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浅解数据电缆制造过程中主要元素的控制 - 无图版

快乐小小鸟 --- 2007-12-29 16:47:54

1

当前随着数据通信的迅猛发展,人们对网络的需求越来越大,而支持网络的主要材料数据电缆的需求也随之扩展,同时对其品质要求也越来越高越严格。这样给制造商们提出了更高要求与挑战。产品也由原来的三类、五类发展到如今的超五类、六类缆以及七类数据缆。因此要保证产品质量就必须要有确切的工艺、精湛的技术水平来实现。

根据行业标准YD/T1019-2001的规范要求:特性阻抗(Z0)及回波损耗(RL)是电缆传输性能的关键指标。众所周知,电缆全长和全频带阻抗的均匀性是评价电缆高频传输性能的“试金石”。对于沿线分布参数均匀不变的传输线,其电磁波传输途中应无反射发生。线路中任一点电压波与电流波的比值相同,称为线路的波阻抗。也这就是人们常说的电缆的特性阻抗。特性阻抗是数据电缆中的一项非常重要的指标,因为它直接影响到回波损耗的变异,阻抗均匀时,传输信号的反射能量就小,回波损耗分贝值就高,电缆的传输质量就越好。数据电缆常规是以四对对称线对结构的型式组合,在电缆的测试中包含有结构效应,为此一个经常遇到的问题是电缆的拟合阻抗是合格的,但是结构回波损耗SRL)不合格。这是因为YD/T1019-2001标准中是用最小二乘法将扫频输入阻抗频率曲线拟合为一光滑的阻抗曲线,这一阻抗通常称为“拟合阻抗”。所以拟合阻抗就很容易通过,但不一定能通过结构回波损耗的考核的道理。而这里面的输入阻抗水平比较容易反映特性阻抗的均匀性。

从电缆测试结果分析:拟合阻抗、输入阻抗、结构回波损耗及回波损耗之间的关系,其回波损耗的要求比结构回波损耗的要求还要严格,因为结构回波损耗是鉴于拟合阻抗来计算得出的。在电缆制造过程中怎样来保证阻抗一致均匀是一个非常重要的问题。这里面铜材是关键,若铜材质量保证电缆结构的均匀性极为重要。制造中结构的均匀性要控制好也非容易。我们拟高频下阻抗的公式分析:

|Z0|=√L/C, -----------------------(1)

式中L----线路中的电感(高频下忽略内电感的线对电感)

C----线路中线对工作电容

L=0.92*㏒(2a-d)/d*10-6  ---------(2)H/m

C=εD/83*㏒(2a-d)/d*10-9 --------(3)F/m

式中 a ----------线对间中心距

 d -----------单线导体外径

 εD ---------电缆有效介电常数

从以上公式不难看出:要想做到结构均匀关键是线对间中心距和单线导体外径的稳定不变,可是在实际生产制造过程中各生产元素是随机周期性变异的,要使电缆各项指标都能通过就必须对生产过程中主要元素进行严格的工艺控制。
快乐小小鸟 --- 2007-12-29 16:48:38

2

一、绝缘单线

1、铜线导体伸率:目前国内进行数缆绝缘单线生产均以拉丝、退伙、绝缘进行串联同步作业。在串联线工序中铜导体的伸率、铜导体外径、绝缘单线外径的同心度是该工序的三项重要指标。串联线上生产出的绝缘单线其导体伸率应控制在17±2%。要达到这个要求,退火电压必须稳定,波形平直。并且退火应采用交流输入,三相自动调压-变压器降压-整流器整流的退火电流,使输出电流、电压十分平稳。导体外径主要取决于拉丝的配模、拉丝速比、定径模,关键在速比与模具的材料应选用。要求材质好的模具,其表面光洁度高且耐磨性强。只有控制了以上三要素才能保证铜导体的外径。绝缘外径的同心度主要由挤出模具来保证。绝缘外径的同心度应≥96%以上。要确保同心度≥96%以上,设备的进线位置与机头、牵引三者应保持在同一水平和同一直线上(也就是三者保持水平和同心);除此以外,在铜导体进入模具前应加一个定位的模具装置以减少芯线的抖动。只要做到以上所述要求,从公式(2)、(3)中便可得知㏒(2a-d)/d的变异就可得到最小值。那么电容与电感相对稳定(C、L),线路中的阻抗也就相对均匀。

2、 水中电容的有效控制:在线质量控制及精密的电气传动是减小阻抗不均匀性、提高回损、减少串音机理的必备手段。这主要体现在水中电容的变易。水中电容参数反映了串联线生产过程中最终绝缘单线的线径质量,其中有外径尺寸的变异以及几何外型的变形。影响水中电容参数变异的主要因素有:A、铜导体线芯质量的均一性,如外径的均一、园整度的均一以及表面光洁度等。B、拉丝机乳化液清洁程度影响线芯表面质量。C、拉丝机出线模口铜粉的堆聚影响外径的均一。D、挤出机虑网中的杂质、模具装配后的压力波动、冷却水喷出量对芯线的阻力、各导轮轴承灵活度等。E、退火电压的波动、传动同步的波动、全线张力的变化。由于上述的情况的不稳定或不好,均会影响到芯线质量而导致产品主要参数: 阻抗、回波损耗以及近、远端指标的好坏。

