如何详细了解电缆的特性阻抗
点击次数：116 发布时间：2010-12-9 8:55:58
详细了解电缆的特性阻抗
点击次数：1441 发布时间：2010-1-27 19:54:12
术语
音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。
视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。
射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz（1T=1024G）。
电缆的阻抗
本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。
什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？
首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。
电缆阻抗是如何定义的？
电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）
=欧姆
欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：
Z = E / I
无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义：
Z0 = E / I
电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：
其中
R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆
G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆
j=只是个符号，指明本项有一个+90＇的相位角（虚数）
π=3.1416
L=单位长度电缆的电感量
c=单位长度电缆的电容量
注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。在低频情况，和R相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式：
注：原文这里是Zo = sqrt （ R / （j * 2 * pi * f * L））
应该是有个笔误。阻抗不应该是反比于感抗.实际上低频时应该是电阻和容抗占主导地位。
如果电容不跟随频率变化，则Z0和频率的平方根成反比关系，在接近直流的状态下有一个-45＇的相位角，当频率增加相位角逐渐减少到0＇。当频率上升时，聚氯乙烯和橡胶材料会稍微降低电容，但聚乙烯，聚丙烯，特氟纶（聚四氟乙烯）的变化不大。
当频率提高到一定程度（f足够大），公式中包含f的两项变的很大，这时候R和G可能可以被忽略。等式成为
简化成
高频下的电缆性质
在高频下您不能把电缆视作一条简单的电缆。在此时它是波导。特性阻抗是为电磁波而设立的电阻系数。故此阻抗负责描述高频下电缆的状态。高频通常用100kHz以上的频率传输（当然能否高频传输取决于电缆）。
如果您在电缆一端输入合适频率的正弦交流信号，信号以电波的形式传播过电缆。
如果电缆的长度和该交流信号频率的波长相比是个很大的数字的话（注:即电缆长度是波长的很多倍），在传送过程中可以测量AC的电压和电流比，这个比值叫做这条电缆的特性阻抗。
实际上电缆的特性阻抗由电缆的几何形状和绝缘部分决定的。电缆的长度不影响电缆的特性阻抗。
注：就是说使用多数绝缘材料电容不会起变化。而电感量L的定义公式为
L = μ（N^2/I）S
μ = 介质磁导率
N = 线圈匝数
I = 线圈长度
S = 线圈横截面积
可以看出，电感量只和材质及几何形状有关，和频率无关。所以在f足够高的情况下，特性阻抗和频率没有关系了。频率再高，特性阻抗都等于电感量除以电容量的平方根。（实
际上特性阻抗等于感抗容抗乘积的平方根，由于在乘积中约除了有关频率部分，所以有些资料中说特性阻抗和频率无关，实际上应该是在足够高频的情况下，特性阻抗和频率无关）
同轴电缆的模型是怎么样的？
同轴电缆可以表示为分布的串联电感和分布的并联电容，一种不对称的过滤装置排列起来，特定的电缆有唯一的值。如果给定某个频率，而且这个频率合适，这套过滤装置可以最大化地传递信号；如果频率再提高的话，这套装置会削弱信号。
注：这段信息很有意思，考虑一下，特性阻抗没有变化，而信号却减弱了！为什么会这样？唯一的合理解释，就是在电缆的接收端电压和电流都减弱了，而且是按照相同的比例减弱的。下面画出一张传输线分布参数的草图，这个理论是无线电工业的工程工具之一，在这个理论中线长可以变动，可以使用复数源，和复数的终端阻抗。实际上阻抗这个词代表有实部和虚部
如何用同轴电缆本身的性质计算特性阻抗？
电缆的长度和它的特性阻抗无关。特性阻抗是由导体的大小和间隔，还有就是导体之间的绝缘体的种类决定的。通常的同轴电缆在常规的频率下使用，特性阻抗由内导体和外（屏蔽）导体的尺寸决定的，当然内导体和外导体之间的绝缘体也起着决定作用。
下列方程可以用来计算同轴电缆的特性阻抗：（摘自Reference Data for Radio Engineers book published by Howard W. Sams & Co. 1975, page 24-21）
其中：
lg = 以10为底的对数
d = 中心导体的直径
D = 电缆屏蔽层的内径
e = 介电常数（空气为 1 ）
简单地说，同轴电缆的特性阻抗就是一个商的平方根（这个商是单位长度的电感除以单位长度的电容）同轴电缆的特性阻抗典型值在20-150欧姆之间。电缆的长度无论如何都无法影响特性阻抗。
如果同轴电缆使用的传输频率过高，则波会以我们不期望的方式传播，（就是说会产生非预期的电场和磁场图）电缆这时不能正常工作是由多方面原因造成的。
如何计算平衡传输线（对称传输线）的特性阻抗？
特性阻抗是由导体的大小和导体间的间隔，以及导体之间使用的绝缘体决定的。平衡传输线或双绞线的阻抗Z0，由线距和线径比决定，前面提到的绝缘体种类一样起决定作用。现实中的Z0在高频下相当接近纯电阻，但并不完全相等。
下列公式可以用来计算接近地面的平衡传输线的特性阻抗（摘自Reference Data for Radio Engineers book published by Howard W. Sams & Co. 1975, page 24-22）
其中
lg = 以10为底的对数
d = 传输线线径
D = 线对之间的距离
e = 介电常数（空气为1）
h = 线对和地面之间的距离
这个公式不只是适用于非屏蔽平衡传输线，当D比d大,而h比d更大的时候（带屏蔽的平行传输线也适用）。如果双绞线离地面非常远（h接近无穷大）则地面的影响可以忽略不计，线缆的阻抗可以由一个简化的公式近似：（原文作者本人推演上面的公式得出的）
注：将对数中真数部分少做改动对结果影响不大，因为结果是真数的指数，可以这个简化接受。但原来的公式有个开方，这个相当于结果1/2！
对双绞线来说，典型的特性阻抗在75欧姆到1000欧姆之间，可以满足各种应用的需要。典型旧式电话线对，架在电线杆间的空中，其特性阻抗大约是600欧姆左右。现在使用的电话和电讯电缆典型的特性阻抗为100或120欧姆。
我可以使用哪种电路模型来描述长线的同轴电缆？
如果您知道一定长度的电缆的电感量和电容量的话，可以使用下面的电路模型描述长线同轴电缆：
这个模型对理解描述阻抗，电容，电感之间关系的阻抗等式非常有帮助：
我能否使用万用表来测量电缆的阻抗？
电缆的特性阻抗只描述了电缆在高频信号下的的工作性质。万用表是用直流电流来测量电阻值的，所以不能用万用表或其他简单的测量设备来测量电缆的阻抗。通常最好的方法是检查电缆的类型（一般印刷在电缆外面）查阅相关的信息手册，而不要试图实际测量.
