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第八章 电线与电缆
电线与电缆这两个用词很常见但却不容易区分,根据IEEE的定义,电线是指导电体加上可有的绝缘体,因此一根露的电线与一个导电体是等同的.当然,电线的电气连接点是导体制成的。这些连接点的终点操作在卷曲和遮蔽之前或在绝缘体挽置时,绝缘体会被移动。
电缆有两种常见类型:对电线提供机械保护或便于电线处理的复选电缆,如加套和带状电缆;与倾向于提供特定的电气工作性能的电缆,如防护传输线或同轴电缆。当然有些电缆构造混合了全部优点,如图8.1所提供的电缆就是例子。图8.1a显示了一个双层外套的导体电缆,图8.1b显示了带状电缆的形态结构。这些电缆并没有提供很好的电气工作性能。图8.1c和图8.1d所示的电缆提供了这些优点,图8.1c所示的防护传输线状电缆控制了阻抗,和非传导性的材料一样用于空间和导体直径受到限制的地方,环绕在电缆周围的防护套可保护其不受电磁干扰。图8.1d所示的同轴电缆利用不同的形态结构提供了同样的好处。
这一章根据用途和特性来组织,提供了电缆材料,构造和工作性能方面一个总的看法。它们同如同卷曲一样形成固定的机械边结和绝缘替代边结发生联系,更多的电线和电缆的细节讨论可从Refs.1-3找到。
8.1导体
当然,导体的功能是在两个电气系统或电系统之间提供一个传导的路径.导体通常是金属,这样可以利用金属固有的高导电性及机械强度与制造方面的优点,导体可以由两部分组成,导体的基体金属及在许多情况下可以提供防蚀保护或特定工作性能的末端或外套。每一部分都认为是分开的。
铜是在导体广泛应用的金属,这是因为它在导电性,成形性和价格上拥有不可比拟的组合优势。其它的导体材料包括有铜合金和铝,之所以选择这些材料,是因以它们在导电性,拉伸强度,重量和成本方面的组合特性,使之作出应用决定,因以这些因素是非常重要的。
末端包括锡,银和镍,末端的选择主要是依据在温度,频率和细节方面的应用要求。
8.1.1铜
铜易于延伸,从而有广阔的形状范围,能提供在安装方面必需的柔韧性,能应用于各种不同的要求.导体直径的较高限制是由柔韧性要求来决定的,较底的限制则是根据电线的拉伸强度的降低来变化,通常是一些制造或处理方面的原因。通过一些普通的方法(如机加工或焊接)得到的铜导体的终点是明确可信赖的。铜常被用来退火或快速回火,这样会对拉伸强度,导电性和易弯曲缺点带来的电阻产生重大原影响。
8.1.2铜合金
铜合金用于对拉伸强度有应用要求时,但它通常会造成导电性能的降低,即便是低含量合金,高强度合金的例子包括铜-镉合金(C16200)和镉-铬-铜合金。合适的导体合金的选择是一项复杂的工作,包括了对成本,重量,导电性,治金性及终点工艺需求的适宜性的考虑。8.1节包含了对电线和电缆中应用的铜合金的电气性能与机械性能的编辑,电气特性可以用两种方法列出:根据Ω/cm的材料电阻和国际退火铜标准所规定的导电性,即IACS的百分比。
8.1.3铝
铝有良好的导电性与较轻的重量,但是与铜相比,其较难接到终端上.。这些特性使得铝应用在对于重量减轻要求比较严格的地方,例如航空、汽车等行业,然而对于终端连接技术的发展给予了较强的重视。铝及铝合金的一些电气与机械性能在表8.1中已给出。
