织线直径P-目数 C-锭数 N-每锭股数电线电缆设计原理与技巧-屏蔽篇(续)编织屏蔽（ Braid Shield ）：如：编织内线径为1.6mm，编织16/5/0.10，7.99目，求编织率。 Tg=2 *3.14159*(1.6+2*0.1)*7.99/(25.4*16) =0.22234547 Sin= Tg/ (Tg2+1) = 0.2170536 F= (5*7.99*0.1)/(25.4*0.2170536)=0.724629 =(2* 0.724629 0.724629 2)*

11、100% =92.41% （目数为1 Inch(25.4mm)内编织菱形的个数）电线电缆设计原理与技巧-屏蔽篇缠绕屏蔽（Spiral Shield）： 缠绕铜线条数的计算： N=(D+d)* /d 以上N为屏蔽率为100%时的铜线条数。 屏蔽率=(实际缠绕铜线条数)/N*100% 如：缠绕内线径为2.0mm，缠绕63/0.10，求屏蔽率。 N=(2.0+0.1)* 3.14159/0.1 =65 =(63/65)*100%=97% D-缠绕内线径 d-缠绕线直径电线电缆设计原理与技巧-外被篇外被（Jacket）： 常用外被材质有PVC（PolyVinyl Chloride)、PU（Polyur

12、ethane）、TPE（Thermo Plastic Elastomer）、TPR（ Thermo Plastic Robber）等。 外被材质一般依安规标准或客户要求而确定。电线电缆设计原理与技巧-外被篇外被厚度（Thickness of Jacket）： 一般电线电缆标准会规定外被最小平均厚度（Min Average Thickness）和任意点最小厚度（Min Thickness at Any Point）。 除此规定外，外被厚度的确定还应考虑实际生产能力。（如：UL 2725规定外被最小平均厚度为9Mil（0.23mm）、任意点最小厚度为7 Mil（0.18mm），但实际生产时一般会超

13、过此标准。) - 1Mil=1Inch/1000=0.0254mm电线电缆设计原理与技巧-外被篇外径（Diameter of Jacket）： 完成外径D4=集合外径D3+包带层厚度t2+屏蔽层厚度t3+外被平均厚度t4*2 如:UL 2464 26AWG*7C+AL+D+B(16/6/0.10T)线材完成外径： 完成外径D4=集合外径D3+包带层厚度t2+屏蔽层厚度t3+外被平均厚度t4*2 =1.0*3+0.25*4+0.10*4+0.76*2 5.1mm -包带层厚度=包带厚度*4 -屏蔽层厚度=编织铜线直径*4(或 缠绕铜线直径*2)电线电缆设计原理与技巧-印字篇印字（Marking）： AWM 1533 E201479 800C 30V 26AWG VW-1 CSA TYPE LL114039 AWM A/B I/II 800C 30V 26AWG F