汽車低壓電線的電流容量

周錄堯，于 萌

（一汽解放商用車開發(fā)院，吉林 長春 130011）

ISO 6722是汽車電線的國際標(biāo)準(zhǔn)，我國電線標(biāo)準(zhǔn)GB／T 25085等效采用ISO 6722。ISO 6722給出了電線的尺寸和試驗(yàn)方法，但沒有給出電線的電流容量計(jì)算。不同標(biāo)準(zhǔn)的電線尺寸不同，但結(jié)構(gòu)類似，其電流容量的計(jì)算方法是通用的。故本文采用日標(biāo)JASO D609的電流容量和發(fā)煙時(shí)極限過電流的計(jì)算方法，用EXCEL給出了ISO 6722-2011電線的電流容量計(jì)算值，為汽車低壓電線與熔斷器的選型匹配提供數(shù)據(jù)支持。

汽車低壓電線的電流容量：電線的額定電流、電線發(fā)煙時(shí)極限過電流、乘以因成束額定電流的減低系數(shù)的電流值的總稱。

1 電線的額定電流

額定電流：在電線回路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮由于溫度造成的電線絕緣的老化，從壽命的角度考慮，為防止使用的不安全，允許通過的限定電流值。并且，這個(gè)值除了基于電線的絕緣材料，周圍的環(huán)境溫度之外，也應(yīng)設(shè)定相應(yīng)的通電時(shí)間。

1）熱量守恒。

式中：IP——電線的額定電流，A；rT1——T1下的導(dǎo)體電阻，Ω／m；T1——電線導(dǎo)體的額定溫度，℃；T2——環(huán)境溫度，℃；R——熱阻，℃·m／W；t——時(shí)間，s。

并且，在T1下的導(dǎo)體電阻rT1按公式 （2）折算。

2）電阻折算。

注：0.003 93是在20℃時(shí)，100%導(dǎo)電率下銅的溫度系數(shù)。對于鍍層電線或合金，修正系數(shù)應(yīng)由供需雙方協(xié)商確定。

3） 熱阻R按公式 （3）。

式中：R1——絕緣體的熱阻，℃·m／W；R2——表面輻射熱阻，℃·m／W。

4）絕緣體的熱阻按公式 （4）。

式中：P1——絕緣的固有熱阻，℃·m／W，聚氯乙烯混合物和交聯(lián)聚氯乙烯混合物是6℃·m／W，交聯(lián)聚乙烯混合物是4.5℃·m／W，無鹵混合物是4.5℃·m／W；d1——導(dǎo)體直徑，mm；d2——成品外徑，mm。

5）表面輻射熱阻按公式 （5）。

式中：P2——固有表面輻射熱阻，℃·m／W，當(dāng)d2≤12.5 mm時(shí)，P2=3+0.32d2；當(dāng)d1＞12.5 mm時(shí)，P2=7。

電線在額定電流下的電壓降計(jì)算公式如下：

式中：E——電線的電壓降，mV／m；IP——電線的額定電流，A；rT1——T1溫度下的導(dǎo)體電阻，Ω／m，按公式 （2）。

2 電線發(fā)煙時(shí)的極限過電流

極限過電流：由于外部特殊原因，電線短時(shí)間通過的電流超過容許電流時(shí)，規(guī)定的和通電時(shí)間對應(yīng)的極限電流值。

1）極限過電流按公式 （6）計(jì)算。

式中：IO——電線的極限過電流，A；rT3——T3℃下的導(dǎo)體電阻，Ω／m；T3——電線導(dǎo)體的極限溫度，℃，此溫度下電線的絕緣開始發(fā)煙變形；T2——環(huán)境溫度，℃；R——熱阻，℃·m／W；α——熱時(shí)間常數(shù)τ的倒數(shù)；t——時(shí)間，s。

并且，在T3℃下的導(dǎo)體電阻rT3按公式 （7）進(jìn)行電阻折算。

B級PVC電線的性質(zhì)見表1。

B級PVC電線的額定溫度為100℃，實(shí)驗(yàn)可達(dá)105℃，考慮安全余量在下文計(jì)算額定電流時(shí)取額定溫度100℃。B級PVC電線的發(fā)煙變形溫度為165℃，在計(jì)算發(fā)煙極限過電流時(shí)取熱過載溫度155℃，因?yàn)槿羧?65℃計(jì)算發(fā)煙極限過電流時(shí)電線已損壞失效。

2） 熱阻R按公式 （3），絕緣的熱阻R1按公式 （4），表面輻射熱阻R2按公式 （5）。

3）熱時(shí)間常數(shù)和熱容按公式 （8）和公式 （9）

表1 B級PVC電線性質(zhì)

式中：W1——導(dǎo)體的質(zhì)量，g／cm；W2——絕緣的質(zhì)量，g／cm；H1——導(dǎo)體材料的熱容系數(shù)，J／℃·g；H2——絕緣材料的熱容系數(shù)，J／℃·g。備注：導(dǎo)體的質(zhì)量和絕緣的質(zhì)量根據(jù)測定值。

表2為各構(gòu)成材料的熱容系數(shù)。

熱時(shí)間常數(shù)τ的倒數(shù)α按公式 （10）：

表2 各構(gòu)成材料的熱容系數(shù)

3 由于電線成束額定電流的降低系數(shù)

多根電線成束狀態(tài)時(shí)，額定電流應(yīng)乘以表3所示的降低系數(shù)。但是這個(gè)降低系數(shù)和同時(shí)通電的電線根數(shù)有關(guān)，和整個(gè)線束的電線根數(shù)沒有關(guān)系。并且不包含像控制回路、電子回路等不產(chǎn)生溫度上升的小電流電線。

表3 由于電線成束額定電流的降低系數(shù)

4 電線的電流容量計(jì)算結(jié)果

電線發(fā)煙時(shí)間和極限過電流見表4和圖1。電線的額定電流見表5和圖2。

表4 電線發(fā)煙時(shí)間和極限過電流 （發(fā)煙溫度按155℃）

表5 ISO 6722-2011-1汽車低壓 薄壁 聚氯乙烯 B級100℃ 電線的額定電流和電壓降

圖1 發(fā)煙時(shí)間與極限過電流曲線

5 總結(jié)

上述給出了汽車低壓電線的額定容量的理論計(jì)算方法和基于EXCEL公式得出的計(jì)算值，簡單實(shí)用，為汽車電線選型計(jì)算提供了數(shù)據(jù)支持。