电线电缆技术资料

绞线与成缆设计生产的新工艺与新技术
第一章 绞线设计计算中常用的几个基本参数
绞线包括裸绞线和绞合导电线芯，均由多根单线（通常是用圆单线）构成。

用多根单线直接以束制或同心层绞的方法绞成圆形的绞线，称为一般圆形绞线；用多根单线绞合并压制成圆形或其它形状的绞线，则称为紧压绞线或紧压线芯。

一、螺旋升角、节距、节圆直径与节径比
图1为绞线中外层的一根单线的绞合及其展开情况示意。

由图可见，经展开后的单线与绞线的断面之间形成一个夹角α ，这个夹角即为该层绞线的螺旋升角。

单线按此螺旋升角α在其内层上绞绕一整圈的绞线轴向距离h ，称为绞合节距。

由最外层单线中心线所构成的绞线直径，称为该层绞线的节圆直径D ′。

图1 绞合展开图
基圆直径D 0：对于某一绞线层，绞线前芯线直径称基圆直径。

节圆直径D ′：单线绞合在直径为D 0的圆柱体上，以单线轴线至绞线轴线的距离为半径的圆为节圆，其直径为节圆直径；或者也可以是绞线节圆最后直径D （即绞线外径）减去一根单线直径d ，即D ′=D-d 。

节径与绞线节圆直径（平均值）之比称为理论节径比m ′;节径与绞线节圆最后直径D 之比称为实用节径比m 。

螺旋升角 tan h m D αππ=
=' 理论节径比h
m D '='
实用节径比h
m D
=
二、绞入率、绞入系数及平均绞入系数
由图2可知，绞线中单线展开长度l 要比绞线的长度长，这常用绞入率λ和绞入系数K 来表示，即
l h h λ-= 1
sin l K h α
==
在绞线的实际计算上，通常用的是绞入系数K 。

上述两公式相代，可有λ+=1K 。

绞入系数与理论节径比的关系式如下或查表1.
K =
m '=
表1 理论节径比m ˊ与绞入系数K 的关系
多层绞合线芯各层的节距不同，绞入系数应取平均值，可按下式计算：
001122012n n
n n
Z K Z K Z K Z K K Z Z Z Z ++++=
++++
式中0Z 、1Z 、2Z ……Zn ——分别为中心层及其他各层的单线根数；
K 0、K 1、K 2……Kn ——分别为中心层及其他各层的绞入系数。

此外，在选择参数时，应注意节径比选择，特别是在计算绞线重量时，选用理论节径比即''
h
m D =而求取绞入系数K 值；但是在实际生产中绞线的单线总根数和绞合后外径可以
很直观的知道，因此推导出下式。

K ===（t ='D D ）。

如表2所示，当绞线的单线总根数和绞合后外径已知时通过上式可以直接求出绞入系数
K 。

表2 绞线的单线总根数与t='
D
D 的关系
第二节 普通绞线及组合绞线
这两种绞线都是同心层（正规绞合）的绞线图2.普通绞线由相同线径的同种材料的单线构成。

组合绞线由不同材料的单线构成，不同材料的单线直径有的相同。

图2 绞线截面图
a) 普通绞线 b) 组合绞线
一、普通绞线
1、线芯按正规绞合时总根数，由表3可以得出。

2、普通绞线的结构尺寸及计算：按正规绞合时，中心为1-6根，正规绞合时绞线的外径比M 的计算按表4；而外径比M 的具体数据可查表5计算。

非正规绞合时，线芯外径比M 的计算：
01
[1]sin(180/)1
/1sin(180/)
n n d Z M D d d Z +
==
=+ （n Z ：外层根数）
普通绞线的结构尺寸普通绞线的主要数据，可按表6所列公式进行计算。

00
4 所列，而具体的结构数据见表6。

D
—中心层外径（mm）； d —单线直径（mm）；
n —为绞线的层数（计算绞线外径、单线总根数及填充系数）或绞线的某一层次（计算某一层绞线的单线根数），中心层均不计在内；
z 0 —中心层单线根数； M
—中心层外径比，等于D
/d。

3、普通绞线截面积S （mm 2）及重量W （kg/km ）
24
S d Z π
=
式中：d —单线直径（mm ）；Z —单线总根数。

24
m m W SK d ZK π
ρρ==
式中：m K —绞线的平均绞入系数；ρ—绞线用材料的密度（g/cm 3）
二、组合绞线
组合绞线包括架空用的钢芯铝绞线以及电线电缆中以钢线加强的绞合导电线芯等。