从终端连接角度来看,导体铝连接终端有困难归结于两个原因。第一,铝的表面形成致密的氧化物保护膜,导致连接终端的许多焊接及机械方面的工艺问题。焊接需要在焊锡与表面有难去除有氧化层的金属导体间形成金属间化合物。氧化层由于其厚度与附着力会影响机械电连接。第二,,铝对于潜伸是敏感的,潜伸-材料在压力下的流动-此因素在设计机械连接工艺时必须要考虑到。这样就需要在铝线端头处存在一弹性体,使得在金属流动时其残余应力可维持连接的稳定性。
铝有低的疲劳强度与有限的弯曲能力。这些负面特性限制了铝导体的应用。铝导体应用最广是在大功率输电线、地下电缆及高空电缆(高空线缆中有钢制增强线芯)、内部连通和buss bar。
8.1.4导体镀层
铜导线通过涂、电镀或包覆几种金属来增加其对于腐蚀及升温的抵抗力。绝大部分金属是锡、银及镍。锡与银为铜提供保护,当某处不可避免地出现高温及影响绝缘性的情况,从而导致铜的绝缘性能下降与铜的腐蚀。镍基本上用于提高抗高温性能。
锡镀层提供抗腐蚀保护是由于第三章所讨论的锡自身限制氧化的特性。锡也能提高端头性能在焊接方面,因为锡是焊料的一部分,在机械式永久连接中,如第三章所讨论的,卷边与IDC存在较容易的氧化物转移,增大了所需要有金属接触表面。镀锡导体被应用在许多商业设施,但与bare导体相比有价格上的损失。然而,锡的高电阻率限制了其在低频设施上的应用,这些低频设施其表面效应可以忽略。表面效应是指随着电流频率的增加,导体中电流会靠近导体边缘流动。
相比之下银用在高频设施上是有利的,它的高导电率增加了导体的导电性。银在同轴导线及线缆设备中属于普通导体镀层,因为它有价格较高。
镍能提高铜导体的抗高温能力通过其直到250°C时的氧化保护膜。镍镀层对于焊接与机械连接端头的简便性均会产生负面的影响,尽管此两影响可通过适当的处理得到解决。
8.1.5导线的结构
导线是由单束或多束纯金属丝组成,或者由成束的导体组成。每一种组成都有其优点和缺点。
“实心导线”. 实心导线比起搓合导线来,成本低并且在相同的横截面上体电阻较低。较低的电阻再加上较高的热导性,使实心导线对于给定的导线尺寸有较高的额定电流。但是它们的挠性和抗弯曲性不高,在脱剥绝缘体时,要比搓合导线更易受到损坏。实心导线表面上的一个刻痕或擦痕,经过持续受力可以传到整个横截面,从而导致导线的损坏。对于搓合导线,这种损坏只局限在受损坏的单个导线中。
“搓合导线”. 搓合导线的应用主要是跟实心导线相比,它们出众的挠性及抗弯曲性。这些益处得益于用在一个导线上搓合结构,在图8.2和图8.3中展示了这样一些导线。
搓合结构中束状搓合与绳状搓合在复杂性个不一样。在束状搓合中,所有的导线被当成一个单位,在单独一股的相对位置上没有任何控制(图8.2a)。束状搓合导线呈现了最高的挠性,在制造中可能会也可能不会进行螺旋式缠绕或是捻合。在很多种搓合结构中,一个中心导线被外面的导线层所包覆(图8.2.b);在这种结构中,每一层的线股数增加六个。在用于高股数的绳状结构中,单独导线股被多导线束所代替,这些导线是以相似的结构束状搓合成的(图8.2c)。
图8.3是所选择的同心导体之结构示意图﹕(a)单层(b)等边层(c)完全同心分布。由AMP公司提供。
成束的金属成同心的排列方式,如图8.26所示,可以通过层和另一种层区分。如图8.3所示,若导线在加工时是弯曲的,那也能曲分。在单层结构中(图8.3a)导体层只有单一的间距。在等边的结构中(图8.3b)导体层也只有单一的间距。但是导体层在扭曲的方向上是交替变换的。在完全同心结构中(图8.3c)导体层扭曲的方向和间距,每一层都有不同。