我如何测量电缆的阻抗呢？
使用一个关系式来确定Z0比使用设备测量要简单很多。在给定的频率，可以这样来推算电缆的阻抗：测量一段电缆在远端开路情况下的阻抗Zoc，再测量该段电缆在远端短路的情况下的阻抗Zsc，用下面的等式来确定ZO:
其中
Zoc = 某一电缆在远端开路的情况下测量出的阻抗
Zsc = 该电缆在远端短路的情况下测量出的阻抗
注意：对Zoc和Zsc的测量包含了幅值和相位，所以Z0也会有幅值和相位。
阻抗高频测量法是先确定电缆的传播速度和电容，或者使用反射计。
什么情况下电缆的阻抗会影响到信号？
为了使电缆的特性阻抗能够对传输的信号产生不同的影响，电缆的长度必须至少是实际
载频波
长的数分之一。（注：表达的意思应该是电缆长度和波长必须是可比的，使信号可以在传输线上传送出波形的一部分，如1/4或更多）
大多数的金属丝可以用光速60~70%来传递交流电，换个说法就是每秒传递19.5万公里。一个频率为20000Hz的音频信号的波长为9750米（195/0.02MHz=9750m），所以电缆起码要有4~5公里长才开始影响音频信号。所以音频连接电缆的特性阻抗和其他困扰我们的问题相比，算不上什么。
标准的视频信号很少有超过10MHz的，其大概波长大概是20米。这样高的频率足以使特性阻抗开始对信号产生影响。高分辨率的电脑显示信号和高速的数据信号经常超过
100MHz，所以即便是很短的电缆传输，也要考虑到正确的阻抗匹配问题。
如何进行阻抗匹配？
首先驱动电缆电源的输出阻抗，必须和电缆的特性阻抗相等，这样才能使所有输出的功率进入传输电缆，避免从电缆的输入端反射回入源。其次，应该使电缆输出端负荷设备的输入阻抗和电缆的特性阻抗相同，这样所有功率进入了负载设备，而不会被负载反射回电缆。
这个正常的驱动方法有很多的例外，但一般是用来做其他用途的。可以选一个特性阻抗匹配使低频带宽的传输功率最大化，或者使阻抗失配改善更宽广频宽下的响应。这是工程师的抉择，视其需求而决定。
为什么需要阻抗匹配？
如果您的源输出阻抗，电缆特性阻抗，和负载输入阻抗之间存在失配的话，将存在反射，并完全由电缆长度决定（反射的状态）。此外如果电缆被非正常使用，如挤压，打结，或者连接器的安装不正确，会产生反射，造成功率损失。更有甚者，如果是大功率向电缆输出（比如无线广播台），反射功率可能会损坏功率源设备。所以您必须小心防范阻抗失配问题。
并非所有的教科书中都说明了这个不寻常的情况：当天线把功率送回（没有正确终止），功率可以从同轴电缆的内芯直接穿透到电缆的外芯屏蔽网，这时天线的功率是最低下的。这意味着射频可以传送到同轴电缆的外部，关于同轴电缆最难理解的概念是当电缆被终结时，（对源来说，）感抗和容抗则不存在了。
注：这句话的意思不太明白。是否在说加一个合适的终端电阻之后，由于源的平稳的输
出电压和电流，电缆上电压电流不会产生变化，一个正确终止的电缆在源看来是无限长的。
列出电缆阻抗的最大理由是其可靠的电学特征，或者说只是要表明其阻抗。同轴电缆一般承载一些离散的低振幅高频率信号。离散信号的信号衰减是非常严重的-即便是最理想的阻抗匹配也会有半数的信号损失，少许的失配更会造成更大的损失，在天线发送信号的过程中尤为严重。需要仔细匹配传输部分，如同轴电缆，以使信号保真并减少噪音。
所谓的电容在电缆性能或传输能力上有什么影响吗？
如果同轴电缆被终止了则电缆上的电容没有什么影响。对源来说，电缆上完全没有电容和电感。
这种传输线的特性被应用在PCB上隐藏高频线路的电容。工程人员可以设计出具有恰当的电容和电感值的PCB线路，则对源来说除了一条具有恰当阻抗的传输线，什么都觉察不到。
在数据传输中为什么特性阻抗如此重要？
如果电缆被和本身特性阻抗等值的电阻终止的话，您不能从源端区分电缆是否是无穷长的-所有馈入电缆的信号都被电缆和负载吸收了。
如果阻抗不匹配的话，电缆中的部分波会从电缆失配处反射，当这些反射波碰撞到信号发生器（源）的时候，它们再次反射并和正在发射的正常信号混合，很难区分出哪些是原始信号，哪些是再次反射波。
同样地在将信号脉冲送出电缆时也是如此-当遇到和本电缆特性阻抗不匹配的阻抗时，部分能量被反射回源端。如果信号脉冲到达了电缆的开路或短路端，所有的能量都被反射回去（除了衰减损失部分-这是另一个话题了）。如果是其他不匹配的终止情况，则有部分能量会反射。
反射能量会使信号失真，而且如果信号发生器的阻抗和电缆的阻抗不同的话，能量会被再次反射向电缆终端，形成多余的脉冲信号。
我能否不加阻抗匹配地使用同轴电缆？
如果电缆非常短，电缆的阻抗对信号的影响不大。通常使用同轴电缆的最佳传送方法是
做阻抗匹配。虽然有些应用中线缆的两端并为做正常的阻抗匹配工作。有些特殊的应用则应该在电缆的一端进行匹配，或者故意使两端失配。这些只是些专用的场合，实际上已经仔细考虑过电缆的阻抗，使电缆及缆端终止在组合后形成的整个系统产生预期的传输效果。在此类应用中电缆不再是一条被动的传输线，而成为电路中的信号调整元件。
什么是传播速度比？
传播速度百分比是以真空光速为基数的。这个百分比指出电缆中的信号速度和真空光速之比率。在合理的条件下，同轴电缆中的的传播速度由绝缘体决定。
为什么频率增大时衰减曲线也趋向增大？
这主要归结于内外导体间有限的电流穿透能力（趋肤效应）。随着频率增大，电流透入导体的深度会随之减小，从而电流被封闭在金属表面更浅薄的区域。因此电阻和衰减就更大。同时在绝缘体的内部也会有部分的能量损失，也是造成衰减的原因。
如何将将同轴电缆中的衰减降到最低？
对一条外导体直径固定的导线来说，如果外导体和内导体的电阻率相同，并且假设绝缘体没有损失（至少要类似聚乙烯或聚四氟乙烯在高频下的表现），将下列表达式的值控制到最小，此时同轴电缆中的损失最小。
（1/d+1）/ln（1/d）
其中d是内导体的直径和外导体的直径之比（原文有笔误，根据下文可以断定是内外导体之比率。本文中笔误不少）。使用一个简式或算子可以快速地找到答案。D/d=3.5911相当接近。这个公式据说源自两个公式，一个是同轴电缆阻抗和D/d的关系比公式，另一个是有关损失的公式，可以在Howard Sams出版的“Reference Data for Engineers”第七版中的页29-13找到。
一个有趣的事情要注意，最小衰减并不直接决定导线的阻抗：导线的阻抗是由绝缘体的介电常数决定的。对一条用空气作绝缘层的导线来说，对应的阻抗（只D/d为3.5911时，
最小衰减点）大概为76.71欧姆，但如果使用固体聚乙烯作绝缘层的话，最小衰减点对应的阻抗大约是50.6欧姆。所以，不管我们将RG-58做什么用途，不管是做天线馈电用还是做连接测试设备用，都很接近上述给出的最小衰减的条件，而且绝缘体为聚乙烯。
但是如果导线使用了传导速度因子为0.8的发泡绝缘体，对应最小衰减的阻抗变成了61欧姆。但无论如何，最小衰减是一个很重要指标，而且您的阻抗匹配如果没有偏离最佳阻抗50%以上，（失配造成的反射）不会造成太大的损失。
注意，发泡绝缘体导线如果和固体绝缘体导线的阻抗并外径相同的话，发泡绝缘体导线的衰减更低。这是因为，为了使两者的阻抗相同，发泡导线必须使用更粗的内导体，粗导体有更小的RF电阻，故此有更小的损耗。
