电线电缆毕业设计毕业设计
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A
得
2
d 2 n 4
4 95 1.10 2.65mm 3.14 19
d
4A n
可取 K1=K2=1.02 又有
d 4 20 K 1 K 2 K 3 nRB n 4 1.10 0.017241 1.023 2.64mm 3.14 19 0.193 10 3 19 11 .6mm 1.10 0.9
1.7241 10 -2 1.023 2.01 10 4 / m 90.96
则
R
XLPE 电缆长期运行最高温度为 90℃，其单位长度直流电阻为： R'=
ρ 20 A紧真
×k 1 ×k 2 ×k 3 ×[1+α(θ-20)]
代入数值计算得
R 2.01 10 4 1 C 20 2.01 10 4 1.275 2.56 10 4 / m
S ntttwt 1 0.2 35 7.0mm 2
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查得直径增加值为 djz=0.5mm 则每相金属屏蔽的假设直径 DJJ=dL+2Δi+3.0+djz=11+2X4.5+3.0+0.8=23.8mm 三芯成缆缆芯的假设直径 DLJ=2.16X23.8=51.41mm 则 Δe=0.035D+1.0=0.035X51.41+1.0=2.8mm 符合厚度要求。 该电缆的结构尺寸的设计值见表 1-1 所示。
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第 1 章 电缆结构、材料、尺寸的确定及计算 1.1 电缆结构与材料的确定及电缆结构图
由此电缆的型号 WDZB-YJY 8.7/10 3X95 可知，该电缆是无卤低烟阻燃 B 类，铜导体，交联聚乙烯绝缘，聚烯烃护套，同时具有内外半导电屏蔽，电压 等级为 8.7/10KV，三芯，标称截面积为 95mm2 的电力电缆。此电缆的结构如图 1-1 所示。
紧压绞合导体的直径
DC d
2.64
应在工厂对上述结构尺寸的绞合紧压导体进行试生产校验， 即取一段试验 产品测电阻，电阻应合格，然后根据称重质量计算出ρJY，在进行有关计算。 设紧压导体的电阻率ρJY=0.01765Ω·mm2/m 则可得
AJY
0.01765 2 91.45mm 3 3 R 10 0.193 10
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摘 要
电线电缆被形象地喻为国民经济的“血管”和“神经”。 随着人们对环保和安 全意识的增强，具有无卤、低烟、阻燃等特性的电线电缆无疑备受欢迎。无卤 低烟阻燃电缆不仅具有良好的阻燃性能， 而且具有燃烧后产生的气体中无卤酸 （有害）气体并且发烟量低，有利于人员的逃生和施救，日益受到国内外的广 泛应用。 本文论述了 WDZB-YJY 8.7/10 3×95 无卤低烟阻燃 B 类wk.baidu.com力电缆的结 构及其尺寸的确定，并对电气性能参数、损耗、热阻和载流量、短路电流进行 了计算和校验。 也适当讨论了无卤低烟阻燃电缆的发展前景和阻燃试验的方法 过程。 关键词：无卤低烟阻燃电缆，结构，参数，载流量，阻燃试验
JY B
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所以
d 4 AJY n n 4 1.10 91.45 2.59mm 19 3.14 19 11 .4mm 1 .1 0 .9
DC d
2.59
