如何通過(guò)計(jì)算方法得到日標(biāo)低壓汽車電線的額定電流

龍少光，張建召，黃貫軍

（海馬汽車有限公司，河南 鄭州 450000）

1 前言

日標(biāo)電線的額定電流通常在廠家的電線規(guī)格書(shū)中可以直接查表，但是額定電流數(shù)值具體是如何得到，則少有資料描述。通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，JASO D609標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)明確給出了關(guān)于日標(biāo)電線額定電流的計(jì)算方法，但公式繁多，不易理解。本文將JASO D609中的公式進(jìn)行優(yōu)化分析，提取出影響額定電流的六大因素，并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行演算，將計(jì)算得出的額定電流數(shù)值與電線規(guī)格書(shū)中查表得到額定電流數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，明確日標(biāo)電線規(guī)格書(shū)中額定電流數(shù)值的具體由來(lái)。為了方便計(jì)算，本文引入計(jì)算用電子表格，并將函數(shù)公式一并在下文陳述。另外，本文只考慮單根電線的額定電流，暫不說(shuō)明因?yàn)殡娋€成捆而造成的額定電流衰減。

2 名詞解釋

2.1 額定電流

額定電流是指使電線在整個(gè)工作壽命中，能夠持續(xù)穩(wěn)定工作的最大電流值［1］。這里的額定電流與電線的發(fā)煙電流不同。通常，額定電流與電線的絕緣材料、環(huán)境溫度、使用壽命等因素有關(guān)。其中使用壽命的計(jì)算，是按照每天工作3h，連續(xù)工作10年，即10000h來(lái)考慮的［2］。

2.2 電線的絕緣材料

日標(biāo)電線絕緣層材料主要分為乙烯基 （vinyl）和聚乙烯（polyethylene）。其中常見(jiàn)的電線規(guī)格如AV、AVS、AVSS、CAVS·CAV、CAVUS、AVSSH、AVX、AVSSX的絕緣材料主要為乙烯基 （vinyl），電線規(guī)格如AEX和AESSX的絕緣材料主要為聚乙烯 （polyethylene）。

2.3 導(dǎo)體最大工作溫度T1

電線在穩(wěn)定工作時(shí)，導(dǎo)體溫度不能超過(guò)導(dǎo)體最大工作溫度。通常，電線規(guī)格如AV、AVS、AVSS、CAVS·CAV、CAVUS的導(dǎo)體最大工作溫度T1為80℃；AVX、AVSSH、AVSSX的導(dǎo)體工作最大工作溫度T1為100℃；AEX、AESSX的導(dǎo)體最大工作溫度T1為120℃［3］。

3 日標(biāo)中的額定電流公式演算

3.1 額定電流計(jì)算公式

JASO D609中描述單根電線的額定電流公式如下：

式中：I——電線的額定電流；T1——導(dǎo)體的最大工作溫度；T2——環(huán)境溫度；r——導(dǎo)體電阻，如果用rT1表示導(dǎo)體在溫度T1時(shí)的電阻，r20表示導(dǎo)體在20℃時(shí)的電阻，那么rT1與r20之間的關(guān)系如公式 （2）所示：

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)在計(jì)算時(shí)，不同類型電線的T1、T2可以按照表1進(jìn)行選擇。

R表示熱阻抗，如果用R1表示絕緣熱阻抗，R2表示絕緣表面擴(kuò)散熱阻抗，那么：

式中：P1——熱阻抗的標(biāo)準(zhǔn)值，℃·cm／W，當(dāng)絕緣材料為乙烯基 （vinyl）時(shí)，P1取600，當(dāng)絕緣材料為聚乙烯（polyethylene） 時(shí)，P1取450；d1——導(dǎo)體外徑，mm；d2——絕緣外徑的標(biāo)準(zhǔn)值，mm；P2——絕緣擴(kuò)散熱阻抗，當(dāng)d2≤12.5mm時(shí)，即截面積≤約10mm2時(shí)，P2=300+32d2；當(dāng)d2＞12.5mm時(shí)，P2=700。

表1 不同類型日標(biāo)電線的計(jì)算溫度

3.2 標(biāo)準(zhǔn)中的公式優(yōu)化

為了更加集中地理解影響額定電流的因素，將公式（5）、公式 （4）、公式 （3）、公式 （2） 代入公式 （1） 得到：

I2=（T1-T2）／（R×r）

從公式 （6）可以看出，最終決定電線額定電流的重要因素有6個(gè)，分別是電線類型、電線最大工作溫度T1、環(huán)境溫度T2、電線導(dǎo)體外徑d1、電線絕緣外徑的標(biāo)準(zhǔn)值d2、以及導(dǎo)體在20℃時(shí)的導(dǎo)體電阻r20。

3.3 表格法快速計(jì)算額定電流

演算JASO D609中公式的適用性，不僅可以手動(dòng)將6個(gè)重要因素代入公式 （6），而且可以將公式 （1）至公式 （5）中的參數(shù)關(guān)系制成電子表格，通過(guò)函數(shù)公式快速得出額定電流，見(jiàn)表2。