典型的电缆阻抗
什么是典型的电缆阻抗？
同轴电缆使用的最典型阻抗值为50欧姆和75欧姆。50欧姆同轴电缆大概是使用中最常见的，一般使用在无线电发射接收器，实验室设备，以太等环境下。
另一种常用的电缆类型是75欧姆的同轴电缆，一般用在视频传输，有限电视网络，天线馈线，长途电讯应用等场合。
电报和电话使用的裸露平行导线也是典型的阻抗为600欧姆。一对线径标准22的双绞线，使用合适的绝缘体，因为机械加工的限制，平均阻抗大约在120欧姆左右，这是另一种具有自己特有特性阻抗的传输线。
某些天线系统中使用300欧姆的双引线，以匹配折合半波阵子在自由空间阻抗。（但当折合阵子处于八木天线中的时候，阻抗通常会下降很多，一般在100-200欧姆左右）（注：加反射板也会改变阵子的阻抗值，一般会降低，而且反射板越近则阻抗降低越多。）
为什么是50欧姆的同轴电缆？
在美国，用作射频功率传输的标准同轴电缆的阻抗几乎无一例外地都是50欧姆。为什么选用这个数值，在伯德电子公司出示的一篇论文中有解释。
不的的参数都对应一个最佳的阻抗值。内外导体直径比为1.65时导线有最大功率传输能力，对应阻抗为30欧姆（注：lg1.65*138=30欧姆，要使用空气为绝缘介质，因为这个
时候介电常数最小，如果使用介电常数为2.3的固体聚乙烯，则阻抗只有不到20欧姆）。最合适电压渗透的直径比为2.7，对应阻抗大约是60欧姆。（顺带一提，这个是很多欧洲国家使用的标准阻抗）
当发生击穿时，对功率传输能力的考量是忽略了渗透电流的，而在阻抗很低，30欧姆时，渗透电流会很高。衰减只源自导体的损失，此时的衰减大约比最小衰减阻抗（直径比3.5911）77欧姆的时候上升了50%，而在这个比率下（D/d=3.5911），最大功率的上限为30欧姆电缆最大功率的一半。
以前，很少使用微波功率，电缆也无法应付大容量传输。因此减少衰减是最重要的因素，导致了选择77（75欧姆）为标准。同时也确立了硬件的规格。当低耗的绝缘材料在实际中应用到柔性电缆上，电缆的尺寸规格必须保持不变，才能和现存的设备接口吻合。
聚乙烯的介电常数为2.3，以空气（介电常数为1）为绝缘层的导线的阻抗为77欧姆，如果以聚乙烯来填充绝缘空间的话，阻抗将减少为51欧姆。虽然精确的标准是50欧姆，51欧姆的电缆在今天仍然在使用。
在77欧姆点的衰减最小，60欧姆点的击穿电压为最大，而30欧姆点的功率输送量是最大的。（注：洋人的思维也如此混乱，这些性能指标明明不是由阻抗决定的。前面说过，这些由D/d比决定的。闲扯这些只让人产生误解）
另外一个可以导致50欧姆同轴电缆的事情，如果您使用一个合适直径的中心导体，并将绝缘体注入中心倒替周围，再在外围装上屏蔽层，选好所有的尺寸以便别人使用并顾及到外观的美观，结果其阻抗都落在50欧姆左右。如果想提高阻抗，中心导体的直径和导线的总径相比的话太细了；如果想降低阻抗，则内外导体之间的绝缘体厚度要做的很薄。几乎任何同轴电缆由于机械美观度的原因，都会接近50欧姆，这使50欧姆成为标准化的一种自然趋向。
电缆的电容和特性阻抗
取一条短粗的同轴电缆，不连接任何东西，中心导体和屏蔽层就形成了一个电容器。如果一直为电容充电直至压差为100V，然后将屏蔽层和中心导体短路，电流有多大？
电流不象普通电容那样无穷大（由寄生电阻和电抗决定了的），而是由导线的特性阻抗决定的的。如果是50欧姆电缆充电到100V，电流会是2安培（100/50）。电流形成一个方波，时宽（持续时间，脉冲宽度，选哪个称呼都一样）由电缆长度决定（大约1.5ns/英尺，
因导线的速度因子不同而变化）。
这个例子可以用来产生电流脉冲到半导体激光器，如果想要比此类电缆产生的波长更长的脉冲，可以使用集总阻抗之类的东西。
应用同轴电缆
如果在需要75欧姆的视频应用中使用了50欧姆的电缆会怎样？
如果50欧姆的电缆连接了75欧姆的负载（接收器），会有相当一部分的信号反射向发射设备。因为发射设备也是75欧姆的，这个反射信号会有部分再反射向接受设备。因为信号比正常信号有所延迟，在显示时表现为鬼影一样的图象，大量此类的鬼影象回声一样反复。同时，反射在某些频率引起部分信号损失。
我如何转换电缆的阻抗值？
阻抗本身是不能转换的，除非您更换整一条具有其他阻抗的电缆，如果您必须要使用现存的电缆，那有一个方法可行：进行阻抗转换。由于有种转换器可以使用，两端都安装该转换器的的电缆好象具有了不同阻抗。
有些地方是可以用电阻转接器来转换电缆阻抗的，转接器比转换器简单，但使用中一般有很显著的信号损失。（75欧姆转换到50欧姆典型的损失有6dB左右）
电路板上印刷电路的阻抗
电路板上的线路能够发送高速信号，前提条件是要仔细地调整线路的阻抗，使其和源驱动元件（芯片）的阻抗及目的地元件阻抗想匹配。如果可以控制好板面上线路的线厚，线宽，线高，微带线可以表现为某个阻值的特性阻抗。
特性阻抗公式
其中
Er=介电常数（典型的玻璃纤维板为4.8）
h =绝缘体的高度（电路线和玻璃纤维板底面之间的距离）
t =铜质线路的厚度
w =铜质线路的宽度
介电常数Er对于常规0.0062"（0.062英寸=1.57mm）的玻璃纤维来说是4.8。使线路的厚度保持为0.00134"，宽度保持0.109"，则其微带线的阻抗控制为50欧姆。
当为电路板安排线路的时候，差动线路对应该保持相同的长度，同时这些线路应该尽可能地短。
不同阻抗之间的阻抗匹配
如果两条具有不同阻抗的电缆连接在一起，或者电缆连接到具有不同阻抗的信号源时，则需要做阻抗匹配工作以避免连接处发生信号反射。
使用转换器进行阻抗匹配
异阻抗匹配的最正统方法是使用具有正确阻抗转换率的匹配转换器。转换器的阻抗转换率有下面的公式计算：
其中
Za=输入阻抗
Na=输入线圈的匝数
Zb=输出阻抗
Nb=输出线圈的匝数
等式可以转化为另一种形式
从这个等式可以看出，匝数比和两级线圈间的电压转换比相等。这意味可以使用电压比套入公式，而不必知道确切的匝数比。
（注：这种异阻抗匹配实际上是使用变压器进行的，由于翻译的通顺使用了转换器一词，
实际上transformer的中文意思之一就是变压器）
使用电阻打造阻抗匹配网
下图所示的匹配网络可以用来进行异阻抗间的匹配，假定Z1的电阻大于Z2的电阻 ____
－－－－|____|－－-+－－－－－－－－－－
R1 |
| |
Z1 | | R2 Z2
|_|
|
－－－－－－－－－－－－-+－－－－－－－－－－
（注：图中是两个平行传输网的匹配。）
电路中的电阻可以用下面等式计算
下表预算出了几个常用接口数值：
Z1 Z2 R1 R2 衰减
（ohm）（ohm）（ohm）（ohm）（dB）
75 50 42,3 82,5 5,7
150 50 121 61,9 9,9
300 50 274 51,1 13,4
150 75 110 110 7,6
300 75 243 82.5 11,4
可以看到表中所列简单电阻基础上的阻抗匹配，会在转换过程中产生相当大的信号衰减。
电线电缆基础知识培训