3、铜导体与绝缘层应有较强的附着力:铜导体与绝缘层之间的附着力主要体现在绝缘层与铜线的粘结。绝缘层与铜线的粘结关键是铜导体的予热温度。予热不足,附着力下降,予热过头,影响绝缘层的外型稳定;在下道工序加工时,由于绞对过程中单线弯曲,绝缘层与铜线之间因附着力的因素而产生分开,从公式㏒(2a-d)/d中分析:两线中心距a将发生呈周期性变化,导至两芯线绞合结构发生不规则周期性变化,影响高频段的参数:使结构回波损耗及回波损耗恶化。予热温度一般控制在120-130℃范围内。3、张力的控制:牵引张力的大小直接影响到导体的线径。因为导体的伸率是有一定范围,即17±2%,具有4%的变异,牵引张力不均匀,线径将发产生不规则变化,直接影响产品衰减值的好坏。因为在实际生产中,拉丝后测径仪测得线径值,它不是串联单线的最终线径值,因为铜导体经过挤塑机头后由于塑料对导体挤压和牵引力以及过线轮等诸方面因素,铜导体总会被拉细些,为此变异应严格控制在1%—1.5%以内。

4、铜导体的内在质量:铜导体中的金属杂质含量与含氧量对导电率及再结晶温度均有密切关系。因此铜导体的性能和质量的变异会直接影响铜导体的导电率和伸率。特别是伸率的变化直接关系到导体外径的稳定,铜导线的外径和形状将影响阻抗和回波损耗性能;导电率也将关系到导体的直流电阻值;最好是99.99%的无氧铜杆。

5、 绝缘层的控制:绝缘层的均匀性直接影响到阻抗的均匀性和回波损耗质量。在本文的第1点已作阐述,该点只就绝缘层表面质量在生产过程中将如何控制:(1)绝缘颜色及色条标志线的色谱不易太浓,应便于识别就行。因为任何颜色加入绝缘料中都属杂质,杂质含量的大小它将严重影响电缆的衰减。应选用杂质少的进口母料。(2)火花试验电压为直流2KV,绝缘芯线每盘12km以上只允许一个针眼或类似的缺陷。这是考核绝缘层质量的又一手段。(3)芯线表面光洁圆整,不脱料,不麻线。收排线应平整,无外层嵌入内层的压线现象。

6、绝缘层的同心度的控制:绝缘层的同心度对阻抗及回损的影响极大。经实践考核,要求铜导体的直径公差控制在±0.002mm以内,绝缘外径偏差控制在±0.003mm以内。同心度控制在96%以上,且表面光滑圆整。否则,单线在进行绞对后电缆的特性阻抗会出现超出指标要求的较大峰值。比如六类缆同心度在98%以上,对绞时即使不进行退扭也可以得到波动较小的阻抗值。生产过程中要求:由于电缆是由五种色谱的单线组合而成,单线生产时应确保每换一次色谱都应测试同心度,同心度应满足大于96%的同心度(特别是生产色条线)。使其在生产全过程中得到有效控制。

7、 生产线速度控制:在数据电缆生产过程中,线速度是比较讲究的,应不宜过高,线速过高,精度难控制。一般应控制在800m-850m/min。线速过高,芯线没有得到充分冷却,绝缘层中的屈服应力得不到自然消除,它将影响两线芯之间距离的变化,同时因为芯线没有得到充分冷却,同心度也难以保证。线速过高,将破坏绝缘线径的质量。

快乐小小鸟 --- 2007-12-29 16:48:58

3

二、双绞线及缆线在生产过程中双绞线和缆芯线要做到结构稳定是件不容易的一件事。这其中的关键是精密的绞合节距和稳定的缆芯外径。也就是双绞线和缆线。

1、要有高精度的绞合节距。绞合节距的精度与稳定将直接关系到电缆的串音指标。绞合节距考核方法:在自身设备节距的50倍内,设备节距与绞合后的绞线实际节距计算,误差应严格控制在0.5%-1.5%范围内。公式:

λ=(h-H)/H*100%。

式中 H ----------- 自身设备节距数值。mm  

     h ----------- 绞合后的绞线实际节距。mm

2、要保证高精度的绞合节距,绞对时应使两放线张力保持一致、均匀,两芯线绞合长度相同,绝对不允许一根单线绕在另一根单线上。

3、在绞合过程中单线及绞对线的弯曲应减至最低,所有导轮不应小于100mm直径。弯曲过大绝缘层与铜线之间将产生剥离,导至芯线间距离发生不规则周期性变化,影响结构稳定性。同时在绞制过程中不能随意停机,因为停机、开机都将影响节距的稳定。