1、组合绞线的结构尺寸：由单线直径相同的不同材料构成的组合绞线有两种形式：一种为同一绞层中的单线材料相同，另一种为同一绞层中的单线材料不同。

但无论哪种形式，其绞线外径的计算方法均与普通绞线相同。

对于用不同单线直径的不同材料构成的组合绞线，其外径计算，可根据绞线最外层单线根数当作普通绞线求出，也可从表5查的。

表5“结构”栏中最后的数字为绞线最外层的单线根数。

以钢芯铝绞线为例，它的规格是按一定的铝、钢股线直径比确定的，其结构与绞合参数如表8所示。

2、普通绞线截面积S （mm 2）及重量W （kg/km ）如果两种不同材料的截面积分别为S 1和S 2，则组合绞线的截面积为：
22121122()4
S S S d Z d Z π
=+=+
式中：d 1和d 2—分别为两种不同材料的单线直径（mm ）；
Z 1和Z 2—分别为两种不同材料的单线总根数。

12111222m m W W W S K S K ρρ=+=+
式中：1m K 和2m K —分别为两种不同材料单线绞合时的平均绞入系数；
ρ1和ρ2—分别为两种不同材料的密度（g/cm 3）。

应该指出的是，对于裸绞线或导电线芯中加强用的钢线截面，在电气性能计算中都不
考虑在内。

第三节 束线及复绞线
一、束线
束线是由多根单线以同一绞向一次性束合而成的，各单线间的位置互相不固定，所以束线的外形不一定呈正圆形。

1、束线芯的结构计算：
束线芯各层根数及总根数的计算： （a ）、中心为1根时，第n 层及总根数：
第一层：Z 1=1 第n 层：Z n =6(n-1) 总根数：Z=3n 2-3n+1
(b)、中心为2-5根时，第n 层及总根数：
第一层：Z 1 （2、3、4、5根） 第n 层：Z n = Z 1+6 总根数：Z=3n 2-3n+nZ 1
2、束线的外径D 束（mm ）在单线直径和单线根数相同的情况下，束线的外径要比普通绞线的外径比稍小，其束线的平均外径D 束通常采用以下经验公式为：
D 束=D 绞×k
式中：D 绞—与束线单线直径和单线根数相同时的普通绞线外径（mm ）；
k —束线后外径调整系数，即束线时外径压缩程度。

因为束线层数越多，其外径由于嵌入空隙而比正规则排列有所减小，所以通过调整系数K 予以调整。

一般采用的数值见表9。

由表9可知，束线外径的最大值与相同单线直径和根数的普通绞线相同。

而束线外径的最小值可按表10所列公式计算。

表10所列的束线外径范围，都属于参考性数据。

3、束线的重量W （kg/km ）
W 束= 24d π
ρZ K
式中：m K —束线的绞入系数；ρ—束线用材料的密度（g/cm 3）
一、复绞线
复绞线束由多股束线或普通绞线艺正规绞合制成，故外周呈圆形。

1、复绞线的外径D 复及填充系数η复复绞线的外径节距填充系数的计算基础，是同心层绞的绞线或束线（图3） 1）复绞线的外径D 复
图3 复绞线截面
当复绞线的股数采用绞线时，其外径D 复（㎜）为 d d
股
股
复复＝
D D D D ⨯
式中 D 复/D 股—复绞线外径与股线外径之比： D 股/d —股线外径与单线直径之比。

当复绞线的股线采用束线时，其外径D 复为
k d d
⨯⨯
股
股
复复＝
D D D D 式中 k —束线的调整系数。

上述二式中的D 复/D 股及D 股/d ，同理可接普通绞线或束线的外径比的规律求得；而且二者的乘积D 复/d 即为复绞线的外径比M 复表11
2）复绞线的填充系数η复
η复=η1η2×100%
式中η1和η2—分别为股线绞合和复绞时的填充系数，% 。

它们的数值，与相应的普通绞线相同。

2、复绞线的重量W 复（kg/km ）
复股股复＝K Z W W ⨯⨯
式中 W 复—束制或绞制股线的重量（kg/km ）;
Z 股—复绞线中的股数； K 复—复绞线的绞入系数。

使单线容易拉断或伸细，造成性能指标不合格，所以要根据设备的特点适当调整，控制进线角度。

同时张力的控制也是主要问题，它包括放线张力、过模张力（模子给线芯的阻力）和收线的张力，都要适当进行调整。

第二章成缆设计计算中常用的几个基本参数
一、等圆绝缘线芯构成的电缆芯：
由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆的过程称芯线绞合。