DC 符合课本 P9 中表 2-1 中的 11 至 12mm 的要求，因此可取 d=2.59mm，并 按照 DC=11.4mm 进行后续设计，既符合电阻要求，又比较经济。 1.2.3 绝缘和屏蔽层的确定 绝缘应采用符合课本表 3-1 的 XLPE 材料，由于此型号电缆为无卤低烟阻 燃电缆，所以应在绝缘料中加入不含卤素的阻燃剂，如氢氧化铝 AL(OH)3、氢 氧化镁 Mg(OH)2 。查表 3-8 可知 8.7/10KV 电缆的绝缘厚度标称值Δi=4.5mm 内外半导电屏蔽的材料为交联聚乙烯基料+导电炭黑+EVA+防老剂。其老化 前后的电阻率为：内半导电屏蔽不大于 1000Ω·m，外半导电屏蔽不大于 500 Ω·m.根据经验，8.7/10kv 交联电缆可取内外半导电层的厚度均为 0.7mm, 即 Δnb=Δwb=0.7mm。 金属屏蔽采用单层铜带重叠搭盖绕包方式。铜带间搭盖率的标称值应不小 于 15%，最小搭盖率应不小于 5%。铜带的标称厚度为 0.10mm，则铜带屏蔽的 总厚度为Δj=0.10X2=0.20mm，铜带的宽度为 35mm。 1.2.4 填充物的确定 此型号阻燃电缆的填充，应用无卤低烟阻燃带绕包。 1.2.5 外护套的确定 外护套应采用添加大量 AL(OH)3 或者 Mg（OH)2 的聚烯烃等无卤低烟材料， 选用合适的辅助材料作填充、包带或者阻燃增强层，使产品达到相应的燃烧特 性要求。所有材料中不应含有卤素。 查课本附录一中得，截面积为 95mm2 导体的假设直径 dL=11mm， 由金属屏蔽的截面积
表 1-1 电缆的结构尺寸的设计值 n 19 d 2.59 DC 11.4 Δnb 0.7 Dnb 12.8 Δi 4.5 Di 21.8 Δwb 0.7 Dwb 23.2 Δjp 0.20 Djd 23.6 单位：mm DL 51.4 Δe 2.8 De 57.0
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目 录
摘要 绪论 第 1 章 电缆结构、材料、尺寸的确定及计算 1.1 电缆结构与材料的确定及电缆结构图 1.2 导体结构尺寸的计算 第二章 单位长度电缆电性能参数的计算 2.1 导体的直流电阻和交流电阻的计算 2.2 电容与电感的计算 2.3 金属屏蔽损耗因数的计算 第三章 电缆连续额定载流量和短路电流的计算 3.1 等效热路图及各种热阻的计算 3.2 电缆额定载流量的计算 3.3 各种损耗及各点温度计算 3.4 空气中敷设电缆的的热容和短时负荷（1h）载流量 3.5 允许短路电流和短路温度的计算 第四章 阻燃实验 4.1 阻燃电缆的实验 4.2 阻燃系列电线电缆的材料 第五章 无卤低烟阻燃电缆生产工艺 5.1 无卤低烟阻燃聚烯烃电线电缆料 5.2 生产工艺 结束语 附录 参考文献
第二章 单位长度电缆电性能参数的计算
2.1 导体的直流电阻和交流电阻的计算
2.1.1 导体的直流电阻 20℃下，单位长度的电缆导体的直流电阻为
R
KK K A
20 1 2 JZ
3
取 ρ20=0.017241Ω•㎜ /m
AJZ
2
K1=K2=K3=1.02
2 3.14 d n 2.59 2 19 90.96mm 2 4 4 1.10
2.1.2 导体交流电阻 在交流电阻作用下，导体交流电阻将受到集肤效应和邻近效应影响，其计 算公式为： R 交 = R ' （1+ y s +y p ） 式中：R -90℃下单位长度导体直流电阻；
'
y s -集肤效应因数； y p - 邻近效应因数。 1.集肤效应因数
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绪 论
自 1836 年世界上生产出第一条低压电力电缆（橡皮带绕包铜导线）至今， 电线电缆已经发展成为用途广泛、品种繁多的一大产品类别。我国电线电缆行 业经过 70 多年的发展，也取得了较大的进步。伴随着中国电线电缆行业高速 发展，新增企业数量不断上升，行业整体技术水平得到大幅提高。目前我国电 线电缆行业国有及规模以上企业约 5000 家，其中大型企业有 19 家，总产值占 整个市场份额的 11%。 电线电缆是输送能源、 传递信息所不可缺少的基础器材， 从在社会信息化、 电气化快速发展的今天，电线电缆已成为经济建设中最重要的基础产品之一。 电线电缆行业又是配套行业， 产品必须满足国民经济各主行业对电线电缆性能 的要求， 国民经济觉得多数行业都与电线电缆相关， 其产业地位是十分重要的。 