电线电缆基础知识培训 电线电缆基础知识培训 —、总论 电线电缆产品的种类有成千上万，应用在各行各业中。它们总的用途有两种，一种是传输电流，一种是传输信号。传输电流类的电缆最主要控制的技术性能指标是导体电阻、耐压性能；传输信号类的电缆主要控制的技术性能指标是传输性能一一特性阻抗、衰减及串音等。当然传输信号主要也靠电流（电磁波）作载体，现在随着科技发展可以用光波作载体来传输。 电缆总体来说可以分为六大类：（1）裸线类（2）电磁线（漆包线）（3）电力电缆（4）电气装备用电线电缆（5）通信电线电缆（6）光缆 我公司现在在做及销售的主要是电气装备用电线电缆及电力电缆这两大类。以下我主要给大家介绍一下这两大类产品相关的基础知识。 二、电缆基本结构 一般电缆最基本的结构有导体、绝缘层及外护层，根据要求再增加一此结构，如屏蔽层、内护层或铠装层等，为了电缆有圆整性再辅加一些填充材料。导体是传输电流或信号的载体，其他结构都是作防护用。防护的性能根据电缆产品的需要总体上有三种，一种是保护电缆本身各单元不相互或减少影响，如耐压，耐热，防电磁场产生的损耗，通信电缆防信号相互干扰等。另一种防护是保护导体中的电流不对外部产生影响，如防止电流外泄，防电磁波外泄等；最后一种保护外界不对电缆内部产生影响，如抗压、抗拉、耐热、耐候、耐燃、防水、抗电磁波干扰等。 以下对电力电缆的结构单元作一简单的介绍。 1）导体（或称导电线芯）： 其作用是传导电流。有实芯和绞合之分。材料有铜、铝、银、铜包钢、铝包钢等，主要用的是铜与铝。铜的导电性能比铝要好得多。铜导体的电阻率国家 标准要求不小于0.017241 Q .mm2/m （20°C时），铝导体的的电阻率要求 不小于0.028264 Q .mm2/m （20C时）。
电力电缆主要电气参数计算及计算实例 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
1.设计电压 及附件的设计必须满足额定电压、雷电冲击电压、操作冲击电压和系统最高电压的要求。其定义如下： 额定电压 额定电压是电缆及附件设计和电性试验用的基准电压，用U0/U表示。 U0——电缆及附件设计的导体和绝缘屏蔽之间的额定工频电压有效值，单位为kV； U——电缆及附件设计的各相导体间的额定工频电 压有效值，单位为kV。 雷电冲击电压 UP——电缆及附件设计所需承受的雷电冲击电压的峰值，既基本绝缘水平BIL，单位为kV。 操作冲击电压 US——电缆及附件设计所需承受的操作冲击电压的峰值，单位为kV。 系统最高电压 Um——是在正常运行条件下任何时候和电网上任何点最高相间电压的有效值。它不包括由于故障条件和大负荷的突然切断而造成的电压暂时的变化，单位为kV。 定额电压参数见下表（点击放大）
330kV操作冲击电压的峰值为950kV；500kV操作冲击电压的峰值为1175kV。 2.导体电阻 导体直流电阻 单位长度电缆的导直流电阻用下式计算: 式中： R＇——单位长度电缆导体在θ℃温度下的直流电阻； A——导体截面积，如导体右n根相同直径d的导线扭合而成，A=nπd2/4; ρ20——导体在温度为20℃时的电阻率，对于标准软铜ρ20=Ω˙mm2/m：对于标准硬铝：ρ20=Ω˙mm2/m； 1 α——导体电阻的温度系数（1/℃）；对于标准软铜：=℃-1；对于标准硬铝：=℃-1； k1——单根导线加工过程引起金属电阻率的增加所引入的系数。一般为（线径越小，系数越大）；具体可见《电线电缆手册》表3-2-2； k2——用多根导线绞合而成的线芯，使单根导线长度增加所引入的系数。对于实心线芯，=1；对于固定敷设电缆紧压多根导线绞合线芯结构，=（200mm2以下）～（240mm2以上） k3——紧压线芯因紧压过程使导线发硬、电阻率增加所引入的系数（约）；
电缆阻抗及特性阻抗一般疑问 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽(范围)也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。(伏特/米)/(安培/米)=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压(E)，此电路中测量到电流(I)，则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0(Z零)。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：
射频同轴电缆特性阻抗Z C 的测试 胡 树 豪 这里介绍射频同轴电缆特性阻抗Z C 的6种测试方法。它们同样也适合于双绞线，只不过仪器要转换为差分系统而已。 一、λ/4线接负载法 1、测试方法与步骤： ·待测电缆一段，长约半米（无严格要求），两端装上连接器。扫频范围由仪器低频扫到百余兆赫即可。对于其它长度的电缆，扫频范围请自定。 ·仪器工作在测反射（或回损）状态，作完校正后画面应选阻抗圆图。 ·在测试端口接上待测电缆，电缆末端接上精密负载。 ·画面不外三种情况： 轨迹集中为一点，则Z C = Z 0（测试系统特性阻抗，一般为50Ω）。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图右边，则Z C > Z 0 。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图左边，则Z C < Z 0 。 ·将光标移到最接近实轴的点上，记下此点的电阻值R in （不管电抗值）。 n i C R Z Z 0= 例如：R in = 54Ω，则Z C = 52Ω，若R in = 46Ω，则Z C = 48Ω。 若轨迹不与实轴相交，则扫频范围不够或电缆太短；若交点太多，则扫频范围太宽或电缆太长。 2、优点 轨迹直观连续，不易出错。 连接器的反射可以通过λ/4线抵消。 3、缺点 必须截取短样本。 必须两端装连接器。 电缆质量必须较好，否则不同频率的测试结果起伏较大，不好下结论。 4、物理概念与对公式的理解 λ/4线有阻抗变换作用，其输入阻抗Z in 与负载阻抗Z L 之间满足Z in = Z C 2/Z L 关系。 现在Z L = Z 0，Z in = R in ，代入展开即得上面的Z C 计算公式。 λ/4线的阻抗变换公式是众所周知的，但作为特性阻抗的测试方法却未曾见。在测阻抗曲线试验中发现，与实轴相交的这一点是可用来测特性阻抗的；因为它把矛盾扩大了，反而更容易测准。由于曲线是很规矩的，不易出错。但必须用第一个交点，即除原点以外的最低频率的与实轴最近的一点，用第二点就可能出问题。换句话说，待测电缆的电长度应为λ/4的奇数倍，不能是偶数倍。 二、λ/8线开、短路法 1、测试方法与步骤： ·样本与扫频方案 对于已装好连接器的跳线，长度已定，只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料，则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。