4、严格控制绞线速度。绞对时其线速度同样比较重要,不能太高,进口高绞机也只能开3000-4000扭/分,国产机最好的只能开2000-3000扭/分。由于线速受到导轮曲率半径和绞弓壁与芯线表面磨察磨损的限制。设备的导轮直径是在制造时已确定,线速过高,将加快绞弓壁与芯线表面之间的磨察,使绞弓壁与芯线表面产生过热,烫坏芯线表面,破坏芯线的同心度。

5、绞对机的收线张力应保持均匀恒定。由于收线张力的变异将导致节距的不稳定,由于设备的周期性变化无法控制,为此变化范围应控制在20%-30%以内(即在7牛-9牛之间)。

6、绞合缆芯时四个放线装的置张力应保持均匀一致、四个线对的长度以及位置应保持相等与不变(不跳线)。

7、所有导轮的曲率半径尽量大些,收线张力应恒定,各个过线轮、模口应保持光滑无毛刺。上述主要节距与缆芯稳定两要素;要满足这两要素,张力和弯曲半径的控制非常重要,张力不稳定,造成绞对、成缆线节距不稳或拉细单线,弯曲半径小,会使绝缘层的粘结脱离,导至芯线间距离发生不规则周期性变化,影响缆芯结构稳定性,对高频影响较严重。主要是阻抗的均匀性和回损的恶化。
快乐小小鸟 --- 2007-12-29 16:49:16

4

三、护套护套是线缆外皮保护使其不会在使用时受到损坏,固定缆线防止芯线挪动破坏缆芯结构导致参数变化。生产时必须严格控制以下几点:

1、严格控制放线和收线的张力。

2、挤塑温度的温度控制性能要稳定可靠准确。

3、模具装配及调整、护层皮的松紧控制。

4、喷印清楚,计米准确。上述主要是护套松紧对结构整体影响较大,过紧结构看上去不易松动,但电容增大,影响阻抗不稳定。过松会使结构不稳定,影响结构回波恶化。放、收线张力过小,缆芯在护套层内产生翻动,使节距产生恶变,极大恶化传输参数。

四、成圈成圈主要是放线张力的控制,张力过大会拉伤缆线、破坏缆线的结构,造成缆线参数恶化,导致产品报废。张力过小会使成圈体积增大,松散,防线时易打结,造成不必要的浪费。成圈时应做到:

1、成圈时放线张力的控制。

2、成圈的放线孔要求整齐易拉出、不打结。

3、长度准确,装箱合理规范、记录清晰。

以上只是个人的一些浅析,如有不妥之处请多多指教。

快乐小小鸟 --- 2007-12-30 09:56:07

5

超五类缆/六类缆传输性能要求简表

<DIV align=center>

传输性能指标

5类缆

六类缆

YD/T1019-2001

TIA/EIA-568B-2

YD/T1019-2001

TIA/EIA-568B-2

输人特性阻抗  (Ω)

100±15

100±15

100±15

100±15

拟合特性阻抗  (Ω)

95-105.8

不进行

95-105.8

不进行

结构回波损耗(dB/100m)≥

 

1MHz

28

30

10MHz

28

30

100MHz

21

23

250MHz

 

19

回波损耗(dB/100m)≥

1MHz

20

20

20

20

10MHz

25

25

25

25

100MHz

20.1

20.1

21.1

21.1

250MHz

——

——

17.3

17.3

衰减(插入损耗)(dB/100m)≤

1MHz

65.3

65.3

74.3

74.3

10MHz

50.3

50.3

59.3

59.3

100MHz

35.3

35.3

44.3

44.3

250MHz

——

——

38.3

38.3

近端串音功率和PSNEXT(dB/100m)≥

1MHz

62.3

62.3

72.3

72.3

10MHz

47.3

47.3

57.3

57.3

100MHz

35.3

35.3

42.3

42.3

250MHz

——

——

36.3

36.3

</DIV>
快乐小小鸟 --- 2007-12-30 09:56:41

6

<DIV align=center>

等电平远端串音ELFEXT(dB/100m)≥

1MHz

64

63.8

68

68

10MHz

44

43.8

48

48

100MHz

24

23.8

28

28

250MHz

——

——

20

20

等电平远端串音功率和PELFEXT(dB/100m)≥

1MHz

61

60.8

65

65

10MHz

41

40.8

45

45

100MHz

21

20.8

25

25

250MHz

——

——

17

17

传播速度

1MHz

58.5

58.5

58.5

58.5

10MHz

61.1

61.1

61.1

61.1

100MHz

62

62

62

62

250MHz

——

——

62.1

62.1

相时延

1MHz

570

570

570

570

10MHz

545

545

545

545

100MHz

538

538

538

538

250MHz

——

——

536

536

时延差

1MHz

45

45

45

45

10MHz

45

45

45

45

100MHz

45

45

45

45

250MHz

——

——

45

45

</DIV>
nbnothing --- 2009-06-18 22:19:08

7

受益非浅,非常感谢;一个初学者
xiuq555 --- 2009-06-21 08:36:06

8

衰减的指标值好像有些问题,你输的值应该是近端串音衰减的指标值吧
-- 结束 --