我国电线电缆行业目前仍处在发展阶段，作为国民经济建设重要先导行业，电 线电缆产销指标的增长一般比国民经济总产值要略高一些。 火灾给人类带来的灾害是惨重的，损失是巨大的，并随着经济发展和城市 建设的发展，火灾损失呈上升趋势，因此国内外均对火灾的预防极为重视。电 线电缆是传播火灾的重要途径之一，据不完全统计，2002 年我国发生的火灾 中因电线电缆引起的占 35%，在火灾中死亡的人员中有三分之一的是因为吸入 电线电缆燃烧时释放的有毒气体而窒息死亡，目前火灾事故中，电线电缆引起 的火灾不容忽视，怎样阻止电线电缆的燃烧，即是被明火燃烧还低烟无毒，这 是电线电缆制造业的一大课题。 随着人们环保和安全意识的增强，具有重量轻、体积小、低烟、无卤、防 火等特性的电线无疑备受欢迎，因此阻燃电缆是电缆行业极为关注的领域，我 国在二十世纪八十年代和九十年代开发并生产了多种阻燃电缆。 随着用户对阻 燃电缆深入了解，以及电缆燃烧时由于有毒有害气体大量产生造成人员死亡， 设备受损及烟雾严重使人员不能及时撤离的危害， 提出了电缆不仅具有良好的 阻燃性能，而且一旦燃烧后产生的气体中无卤酸（有害气体）并且发烟量低， 为此发展了无卤低烟阻燃电缆。这些无卤低烟阻燃包括电力电缆、控制电缆、 光缆、建筑用线及数据电缆，用于地下铁道、电站、化工厂、船舰、高层建筑、 信息产业等重点工程和人员和设备密集场所，随着经济高速发展，高新技术不 断更新， 产品向高层次发展， 无卤低烟阻燃电缆品种和数量大幅增加大势所趋。 常规的电线电缆是相当严重的污染源，其在制造、使用及废弃处理时会产
图 1-1 WDZB-YJY 8.7/10
3×95 电缆结构
1.2
导体结构尺寸的计算
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1.2.1 电缆导体结构和单线根数的确定 导体采用紧压绞合圆形结构，导体用铜单线符合 GB/T3953-2009《电工圆 铜线》中 TR 型圆铜线。根据由乔月纯、邓先锋等编写的《电线电缆结构设计》 P11 中表 2-3 可知，标称截面积为 95mm 的紧压绞合圆形导体，其单线最少为 15 根，本设计采用简单正规绞合分层紧压，即 1+6+12=19，取紧压系数,η=0.90， 延伸系数μ=1.10， ρ20=0.017241Ω· mm2/m， 又有 20℃时铜的最大电阻 RB=0.193 Ω•KM 由于此型号电缆为阻燃电缆，故缆芯可以有绝缘单线和填充绳组成。填充 绳为岩棉阻燃材料，燃烧温度可达 600℃，起到阻燃耐火作用。 1.2.2 单丝直径和紧压导体直径的确定 对于三芯电缆取 K3=1.02，而 K1、K2 可根据标称截面积 A1 求出单丝近似直 径 d1 来确定。由
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论文题目：WDZB-YJY 8.7/10 3X95 电缆结构设计及阻燃实验
系 专 班
部：
电气工程系
业：电线电缆制造技术 级： 2009 级01 班 程东旭 090314113 乔月纯
学生姓名： 学 号：
指导教师：
2012 年 05 月 15 日
河南机电高等专科学校毕业设计/论文
生大量的二恶英、铅、卤等公害。近年来，欧洲、美国及日本对与电线有关的 公害十分重视，其政府不仅对电缆制造过程的排放物进行严格的限制，而且对 报废电缆的处理实施了全面的监控， 迫使电缆厂商用符合环保要求的材料取代 传统材料，制造环保型电缆或所谓"清洁电缆"。 该毕业设计的无卤低烟阻燃 B 类电力电缆型号为 WDZB-YJY 8.7/10 3X95， 在此次的设计过程中， 要充分考虑满足无卤低烟阻燃的条件。 通过该毕业设计， 不仅是为了完成这个题目而进行设计， 更重要的是能够使我在设计过程中加强 与工厂实际的结合，为今后工作打下良好的基础。
集肤效应因数是由于集肤效应使电阻增加的百分数，表达式为： ys=
8πf ×k s ×10 7 , ' R 8 3.14 50 1 10 7 0.49 4 2.56 10
