对称通信电缆设计计算

对称通信电缆设计计算1 电缆结构选择1.1 导电线芯的选择1.1.1 铜导线直接的选择在低频时，总是线芯愈粗，直流电阻（或交流有效电阻）愈小，电缆衰减愈小。

因此，市内电话电缆的线径有好几种，每种线径的电缆在一定频率时有一点的衰减值。

用户根据通话距离、允许线路衰减来选择电缆线径。

在高频时，情况就两样，由于集肤效应和邻近效应造成的高频附加电阻，占交流有效电阻的很大部分，甚至超过一半。

当线径加粗时，虽直流电阻减小，而总有效电阻减小很少。

目前，高频电缆中铜导线直径各国都是不超过 1.2～1.3mm，我国采用1.2mm。

在中同轴、小同轴综合电缆及高频四线组中，我国则采用0.9mm。

1.1.2 导线软、硬度的考虑在对称通信电缆中，导线都是软铜线。

1.2 绝缘结构的选择1.2.1 市内通信电缆绝缘结构大量采用实心PE绝缘。

（纸绝缘电缆已基本淘汰）目前，也用泡沫、带皮泡沫聚烯烃绝缘替代实心聚烯烃绝缘。

泡沫PE的发泡度为33%，它使绝缘的介电常数（ε）从2.3降低到1.8.而带皮泡沫PE的发泡度为45～60%，绝缘表面包一层0.05mm厚的实心皮，它的组合介电常数为1.6。

这种双层PE绝缘芯的特点是：具有良好的绝缘强度，较小的介电常数，表面机械强度大，特别当这种结构做成石油膏填充电缆，其电缆外径比实心绝缘的石油膏填充电缆减小14%。

1.2.2 高频对称电缆绝缘结构已经生产的绝缘结构有：纸绳纸带绝缘、泡沫PE绝缘、PE绳管绝缘、PE 鱼泡绝缘和聚苯烯绳带绝缘等。

其中，以泡沫PE绝缘的电缆最多。

2 电缆设计计算2.1 市内电话电缆的计算2.1.1 导线直径计算d =〔4000K/58πR dc（1－m）〕1/2 (1)式中，d —导线直径 mm；K—铜导电率及各种绞合的系数无氧铜导电率为102%IACS,各种绞合的系数为：R dc—标准规定的直流电阻值Ω/kmm —由于生产中各种因素的影响，如导体材料、外直径偏差、绞合节距等，使得电缆各导电线芯的直流电阻测试值有一定的分散性。

因此设计时，给已知电阻×（1－m），使计算的导向直径有一点裕度。

m值由导线直流电阻的统计数据计算得出。

表1为按不同导线直径分别统计的参考值。

（m值小，表示生产工艺水平高）表1 m值表（参考）（%）实际生产中，导线从拉丝机出口模出来后，直到制成电缆成品，它的直径变化大约为10%，因此，导线直径目标值及控制范围（±0.004）见表2。

表2 mm2.1.2 绝缘厚度计算按照不同绝缘结构，根据标准规定的线对工作电容计算绝缘外径。

工作电容计算公式为：c = kε/log（1.5D/d） (2)由式（2）可求得绝缘外径的计算公式为：D =（d/1.5）×10kε/c (3)式中，D —绝缘外径（mm）；d —导线直径（mm）；k —由不同绝缘结构及缆芯是否填充决定的系数。

一般取k=9～11。

ε—绝缘的介电常数；c —线对工作电容（nf/km）。

注：D的数值是经过反复调整尺寸，使测得的电容值符合要求后决定的。

当D决定后，通过反算求得周围介质系数k值，如保持周围介质不变，则k值也不变，这样即可计算该种介质不同规格的绝缘外径。

举例：实心绝缘非填充型电缆，根据标准c=52 nf/km，低密PE绝缘ε= 2.26，当d = 0.5mm时，经反复验证D = 0.9mm最合适。

由此，根据式（3）反算得k=9.92（若是单线机，k可取大），再用k值代入式（3），就可求得d = 0.4mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm的绝缘外径，分别为：0.72mm、1.08mm、1.26mm、1.44mm、1.61mm。