其原理类似如导体绞合，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似。

芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合。

因为芯线在绞合过程中有弯曲变形，有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭。

如UL2919、CAT5、IEEE1394、DVI芯线及其它高发泡绝缘芯线。

以及分几个方面叙述芯线绞合的工艺参数计算：
1、对绞：
对绞线的等效外径：
D=1.65d或1.7d（软质用1.65d，硬质用1.7d）；有时D=1.86d
复对绞线的等效外径：
D=2.6d
多对数绞线的等效外径：
D d
=⨯
1.9
对绞绞距：根据对绞组对数，芯线外径选取。

2、多芯绞合：
绞合外径当芯线根数不多时，按正规绞合计算，芯线排列方式及芯线绞合外径计算见表12.
当芯线根数较多并线径较小的情况下，可按束绞近似计算（导体绞合外径计算），即：
D 束 式中：Z —单线总根数；d —单线外径（mm ）。

3、绞距、节圆直径与绞入系数：
绞距：一般绞距取绞合外径的15—20倍。

有时为了改善线材性能，可选择合适的绞距。

如为了改善线材的弯曲性能降低绞距；USB 电缆为了减小芯线变形，采用大节距。

芯线绞合中的基圆直径D 0、节圆直径D ′、绞合外径等其原理类似如导体绞合，公式与之相同，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与导体绞合相似。

芯线绞合的绞入系数：
21111()sin 2l D K h h
πλα'=
==+=≈+ 在绞线过程中，对于多芯并芯线分层的情况，虽然为束绞，各层芯线绞入系数并不相
同。

为了保守起见，增大安全系数2
1()D K h
π=+，并且减化计算，所以在上述绞入系数的计算中D 采用芯线绞合的绞合外径（理论上各层的绞入系数应为节圆直径代入上式计算）。

二、不等圆绝缘线芯构成的电缆芯、电力电缆与通信电缆的电缆芯另行叙述 三、电缆芯的重量
1、无填充物的电缆芯重量
这类电缆芯的重量W 是由各个绝缘线芯的单重及绞合时的绞入系数决定的，通常同心层绞电缆芯的重量W （kg/km ）以式计算
m W =GZK 或W=G （z 0K 0+z 1K 1+z 2K 2+…+z n K n ）
式中G — 单线绝缘线芯的重量（kg/km ）； Z — 绝缘线芯总根数；
K m — 绝缘线芯的平均绞入系数；
012z z z … n z — 分别为中心、第一、第二层…最外层的绝缘线芯根数； 012K K K …n K — 分别为中心、第一、第二层…最外层的绞入系数。

对单位式通信电缆的电缆芯重量W 的计算，则采用如下公式 W=GZ u ZK mu K m
式中G — 单线绝缘线芯的重量（kg/km ）； Z u — 一个单位中的单根绝缘线芯根数； Z — 电缆芯的单位数；
K mu — 一个单位中绝缘线芯的平均绞入系数； K m — 各单位绞合成电缆芯时的平均绞入系数。

如果无填充物的电缆芯是由不同直径或不同种类的绝缘线芯构成，则它们的重量应分别进行计算。

2、有填充物和有垫芯的电缆芯重量
有填充物和有垫芯的电缆芯重量，是由所有绝缘线芯的重量和填充物（或垫芯）的重量两部分组成。

其中：绝缘线芯的总量可按公式求得。

因此，以下主要介绍填充物和垫芯的重量计算。

填充物的重量Ws:填充物的重量是由电缆芯的空隙面积、填充物的单重及绞入系数决定的。

在计算时，先求出填充物的根数；然后根据填充物的单重及绞入系数，计算出填充物的总重。

1）、填充物的根数：电缆芯中心的填充物根数Z S0按下式计算
00/S C Z S f =
式中：S C0 —电缆芯的中心空隙面积（mm 2）；
f —单根填充物的截面积（mm 2）。

电缆芯外缘的填充物根数Z Sn 按下式计算：
/Sn Cn Z S f =
式中：S Cn —电缆芯的中心空隙面积（mm 2）； 2)、填充物的重量W S （kg/km ）
00S S Sn n W Z GK Z GK =+
式中：G ——单根填充物的重量（kg/km ）；
K 0——中心层的绞入系数； K n ——最外层的绞入系数；
垫芯的重量W 0（kg/km ）:
00W S ρ=
式中：S 0 —垫芯的截面积（mm 2）；
ρ —垫芯的材料密度（g/mm 3）。