导体层每一层的间距和方向都变换是为了导体间相互距离和导体的全部尺寸及稳定性。单层结构最具有柔韧性但控制导体的稳定性和尺寸的能力最差。完全同心结构控制所有要素的能力最强。显然,这种尺寸控制包含面本的增加,更复杂的导体结构只有在成本划算时才用。增强尺寸的控制能力对于计划发展电缆在IDC的应用特别重要,这正如第9章所述。
成束的结构对柔韧性和电阻也有影响。例如减小层间的间距,结果柔韧性降低,但电阻却有提高,这是由于导体的弯曲了导线的总长度。
成束的导体可以由一层能够包覆整个导体长度的锡铂外被将其捆在一起。如果此种外被用在预先包有锡铂层的金属导体束中,这称作双外被的铜。如果在裸铜导线中,则称作具有顶层外被的铜。这种做法稍微经济些。所有叙述表明了柔韧性减弱以及由于振动和机械滥用而更易折断的趋势。其也展现了更强的尺寸控制能力,以及导体位置在导线中更加稳定,这两点能推动IDC的进程。
8.2绝缘
导线绝缘有机械和电子的功能,各自的主要性取决于应用的场合。绝缘的要求也有变化,取决于电线或电缆应用是否须考虑。除了以上因素,绝缘体的化学和热学稳定性也要着重考虑。这些特性自然是取决于绝缘体的材料、结构及尺寸。各式各样的高分子材料被用作电线和电缆的绝缘体。
8.2.1 机械考虑
电线和线缆绝缘体的机械性能要求是能避免导线磨损以及减小导线的使用应力。绝缘体的材料特性,即硬度、抗拉强度、刚度和磨擦系数会影响其使用性能。对于单线,仅因其导线的尺寸和数量与线缆不同,其承受的机械应力一般比线缆小,因此将对线缆的机械性能比对电线作更重要的讨论。对于小规格电线,绝缘体主要是承受搞拉应力。
对于永久性机械连接,绝缘体的机械性能可以从多方面进行讨论。对于卷边连接,可重复且可靠地剥去导线上是一个侧重点,而对于绝缘体断层连接(IDC),当电线插入绝缘体断层连接(IDC)的狭缝时,绝缘体的断层处于临界状态。这将在第九章讨论。
8.2.2电的考虑
根据使用的频率不同,电线与线缆的电性绝缘可分为两类,一是低频绝缘,其乃通常所说的绝缘,以确保导线间或设备的导电组件间不会产生短路;一是高频绝缘,因其绝缘性能会影响信号的传播和电线及线缆本身的阻抗而使其显得比较重要,这将在往后的第十二章进行讨论。这些性能取决于绝缘体的非导电性系数和尺寸参数(犹指厚度),在高频领域,泡沫绝缘体通过其间夹杂的空气可降低非导电性系数,故多用于提高信号传播速率。
8.2.3 化学/热量的考虑
化学考虑包括清洁剂的稳定性、高温氧化、除添加剂的气体和易燃物,绝大部分的这些材料特性取决于材料的生产。热量考虑包括温度对绝缘体的硬度和伸长性或弯曲性的影响,以及焊接时短时间高温辐射的稳定性。由于这些影响主要由聚合体结构决定,亦即主要由材料决定。
8.2.4 绝缘材料
根据绝缘材料的用途,可将其分为基本的两类﹕一级绝缘和二级绝缘,其中一级绝缘直接裹住导体以提供电性绝缘,而二级绝缘以覆被的形式存在,可提供线缆内部导线以机械保护并有助于电线操作。据此用途对它们的要求是相似的但侧重点不同。图8.4表示一个具有所说的一级绝缘和二级绝缘的带覆被线缆的例子。由于绝缘材料的种类很多用途很广,在此仅选择数种材料进行说明。