192 0.8 x s
x
得
2
d 2 n 4
4 95 1.10 2.65mm 3.14 19
d
4A n
可取 K1=K2=1.02 又有
d 4 20 K 1 K 2 K 3 nRB n 4 1.10 0.017241 1.023 2.64mm 3.14 19 0.193 10 3 19 11 .6mm 1.10 0.9
1.7241 10 -2 1.023 2.01 10 4 / m 90.96
则
R
XLPE 电缆长期运行最高温度为 90℃，其单位长度直流电阻为： R'=
ρ 20 A紧真
×k 1 ×k 2 ×k 3 ×[1+α(θ-20)]
代入数值计算得
R 2.01 10 4 1 C 20 2.01 10 4 1.275 2.56 10 4 / m
S ntttwt 1 0.2 35 7.0mm 2
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查得直径增加值为 djz=0.5mm 则每相金属屏蔽的假设直径 DJJ=dL+2Δi+3.0+djz=11+2X4.5+3.0+0.8=23.8mm 三芯成缆缆芯的假设直径 DLJ=2.16X23.8=51.41mm 则 Δe=0.035D+1.0=0.035X51.41+1.0=2.8mm 符合厚度要求。 该电缆的结构尺寸的设计值见表 1-1 所示。
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第 1 章 电缆结构、材料、尺寸的确定及计算 1.1 电缆结构与材料的确定及电缆结构图
由此电缆的型号 WDZB-YJY 8.7/10 3X95 可知，该电缆是无卤低烟阻燃 B 类，铜导体，交联聚乙烯绝缘，聚烯烃护套，同时具有内外半导电屏蔽，电压 等级为 8.7/10KV，三芯，标称截面积为 95mm2 的电力电缆。此电缆的结构如图 1-1 所示。
紧压绞合导体的直径
DC d
2.64
应在工厂对上述结构尺寸的绞合紧压导体进行试生产校验， 即取一段试验 产品测电阻，电阻应合格，然后根据称重质量计算出ρJY，在进行有关计算。 设紧压导体的电阻率ρJY=0.01765Ω·mm2/m 则可得
AJY
0.01765 2 91.45mm 3 3 R 10 0.193 10
河南机电高等专科学校毕业设计/论文
摘 要
电线电缆被形象地喻为国民经济的“血管”和“神经”。 随着人们对环保和安 全意识的增强，具有无卤、低烟、阻燃等特性的电线电缆无疑备受欢迎。无卤 低烟阻燃电缆不仅具有良好的阻燃性能， 而且具有燃烧后产生的气体中无卤酸 （有害）气体并且发烟量低，有利于人员的逃生和施救，日益受到国内外的广 泛应用。 本文论述了 WDZB-YJY 8.7/10 3×95 无卤低烟阻燃 B 类wk.baidu.com力电缆的结 构及其尺寸的确定，并对电气性能参数、损耗、热阻和载流量、短路电流进行 了计算和校验。 也适当讨论了无卤低烟阻燃电缆的发展前景和阻燃试验的方法 过程。 关键词：无卤低烟阻燃电缆，结构，参数，载流量，阻燃试验
JY B
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所以
d 4 AJY n n 4 1.10 91.45 2.59mm 19 3.14 19 11 .4mm 1 .1 0 .9
DC d
2.59
