电线电缆基础知识大全(值得收藏)

天津市电缆总厂橡塑电缆厂

*章  电线电缆导体介绍

*节  导 体 概 述

     按电阻率（长为1m，截面积为1mm²的材料电阻值大小）划分，一般情况下我们将材料分为三类：

      导  体：电阻率在10²Ω·mm²/m以下

     半导体：电阻率为10³~10⁸Ω·mm²/m﹔

     绝缘体：电阻率为10⁸Ω·mm²/m以上。

    目前常用的金属导体有金、银、铜等(如下表)，考虑到导体的价格和导电性能，zui常用的为铜导体。导电系数以铜为标准(100%)，各导体比较如下表：

      由上表可知，铜的导电率较佳，适用性能广，成本较低，还可在其表面镀锡，利于焊接，并有抗氧化作用(指与空气中氧气结合氧化)。

*节   铜导体

一、铜线的类别

      铜导体由单条铜线或多条铜线组成，分别叙述如下：

      1.硬铜线：经伸线冷加工而成，具有较高的抗张强度，适用于架空输电线、配电线及建筑线之导体。

      2.软铜线：硬铜线加热去除冷却加工所产生之残余应力而成，富柔软性及弯曲性，并具有较高之导电率，用以制造通信及电力线缆之导体、电气机械及各种家用电器之导线。

      3.半硬铜线：抗张强度介于硬铜线与软铜线之间，用于架空线之绑线及收音机之配线。

      4.镀锡铜线：铜线表面镀锡以增加焊接性及保护铜导体于PVC或橡胶绝缘押出时不受侵蚀，并防止橡胶绝缘之老化。

      5.平角铜线：断面为正方形或长方形之铜线，为制造大型变压器或大型马达等感应线圈之材料。

      6.无氧铜线：含氧量0.001%以下、纯度特高之铜线，铜之含量在99.99%以上，不会受氧脆化，用以制真空管内之导线、半导体零件导线及极细线等。

      7.漆包线：铜线软化后，表面涂以绝缘漆，经加热烤干而成，一般分为天然树脂及合成树脂漆包线。

      8.铜箔丝：以扁平且极薄之铜丝卷绕于纤维丝上的导体。

      9.先绞后镀线：将未镀之铜线绞合后，再加以镀铝。

      10.铜包钢：一般用于同轴线作信号的传输(如电视机与VCD的连接、户外电视天线、闭路电视等﹔较硬线具有更高的抗张强度，在高山地带，跨越河流等须长距离时作为架空线用，依其铜厚度，一般分导电率21%、30%、40%等。

      11.合金铜：由铜和其它导体金属组成，如铜镍合金等，用于特殊用途线。

      註﹕ 目前我公司常用的导体主要有如下几种：

      (1)       镀锡铜线，英文缩写为TA﹔

      (2)       裸铜线，英文缩写为BA﹔

      (3)       镀银铜线，英文缩写为SC﹔

      (4)       镀银铜包钢，英文缩写为SCCS﹔

      (5)       铜包钢，英文缩写为CP。

      其它如铜铂丝、漆包线等很少用。

二、铜线的各种性能

1. 导体电阻 — 导体之电阻与其长度成正比与其截面积成反比。

2.导电率—以 20℃时长度为1m、截面积为1mm²之标准软铜线之电阻1/58ohm(0.017241 ohm)为基准，称为100%导电率。电阻愈大，则导电率愈低，两者成反比例。

3.耐弯折性—单线之一端固定，另一端加上重量使垂直向下，然后来回180地弯折，直至线断为止，弯折次数愈多，表示耐弯折性愈强。

4.拉断力—抗张试验时，施于试样而使其断裂之zui大负荷重量或力。

5.抗张强度—抗张试验时，使得试样断裂，单位面积承受的拉断力。

6.伸长率 — 于规定之标准距离，试样经伸长至断裂后所增加之长度与原来长度之比率。 导体在温度不同时会有不同的阻抗，一般常以20℃或25℃时为标准，温度愈高，阻抗会愈大。