一级绝缘﹕主要一级绝缘材料包括聚乙烯胺(PVC)、聚烯烃和氟化碳化氢,其中聚乙烯胺(PVC)于商业和低频运用领域占有优势,而聚烯烃和氟化碳化氢,尤其是其泡沫型号多用于高频运用领域。
聚乙烯胺(PVC)﹕到处存在的聚乙烯胺因其具有合理的价格和可由多种制程获得的优良整体性能而兴起,制程材料可是50%的可塑剂和添加剂,可形成一系列不同的柔韧度、强度和耐磨度,另外,一些PVC绝缘体为提高耐磨度而采用放射性交叉连接,PVC具有很强的非导电性和绝缘性,但非导电性或电容性损失限制了它于高频领域的运用,尽管PVC常用的操作温度范围是-20℃至80℃,但据其制程其可于-55℃至105℃的温度范围内操作。
聚烯烃﹕其包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和这些材料的共聚物,通过改变PE聚合体的密度可获得不同的PE绝缘性能,其高密度和低密度成品均被广泛使用,低密度聚乙烯(LDPE)是一种强度大韧性好的聚合体,其具低非导电性系数,这使它很适于高频运用领域,尤其是以泡沫形式进一步减小有效的非导电性系数,高密度聚乙烯比LDPE具有更高的耐磨度和强度以及与LDPE的最高常用温度80℃相比其可承受到90℃。
氟化碳化氢﹕用于一级绝缘的三种主要氟化碳化氢分别是聚四氟乙烯(PTFE)、多糖铁(PFEP)和聚乙烯胺(PVDF),与前述材料相比,所有这几种材料具有更广的温度适用范围以及强导电性能和机械特性,然而这些优点的获得是以材料成本和制造成本的提高为代价的,这使得它们仅用于需要特别高性能的地方。
表8.2总结了这些一级绝缘材料的一些主要性能,这些所给计算结果是公称值,制造者于制造过程中可能会发现实际获得的数值与这些数值相差很大。
8.2.5二级绝缘材料
下面材料主要用于线缆的二级绝缘或作覆被用,有时在一些场合它们也可能是大尺寸导线的一级绝缘。
聚二氟氯乙烯﹕聚二氟氯乙烯(说其商标「合成橡胶」倒更熟悉些)可用不同的制程生产以适应不同使用要求,和PVC一样,其聚合体可包括50%的添加剂以促进交叉连接和提高机械特性,该添加剂包括增强剂、增塑剂、防老剂和硫化剂,聚二氟氯乙烯具有很多优良机械特性,尤其是硬度以及作为防燃剂和耐油抗腐蚀性。
聚乙丙烯橡胶﹕聚乙丙烯橡胶(EPR)是一种具良好电与机械性能的聚烯烃共聚物,另外,它能适应不同天气以及不被酸碱和其它溶剂腐蚀。
聚胺酯﹕聚胺酯的热塑塑料和合成橡胶常用作覆被材料,聚胺酯的电性能不足以用作一级绝缘,但其机械性能,尤指抗拉和防震,使其成为很好的机械绝缘体,当给小直径导线提供很薄的绝缘时,聚胺酯也可用来作一级绝缘。
热塑橡胶﹕热塑橡胶(TPES)具有提供材料性能和加工性能的块状共聚体结构,以使其成为一种有用的覆被材料,TPE具有良好的低温弹性、低而稳定的非导电性系数和很好的伸长特性。
尼龙﹕用不同的制程可产出性能相似的尼龙,尼龙的优点包括低摩擦系数、高强度和耐溶剂,而缺点在于吸收水份和降低线缆柔性。
表8.3总结所述二级绝缘材料的一些特性。
8.3 导线及电缆的制造程序
导线及电缆的制造程序已达到一种高科技与自动化的成熟水平,使之能够高质量低成本。所有目前高产的技术及设备都是持续运行工作,许多还有联机操作控制及质量测试。
8.3.1 导线
对导线的综述是从原料开始的。压倒性的选择的铜,有时搀入合金以提升机械性能。通过在合适的退火阶段反复通过拉丝模,使得原料被拉成想得到的导线尺寸。