DC 符合课本 P9 中表 2-1 中的 11 至 12mm 的要求，因此可取 d=2.59mm，并 按照 DC=11.4mm 进行后续设计，既符合电阻要求，又比较经济。 1.2.3 绝缘和屏蔽层的确定 绝缘应采用符合课本表 3-1 的 XLPE 材料，由于此型号电缆为无卤低烟阻 燃电缆，所以应在绝缘料中加入不含卤素的阻燃剂，如氢氧化铝 AL(OH)3、氢 氧化镁 Mg(OH)2 。查表 3-8 可知 8.7/10KV 电缆的绝缘厚度标称值Δi=4.5mm 内外半导电屏蔽的材料为交联聚乙烯基料+导电炭黑+EVA+防老剂。其老化 前后的电阻率为：内半导电屏蔽不大于 1000Ω·m，外半导电屏蔽不大于 500 Ω·m.根据经验，8.7/10kv 交联电缆可取内外半导电层的厚度均为 0.7mm, 即 Δnb=Δwb=0.7mm。 金属屏蔽采用单层铜带重叠搭盖绕包方式。铜带间搭盖率的标称值应不小 于 15%，最小搭盖率应不小于 5%。铜带的标称厚度为 0.10mm，则铜带屏蔽的 总厚度为Δj=0.10X2=0.20mm，铜带的宽度为 35mm。 1.2.4 填充物的确定 此型号阻燃电缆的填充，应用无卤低烟阻燃带绕包。 1.2.5 外护套的确定 外护套应采用添加大量 AL(OH)3 或者 Mg（OH)2 的聚烯烃等无卤低烟材料， 选用合适的辅助材料作填充、包带或者阻燃增强层，使产品达到相应的燃烧特 性要求。所有材料中不应含有卤素。 查课本附录一中得，截面积为 95mm2 导体的假设直径 dL=11mm， 由金属屏蔽的截面积
表 1-1 电缆的结构尺寸的设计值 n 19 d 2.59 DC 11.4 Δnb 0.7 Dnb 12.8 Δi 4.5 Di 21.8 Δwb 0.7 Dwb 23.2 Δjp 0.20 Djd 23.6 单位：mm DL 51.4 Δe 2.8 De 57.0
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目 录
摘要 绪论 第 1 章 电缆结构、材料、尺寸的确定及计算 1.1 电缆结构与材料的确定及电缆结构图 1.2 导体结构尺寸的计算 第二章 单位长度电缆电性能参数的计算 2.1 导体的直流电阻和交流电阻的计算 2.2 电容与电感的计算 2.3 金属屏蔽损耗因数的计算 第三章 电缆连续额定载流量和短路电流的计算 3.1 等效热路图及各种热阻的计算 3.2 电缆额定载流量的计算 3.3 各种损耗及各点温度计算 3.4 空气中敷设电缆的的热容和短时负荷（1h）载流量 3.5 允许短路电流和短路温度的计算 第四章 阻燃实验 4.1 阻燃电缆的实验 4.2 阻燃系列电线电缆的材料 第五章 无卤低烟阻燃电缆生产工艺 5.1 无卤低烟阻燃聚烯烃电线电缆料 5.2 生产工艺 结束语 附录 参考文献
第二章 单位长度电缆电性能参数的计算
2.1 导体的直流电阻和交流电阻的计算
2.1.1 导体的直流电阻 20℃下，单位长度的电缆导体的直流电阻为
R
KK K A
20 1 2 JZ
3
取 ρ20=0.017241Ω•㎜ /m
AJZ
2
K1=K2=K3=1.02
2 3.14 d n 2.59 2 19 90.96mm 2 4 4 1.10
2.1.2 导体交流电阻 在交流电阻作用下，导体交流电阻将受到集肤效应和邻近效应影响，其计 算公式为： R 交 = R ' （1+ y s +y p ） 式中：R -90℃下单位长度导体直流电阻；
'
y s -集肤效应因数； y p - 邻近效应因数。 1.集肤效应因数
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绪 论
自 1836 年世界上生产出第一条低压电力电缆（橡皮带绕包铜导线）至今， 电线电缆已经发展成为用途广泛、品种繁多的一大产品类别。我国电线电缆行 业经过 70 多年的发展，也取得了较大的进步。伴随着中国电线电缆行业高速 发展，新增企业数量不断上升，行业整体技术水平得到大幅提高。目前我国电 线电缆行业国有及规模以上企业约 5000 家，其中大型企业有 19 家，总产值占 整个市场份额的 11%。 电线电缆是输送能源、 传递信息所不可缺少的基础器材， 从在社会信息化、 电气化快速发展的今天，电线电缆已成为经济建设中最重要的基础产品之一。 电线电缆行业又是配套行业， 产品必须满足国民经济各主行业对电线电缆性能 的要求， 国民经济觉得多数行业都与电线电缆相关， 其产业地位是十分重要的。 我国电线电缆行业目前仍处在发展阶段，作为国民经济建设重要先导行业，电 线电缆产销指标的增长一般比国民经济总产值要略高一些。 