使用時(shí)，只需填寫(xiě)表2中的“電線類型”、“T1”、“T2”、“d1”、“d2”、“rT1”6大因素對(duì)應(yīng)的數(shù)值，即可自動(dòng)生成額定電流。

這其中需要說(shuō)明的是，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，在表2中添加了函數(shù)公式，使用時(shí)只要將以下函數(shù)公式連同表2，一起復(fù)制到電子表格中，即可快速計(jì)算。

“電線絕緣層材料”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：

=IF（OR（C2="AV"，C2="AVS"，C2="AVSS"，C2="CAVS·CAV"，C2="VAVUS"，C2="AVSSH"，C2="AVX"，C2="AVSSX"），"Vinyl"，IF （OR （C2="AEX"，C2="AESSX"），"polyethylene"，""））

熱阻抗“R”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=C7+C8

熱阻抗“R1”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=（C9／2／3.14159）×（LN（C12／C11））

表面擴(kuò)散熱阻抗“R2”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=（10×C10）／（3.14159×C12）

表2 額定電流快速計(jì)算表格

“P1”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=IF （C3="Vinyl"，600，IF （C3="polyethylene"，450，""））

“P2”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=IF （（C12＜=12.5）×（C12＜＞""），300+32×C12，IF（（C12＞12.5）×（C12＜＞""），700，""））

“rT1”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=IF（C13＜＞""，（C13／100000）×（1+0.00393×（C4-20）），""）

額定電流“I”對(duì)應(yīng)的函數(shù)公式：=SQRT （（C4-C5）／C6／C14）

3.4 實(shí)例驗(yàn)證

選擇不同線徑、不同溫度等級(jí)的日標(biāo)電線，如0.5mm2AV （80℃）、1.25mm2AVSSH （100℃）、2mm2AESSX （120℃）進(jìn)行額定電流計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與電線規(guī)格書(shū)中直接給出的額定電流進(jìn)行比較，以驗(yàn)證額定電流計(jì)算方法的適用性。

1）以日本住友 （SWS）電線為例 （不同廠家的日標(biāo)電線參數(shù)基本一致），對(duì)于0.5mm2AV電線，通過(guò)查電線規(guī)格書(shū)得到6大關(guān)鍵參數(shù)如下：電線類型：AV；T1=80℃；T2=40℃；d1=1.0mm；d2=2.2mm；r20=32.7mΩ／m。

代入公式 （6）進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算或代入表2進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得到額定電流I=12.72584217（A），向下圓整得到I=12（A）。計(jì)算結(jié)果 （表3）與直接查電線規(guī)格書(shū) （表4）得到的額定電流值12A相同。

2）同理，對(duì)于1.25mm2AVSSH電線，查詢?nèi)毡咀∮眩⊿WS）電線規(guī)格書(shū)得到6大關(guān)鍵數(shù)值如下：

電線類型：AVSSH；T1=100℃；T2=60℃；d1=1.5mm；d2=2.1mm；r20=14.6mΩ／m。

代入公式 （6）進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算或填入表2進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得到額定電流I=18.8163698（A），向下圓整得到I=18（A）。計(jì)算結(jié)果 （表5）與直接查電線規(guī)格書(shū) （表6）得到的額定電流值18A相同。

表3 表格法計(jì)算0.5mm2AV的額定電流

表4 日本住友（SWS）電線規(guī)格書(shū)中0.5mm2AV的額定電流

表5 表格法計(jì)算1.25mm2AVSSH電線的額定電流

表6 日本住友（SWS）電線規(guī)格書(shū)中1.25mm2AVSSH的額定電流

3）同理，對(duì)于2mm2AESSX電線，查詢?nèi)毡咀∮?（SWS）電線規(guī)格書(shū)得到6個(gè)關(guān)鍵數(shù)值如下：電線類型：AESSX；T1=120℃；T2=80℃；d1=1.8mm；d2=2.6mm；r20=9.5mΩ／m。

代入公式 （6）進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算或填入表2進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得到額定電流I=24.69909694（A），向下圓整得到I=24（A）。計(jì)算結(jié)果 （表7）與直接查電線規(guī)格書(shū) （表8）得到的額定電流值24A相同。

表7 表格法計(jì)算2.0mm2AESSX電線的額定電流

表8 日本住友 （SWS）電線規(guī)格書(shū)中2.0mm2AESSX的額定電流

4 總結(jié)

本論文將JASO D609中涉及額定電流的計(jì)算公式加以優(yōu)化分析，得到總公式，并通過(guò)總公式總結(jié)出影響日標(biāo)電線額定電流的6大因素。同時(shí)編制電子表格，利用函數(shù)公式快速計(jì)算0.5mm2AV、1.25mm2AVSSH和2mm2AESSX電線的額定電流，并將計(jì)算的結(jié)果與日標(biāo)電線規(guī)格書(shū)中給出的額定電流值加以比對(duì)，在驗(yàn)證JASO D609標(biāo)準(zhǔn)公式適用性的同時(shí)，也給出了一種通過(guò)計(jì)算方法得到日標(biāo)低壓汽車電線的額定電流的方法，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)電線額定電流的認(rèn)識(shí)，為低壓電線的后續(xù)選型提供有力的依據(jù)。