多芯多功能综合电缆组件的设计制造方法

曹振鹏

摘  要：多芯多功能综合电缆组件的设计制造需要根据实际的应用预期进行设计，满足电气传输的需求、机械工作环境的需求，及周遭环境的影响等，再根据这些需求和影响在结构上科学的设计，结合多芯电缆的自身特点，在技术原理的支持下，进行验证符合性，最终确定得到需求的多芯多功能综合电缆组件。结构合理设计、技术理论支撑、应用验证等闭环形成过程，得到一款设计较为合理的多芯多功能综合电缆组件。

关键词：单芯电缆  多芯电缆  设计制造方法  多功能综合电缆组件

中图分类号：TJ510.1                          文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（c）-0047-03

Abstract： The design and manufacture of multi-core and multi-functional integrated cable assembly needs to be designed according to the actual application expectation， to meet the requirements of electrical transmission， mechanical working environment， and the surrounding environment. Then， according to these requirements and influences， the scientific design in structure， combined with the characteristics of multi-core cable， under the support of technical principles， is used to verify the compliance. Finally， the required multi-core and multi-functional cable assembly is determined. A reasonable design of multi-core and multi-functional cable assembly is obtained through the closed-loop forming process of reasonable structure design， technical theory support and application verification.

Key Words： Single core cable; Multi core cable; Design and manufacturing method; Multi functional integrated cable assembly

多芯电缆是由一根以上的绝缘线芯组成的电缆，被广泛应用在电子产品中，逐渐代替单芯电缆。导体中存在交流电或者交变电磁场，导致导体内的电流分布不均，电流会聚集在外面的薄层，随着电流密度不断增大，内部的电流变小。依据导体的电阻增加，损耗功率变大，二者呈现正相关变化。这是趋肤效应，单芯电缆存在的最大缺点之一，多芯电缆的出现极大的减少了趋肤效应的效果，进而降低了路线的损耗。多芯电缆使得电力传输过程中，减少了电量的损耗，极大的提高了电力的传输效率和使用效率。多芯电缆的设计制作是非常严谨的，需要从理论支撑，到科学设计，再进行验证合理性，通过各个影响因素效果评估，最终得到可以实际应用的多芯电缆。

1  多芯多功能综合电缆组件的设计方案

1.1 多芯电缆的总体规划

基于设计一款尽量满足电气传输、机械工作环境需求的多芯缆线要满足的要求为：包含各种功能的组成，依据传输的功能进行设计，分多个子缆组成的多芯缆线组件，电源缆线专门提供电力传输，低频传输采用绞线实现，中高频率传输采用射频同轴线。缆线的总长度要大于36m，缆线的直径要控制在0.5cm以内，主要是考虑到传输效率、空间、柔韧性、使用寿命等。同时满足耐侧压、保持力、反复弯曲、抗扭曲、高温、低温、抗腐蚀的特性，以达到多芯多功能综合电缆组件的实用性。多芯缆线结构包括三条主要子缆线分别为：高频缆线、中频缆线、电源缆线，子缆排布为缆线外径内切三个圆的布局，以增强其稳定性，保证缆线的各个特定。剩余结构采用屏蔽对绞线作为剩余空间子缆填充，以保证缆线整体的形状。

1.2 高频缆线的结构

結构组成为：高频传输线;2*0.3mm2对绞线（直流电阻小于等于100Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）;中心对绞线护套采用聚氨酯材料包裹，内附凯夫拉增强层，高频缆线外层为不锈钢波纹铠管外护套。高频缆线采用低耗电缆，需要在应用过程中能够承受拉力，凯夫拉增强层保证在受到外力时，内部的对绞线采用多对组成，在护套的作用下形成规则图形，增强承受力。高频传输线排布在中心对绞线的外层，防止护套和增强层影响其形状和工作效率。保证高频缆线传输效率的同时，从结构布局上保证其抗拉力，避免缆线之间的挤压产生的形变，导致性能打折扣，在护套和增强层的保护下，减少径向压力的副作用。

1.3 中频缆线的结构

中频缆线的机构组成为：中心为2×0.3mm2对绞线（直流电阻小于等于100Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）护套依然采取聚氨酯，内附凯夫拉增强层;外层为中频传输线和2×0.3mm2对绞线排布而成，中频缆线采用不锈钢波纹铠管外护套，整体外形与高频、电源缆线结构保持一致。中频传输线绝缘电阻大于等于1000MΩ，介质耐压AC，频率范围为100MHz～1.6GHz，电压驻波比小于等于1.31，衰减小于等于0.6bB/m，群时延小于等于8ns。结构组成充分发挥中频缆线传输效率的同时，保证结构不受到其它因素干扰，影响其正常工作的效率。

1.4 电源缆线的结构

主体结构包括：1mm2接地线（直流电阻小于等于20Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）;2mm2接地线（直流电阻小于等于10Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）;2×2㎜2电源线（直流电阻小于等于10Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）;4mm2电源线（直流电阻小于等于5Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）;3×2mm2电源线（直流电阻小于等于10Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V）;中心部2×0.3mm2对绞线（直流电阻小于等于100Ω/KM，绝缘电阻大于等于500MΩ，介质耐电压AC500V），护套采用聚氨酯材料的，内附凯夫拉增强层，整个外层采用不锈钢波纹铠管外护套。电源缆线整体结构与高频、中频缆线保持一致，以保证稳定性。