对于特殊应用的导线根据不同的需要,可一个或多个地进行绞线。当需要较大的弯曲耐久性与减小的成型力时,如前面所讨论过的,以一个很小的成本损失,可在一个很大的绞线方式范围里建立相等的横截面,即相等的载流量及电阻率。
8.3.2 绝缘体
大多数导线绝缘本体是采用射塑成型,一种可适用于较大范围尺寸,形状及材料的低成本方法。这种方法的操作具有很高的速度及很好的控制能力。裸露的导线,或者导线束,从塑模的中部被送过。在一个汞的作用驱使下灼热的塑料以包围状通过模具,从而使呈现的导线完全被绝缘体包覆。多个导线可以被送过一个特殊形状的模具以产生多心电缆。这样,射塑过程即将导线进行了绝缘又把这些导线固定在一个预设想要的布局上。射塑成型仅能采用热塑性的塑料。因为这个原因,这种方法趋向于使用在有温度限制要求的低成本产品上。不象其它方法,射塑成型对横截面的形状没有限制。因此,射出的绝缘体要被仔细地检测它的同心性以及最小壁厚。
一些成型用塑料随后进行处理以提高其热性或抗磨损性。用后射塑技术以提高初级绝缘体的例子是热或电子的(注﹕此处原书中有遗漏)梁部通过浸或是搅的方法与次级绝缘体进行聚合物的交连和涂刷。应用别的一些涂层可以改善其抗磨损能力以及提高它的介电能力。
在射塑成型中一个重要的制造考虑是成圆率或是导线或是导线束直径的一致性。不一致的导线很难通过射塑成型以覆盖持续一致的绝缘厚度。绝缘厚度在多导线电缆中尤其重要,为了达到它的最好控制,采用同心搓成或是实心导线是比较令人满意的。不一致绝缘本体厚度的影响可在扁平线缆的宽度上被积累并且使终接过程变得复杂,尤其是对预加了IDC(弃皮连接)的连接器。
另外绝缘导线的方法是浸入涂层、绝缘带包覆以及编织。浸入涂层的方法所用的聚合物是可在一种溶剂中溶解的,以产生一种所谓的“光泽面〞。一旦包覆在导线上并且干燥,这种聚合物能够产生聚合交连或是凝固以提升其抗热及抗化学性能。用以进行浸入涂层的聚合物包括聚酯、聚 亚胺及聚氨基甲酸乙酯。除了操作控制容易和低成本外,浸入涂层的主要优势包括产生被控制的薄绝缘体的能力,以及对于焊接的可适应性(因为薄绝缘体被焊接热量气化)。浸入涂层对于实心导线最有效力,因为提取一种可在搓合导线上产生无孔绝缘体的载溶剂是很困难的。
对于诸如聚 亚胺和碳氟化合物这样性能高,不可溶或是不可挤压的电介质,绝缘带包覆是一种常用方法。在这种应用技术上,包覆绝缘带以螺旋方式包在导线或是电缆上,随后进行熔合,或者不然进行粘合以形成绝缘层。绝缘带包覆能提供很细(0.02mm)但具有良好介电能力的,一致的绝缘体。
编织绝缘体同样包括多个螺旋包覆绝缘体,在表层/底层的进行包覆的方式中一般用纤维面不是绝缘带。各式各样的材料(包括绵布和亚麻布)和编织方式被用于商业用导线中。编织的绝缘体被射塑外皮套入或是被包覆,比如是橡胶以获得更好的抗磨损能力,加附标志以及提升加工特性。当玻璃纤维被应用时,能获得极高温度性能的绝缘体。
8.3.3 遮蔽
金属罩因为两种原因被应用在被绝缘处理过的导线上。第一,该金属罩可能只是一个遮蔽体,用以接地和防止外部的电磁干扰。除了防止外部电磁干扰外,该遮蔽体也用以控制内部的电磁辐射,如果听任这种电磁从电缆上发射出去,将对别的导线或设备产生干扰。
第二,遮蔽过的电缆会产生一个得到控制的阻抗(一种同轴电缆的情况下),以提升其在高频应用中的的电特性。遮蔽同轴电缆的横截面在图8.5以图解方式阐明。所有的同轴电缆都是被遮蔽的,但不是所有的被遮蔽电缆都是同轴的。,对于这两种结构,同轴电缆的由于在同心度与尺寸长度上有更严格的公差面与被遮蔽的电缆有所不同。
