基于家電安全標準的電線電纜選型和應用研究

陳曉麗

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

電線電纜的使用領域非常廣泛，隨著直流電、清潔能源等新興產業的快速發展，電線電纜的型號和標準也隨著急速增長，不同領域用電線電纜的差異又非常大；對于家用電器設計而言，如何從成千上萬的線材型號中選取合適的線材，成為困擾設計人員的一大難題。為了指導家用電器用電線電纜的設計選型，本文以家電安全標準的要求為出發點，結合實際應用情況，分析研究了家用電器電線電纜的型號和截面積選取要求。

家用電器電氣設計中的電線電纜選型，首先應符合相關國家標準的要求。本文先分析了安全標準中對電線電纜型號的選取要求；再結合電線電纜標準的要求和電線電纜載流量的公式計算，分析電線電纜載流量的選取；最后，研究了直流電器用電線電纜額定電壓的選型。

1 安全標準中對電線電纜型號的選型要求和應用探討

1.1 概述

考慮到家用電器安全標準的通用要求具有足夠代表性，本文以GB 4706.1-2005中的相關要求為例進行介紹。GB 4706.1中關于電線電纜的要求主要集中在第23章內部布線和第25章電源連接和外部軟線，下面分別介紹。

1.2 內部布線

23章的23.5條提到了線材型號的要求，具體為：基本絕緣的電氣性能應等效于IEC 60227（GB/T 5023）或者IEC 60245（GB/T 5013）所規定的軟線的基本絕緣，或者符合2 000 V、15 min的電氣強度測試。接下來分析IEC 60227（GB/T 5023）或者 IEC 60245（GB/T 5013）兩份標準中規定的線材，哪些符合要求可以選用，哪些不符合不可選用。

IEC 60227（GB/T 5023）是額定電壓450/750V 及以下聚氯乙烯絕緣電纜，GB/T 5023.1的附錄A、附錄B給出了線材型號匯總表。一般情況下，家用電器的內部布線，因考慮軟線方便走線，且只需基本絕緣即可，故建議內部布線選用單芯軟導體無護套電纜，符合的電纜型號有60227 IEC 02（RV）、60227 IEC 06（RV）、60227 IEC 08（RV-90）。這三種型號的線材具體參數見表1，60227 IEC 08（RV-90）耐溫90 ℃，另外兩種耐溫70 ℃；三種型號都是第5種軟導體。

60227 IEC 02（RV）和 60227 IEC 06（RV）是耐溫70 ℃的線，60227 IEC 02（RV）和60227 IEC 06（RV）的差異為：①60227 IEC 02（RV）的額定電壓比60227 IEC 06（RV）高，絕緣層厚一些；②60227 IEC 02（RV）的線徑為1.5 mm2以上，60227 IEC 06（RV）的線徑為（0.5 ～ 1.0）mm2。

60227 IEC 08（RV-90）是耐溫90 ℃的線，線徑范圍為（0.5～2.5）mm2。

這三種型號的線在耐溫、耐壓、線徑范圍上無重疊，根據耐溫、耐壓和線徑選擇對應的線材型號即可，具體選型建議見表1。

表1 內部布線用電線電纜的選型

1.3 電源連接和外部軟線

GB 4706.1第25章電源連接和外部軟線中，關于線材型號的要求在25.7條，具體見表2的要求，從表中可以看出，標準中要求的電源軟線全部為護套軟線，材料有橡膠和聚氯乙烯兩種。室內使用的可優先選擇耐候性稍差的聚氯乙烯護套軟線，室外使用、低溫環境下使用的可考慮選用橡膠護套軟線。橡膠護套軟線有兩種型號：①室外、低溫環境下使用，選擇IEC 60245 57號線（YZW）；②非戶外、非暴露在大量紫外線輻射的器具，選用IEC 60245 53號線（YZ）。聚氯乙烯護套軟線也有兩種規格：①外部金屬部件溫升不超過75 K的器具可選用IEC 60227 52號線（器具質量不超過3 kg）或者IEC 60227 53號線；②超過75 K的非X型連接器具，可選用IEC 60227 56號線（器具質量不超過3 kg）或者IEC 60227 57號線。

表2 電源連接和外部軟線的線材型號

不低于表中所列線材型號，也就是說高于線材型號的都可以選用，并不是唯一的選擇。線號越大，說明線材的性能越好，可替代線號小的，例如，要求線材型號不低于60245 IEC 57（YZW），那么57號線及以上都可以選用，如可以選擇60245 IEC 66（YCW）。

下面再從線材參數和線徑范圍進行分析，結合具體家用電器的使用情況給出選型建議，具體見表3。以家用壁掛式空調為例，室內供電，帶插頭的電源線在室內使用，可選用60227 IEC 53（RVV）；內外機供電連接線由于使用在室外，可選用60245 IEC 57（YZW）。

表3 電源連接和外部軟線的選型

表4 各種材料絕緣體的固有熱阻

2 電線電纜截面積的選型

2.1 概述

選取電線電纜的型號后，需進行截面積的選取，本章從IEC標準、UL標準的要求和公式法計算三個方面介紹截面積的選取要求。

電線電纜截面積的選取，屬于應用方面的要求，一般在產品的電器安全標準規定（如：GB 4706系列標準），電線電纜的標準無這方面的規定，電線電纜標準上只規定了導體電阻。

