电线设计原理

1电线设计原理制作日期:2008年11月11日2编者简介工作经历：上个世纪末开始在电线电缆行业摸爬滚打,至今已有9年有余,从一个不了解电线是怎么做出来的到如何设计将电线成本降至最低,性能发挥至最大,费了不少的功夫和时间,在这个行业内还觉得路很远,知识永无止境,我还得坚持走下去!

3序言

电线设计说起来简单,做起来难,难的原因在哪里?是因为我们没有抓住问题的关键,没有掌握设计的技巧.因为电线看似简单,但涉及的安全及性能及工艺等方方面面的内容太多,若是不掌握这些,电线是设计不好的.我们知道一件事情的成败往往在于细节,其实我们做电线设计工作的,若是设计不好,产品出现不良,那么往往是细节把握不够.如何把握细节,那么请你从现在开始,先用心学,先入了门后我想你就知道你该如何设计好一款电线产品!4纲要第一节.如何设计导体

第二节.如何设计绝缘

第三节.如何设计集合

第四节.如何设计屏蔽

第五节.如何设计外被

第六节.如何设计印字5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UL1061、UL2464、UL2725等）特殊结构及特性标准。（如：USB2.0，SerialATA，IEEE1284，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。）6通讯电缆一般采用铜材质作为导体，用以传输电流或电磁信号。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7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（AmericanWireGauge）表示。AWG数是根据导体截面积（Cross-sectionalArea）来定义的，AWG数越大，导体截面积越小，反之亦然。导体截面积常用mm2或Cmil表示。导体截面积的计算：

S（mm2）=N*π*（d/2）2

S（Cmil）=N*（d*39.37）2N---导体条数d---单条导体直径π---圆周率(3.14159)8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：9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(LengthofLay）：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）10电线电缆设计原理与技巧---导体篇(续)单束束绞绞合铜导体最大绞距：(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。11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12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）13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（PolyVinylChloride，聚氯乙烯)、SR-PVC（Semi-rigidPVC，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。14电线电缆设计原理与技巧---绝缘篇绝缘厚度（ThicknessofInsulation）：一般电线电缆标准会规定绝缘最小平均厚度（MinAverageThickness）和任意点最小厚度（MinThicknessatAnyPoint）。（如：UL1061规定绝缘材质为SR-PVC，最小平均厚度为9Mil（0.23mm）、任意点最小厚度为7Mil（0.18mm）)

---1Mil=1Inch/1000=0.0254mm15电线电缆设计原理与技巧---绝缘篇绝缘外径（DiameterofInsulation）：绝缘外径D2=导体绞合外径D+绝缘平均厚度t1*2

如UL106128AWG电子线(Hook-upWire)：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=0.85mm16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。17电线电缆设计原理与技巧---集合篇包带（WrappedTape）：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18电线电缆设计原理与技巧---集合篇(续)包带（WrappedTape）：包带厚度用μm（1μm=0.001mm）表示。常用棉纸厚40μm、麦拉铝箔厚20μm透明麦拉厚30μm、展翅铝箔厚43μm包带宽度依集合外径和重叠率而定。包带宽度=集合外径*π*(1+重叠率)如：UL246426AWG*7C铝箔宽度为：

D=(1.0*3)*π*(1+25%)≈12mm(通常重叠率要求为25%，π*(1+25%)≈4，所以一般将绞合外径*4即为包带宽度）19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：UL246426AWG*7C集合外径为：集合外径D3=芯线绝缘外径D2*绞合系数

=1.0*3=3mm20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：21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。22电线电缆设计原理与技巧---屏蔽篇编织屏蔽（BraidShield）：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(θ为编织角):Tgθ=[2*π*(D+2d)*P]/(25.4*C)F=(N*P*d)/(25.4*Sinθ)ρ=(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23电线电缆设计原理与技巧---屏蔽篇(续)编织屏蔽（BraidShield）：

如：编织内线径为1.6mm，编织16/5/0.10，7.99目，求编织率。

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%

（目数为1Inch(25.4mm)内编织菱形的个数）24电线电缆设计原理与技巧---屏蔽篇缠绕屏蔽（SpiralShield）：缠绕铜线条数的计算：

N=[(D+d)*π]/d以上N为屏蔽率为100%时的铜线条数。屏蔽率ρ=(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=65ρ=(63/65)*100%=97%D---缠绕内线径d---缠绕线直径25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（PolyVinylChloride)、PU（Polyurethane）、TPE（ThermoPlasticElastomer）、TPR（ThermoPlasticRobber）等。外被材质一般依安规标准或客户要求而确定。26电线电缆设计原理与技巧---外被篇外被厚度（ThicknessofJacket）：一般电线电缆标准会规定外被最小平均厚度（MinAverageThickness）和任意点最小厚度（MinThicknessatAnyPoint）。除此规定外，外被厚度的确定还应考虑实际生产能力。（如：UL2725规定外被最小平均厚度为9Mil（0.23mm）、任意点最小厚度为7Mil（0.18mm），但实际生产时一般会超过此标准。)

---1Mil=1Inch/1000=0.0254mm27电线电缆设计原理与技巧---外被篇外径（DiameterofJacket）：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:UL246426AWG*7C+AL+D+B(16/6/0.10T)线材完成外径：完成外径D4