第二章  绝缘体和被覆材料

*节  塑料概述

一、 塑料的分类     

1. 热塑性塑料：

      此材料加热时可以迅速软化或液化，成型后再加热也可再度软化成型，如PVC, PP, PE等。

2. 热固性塑料：

      此材料固化成型后，再加热无法软化成型，这种塑料在我公司极少用。

二、塑料的性质     

1.基本物理性质：

       a)比重(密度)  b)分子量  c)粘度  d)比重及粒径分布

      e)游离单体含量(聚合程度)  f)吸水性  g)透气性

2.机械性质：

     a)抗张强度及伸长率  b)弯曲强度  c)压缩强度  d)冲击强度  e)硬度            

      f)弹性系数：受外力作用变形后回复原来形状的能力

3.热性质：

     a)热变形温度：显示塑料在高温受压下能否保持不变的外形。

     b)软化点：受热而硬度降低，即将开始流动温度。

     c)热传导率：热量在塑料材料中传导的速率。

     d)热膨胀系数：塑料加热时尺寸膨胀的比率。

     e)收缩率：收缩后与原模具设计尺寸的比例。

      f)熔态指数又称熔化指数：通常用来判断热塑性塑料的加工性质。

4.化学性质

     a)抗溶剂性：对酸、碱、醚、醇、酮、芳香烃、脂肪烃……等抵抗性。

     b)燃烧性：为改善塑料的耐烧性通常添加难燃剂。

     c)耐候性：受光、热、空气……等影响而引起的变质，劣化的抵抗性，包含在紫外光、氧、臭氧影响下之安定性。

5.光学性质

     a.透明度：可视光域的光透过率，分为透明、半透明、不透明。

     b.雾度：透明塑料内部或表面呈现模糊状的、雾状外观程度，雾状外观是由于光线散射而引起的。

     c.尚有其它要求之光泽度、折光率、黄色指数等。

6.电气特性

     a.导电率及电阻率：导电性越高表示导电率越好，导电性越低表示导电率越差即绝缘性越好。

     b.容积电阻：将绝缘体内部 1cm³的立方体在其相对两面施加电压的电阻，以Ω－cm表示，详细方法可查 JIS K6911或ASTM　D527规定。

     c.介电强度（Dielectric Strength）：

        绝缘体所能承受的介电破坏电压与其厚度的商值，可参考ASTM D149方法测试。

     d.介电常数 (Dielectric Constant)