电缆线损计算 35平方铜芯单相直流电缆，长度为100M，电流70A，铺设方式是裸线水中铺设，为什么我用两种方法算的线损结果差好多啊谁能告诉我比较精确的计算方法啊～～谢谢了～～ 方法1：线损=电流×电路总线长×线缆电压因子=70×100×(mv)= 方法2：△P＝IR，,R用电阻率计算出来 (参考： 理论线损计算的概念 1．输电线路损耗 当负荷电流通过线路时，在线路电阻上会产生功率损耗。 (1)单一线路有功功率损失计算公式为 △P＝I2R 式中△P--损失功率，W； I--负荷电流，A； R--导线电阻，Ω (2)三相电力线路 线路有功损失为 △P＝△PA十△PB十△PC＝3I2R (3)温度对导线电阻的影响： 导线电阻R不是恒定的，在电源频率一定的情况下，其阻值 随导线温度的变化而变化。 铜铝导线电阻温度系数为a＝。 在有关的技术手册中给出的是20℃时的导线单位长度电阻值。但实际运行的电力线路周围的环境温度是变化的；另外；负载电流通过导线电阻时发热又使导线
温度升高，所以导线中的实际电阻值，随环境、温度和负荷电流的变化而变化。为了减化计算，通常把导线电阴分为三个分量考虑： 1）基本电阻20℃时的导线电阻值R20为 R20=RL 式中R--电线电阻率，Ω/km，; L--导线长度，km。 2）温度附加电阻Rt为 Rt=a（tP－20）R20 式中a--导线温度系数，铜、铝导线a=0．004； tP--平均环境温度，℃。 3）负载电流附加电阻Rl为 Rl= R20 4）线路实际电阻为 R=R20+Rt+Rl （4）线路电压降△U为 △U=U1－U2=LZ ） 环境温度25度，算得结果
接地电阻计算书 一、垂直接地体接地电阻计算： 1.单根接地体接地电阻计算： 计算公式：（） (1) 式中：R v ——垂直接地极的接地电阻（Ω）； ——土壤电阻率（1000Ω?m）； ——垂直接地极的长度（1.5m）； d ——接地极的直径（0.03m）。 数值代入公式计算得：R v=529.88（Ω） 2.间距为s的多根垂直接地极并联后的接地电阻计算： 计算公式： (2) 式中：R N——n根垂直接地极的并联接地电阻（Ω）； ρ ——土壤电阻率（1000Ω?m）； ι——垂直接地极的长度（1.5m）； s ——接地极的间距（5m）； n ——接地极的总根数（920）； d ——接地极的直径（0.03m）； 数值代入公式计算得：R N=97.82（Ω） 二、水平接地体接地电阻计算： 计算公式：（） 式中：R h——水平接地极的接地电阻（Ω）； ρ ——土壤电阻率（1000Ω?m）；
L ——水平接地极的总长度（4600m）； h ——水平接地极的埋设深度（0.2m）； d ——水平接地极的等效直径（0.02m）； A——水平接地极的形状系数（1）。 数值代入公式计算得：R h=0.81（Ω） 三、综合接地电阻计算： 计算公式： (3) 式中：——综合接地电阻（Ω）； R N——垂直接地极的并联接地电阻（Ω）； R h——水平接地极的接地电阻（Ω）； R Nh——垂直接地极和水平接地极之间的互阻（Ω），可根据公式（4）计算； (4) 式中：ρ ——土壤电阻率（1000Ω?m）； ——垂直接地极的长度（1.5m）； ——水平接地极的总长度（4600m）； 数值代入公式计算得： R Nh=0.60（Ω） Rz=0.81（Ω） 石墨基柔性接地体的接地电阻可用降阻效果系数带入进行计算：最终接地电阻为： =0.7×0.81=0.567（Ω）。
电缆20℃最大电阻Ω/Km 截面单芯和多芯用第1种实芯导体单芯和多芯用第2种实芯导体单芯和多芯用第5种实芯导体铜（不镀金属）铜（镀金属）铝铜（不镀金属）铜（镀金属）铝铜（不镀金属）铜（镀金属） 0.5 36.0 36.7 / 36.0 36.7 / 39.0 40.1 0.75 24.5 24.8 / 24.5 24.8 / 26.0 26.7 1 18.1 18. 2 / 18.1 18.2 / 19.5 20.0 1.5 1 2.1 12.2 18.10 12.1 12.2 / 1 3.3 13.7 2.5 7.41 7.56 12.10 7.41 7.56 / 7.98 8.21 4 4.61 4.70 7.41 4.61 4.70 7.41 4.9 5 5.09 6 3.08 3.11 4.61 3.08 3.11 4.61 3.30 3.39 10 1.83 1.84 3.08 1.83 1.84 3.08 1.91 1.95 16 1.15 1.16 1.91 1.15 1.16 1.91 1.21 1.24 25 0.72 7 0.734 1.20 0.727 0.734 1.20 0.7 8 0.795 35 0.524 0.52 9 0.868 0.524 0.529 0.868 0.554 0.565 50 0.387 0.391 0.641 0.387 0.391 0.641 0.386 0.393 70 0.268 0.270 0.443 0.268 0.270 0.443 0.272 0.277 95 0.193 0.195 0.320 0.193 0.195 0.320 0.206 0.210 120 0.153 0.154 0.253 0.153 0.154 0.253 0.161 0.164 150 0.124 0.126 0.206 0.124 0.126 0.206 0.129 0.132 185 0.0991 0.100 0.164 0.0991 0.100 0.164 0.106 0.108 240 0.0754 0.0762 0.125 0.0754 0.0762 0.125 0.0801 0.0817 300 0.0601 0.0607 0.100 0.0601 0.0607 0.100 0.0641 0.0654 400 0.0470 0.0475 0.0470 0.0475 0.0778 0.0495 0.0495 500 0.0366 0.0369 0.0366 0.0369 0.0605 0.0391 0.0391 630 0.0283 0.0286 0.0283 0.0286 0.0469 0.0287 0.0292 800 0.0221 0.0224 0.0221 0.0224 0.0369 1000 0.0176 0.0177 0.0176 0.0177 0.0291
电线电缆基本知识(二)
电线的制造流程伸铜丝绞铜丝隔离外被押出芯线押出 芯线绞合
电气性能 ?导体阻抗:即导体本身的阻抗,由导体的材质和面积和长度 决定(其中有些材料与温度有关).不同AWG数的导体导体阻抗不同,并且AWG数越大阻抗越小. ?耐电压:确定电线电缆在规定的额定电压下和短暂的过电 压下(可能是切换开关、遽增的电压及其它类似的现象所造成)尚能正常运作。 ?绝缘阻抗:电线通过直流电压后，其表面产生漏电流所形 成之阻值. ?特性阻抗Z0(impedance)：电缆在终端匹配的情况下，电 磁波沿电缆传播所遇到阻抗，称为特性阻抗，单位为Ω。 电缆的特性阻抗与其结构尺寸和介电常数(ε)等有关.电缆组件特征阻抗必须与其连接之电子组件讯号线的特征阻抗相匹配, 以减少高频讯号在通过连接器时产生反射而造成NOISE.
