基于家電安全標(biāo)準(zhǔn)的電線電纜選型和應(yīng)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(lǐng)域非常廣泛，隨著直流電、清潔能源等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電線電纜的型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)也隨著急速增長(zhǎng)，不同領(lǐng)域用電線電纜的差異又非常大；對(duì)于家用電器設(shè)計(jì)而言，如何從成千上萬(wàn)的線材型號(hào)中選取合適的線材，成為困擾設(shè)計(jì)人員的一大難題。為了指導(dǎo)家用電器用電線電纜的設(shè)計(jì)選型，本文以家電安全標(biāo)準(zhǔn)的要求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，分析研究了家用電器電線電纜的型號(hào)和截面積選取要求。

家用電器電氣設(shè)計(jì)中的電線電纜選型，首先應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文先分析了安全標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電線電纜型號(hào)的選取要求；再結(jié)合電線電纜標(biāo)準(zhǔn)的要求和電線電纜載流量的公式計(jì)算，分析電線電纜載流量的選??；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(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電線電纜型號(hào)的選型要求和應(yīng)用探討

1.1 概述

考慮到家用電器安全標(biāo)準(zhǔn)的通用要求具有足夠代表性，本文以GB 4706.1-2005中的相關(guān)要求為例進(jìn)行介紹。GB 4706.1中關(guān)于電線電纜的要求主要集中在第23章內(nèi)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(nèi)部布線

23章的23.5條提到了線材型號(hào)的要求，具體為：基本絕緣的電氣性能應(yīng)等效于IEC 60227（GB/T 5023）或者IEC 60245（GB/T 5013）所規(guī)定的軟線的基本絕緣，或者符合2 000 V、15 min的電氣強(qiáng)度測(cè)試。接下來(lái)分析IEC 60227（GB/T 5023）或者 IEC 60245（GB/T 5013）兩份標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)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(hào)匯總表。一般情況下，家用電器的內(nèi)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(nèi)部布線選用單芯軟導(dǎo)體無(wú)護(hù)套電纜，符合的電纜型號(hào)有60227 IEC 02（RV）、60227 IEC 06（RV）、60227 IEC 08（RV-90）。這三種型號(hào)的線材具體參數(shù)見(jiàn)表1，60227 IEC 08（RV-90）耐溫90 ℃，另外兩種耐溫70 ℃；三種型號(hào)都是第5種軟導(dǎo)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(hào)的線在耐溫、耐壓、線徑范圍上無(wú)重疊，根據(jù)耐溫、耐壓和線徑選擇對(duì)應(yīng)的線材型號(hào)即可，具體選型建議見(jiàn)表1。

表1 內(nèi)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(guān)于線材型號(hào)的要求在25.7條，具體見(jiàn)表2的要求，從表中可以看出，標(biāo)準(zhǔn)中要求的電源軟線全部為護(hù)套軟線，材料有橡膠和聚氯乙烯兩種。室內(nèi)使用的可優(yōu)先選擇耐候性稍差的聚氯乙烯護(hù)套軟線，室外使用、低溫環(huán)境下使用的可考慮選用橡膠護(hù)套軟線。橡膠護(hù)套軟線有兩種型號(hào)：①室外、低溫環(huán)境下使用，選擇IEC 60245 57號(hào)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(hào)線（YZ）。聚氯乙烯護(hù)套軟線也有兩種規(guī)格：①外部金屬部件溫升不超過(guò)75 K的器具可選用IEC 60227 52號(hào)線（器具質(zhì)量不超過(guò)3 kg）或者IEC 60227 53號(hào)線；②超過(guò)75 K的非X型連接器具，可選用IEC 60227 56號(hào)線（器具質(zhì)量不超過(guò)3 kg）或者IEC 60227 57號(hào)線。

表2 電源連接和外部軟線的線材型號(hào)

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

下面再?gòu)木€材參數(shù)和線徑范圍進(jìn)行分析，結(jié)合具體家用電器的使用情況給出選型建議，具體見(jiàn)表3。以家用壁掛式空調(diào)為例，室內(nèi)供電，帶插頭的電源線在室內(nèi)使用，可選用60227 IEC 53（RVV）；內(nèi)外機(jī)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(hào)后，需進(jìn)行截面積的選取，本章從IEC標(biāo)準(zhǔn)、UL標(biāo)準(zhǔn)的要求和公式法計(jì)算三個(gè)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(yīng)用方面的要求，一般在產(chǎn)品的電器安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如：GB 4706系列標(biāo)準(zhǔn)），電線電纜的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)這方面的規(guī)定，電線電纜標(biāo)準(zhǔn)上只規(guī)定了導(dǎo)體電阻。

2.2 IEC標(biāo)準(zhǔn)關(guān)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(jù)主要是GB 4706.1的25.8條，這條要求是針對(duì)電源軟線的。以家用壁掛式空調(diào)為例，器具額定電流為12 A，應(yīng)選擇截面積1.5 mm2的電源軟線，結(jié)合上面的電線型號(hào)，選用60227 IEC 53（RVV）1.5 mm2。