2.2 IEC標準關于電線電纜截面積的選型要求

IEC系電線電纜的截面積選型依據主要是GB 4706.1的25.8條，這條要求是針對電源軟線的。以家用壁掛式空調為例，器具額定電流為12 A，應選擇截面積1.5 mm2的電源軟線，結合上面的電線型號，選用60227 IEC 53（RVV）1.5 mm2。

2.3 UL標準關于電線電纜截面積的選型要求

以空調為例進行介紹，空調執行的UL產品標準主要是UL 1995，里面關于電線載流量的要求是20.5和20.8條，是針對內部布線的。20.5條的要求是溫升測試要求，如果載流量符合表20.1的要求，可不進行溫升測試。20.8條是關于載流量余量的要求，導線的載流量不小于1.25倍電機滿載電流。簡單來講，就是從溫升和余量兩方面來確定截面積。

2.4 采用公式法計算電線電纜的載流量

由于UL線材種類多，材料和耐溫性能不同，所以選用UL線時，建議根據材料耐溫性能、使用環境和鋪設條件來確定導線所能承受的載流量，下面介紹采用公式法來確定電線電纜的載流量。

常用的電線容許電流計算公式如下：

1）1根電線的容許電流可用公式（1）計算

其中：

TC—電線的額定溫度；

TA—電線的周圍溫度；

r—額定溫度下的導體電阻，單位：Ω/cm；

對于銅導體：r=r0{1+0.00393(Tc-20)}，每1 ℃增加0.393 %。

r0—在20 ℃的導體電阻，單位：Ω/cm；

Rth—總熱阻，單位：℃·cm/W，Rth=R1+R2；

ρ1—絕緣體的固有熱阻，單位：℃·cm/W；

d1—導體外徑，單位：mm；

d2—絕緣體外徑，單位：mm；

ρ2—表面固有放散固有熱阻，d2在40 mm以下時，P2=500+10d2。

2）多條電線時，應考慮容許電流降低率

盤接線時的降低率按表5的要求。

3）計算舉例

計算4條束線UL1015 AWG14（41/0.26）束狀接線時的載流量。

（周圍溫度：40℃，Tc=105℃，d1=1.92 mm，d2=3.54 mm，r0=9.64×105Ω/cm

r=9.64×{1+0.003 93×(105-20)}×105=12.85×105Ω/cm

P1=600 ℃·cm/W，P2=500+10×3.54 ℃·cm/W

R1=600/2πln(3.54/1.92)=58.4

R2=(10×535.4)/(π×3.54)=481.4

4條束線降低率，根據表5：K=0.58，4條線容許電流I=30.5×0.58=17.7 A

表5 盤接線時的降低率

由于導體的載流量影響因素校對多，要精確計算載流量很困難，故上述計算值僅作為參考值，實際應用時應降額使用，且應考慮實際使用時的溫度升、敷設條件等因素的影響。

3 直流電器用電線電纜的額定電壓選型

能源變革推動直流配電的發展，導致直流電器的需求爆發式增長。事實上在家用電器領域，越來越多的電器內部電路開始使用直流供電，電器產品直流化已越來越普及。如空調、冰箱、洗衣機、電風扇等，正越來越多的采用效率更高、調節特性更好的直流無刷電機或永磁同步電機；在灶具方面，變頻微波爐、變頻電磁爐、IH電飯煲也都使用300 V左右的直流電供電驅動。

但是，現有電器標準全部基于交流系統，直流電器及器件標準均屬于空白，對直流電器用電線電纜的該如何選型，是否能用交流電纜的標準，這些問題都急需研究和確定。下面通過研究現有標準，給出了一些直流電器用電線電纜的額定電壓選型建議。

電線電纜的國標GB/T 5023.1、GB/T 5013.1中，在2.3條有以下關于電壓的描述：當用于直流系統時，該系統的標稱電壓應不大于電纜額定電壓的1.5倍。所以，對于執行GB/T 5023、GB/T 5013系列標準的國標線和IEC系電線電纜，可以按照（交流額定電壓*1.5）的方式進行選型。

對于UL電線電纜，如比較常用的UL 1015、UL 3173等，按照各種型號線材的UL Stylepage中的交、直流額定電壓進行選型，常用的參考表6。如果UL Stylepage中只規定了交流額定電壓，沒有明確規定可以使用在多少直流電壓范圍，參考以下型號電壓對應關系，交流到直流的轉換值一般在1.2～1.25左右的系數來計算。電線能否在額定電壓下長期工作，主要通過耐電壓試驗來評估，UL 758標準中的表29.1耐電壓試驗要求。

表6 常用UL線材的交、直流額定耐壓

4 結束語

電線電纜的選型關系著家用電器運行的可靠性及安全，因此，家用電器電氣設計時必須重視電線電纜型號和載流量的合理選用。電線型號的選用必須從標準要求、載流量和實際使用環境等方面綜合考慮，本文研究的實際使用情況是基于常規的使用環境考慮的，適用于大部分家用電器，而對于惡劣條件下的家用電器電線電纜選型，應進行一定的降額使用，加大設計選型的余量。