2  技术难题攻关

2.1 多芯多功能综合电缆组件的使用寿命

若保证2000次以上的使用寿命，将多芯电缆组件缠成圆形放置到箱内，多芯电缆收到扭曲力的作用，高频传输缆线无法承受扭曲力性能受到严重影响，其使用寿命受到限制。改进方法为：将组件结构采用螺旋缠绕的方式进行排布，可以增加承受扭曲力的能力。采用不锈钢波纹铠管强化外层防护，增加其抗扭曲力，增加了缆线的柔韧性使其反复弯曲可以达到2000次以上，可以达到5000次以上，极大的提高了多芯电缆组件的使用寿命。此外，为了保护多芯电缆组件弯曲度使得电缆内部免受损坏影响功能，不锈钢波纹铠管能够有效的限制弯曲度在安全的范围内，保护多芯电缆组件的完整性。最后，多芯电缆组件内部构件是相互挤压的，会产生侧压力，破坏各个构件的功能完整性。

2.2 多芯电缆组件与其他组件的连接

多芯电缆组件自身重量比较大，与其他组件连接时造成不稳定因素，如何保证多芯电缆能够稳定连接下正常的起到传输的功能，需要设计电缆连接器来固定多芯电缆与其他组件，连接器作用原理主要是，内部的灌胶承力套与多芯电缆凯夫拉增强层连接起来，其余电缆组件穿过连接器孔洞。在受到力的作用时，凯夫拉增强层会抵消大部分的作用力，保护多芯电缆功能正常。这解决了多芯电缆自身重力造成的不稳定因素，避免在移动过程中受到的自身外力情况下破坏多芯电缆组件。

3  多芯电缆的制作及测试

3.1 核对设计图纸合理性

根据设计图纸对电缆结构进行分析，各个结构要件的规格进行确定，截取合适的长度，根据实际的需求确定截取长度。过程中要注意电缆与连接体之间的准确距离，在实际制作过程中确定准确距离是十分重要的，可以避免因长度问题无法连接成功。设计图纸是根据需求环境来设计的参数，这些参数是阈值，所以在使用数据时尽量选取中间的数值，这样在测试过程中如果发现问题，可以调整数据确定问题源头，具体改进时有合理的操作空间。此外，在准备材料时，要严格按照设计方案进行准备，材料会决定多芯电缆的构件功能属性，比如，直流电阻、绝缘电阻、介质耐电压等，这些都是测试过程中主要测试的数据。

3.2 电缆的技术处理

截取完成之后要确定连接器可以通过电缆，根据连接器的长短进行电缆表层剥除，在绝缘层上，保护多芯的芯线不受到外力的破坏。如果无法穿过连接器，把绝缘层切开再行穿线。屏蔽层处理的过程中，如果难度过于大，可以采取单芯线与电连接器的外壳连接。过程中要注意剥除的尺寸，保证与电连接器连接时不伤到外面的芯线，以免影响正常的功能。

3.3 电缆芯线的处理

对芯线进行处理过程中，电缆芯线被剥除要根据连接器中的焊杯的长度确定芯线绝缘表皮的长度，尽量使用剥线钳，能够保证导线的完整性。完毕后对芯线进行完整性检查，确保芯线的完整性和光泽度。过程中仍需要确保各个参数数据的准确性，电缆芯线是十分脆弱的，在剥除过程中如果损害到芯线就需要重新进行电缆芯线的处理，造成制造效率下降。

3.4 多芯电缆的焊接处理

以上过程完成后，焊接是电缆制作的核心步骤，焊接前要充分检查各个连接和组件部位是否按照标准准备完成。芯线放在焊杯中，要按照焊接的工艺顺序进行，焊接时间控制在5s以内。焊接完成后，未达到预期效果的，要进行二次焊接，而后用无水酒精清洗并风干，焊接完成。

3.5 多芯电缆的测试

制作完成的多芯多功能综合电缆组件在电气要求、机械环境下、周遭环境下进行测试，测试结构的设计、护套的设计及其组件功能是否满足设计要求。在测试过程中，如果出现与预期要求不符的地方，需要根据问题部位进行反推，找到造成问题的原因，并对问题进行修复，如果问题影响全局的设计，需要逐一更正。测试过程是对多芯电缆设计制造方法的修正与完善，要尽量找到问题和缺陷，使多芯电缆的各种特性符合预期要求，最终需要反复测试，得到相对严谨的设计方法。

4  结语

多芯多功能综合电缆在实际应用中越来越多，根据实际的使用场景选择技术理论支撑并提出设计要求，根据设计要求进行结构设计，要符合实际应用的场景特点，通过个别技术攻关解决难以解决的問题点，通过严谨的制造工艺完成制造，对制造的产品进行测试，评估多芯电缆的符合性，最终完善多芯电缆的设计，达到能够应用到实际场景中的要求。文章通过以上过程对多芯多功能综合电缆进行设计制造，过程中不断对方法进行改进，使其完成适应实际场景的应用，更加科学、严谨地得到预期的产品。

参考文献

[1] 成琦，刘承雨，王臣，等.多芯多功能综合电缆组件的设计与制造[J].光纤与电缆及其应用技术，2018（6）：1-3，22.

[2] 陈敏.低收缩低延展多芯室内迷你分支光缆的性能控制[J].光纤与电缆及其应用技术，2019（2）：43-44.

[3] 胡彩霞，张广来.基于MCU船用多芯仪表电缆测试系统设计[J].无线互联科技，2019，16（22）：47-49.

[4] 单根立，董沛森.基于PLC控制的多芯电缆全自动剥线设备设计及研究[J].液压与气动，2019（8）：116-120.

[5] 王昆.阻燃C级多芯电力电缆结构的试验验证[J].光纤与电缆及其应用技术，2019（1）：44，46.

[6] 刘娅，刘鑫伟.深海油气田用多芯光纤复合海底电缆的设计及应用[J].电工技术，2019（5）：107-108，115.

[7] 李秋芳，周承科，王航，等.地下排管多电缆线路分流对运行寿命的影响[J].高电压技术，2019，45（5）：1576-1583.