        介电常数亦称电容率，为物体中电容与真空中电容的比值，可参考   ASTM D150。

     e.功率因子（Power Factor）

        散逸于物质中电力对正弦曲线电压（V）与电流（I）乘积的比例，即：PF＝W/（VI）＝sinδ，sinδ为损失角度，可参考ASTM D150。

     f.散逸因子（Dissipation Factor）

        施于介电物质之交流电压的正弦曲线与流过介电物质的电压曲线的夹角的余角。δ的正切值tanδ称为散逸因子，可参考ASTM D150。

     g.屏蔽效果（Shielding Effectiveness）

        指减少电磁干扰（EMI）与射频干扰（RFI）的效应，其测定方法为：     

     SE＝20xLOG(E_b/E_a)。

     E_b＝：屏蔽前的电场强度﹔

     E_a＝：屏蔽后的电场强度。

7.加工性                                                                      

      要注意其流动性，热安定性，成型（押出）温度，融解温度点（融点），成形收缩率等问题

三、塑料添加剂

       添加剂是指分散在塑料分子构造中，不会严重影响塑料分子结构、却能改善其性质或降低成本的化学物质，依其功能可分下述各类： 

1.抗氧化剂（Antionxidant）

      主要是防止塑料中的不饱和双键受氧原子侵袭而引起的品质劣化，如芳香胺类，烷基酚……等。

2.抗静电剂（Antistatic agent）

      主要是赋予塑料细微的导电性，以避免因磨擦而造成静电的积存，如乙氧化胺类……等。

3.发泡剂：发泡剂主要有三类

a.直接压入塑料熔胶中使发泡，压入气体有氮气、二氧化碳、空气……等。

b.挥发性液体，升温后挥发膨胀，而使塑料体发泡，常见有聚苯乙烯泡棉。

  c.分解性化学发泡剂，一般为固体粉未，它们在加热时即分解放出气体（通常为氮或二氧化碳）常用者为偶氮化合物（有机物）或无机盐类，如酸氢钠。      

4.着色剂（染料）

      分有机与无机两大类，又分为染料及颜料两大类。

5.难燃剂（又称防火剂）

  当塑料暴露于火焰时，能压抑火焰之蔓延，防止烟雾形成，当火焰去掉时，燃烧便会停止，大致可分为有机与无机二大类型。

6.安定剂（Heat Stabilizer）

      一般塑料均会在高温时分解劣化，以PVCzui严重，PVC在 100℃以上长时间加热，有少量盐酸游离出来，开始分解，安定剂的作用是阻止分解，因此安定剂的添加是非常重要的。

7.紫外光吸收剂（UV　absorber）

      塑料受到高温能量的紫外光照射而发生劣化，因此户外使用的塑料必须添加此剂，将紫外光线吸收或遮断，如水杨酸脂类。

8.冲击改质剂（Impact modifier）

      加入具有特殊性质的树脂，可籍着混炼的方式增加，以改良塑料的耐冲击性，该剂也常影响到塑料的耐热性，流动性，必须慎重选择。

9.滑剂（Lubricant）

    可分内部与外部滑剂：内部滑剂的目的减少聚合分子间的磨擦，降低粘度，提高流动性﹔外部滑剂是使塑料从金属模具表面易于脱模。常用滑剂有脂肪酸酯类或脂肪酯醯胺类、烃类(如天然石腊），金属皂类。

10.可塑剂（Plasticizer）

       可塑剂为挥发性低的物质，添加于塑料时，能使塑料的弹性系数增加或减少，而于常温时增加柔软性，高温时易于加工，以PVC为例，添加量愈多时制品愈软。

11.硬化剂（Curing agent）

       硬化剂目的在促进塑料形成交联结构称之硬化，其目的提高机械强度、耐热性、耐溶剂性、与尺寸稳定性，如DCP ……等。

12.填充剂（Filler）

       改善机械强度作为补强剂，增加重量作为增量剂，以降低成本，如高岭土，碳酸钙等。

13.其它

   a)成核剂:有些无机粉未在发泡中可使泡棉结构更为细致。

   b)导电剂:如碳烟，金属粉未等。

四、塑料的加工形式

塑料的加工方式有压缩成型、注射、挤出成型等。电线绝大部分用押出成型（Extrusion）,是将热熔性塑料在加热筒内溶化再用螺杆予以押出。

五、塑料的鉴别

1.    燃烧法：依据材料是否燃烧，若有，辨其火焰颜色；是否冒烟，若有，辨其烟的颜色，如：烟为清烟还是含炭灰之烟；是否有溶胶滴落，若有看溶胶是否继续燃烧；以及燃烧时产生何种气味等。

    Teflon：遇火软化变形，有邹曲薄层，少量焦炭，微焦发味，不可燃性。

    PVC：绿色火焰光罩,软化冒出白烟并有盐酸味,自熄性塑料; 置于水中，下沉。

    PE：兰色光罩，燃烧区熔融透明，有熔胶滴落及蜡烛味﹔置于水中，上浮。

    PP：兰色光罩，燃烧区熔融透明，有熔胶滴落及煤油味﹔置于水中，上浮。

    PU：黑烟，有熔胶滴落，无焦灰，氮氧化合物味，延烧性。

    Nylon：兰色光罩，熔融，头发焦味，自熄性。

    Silicone类：无味，浓浓白烟，白色残余灰份，自熄性。

2.    比重法   ：   密度比较法，即以水的密度为基准，塑胶料置于水中，若下沉，则塑胶密度比水大，若上浮，则比水小。此方法可与其它方法配合使用。

 3.   其它法如光谱分析法、溶剂鉴别法……等。

第二节绝缘体和护套料

一、绝缘体

 1.  目的：为导体绝缘。

 2.  常用材料一览表，如下：

二、被覆材料(Sheath)