?串音:串音噪声(Crosstalk)是指在高频时, 某一条信号线上传递的电子信号在其附近的信号线上因电磁感应而产生之噪声,串音噪声会随着频率的增高及Pin与Pin距离缩小而增大,当串音噪声太大时会造成信号失真, 甚至造成电子电路的误触发及错误?衰减: 电流方向的电压降( 线路上的损耗值) ?延时: 信号从一端输出,到另一端接收到之间的时间差量 确保各讯号之间的同步
物理性能 ?耐燃实验: 测试电线的耐燃烧状况,是否合乎相关 规范. ◆水平燃烧 ◆垂直燃烧 垂直燃烧标准:VW-1燃烧整条线 VW-1S燃烧芯线 VW-1SC 单独燃烧外被 ◆上升燃烧试验 ?耐高温实验:模拟电线在高温状况后,电线的耐压 和绝缘状况.一般标准为:80℃ 96H ?耐低温实验:模拟电线在低温状况后,电线的耐压 和绝缘状况.一般标准为: -25 ℃ 96H
探讨射频电缆的各种指标和性能 射频电缆组件的正确选择除了频率范围，驻波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆的机械特性，使用环境和应用要求，另外，成本也是一个永远不变的因素。在本文中，详细讨论了射频电缆的各种指标和性能，了解电缆的性能对于选择最佳的射频电缆组件是十分有益的。射频同轴电缆是用于传输射频和微波信号能量的。它是一种分布参数电路，其电长度是物理长度和传输速度的函数，这一点和低频电路有着本质的区别。射频同轴电缆分为半刚，半柔和柔性电缆三种，不同的应用场合应选择不同类型的电缆。半刚和半柔电缆一般用于设备内部的互联；而在测试和测量领域，应采用柔性电缆。 半刚性电缆 顾名思义，这种电缆不容易被轻易弯曲成型，其外导体是采用铝管或者铜管制成的，其射频泄露非常小(＜-120dB)，在系统中造成的信号串扰可以忽略不计。这种电缆的无源互调特性也是非常理想的。如果要弯曲到某种形状，需要专用的成型机或者手工的磨具来完成。如此麻烦的加工工艺换来的是非常稳定的性能，半刚性电缆采用固态聚四氟乙烯材料作为填充介质，这种材料具有非常稳定的温度特性，尤其在高温条件下，具有非常良好的相位稳定性。半刚性电缆的成本高于半柔性电缆，大量应用于各种射频和微波系统中。 半柔性电缆 半柔性电缆是半刚性电缆的替代品，这种电缆的性能指标接近于半刚性电缆，而且可以手工成型。但是其稳定性比半刚性电缆略差些，由于其可以很容易的成型，同样的也容易变形，尤其在长期使用的情况下。 柔性(编织)电缆 柔性电缆是一种"测试级"的电缆。相对于半刚性和半柔性的电缆，柔性电缆的成本十分昂贵，这是因为柔性电缆在设计时要顾及的因素更多。柔性电缆要易于多次弯曲而且还能保持性能，这是作为测试电缆的最基本要求。柔软和良好的电指标是一对矛盾，也是导致造价昂贵的主要原因。柔性射频电缆组件的选择要同时考虑各种因素，而这些因素之间有些的相互矛盾的，如单股内导体的同轴电缆要比多股的具有更低的插入损耗和弯曲时的幅度稳定性，但是相位稳定性能就不如后者。所以一条电缆组件的选择，除了频率范围，驻波比，插入损耗等因素外，还应考虑电缆的机械特性，使用环境和应用要求，另外，成本也是一个永远不变的因素。 特性阻抗 射频同轴电缆由导体，介质，外导体和护套组成。 "特性阻抗"是射频电缆，接头和射频电缆组件中最常提到的指标。最大功率传输，最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其它部件的匹配。如果阻抗完全匹配，则电缆的损耗只有传输线的衰减，而不存在反射损耗。电缆的特性阻抗(Zo)与其内外导体的尺寸
?电线电缆载流量计算 交流电阻计算 绝缘介质损耗计算 电线电缆金属套和屏蔽的损耗计算 铠装损耗计算 热阻计算 载流量计算 ?电线电缆允许短路电流计算 ?电线电缆短时过负荷电缆载流量计算?电力电缆相序阻抗计算 ?电线电缆导体和金属屏蔽热稳定计算
电线电缆载流量计算 一、交流电阻计算 1. 集肤和邻近效应对应的Ks 和Kp 系数的经验值： 导体不干澡浸渍: 0.1=s k 0.1=p k 导体干燥浸渍: 0.1=s k 8.0=p k 2. 工作温度下导体直流电阻： )]20(1[200-+?='θαR R 0R —20oC 时导体直流电阻 OHM/M 20α—20oC 时导体电阻温度系数 3. 集肤效应系数： 1.一般情况： s S R f X κπ72108-?' = 4 4 8.0192s s s X X Y += 2. 穿钢管时： s S R f X κπ72108-?' = 5.18.01924 4 ?+=s s s X X Y f —电源频率Hz 4. 邻近效应系数： a. 二芯或二根单芯电缆邻近效应因数： p p R f X κπ72108-?' = 一般情况： 9.2)(8.01922 4 4?+=s d X X Y c p p
穿钢管时： 5.19.2)(8.01922 4 4??+=s d X X Y c p p p dc:导体直径 mm s ：各导体轴心间距 mm b. 三芯或三根单芯电缆邻近效应因数: p p R f X κπ72108-?' = （1） 圆形导体电缆 一般情况： ]27 .08.019218.1)(312.0[)(8.0192442 24 4 +++?+=p p c c p p p X X s d s d X X Y dc:导体直径 mm s ：各导体轴心间距 mm 穿钢管时： 5.1]27 .08.019218.1)(312.0[)(8.0192442 24 4 ?+++?+=p p c c p p p X X s d s d X X Y dc:导体直径 mm s ：各导体轴心间距 mm （2） 成型导体电缆 一般情况： ]}27 .08.019218.1)(312.0[)(8.0192{3244 2 24 4++++?++=p p x X x X p p p X X t d d t d d X X Y 穿钢管时： 5.1]}27 .08.019218.1)(312.0[)(8.0192{3244 2 24 4?++++?++=p p x X x X p p p X X t d d t d d X X Y
电力电缆线路交接试验标准 一、电力电缆的试验项目，包括下列内容： 1.测量绝缘电阻； 2.直流耐压试验及泄漏电流测量； 3.交流耐压试验； 4.测量金属屏蔽层电阻和导体电阻比； 5.检查电缆线路两端的相位； 6.充油电缆的绝缘油试验； 7.交叉互联系统试验。 注：①橡塑绝缘电力电缆试验项目应按本条第1、3、4、5和7条进行。当不具备条件时，额定电压U0／U为18／30kV及以下电缆，允许用直流耐压试验及泄漏电流测量代替交流耐压试验； ②纸绝缘电缆试验项目应按本条第1、2和5条进行； ③自容式充油电缆试验项目应按本条第1、2、5、6和7条进行； 二、电力电缆线路的试验，应符合下列规定： 1.对电缆的主绝缘作耐压试验或测量绝缘电阻时，应分别在每一相上进行。对一相进行试验或测量时，其它两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地； 2.对金属屏蔽或金属套一端接地，另一端装有护层过电压保护器的单芯电缆主绝缘作耐压试验时，必须将护层过电压保护器短接，使这一端的电缆金属屏蔽或金属套临时接地； 3.对额定电压为0.6/1kV的电缆线路应用2500V绝缘电阻测试仪测量导体对地绝缘电阻代替耐压试验，试验时间1min。 三、测量各电缆导体对地或对金属屏蔽层间和各导体间的绝缘电阻，应符合下列规定： 1.耐压试验前后，绝缘电阻测量应无明显变化； 2.橡塑电缆外护套、内衬套的绝缘电阻不低于0.5MΩ/km； 3.测量绝缘用绝缘电阻测试仪的额定电压，宜采用如下等级： (1)0.6/1kV电缆:用1000V绝缘电阻测试仪。 (2)0.6/1kV以上电缆:用2500V绝缘电阻测试仪；6/6kV及以上电缆也可用5000V 绝缘电阻测试仪。 (3)橡塑电缆外护套、内衬套的测量:用500V绝缘电阻测试仪。 四、直流耐压试验及泄漏电流测量，应符合下列规定： 1.直流耐压试验电压标准：