火灾给人类带来的灾害是惨重的，损失是巨大的，并随着经济发展和城市 建设的发展，火灾损失呈上升趋势，因此国内外均对火灾的预防极为重视。电 线电缆是传播火灾的重要途径之一，据不完全统计，2002 年我国发生的火灾 中因电线电缆引起的占 35%，在火灾中死亡的人员中有三分之一的是因为吸入 电线电缆燃烧时释放的有毒气体而窒息死亡，目前火灾事故中，电线电缆引起 的火灾不容忽视，怎样阻止电线电缆的燃烧，即是被明火燃烧还低烟无毒，这 是电线电缆制造业的一大课题。 随着人们环保和安全意识的增强，具有重量轻、体积小、低烟、无卤、防 火等特性的电线无疑备受欢迎，因此阻燃电缆是电缆行业极为关注的领域，我 国在二十世纪八十年代和九十年代开发并生产了多种阻燃电缆。 随着用户对阻 燃电缆深入了解，以及电缆燃烧时由于有毒有害气体大量产生造成人员死亡， 设备受损及烟雾严重使人员不能及时撤离的危害， 提出了电缆不仅具有良好的 阻燃性能，而且一旦燃烧后产生的气体中无卤酸（有害气体）并且发烟量低， 为此发展了无卤低烟阻燃电缆。这些无卤低烟阻燃包括电力电缆、控制电缆、 光缆、建筑用线及数据电缆，用于地下铁道、电站、化工厂、船舰、高层建筑、 信息产业等重点工程和人员和设备密集场所，随着经济高速发展，高新技术不 断更新， 产品向高层次发展， 无卤低烟阻燃电缆品种和数量大幅增加大势所趋。 常规的电线电缆是相当严重的污染源，其在制造、使用及废弃处理时会产
图 1-1 WDZB-YJY 8.7/10
3×95 电缆结构
1.2
导体结构尺寸的计算
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1.2.1 电缆导体结构和单线根数的确定 导体采用紧压绞合圆形结构，导体用铜单线符合 GB/T3953-2009《电工圆 铜线》中 TR 型圆铜线。根据由乔月纯、邓先锋等编写的《电线电缆结构设计》 P11 中表 2-3 可知，标称截面积为 95mm 的紧压绞合圆形导体，其单线最少为 15 根，本设计采用简单正规绞合分层紧压，即 1+6+12=19，取紧压系数,η=0.90， 延伸系数μ=1.10， ρ20=0.017241Ω· mm2/m， 又有 20℃时铜的最大电阻 RB=0.193 Ω•KM 由于此型号电缆为阻燃电缆，故缆芯可以有绝缘单线和填充绳组成。填充 绳为岩棉阻燃材料，燃烧温度可达 600℃，起到阻燃耐火作用。 1.2.2 单丝直径和紧压导体直径的确定 对于三芯电缆取 K3=1.02，而 K1、K2 可根据标称截面积 A1 求出单丝近似直 径 d1 来确定。由
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论文题目：WDZB-YJY 8.7/10 3X95 电缆结构设计及阻燃实验
系 专 班
部：
电气工程系
业：电线电缆制造技术 级： 2009 级01 班 程东旭 090314113 乔月纯
学生姓名： 学 号：
指导教师：
2012 年 05 月 15 日
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生大量的二恶英、铅、卤等公害。近年来，欧洲、美国及日本对与电线有关的 公害十分重视，其政府不仅对电缆制造过程的排放物进行严格的限制，而且对 报废电缆的处理实施了全面的监控， 迫使电缆厂商用符合环保要求的材料取代 传统材料，制造环保型电缆或所谓"清洁电缆"。 该毕业设计的无卤低烟阻燃 B 类电力电缆型号为 WDZB-YJY 8.7/10 3X95， 在此次的设计过程中， 要充分考虑满足无卤低烟阻燃的条件。 通过该毕业设计， 不仅是为了完成这个题目而进行设计， 更重要的是能够使我在设计过程中加强 与工厂实际的结合，为今后工作打下良好的基础。
集肤效应因数是由于集肤效应使电阻增加的百分数，表达式为： ys=
8πf ×k s ×10 7 , ' R 8 3.14 50 1 10 7 0.49 4 2.56 10
192 0.8 x s
x