8.4专门用途电缆
每一种导线和电缆都有一个唯一的成本、机械及寿命要求。当一种应用产品变得足够大时,这些要求就达到一种普遍的情况,导线的形式就被称为“专门用途的〞。这些专门用途包括工作温度,绝缘和导体类型,电缆结构以及可能的用途。这种类型以及它们的大多数关键性的性质,其典型例子在下面将给出。
8.4.1
这一种类的特点是,在恶劣环境条件诸如高温低温、弯曲、辐射和机械压力下的承受能力。导体,一般是铜,上面有镀层以提升其磨损能力。绝缘材料将经过挑选以提供高水平的化学及热的稳定性,和机械保护与支持。导线尺寸应用在所有范围里。
8.4.2电气方面
电气方面的应用包括家用电器。这种应用一般有高电压(110/220V)以及从几安培到几十安培的较高的电流。这些考虑影响着电绝缘体的必要厚度和导体尺寸。成本是也是一个重要的因素,各种射塑成型的乙烯基和聚乙烯成分被用到。一些电气方面的应用有焊接,而机械式连接在一些应用上占主导地位。卷曲式连接在永久性连接技术中占主导地位已经有很多年了,因为大多数应用用的是分离导线,但是IDC的应用却稳步增长,使分离导线被扁平电缆所代替。
扁平电缆使用的增多得益于几个原因,其中有改善了导线的加工、消除了接线错误、节约了空间,以及应用IDC技术达到的多线端接能力,所有这些使得制造成本得到降低。
两种总的扁平电缆类型是带状电缆和扁平挠性电缆(FFC)。带状电缆一般通过一些方法由圆形的导体构成,这些方法包括射塑成型、碾压及编织结构,而FFC电缆一般是采用一些技术通过将碾压过的铜导有聚合物包覆构成的。图8.6提供了带状和FFC电缆的例子。这种电缆被用在电气方面,主要是带状电缆,像在两个部件间的跳接线,以及在应用中有挠性要求。
8.4.3电子设备
由于需要传输大量的输入/输出信号,在电子设备中线缆的运用远超过单根电线的运用,然而,许多电子设备运用需要考虑电子特性,如串音干扰和可控阻抗,这也是多触点的需要。
当线缆里并联导线传输信号时,环绕导线周围的电磁场会影响相邻的导线,从而产生串音、在接地导线有不需要的信号或相邻电线信号失真的现象。
当信号频率增大,线缆和连接器作为传输线必须把可控阻抗作为重要考虑,要藉阻抗不重合和联合信号反射使信号振幅衰减最小化,可控阻抗是必要的考虑。
串音和可控阻抗将在第十三章作更详细的讨论,本章仅讨论一些有关线缆结构方面的内容。
串音.据使用频率需要,串音保护可有多种方式,一些用以减少线缆串音的常用技术包含﹕
物理分离
双扭线
编织屏蔽
覆带屏蔽
封闭屏蔽
有效的物理分离﹕仅取决于减小的电磁场力的倒转正方形规律。当空间够用,物理分离是有效的。但随着导线间距持续降低,现代的设计限制了这种技术的运用。
双扭线结构﹕通过简单两根电流载线彼此相互缠绕即可实现。这种简单的结构可以抵消一部分围绕导线的磁场,从而减少相邻导线间的干扰。然而,一个更有效的方法是分隔导线间的信号,并转化它们的极性,创造一对平衡线,以使该两导线的磁场很好的抵消。双扭线和隔离相邻邦导线之屏蔽双扭线都能提供可接受电气性能直至频率达到数兆赫甚至数吉赫。
编织屏蔽﹕好的标准度量导线于绝缘体上被子以不同的形状编织,经由编织的绝缘体覆层取决于怎样进行编织的编织导线的规格。编织屏蔽限制了其最大频率通过编织导线间的缝隙。当适用频率增高,电磁场能通过编织导线的缝隙泄漏出来。正改良的编织覆层具有一负面影响于线缆的弹性,这可能也会限制它的使用。