2.1.3 对绞节距的计算和选择在音频和低频电缆中，线组之间的干扰主要是电容耦合的结果，电场的影响主要在相邻的一些线组之间存在，距离较远的线组电耦合比较微弱。

因此，只要在相邻线组间配合扭绞节距（即采用两个不同节距交错排列），即可消除影响。

在高频电缆中，磁耦合非常大，磁耦合产生的干扰波及较远，会在电缆的各个线组间发生。

因此，电缆中每个线组的扭绞节距都必须注意与其它各线组扭绞节距的配合，一般要各不相同。

对绞节距的计算公式：h1/h2= (2v±1)/2w (4)计算时，先给定第一组某个节距，然后采用不同的v值和w值，便可计算出很多节距，从而可以为每个线组选取一个适当的节距。

例：取h1=100mm，当v 和w为1～4时，计算结果如表3。

表3绞合节距的选择：除根据式（4）计算外，还需考虑标准对绞合节距的规定。

a. 25对基本单位中，所有的节距应不相同；b. 成品电缆绞合节距不大于155mm。

根据标准规定，首先选定节距范围，节距最小值不能太小，节距小材料浪费大，生产效率低；节距最大值比规定要小一些。

一般节距范围为50～150mm。

不同导线直径的电缆，选择节距范围不同，导线直径大的，选择节距要大一些。

选择的节距不能全是计算出来的数值，还应根据对绞设备情况，作适当修正。

选好的25个节距的排列见表4。

排列原则：W2 = 2π（1/h a－1/h b） (5)W 2值大的二个线对，相邻或靠近排列；W2值小的二个线对，安排在不同层或远离。

即，相邻线对节距应拉开，一般相邻节距比为1，045.表4 25对基本单位色谱和节距2.1.4 缆芯绞合外径计算a. 100对及以下电缆（对绞型单位式绞合缆芯）经验计算公式：D = KdN1/2 (6)式中，D—缆芯绞合外径（mm）；K—绞缆外径系数，见表5；表5 K值d—单线绝缘外径（目标值）（mm）；N—缆芯实际对数。

b. 100对以上缆芯采取单位式二次成缆，，缆芯不易压缩，填充系数变小，采用ΨΨ值修正。

修正后缆芯绞合外径计算公式：D = KdN1/2＋Ψ (7)式中，Ψ—修正值，见表6.表6 Ψ经验值2.1.5 电缆一、二次参数计算以HYA型0.5线规为例：导线直径目标值d = 0.495mm；绝缘外径目标值D =0.907mm；绝缘材料为低密度聚乙烯，ε= 2.26，tgδ= 1×10-4；电缆总绞入率λ= 1.012；线对工作电容平均值C = 52×10-9F/km。

a. 有效电阻计算R = R0＋R～= 2R〔1＋F（x）＋PG（x）（d/D）2/1-H（x）（d/D）2〕＋R‘（Ω/km） (8)当f = 150kHz时，R = R0＋R～=2×92.1〔1＋0.0782＋0.054〕= 208.6Ω/km当f = 1MHz时，R = R0＋R～=2×92.1〔1＋1.045＋0.267〕= 426Ω/kmb. 电感计算L = λ〔4ln（2D-d/d）＋Q（x）〕×10-4（H/km） (9)当f = 150kHz时，L = 1.012×〔4ln（2×0.907-0.495）/0.495＋0.911〕×10-4= 4.94×10-4 H/km当f = 1MHz时，L = 1.012×〔4ln（2×0.907-0.495）/0.495＋0.556〕×10-4= 4.53×10-4 H/kmc. 绝缘电导计算G = G～= ωc tgδ（s/km） (10)当f = 150kHz时，G = 2π×150×103×52×10-9×10-4 = 4.9×10-6 s/km当f = 1MHz时，G = 2π×106×52×10-9×10-4 = 32.7×10-6 s/kmd. 衰减常数计算α= R/2（C/L）1/2＋G/2（L/C）1/2 (11)当f = 150kHz时，α=208.6/2·（52×10-9/4.94×10-4）1/2＋4.9×10-6/2·（4.94×10-4/52×10-9）1/2= 1.07Np/km = 9.28 dB/km注：1 Np（奈培） = 8.686dB（分贝）。

当f = 1MHz时，α= 426/2·（52×10-9/4.94×10-4）1/2＋32.7×10-6/2·（4.94×10-4/52×10-9）1/2= 2.28Np/km = 20.2dB/kme. 波阻抗计算= （L/C）1/2（Ω） (12)Zc当f = 150kHz时，= （4.94×10-4/52×10-9）1/2 = 97.5ΩZc当f = 1MHz时，= （4.53×10-4/52×10-9）1/2 = 93.3ΩZc2.2 同轴电缆的设计计算同轴对的尺寸都已标准化了，一般都不需要再去确定结构尺寸。

（略）。