 1.目的：保护绝缘体……等，其材质及厚度皆有相关规定如UL等。

2.材料一览表：

三、PVC胶粒

    (一)PVC用途简介和分类

       1.用途：电线电缆、绝缘材料、外被材料、唱片、地砖、塑料管、人造窗帘、雨衣、鞋子、海滩椅、插头、电子零件等等。

        2.分类：按硬度分为三种，即硬质、半硬质、软质﹔它们的优点是电气绝缘性佳，耐水性、耐臭氧性、耐燃性、耐候性皆很好。

    (二)PVC胶粒

    1.PVC胶粒的基本配方

          PVC粉：主体一般常用 S60、S65、S70﹔

         可塑剂：主要目的在调整软硬度，提高耐寒绝缘等作用﹔

        填充剂：目的在增强加热、光之安全性及绝缘性﹔

        改质剂：依特性要求添加﹔

        安定剂：抑制PVC内之少量游离Cl-分解﹔

        防火剂：增强耐烧性﹔

        染颜料：颜色调配。

    2.硬度

         上常以shore A表示之，而国内软硬度常以P%表示，例如：50kg之PVC料、可塑剂40kg时软硬度以80P表示﹔50kgPVC料、可塑剂55kg时是以110P表示，即可塑剂愈多P数愈大，PVC胶粒就愈软。恰好相反,萧氏硬度(shore A)度数愈大，PVC胶粒愈硬。

    3.移行说明

         电气用品之外壳常用的塑料材质大部份为PS、ABS、HIPS.电线被覆为PVC塑料时，由于PVC含有可塑剂，而有此可塑剂会移行者，会将PS，ABS，HIPS塑料壳侵蚀，因此对PVC有非移行的要求。

 ※附PVC移行的试验方法

         将试片(ABS，或PS或HIPS)两片(长50x宽50x厚20mm)，中间夹PVC电线，再上下两层用玻璃盖住并用一定重量的砝码（我公司常用500±5g砝码）压住，施以不同时间(24，48，72小时)不同温度(50℃，60℃，70±2℃)之条件下，测试(条件由客户设定)，测试后取出试片，用肉眼观察，试片上不能有痕迹或痕迹可以插掉为合格。

        ABS = Acrylonitrile Butadiene Styrene Terpolymer

         苯乙烯、丁二烯、丙烯参聚合体

        PS = POLYSTRRENE  聚苯乙烯

       HIPS = High Impact Polystyrene 高冲击聚苯乙烯

4.PVC胶粒应具下列性质:

         耐热性 ( Thermal Stability ) ﹔

        硬度 ( Hardness )﹔

        安全性 ( Safety )﹔

        老化性 ( Aging Properties ) ﹔

        机械性质 ( Mechanical Properties )﹔

         耐燃性 ( non-flammability )﹔

         电气特性 ( Electrical Properties )﹔

         耐候性 ( Weather ability )﹔

        光安定性 ( Light Stability )﹔

        低温特性 ( Low Temperature Properties )。

5.PVC物理特性

   a.抗张强度：（Tensile Strength）

    将一定截面积的试样（如哑铃片等）拉断时所需要之应力，用之单位为PSI或kg/mm²。

   b.热变形（Heat Distortion）

    适当取样后，将其加热至一定之温度后，施加一定压力及时间试验该材料之外形改变情况。其计算公式如下：

        c.热冲击（Heat Shock）:试验材料稳定性方法之一，将材料在特定的时间内卷绕于规定之圆棒上，暴露于高温中一段时间，不得有龟裂现象发生。

       d.冷弯（Cold Bend）:将电缆试样置于特定温度之冷室中一段时间﹐通常为零下。再在此温度下将电缆绕于规定之圆棒（Mandrel）上﹐一段时间后﹐进行检查。

       e.延伸（Elongation）:试样拉断时的伸长情形

       f.焊接性:PVC芯线等在焊接或热镀时其塑料部份收缩程度。

       g.老化(Aging):仿真电缆经长时间的使用后,其物理性(抗张延伸)改变的情形。

        h.额定温度（Temperature Rating）:绝缘材料在连续使用之情况下，其基本特性不会发生变化或损失时，所能容许之zui高温度，如交联PE为90℃,PVC有 60℃，75℃，90℃，105℃，PE为75℃等。

         i.额定电压（Voltage Rating）:依照规定或标准可连续实施于各种电缆电缆之zui高允许电压。

         j.绝缘阻抗（Insulation Resistance）:加于绝缘体两极间之电压与电流之比，以公式表示为R＝E/I，其单位一般用MΩ（百万欧姆表示之）。

         k.耐电压（介质强度）（Dielectric Strength）:绝缘材质在破坏之前所能承受之电压，介质强度是材料的一个非常重要特性，在同一种耐电压情况下，介质强度好的材质，其绝缘厚度可以较薄。