详细了解电缆的特性阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz（1T=1024G）。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：
电缆的阻抗（Impedance）：其电缆中的R、L、C造成电气阻力 计算公式如下： z÷ ? =π + R ) f ( L 2C 也可用下列公式计算 对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。 介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米 电缆的阻抗 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。 这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I
无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416 L=单位长度电缆的电感量 c=单位长度电缆的电容量 注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。 对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。在低频情况，和R相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式： 注：原文这里是Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L)) 应该是有个笔误。阻抗不应该是反比于感抗.实际上低频时应该是电阻和容抗占主导地位。 如果电容不跟随频率变化，则Z0和频率的平方根成反比关系，在接近直流的状态下有一个-45'的相位角，当频率增加相位角逐渐减少到0'。当频率上升时，聚氯乙烯和橡胶材料会稍微降低电容，但聚乙烯，聚丙烯，特氟纶（聚四氟乙烯）的变化不大。 当频率提高到一定程度（f足够大），公式中包含f的两项变的很大，这时候R和G可能可以被忽略。等式成为
电缆的阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416
10KV电缆的线路损耗及电阻计算公式 线损理论计算是降损节能，加强线损管理的一项重要的技术管理手段。通过理论计算可发现电能损失在电网中分布规律，通过计算分析能够暴露出管理和技术上的问题，对降损工作提供理论和技术依据，能够使降损工作抓住重点，提高节能降损的效益，使线损管理更加科学。所以在电网的建设改造过程以及正常管理中要经常进行线损理论计算。 线损理论计算是项繁琐复杂的工作，特别是配电线路和低压线路由于分支线多、负荷量大、数据多、情况复杂，这项工作难度更大。线损理论计算的方法很多，各有特点，精度也不同。这里介绍计算比较简单、精度比较高的方法。 理论线损计算的概念 1．输电线路损耗 当负荷电流通过线路时，在线路电阻上会产生功率损耗。 (1)单一线路有功功率损失计算公式为 △P＝I2R 式中△P--损失功率，W； I--负荷电流，A； R--导线电阻，Ω (2)三相电力线路 线路有功损失为 △P＝△PA十△PB十△PC＝3I2R (3)温度对导线电阻的影响： 导线电阻R不是恒定的，在电源频率一定的情况下，其阻值 随导线温度的变化而变化。 铜铝导线电阻温度系数为a＝0.004。 在有关的技术手册中给出的是20℃时的导线单位长度电阻值。但实际运行的电力线路周围的环境温度是变化的；另外；负载电流通过导线电阻时发热又使导线温度升高，所以导线中的实际电阻值，随环境、温度和负荷电流的变化而变化。为了减化计算，通常把导线电阴分为三个分量考虑：1）基本电阻20℃时的导线电阻值R20为 R20=RL 式中R--电线电阻率，Ω/km，; L--导线长度，km。 2）温度附加电阻Rt为 Rt=a（tP－20）R20 式中a--导线温度系数，铜、铝导线a=0．004； tP--平均环境温度，℃。 3）负载电流附加电阻Rl为 Rl= R20 4）线路实际电阻为 R=R20+Rt+Rl （4）线路电压降△U为 △U=U1－U2=LZ 2．配电变压器损耗(简称变损)功率△PB 配电变压器分为铁损(空载损耗)和铜损(负载损耗)两部分。铁损对某一型号变压器来说是固定的，与负载电流无关。铜损与变压器负载率的平方成正比。 配电网电能损失理论计算方法 配电网的电能损失，包括配电线路和配电变压器损失。由于配电网点多面广，结构复杂，客户用电性质不
Ⅰ电线电缆导体介绍 一.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，最常用的为铜导体。导电系数以铜为标准(100%)，各导体比较如下表： 名称符号比重(g/cm3) 导电常数% 备注 金Au 19.3 70.80 不氧化、价格昂贵 银Ag 10.5 109 导电性最优、价格昂贵铜Cu 8.89 100 导电性次优、价格普及钢(铁) Fe 7.86 17.80 导电性不良、抗张好铝Al 2.7 61.20 质量轻 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)。 二.导体规格 目前铜线导体的组成种类繁多，如7/0.05mm,7/0.06mm,7/0.08mm, 19/0.08mm等等，那么这些组成怎么区分，怎么确定是什么规格呢？ 导体组成因需要的不同而多种多样，在通讯控制线缆行业，目前通用的标称为AWG，就是American Wire Guage,中文意思是“美国线材规格”，它把导体分为单铜（单条铜导体）和绞铜（多条铜导体绞合成的铜导体），单铜根据直径大小划分规格﹔绞铜根据截面积大小划分规格，如下表所示，表中列出的为目前常用的导体规格：
导体规 格(AWG) 单条导体直径绞铜导体的截面积标准尺寸 Mils (mm) 最小尺寸 Mils (mm) 标准尺寸 Cmils (mm2) 最小尺寸 Cmils (mm2) 32 8.0 0.203 7.92 0.201 64.0 0.0324 62.7 0.0318 31 8.9 0.226 8.81 0.244 79.2 0.0401 77.6 0.0393 30 10.0 0.254 9.9 0.251 100 0.0507 98 0.0497 29 11.3 0.287 11.2 0.284 128 0.0647 125 0.0633 28 12.6 0.320 12.5 0.318 159 0.0804 156 0.0790 27 14.2 0.361 14.1 0.358 202 0.102 198 0.100 26 15.9 0.404 15.7 0.399 253 0.128 248 0.126 25 17.9 0.455 17.7 0.450 320 0.162 314 0.159 24 20.1 0.511 19.9 0.506 404 0.205 396 0.201 23 22.6 0.574 22.4 0.568 511 0.259 501 0.254 22 25.3 0.643 25.0 0.637 640 0.324 627 0.318 21 28.5 0.724 28.2 0.717 812 0.412 796 0.404 20 32.0 0.813 31.7 0.805 1020 0.519 1000 0.509 Ⅱ绝缘体和被覆材料 一、绝缘体 1.目的：为导体绝缘。 2.常用材料包括PVC、SR-PVC、PE、氟塑料、PP、橡胶、ABS等。 二、被覆材料 1.目的：保护绝缘体 2. 常用材料包括PVC、SR-PVC、PE、氟塑料、PP、橡胶、ABS等，应用最广泛的 为PVC。 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