覆带屏蔽﹕导电带(常用金属化的麦拉)通过一些覆盖重迭被缠绕在绝缘体上,比起编织覆层得到巨大改善,多数带层提供改良性能以更高的成本,随成本增加,性能得到更多的改善。
对于很高的频率,即使覆盖提供的是优良覆层,那也是不够。在这种场合使用封闭屏蔽,封闭屏蔽很难制成导线以及终端密封。这限制了它们用于最大性能需要的场合。
可控阻抗﹕在这讨论中,电子设备使用的线缆局限于那些频率很高且必须作为传输线的线缆。在这样的运用中,同轴线缆作为考虑重点的例子。图8.5所示为下面讨论提供参考。两个性能参数起主要影响作用﹕即传播速度和线缆特性阻抗。传播速度对应信号传输速度,而特性阻抗从电力传输的观点看对有效偶合电力和减小反射波是很重要的。
对这些参数一般有两种表达关于线缆结构的。
传播速度VP如下式所示﹕
VP=ε-1/2 (8.1)
其中ε为绝缘体的非导电性常数。
特性电阻Z0如下式所示﹕
Z0=60ε1/2ln(D/d) (8.2)
其中ε为绝缘体的非导电性常数, D为外层导线的内径, d为内层导线的外径。
该两参数取决于绝缘体的非导电性常数。特性阻抗还取决于几何参数。
绝缘材料显然是很重要的。低非导电性常数从信号传播的观点看是很重要的。这就是为何泡沫绝缘常用于发挥空气低非导电性常数的优势。
控制配合公差需要也是重要的。在式8.2假设其两导线是同心的,并且D和d的变化会影响特性阻抗。由于小型化持续降低线缆规格,公差配合控制变得愈加重要。导线规格影响另外一个参数即信号衰减。小导线比大导线承受更大的衰减(日电阻性衰减)。正确的线缆选择唯一取决于应用需要。同样的装置将用到不同的可控电阻或传输线线缆,例如图8.7和8.7a所示的天线线缆、图8.7b所示的微波传输线线缆和图8.7c所示的双股线缆的可控阻抗结构。
8.4.4汽车
在严重的环境和需求成本的压力下,热性能和机械将汽车电线和线缆分为单独一类。趋向于用于电池和负载间的电线具有很粗的导线,可降低温度压力,下罩运用例如点火导线和传感引线会暴露在外界高温。(150℃是正常需要)和高机械应力,特别是摇摆和振动。在这样的场合卷曲式连接会变形。乘务室运用有低电压和环境需要并趋向于带状线缆和FFC线缆以易于制造。
8.5电线和线缆的选用指标
关于线缆选用指标的一些问题,对于高频运用前面已给出。对于低频运用,其它指标更加是相关的。如﹕额定电压、最大电流和额定温度。
电线或线缆的额定电压主要由绝缘导体的非导电性、耐压和它的厚度决定。然而,对于高压运用,必须考虑几何参数即可能会导致电晕放电。
电线或线缆的额定电流总体由额定电流产温升来决定。这样的话,额定电流取决于焦耳热,其变化如式子I2R,因此,取决于导线阻抗,而导线阻抗主要取决于导线材料和尺寸以及几何上更小的延伸。电流容量随着导线横截面的增大而增大。然而,对一给定的横截面积,平形或方形的导线比圆形具有更高的电流容量,由于较多的热量更易散发,而对影响电流的温升产生相关的影响。
散热也取决于绝缘体的材料和厚度,沿着线缆的衰减或电压点取决于同样的因素。
8.6总结
本章提供对电线与线缆材料、结构和运用的总体概述,细节内容请参阅参考1.3。
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