四、我公司常用的塑料

       常用塑料料的名称和英文缩写

        1)聚丙烯（PP），防火聚丙烯（Fr-PP）和发泡聚丙烯（FM-PP）      

        2)聚氯乙烯（PVC）

        3)半硬质聚氯乙烯（SR-PVC）

        4)聚乙烯(PE)，分为： 

          a.高密度聚乙烯(HD-PE)

          b.低密度聚乙烯(LD-PE)

          c.发泡聚乙烯(FM-PE)，其又分为高密度HDFM-PE和低密度LDFM-PE.

          d.防火聚乙烯FR-PE

        5)铁氟龙FEP、PFA

        6)聚氨基甲酸酯PU

        7)低烟无卤料LSNH    

       备注：因为FR-PP和FR-PE添加了防火剂（密度＞1），所以置于水中时会下沉!

线缆的特性

一、物理特性

     此章第二节提到我公司目前生产的线缆类别主要为E119932、E188601和E139956，其对应的标准分别为UL758、UL444和UL13，测试方法参照UL1581.不同型号的线缆有不同的特性要求，参考如下：

 1.详细检查

     (a)   导体截面积

    (b)   导体绞距

    (c)   绝缘厚度

    (d)   外被厚度

    (e)   Tag（标签）

    (f)   表面印字

    以上测试依UL之AMW Procedure (Style page)

 2.Tensile strength and elongation 抗张，延伸测试（含老化前后）

     除了Fm绝缘和Fm-skin绝缘外，无论是未老化还是烘箱老化绝缘、护层和护套的物理性能(抗张强度和伸长率)，应符合UL1581第50节所述的任何材料的要求。老化条件按UL758或1581规定进行，经老化后，试样放在室温（24±8℃）冷却16~96小时再作试验。

3.Heat shock 热冲击测试

     将试样卷绕在直径等于成品电线电缆直径2倍的试棒上。扁电缆应围绕直径等于短径2倍的试棒弯曲成U形并与试棒接触至少180º ,采用耐热带或其它有效的方法使试样牢牢地固定在位置上然后放进循环空气烘箱中处理1小时，烘箱温度按特定材料和额定温度的规定。绝缘线芯和成品护套电缆应单独进行试验。只有热塑性材料才需做该项试验。

    空气烘箱处理后，应将试样放在静止的室温空气中冷却30分钟或以上，然后用肉眼检查绝缘、护套或两者的表面和内部是否有裂纹。

    检查时，绝缘、护套或两者的表面和内部不得发现裂纹。

 4.Deformation 加热变形测试(仅适用于热可塑性和XL级材质)

     只有热塑性弹性体(TPE)、热塑性材料(氟聚合物除外)和XL材料需做该项试验。成品绝缘线试样应按UL1581第560节和UL758标准，对于特定结构、线规、材料和试样的额定温度的规定做试验。应试验绝缘线芯和护套电缆的护套。

5. Cold Bend 低温弯曲试验

     按UL1581第580节：“低温弯曲”的规定将成品电线电缆的试样和直径为成品电线电缆直径2倍的试棒放进低温箱中处理4小时，低温箱温度为 –10 ± 2℃   (-14 ± 3.6℉)。扁电缆应围绕直径等于短径2倍的试棒弯曲成U形并与试棒接触至少180º。绝缘线芯和成品护套电缆应单独进行试验。

    经过低温箱处理后，以每圈3秒的均匀速度将试样卷绕在试棒上。试样卷绕在试棒上的圈数应按UL758的规定。扁电缆应围绕直径等于短径2倍的试棒弯曲成U形并与试棒接触至少180º。

