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对称通信电缆设计计算

发布时间:2019-06-10 20:27 来源:未知 编辑:admin

  对称通信电缆设计计算 1 电缆结构选择 1.1 导电线 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mm。在中同轴、小同轴综合电缆及高频四线 导线软、硬度的考虑 在对称通信电缆中,导线 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 市内电线 式中,d — 导线直径 mm; …………………(1) 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: 层组直径 绞入率 30 以下 1.005~ 1.015 30~40 1.00~ 1.02 40~50 1.02~ 1.03 Rdc — 标准规定的直流电阻值 Ω /km m — 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 电阻值的 指标类别 最大平均值 个别最大值 0.4 3 6 m 值表(参考) 线;0.8;0.9 2 5 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 标称直径 0.4 0.5 0.6 0.63 0.8 目标直径 0.399 0.495 0.594 0.627 0.797 控制范围 0.395~0.403 0.491~0.499 0.590~0.598 0.623~0.631 0.793~0.801 0.403 0.499 0.598 0.631 0.801 mm 拉丝定径模孔径 2.1.2 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)×10 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) kε /c …………………………… (3) 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 v 1 1 2 3 4 67 40 29 22 2 133 80 57 44 w 3 200 120 86 67 4 267 160 114 89 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/ha-1/hb) ………………………………… (5) W2 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 线 色谱 a线 白 白 白 白 白 红 红 红 红 b线 蓝 桔 绿 棕 灰 蓝 桔 绿 棕 节距 mm 51 85 68 118 99 60 132 95 56 线 对基本单位色谱和节距 色谱 a线 红 黑 黑 黑 黑 黑 黄 黄 黄 b线 灰 蓝 桔 绿 棕 灰 蓝 桔 绿 节距 mm 142 82 106 65 88 123 73 54 102 线 - - 色谱 a线 黄 黄 紫 紫 紫 紫 紫 - - b线 棕 灰 蓝 桔 绿 棕 灰 - - 节距 mm 71 114 63 76 58 92 127 - - 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 导线.91 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 值修正。 修正后缆芯绞合外径计算公式: D = KdN1/2+ 式中, — 修正值,见表 6. 表6 线 电缆一、二次参数计算 以 HYA 型 0.5 线mm; 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; 经验值 mm 0.8 1.5 2.0 2.0 2.0 2.0 ……………………………………… (7) 导线 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 2 2 R = R0+R~ = 2R0〔1+F(x)+PG(x) (d/D) /1-H(x) (d/D) 〕 +R‘ 当 f = 150kHz 时, (Ω /km) ………………………… (8) 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 /km b. 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/km c. 绝缘电导计算 G = G~ = ω c tgδ 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/km d. 衰减常数计算 1/2 1/2 α = R/2 (C/L) +G/2 (L/C) (s/km) ……………………… (10) ………………………… (11) 当 f = 150kHz 时, -9 -4 -6 1/2 α =208.6/2· (52×10 /4.94×10 ) +4.9×10 /2· (4.94×10 /52×10 ) = 1.07Np/km = 9.28 dB/km 1/2 -4 -9 注:1 Np(奈培) = 8.686dB(分贝) 。 当 f = 1MHz 时, -9 -4 -6 1/2 α = 426/2· (52×10 /4.94×10 ) +32.7×10 /2· (4.94×10 /52×10 ) = 2.28Np/km = 20.2dB/km 1/2 -4 -9 e. 波阻抗计算 Zc = (L/C)1/2 (Ω ) …………………………………… 当 f = 150kHz 时, Zc = (4.94×10-4/52×10-9)1/2 = 97.5Ω 当 f = 1MHz 时, Zc = (4.53×10-4/52×10-9)1/2 = 93.3Ω 2.2 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) 。 (12)

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