电缆的绝缘电阻值与电缆 的种类 Final revision on November 26, 2020
电缆的绝缘电阻值与电缆的种类 电缆的绝缘电阻值与电缆的种类、电压等级、电缆绝缘的温度、空气湿度、环境粉尘的性质以及电缆的使用年限有关。 一、新电缆绝缘电阻的最低值（非测量相接地） 新电缆绝缘电阻的最低值可比照制造厂给出的20℃条件下，每千米长度的绝缘电阻的最低值（按电缆的实际长度、电缆绝缘的实际温度，折算到对应的数值）。如果没有制造厂的数据，下列数值可供参考： 聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，20℃条件下，每千米长度的绝缘电阻最低值为： 额定电压1kV，即电压电力电缆，一般不小于40MΩ；额定电压6kV，一般不小于60MΩ。 交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，20℃条件下，每千米长度的绝缘电阻最低值为： 额定电压6kV，导体截面16～35mm2，一般不小于1000MΩ；导体截面50～95mm2，一般不小于750MΩ；导体截面120～240mm2，一般不小于500MΩ。 额定电压10kV，导体截面16～35mm2，一般不小于2000MΩ；导体截面50～95mm2，一般不小于1500MΩ；导体截面120～240mm2，一般不小于 1000MΩ。 橡皮电缆，20℃条件下，每千米长度的绝缘电阻最低值为： 额定电压6kV，一般不小于50MΩ； 额定电压1kV，一般不小于2MΩ。 二、运行中电缆的绝缘电阻 运行中电缆绝缘电阻自行规定，要求历次试验测得的数据变化不大，例如与历史数据相比，本次测得的绝缘电阻值（换算到同一温度），不低于原来数
值的1/3。此外，一般要求电缆的相间绝缘电阻不平衡系数不大于2～。否则，需要查明原因，必要时，通过进一步试验确认电缆是否可以投入运行。 从现场电缆试验情况看，许多单位看重电缆的耐压试验以及耐压试验前后绝缘电阻的变化。GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》也没有对电缆绝缘电阻的数值做出明确的要求。DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》电缆绝缘电阻一栏，简单到只有“自行规定”4个字。 到目前为止“综合比较”，即与历史数据比较，与同类型电缆比较，与本条电缆的不同相比较，还是现场电气试验人员常用的一个行之有效的方法。 为什么要让各使用电缆的单位“自行规定”我的理解是我国幅员广阔，气候条件差别很大，加上电缆头的影响，电缆的绝缘电阻数值分散性较大，不便于硬性规定。 因此，有的电厂规定： 低压动力电缆≥0.5 MΩ（使用500V兆欧表测量） 6kV电缆电缆≥50 MΩ（使用2500V兆欧表测量） 三、不同长度电缆、温度下测得的绝缘电阻的换算 1. 温度换算 为了便于比较，通常都把电缆绝缘电阻值换算到同一温度（一般为20℃）。 20℃时的电缆绝缘电阻=t℃时的电缆绝缘电阻×温度换算系数温度换算系数如下： 0℃时系数为；5℃时系数为；10℃时系数为；15℃时系数为； 20℃时系数为；25℃时系数为；30℃时系数为；35℃时系数为； 40℃时系数为。 长度换算
山东省电力行业职业技能鉴定 配电线路工（技师）实操试题：测量10kV电缆绝缘电阻一、现场环境 所测电缆为跌落式熔断器受电测与变压器高压接线柱之间的连接电缆，跌落式熔断器送电侧已停电并装设好接地线，跌落式熔断器已拉开，电缆受电测端头与变压器的连接已解除，变压器低压侧总断路器与刀闸已拉开。工作负责人：考评员，监护人：辅助人员。 二、测试前的准备工作 1.穿工作服、绝缘鞋，戴安全帽、线手套。 2.根据电缆电压等级选择兆欧表。 3.检查工器具外观整洁无破损，有试验合格证。 4.正确填写测量记录表个人及设备信息，不得漏填、错填、涂改。 5.用放电棒对电缆逐相充分放电，所有放电过程必须带绝缘手套。用干净的棉纱（擦机布）将电缆测试点及附近擦拭干净。 6. 兆欧表放在水平位置，检查兆欧表，指针应指向刻度盘中央位置。 7.将测试线分别接在兆欧表“E”“L”接线柱上，末端开路，进行开路试验。左手按住兆欧表，右手顺时针摇动摇柄，缓慢启动并逐渐加快到120r/min，待指针稳定后读取并记录电阻值，指针应指向“∞”或附近； 8.将测试线分别接在兆欧表“E”“L”接线柱上，末端短接，进行短路试验。左手按住兆欧表，右手顺时针摇动摇柄，缓慢启动不得加速，指针应指向“0”。
若检查不合格需处理再使用。 三、测试进行时 （一）相对地 1. 将兆欧表“E”端可靠接“地”，“G”端接屏蔽层或不接。测试线不得缠绕或打结。用短路线将V（B）、W（C）两相电缆线短接并可靠接地。 2.操作人员左手按住兆欧表，右手顺时针缓慢摇动摇柄，辅助人员在操作人员的指令下，带绝缘手套将“L“端测试线（鳄鱼夹）夹在电缆U（A）相线芯上，（指针若回零，应立即停止摇动），逐渐加快到120r/min，充电时间不少于1 min。待指针稳定后读取电阻值。右手摇动速度逐渐降低，取下接在电缆线芯上的测试线后停止摇动。 3.操作人员带绝缘手套用放电棒对电缆被测试相充分放电。放电方法为：第一次碰触电缆线后迅速移开，第二次碰触电缆线后等待一定时间在移开，等待时间与电缆施加的电压和电缆长度成正比，500m 及以上长度的电缆线路放电时间一般不少于2min，100m及以下电缆线路放电时间一般为5～30s。 （B）、W（C）两相测试步骤与此相同。 5.记录测试结果。 （二）相对相 1.将兆欧表，“G”端接屏蔽层或不接。测试线不得缠绕或打结。用短路线将C相电缆线可靠接地。 2.操作人员左手按住兆欧表，右手顺时针缓慢摇动摇柄。辅助人
附录A 架空线路每千米得电抗、电阻值
注 1、110kV高压电缆得平均电抗:X=0、18Ω/km。 2、表中所列为正序电抗X1,负序电抗X2= X1,零序电抗X0= 3、5X1。 附录C 各电压等级基准值表 表C、1 基准容量S =1000MVA时得基准值表 b
表C、2 基准容量S =100MVA时得基准值表 b 附录D 常用电缆载流量 序 导线型号中试所实验值载流量建议值(A) 载流量原标准值(A) 号 1 YJLV22-35 100 123 2 YJLV22-50 115 141 3 YJLV22-70 140 173 4 YJLV22-9 5 170 214 5 YJLV22-120 195 246
6 YJLV22-150 220 278 7 YJLV22-185 255 320 8 YJLV22-240 300 373 9 YJLV22-300 340 428 10 YJLV22-400 400 501 序号导线型号中试所实验值载流量建议值(A) 载流量原标准值(A) 1 YJV22-35 125 159 2 YJV22-50 145 182 3 YJV22-70 180 223 4 YJV22-9 5 220 276 5 YJV22-120 255 317 6 YJV22-150 285 359 7 YJV22-185 330 413 8 YJV22-240 385 481 9 YJV22-300 440 552 10 YJV22-400 515 646 序导线型号中试所实验值载流量建议值(A) 载流量原标准值(A)