然后检查试样外表面是否有裂纹。试样上不得出现裂纹的迹象。

6.Horizontal Flame Test 水平燃烧测试

    成品绝缘线或成品电缆的试样，应按UL1581第1090节：“电器布线水平试样燃烧试验”的规定进行评定。

7.Vertical Flame Test 垂直燃烧测试（VW-1）

    成品绝缘线和/或成品电缆的试样，应按UL1581第1080节：“VW-1(垂直试样)燃烧试验”的规定做，进行评定。

    阻燃等级VW-1适用于成品电线或电缆，成品电缆中的绝缘线芯未作等级VW-1的评定，除非标牌上特意注明。

8.Conductor Resistance Test 导体电阻测试

     应按UL1581第220节：“导体直流电阻”对试样进行电阻测量。对于20℃和25℃(68℉和77℉)以外的温度，应按UL1581表220.1采用温度校正系数进行校正。

    对于14AWG~2000kcmil规格，导体电阻应小于等于UL1581表30.1~30.11：“导体直流电阻”规定的zui大电阻值。对于15~32AWG规格，导体电阻应小于等于UL758标准表27.1规定的zui大电阻值。对于细于32AWG的规格，导体电阻应小于等于ASTMB 174和B738规定的zui大电阻值。

9.Dielectric Strength Test 耐电压测试

    应采用成品电线的试样按以下所述的方法做试验。应试验绝缘线、绝缘扁电缆或护套电缆的绝缘线芯。在护套电缆的情况下，应取出绝缘线芯并独立于护套电缆做试验。

对于每个需进行评价的电线样品，应取3个绝缘线或护套电缆的绝缘线芯试样做试验。每个试样应长24in(610mm)。

    介电试验机应能提供50或60Hz连续可变从零至电线试样额定电压5倍的输出电压。电路中接上试样后，输出电压的峰值因子(峰值除以均方根值)应等于纯正弦波上半部输出范围峰值因子的95~105%。应使用电压表连续监测输出电压，该电压表的响应时间在规定的升压速度下不会造成大于1%满盘的滞后误差，其总精度不会造成大于5%的误差。试验机变压器可输出的zui大电流应保证可进行试样的击穿试验而不会发生加载电流引起断路器跳闸现象。

    将介电试验机的一根试验引接线接到作为一个电极的试样的导体上，并另一根试验引接线接到作为另一个电极的金属试棒上。电压应从零开始上升至UL758规定的试验电压，升压速度不超过500V/s。如果达到该水平后无击穿，电压应保持在该水平60秒。

10.Spark Test 火花测试

    作为例行试验，制造商应在工厂里对100%成品电缆做火花试验，试验时按照UL1581第900节：“火花试验”和第910节：“功率限制电路电缆和功率限制防火电路电缆的火花试验”的规定和UL758标准44.2所述的方法。应试验绝缘线和护套电缆的绝缘线芯。在护套电缆的场合，绝缘线芯应在包覆外护套或护层之前做火花试验，测试机消除报警操作务必要用手动回复。

11.摇摆测试

    摇摆测试就是把线材固定在夹具上，线材一定距离的下方附上特定的吊重，接着把所有的内导体串联，连接摇摆机器的反馈路线，再依据客户要求的速率进行的摆动测试。有摇摆要求的线材一般都是用于经常活动的环境中，如键盘连接线、鼠标连接线等，其做摇摆测试的目的就是检验线材能否达到预期的物理寿命(摇摆次数)。我公司常用的摇摆治具半径有R=0mm，R=2.5mm，R=5mm， R=3mm，R=6mm R=12.7mm，R=25.4mm，R=50.8mm，还有一个是鼠标夹﹔吊重有100g，200g，500g，1000g，1100g和1500g﹔挂吊重的点与治具中心的距离称为杆高，可依据客户要求进行高低调节﹔摇摆速率有15~20次/分，30次/分，40次/分，70次/分。不同的治具、吊重和摇摆速率，要求就不一样。用鼠标夹表示摇摆要求很严格，用R=0mm的治具时表示zui严格﹔另外吊重越大、摇摆速率越高表示要求就越高。

 二、电气特性

     电气特性也是依据不同的线缆有不同的标准，或者的标准，或者协会的标准，或者客户特殊的要求等等。所测试的电气特性项目大概有阻抗、衰减、反射损耗、延迟、延迟差、串音、静电容量等，具体内容请见工程相关资料。