2.3 UL標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電線電纜截面積的選型要求

以空調(diào)為例進(jìn)行介紹，空調(diào)執(zhí)行的UL產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要是UL 1995，里面關(guān)于電線載流量的要求是20.5和20.8條，是針對(duì)內(nèi)部布線的。20.5條的要求是溫升測(cè)試要求，如果載流量符合表20.1的要求，可不進(jìn)行溫升測(cè)試。20.8條是關(guān)于載流量余量的要求，導(dǎo)線的載流量不小于1.25倍電機(jī)滿載電流。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是從溫升和余量?jī)煞矫鎭?lái)確定截面積。

2.4 采用公式法計(jì)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(shí)，建議根據(jù)材料耐溫性能、使用環(huán)境和鋪設(shè)條件來(lái)確定導(dǎo)線所能承受的載流量，下面介紹采用公式法來(lái)確定電線電纜的載流量。

常用的電線容許電流計(jì)算公式如下：

1）1根電線的容許電流可用公式（1）計(jì)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(dǎo)體電阻，單位：Ω/cm；

對(duì)于銅導(dǎo)體：r=r0{1+0.00393(Tc-20)}，每1 ℃增加0.393 %。

r0—在20 ℃的導(dǎo)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(dǎo)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(shí)，P2=500+10d2。

2）多條電線時(shí)，應(yīng)考慮容許電流降低率

盤接線時(shí)的降低率按表5的要求。

3）計(jì)算舉例

計(jì)算4條束線UL1015 AWG14（41/0.26）束狀接線時(shí)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=600/2πl(wèi)n(3.54/1.92)=58.4

R2=(10×535.4)/(π×3.54)=481.4

4條束線降低率，根據(jù)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(shí)的降低率

由于導(dǎo)體的載流量影響因素校對(duì)多，要精確計(jì)算載流量很困難，故上述計(jì)算值僅作為參考值，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)降額使用，且應(yīng)考慮實(shí)際使用時(shí)的溫度升、敷設(shè)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(dòng)直流配電的發(fā)展，導(dǎo)致直流電器的需求爆發(fā)式增長(zhǎng)。事實(shí)上在家用電器領(lǐng)域，越來(lái)越多的電器內(nèi)部電路開(kāi)始使用直流供電，電器產(chǎn)品直流化已越來(lái)越普及。如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇等，正越來(lái)越多的采用效率更高、調(diào)節(jié)特性更好的直流無(wú)刷電機(jī)或永磁同步電機(jī)；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(qū)動(dòng)。

但是，現(xiàn)有電器標(biāo)準(zhǔn)全部基于交流系統(tǒng)，直流電器及器件標(biāo)準(zhǔn)均屬于空白，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)，這些問(wèn)題都急需研究和確定。下面通過(guò)研究現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)標(biāo)GB/T 5023.1、GB/T 5013.1中，在2.3條有以下關(guān)于電壓的描述：當(dāng)用于直流系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓應(yīng)不大于電纜額定電壓的1.5倍。所以，對(duì)于執(zhí)行GB/T 5023、GB/T 5013系列標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)標(biāo)線和IEC系電線電纜，可以按照（交流額定電壓*1.5）的方式進(jìn)行選型。

對(duì)于UL電線電纜，如比較常用的UL 1015、UL 3173等，按照各種型號(hào)線材的UL Stylepage中的交、直流額定電壓進(jìn)行選型，常用的參考表6。如果UL Stylepage中只規(guī)定了交流額定電壓，沒(méi)有明確規(guī)定可以使用在多少直流電壓范圍，參考以下型號(hào)電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系，交流到直流的轉(zhuǎn)換值一般在1.2～1.25左右的系數(shù)來(lái)計(jì)算。電線能否在額定電壓下長(zhǎng)期工作，主要通過(guò)耐電壓試驗(yàn)來(lái)評(píng)估，UL 758標(biāo)準(zhǔn)中的表29.1耐電壓試驗(yàn)要求。

表6 常用UL線材的交、直流額定耐壓

4 結(jié)束語(yǔ)

電線電纜的選型關(guān)系著家用電器運(yùn)行的可靠性及安全，因此，家用電器電氣設(shè)計(jì)時(shí)必須重視電線電纜型號(hào)和載流量的合理選用。電線型號(hào)的選用必須從標(biāo)準(zhǔn)要求、載流量和實(shí)際使用環(huán)境等方面綜合考慮，本文研究的實(shí)際使用情況是基于常規(guī)的使用環(huán)境考慮的，適用于大部分家用電器，而對(duì)于惡劣條件下的家用電器電線電纜選型，應(yīng)進(jìn)行一定的降額使用，加大設(shè)計(jì)選型的余量。