电线承载电流的计算方法

线束世界 2021-01-18 00:00

点击蓝字 关注我们


很多人都会问电线能承载的电流是多少?其实这个问题本身是不完整的,正确的说法是,在温升某个固定温度时,电线能承载的电流是多少?这里这个固定温度就是电线导体在承载电流下所产生的温升。

在查阅了大量的资料后,本人整理出了一个关于电线在目标温度下承载电流的计算方法。

本方法是参考EIA 214标准进行了整理和总结,并且参考了论文Continuous Current and Temperature Rise in Aircraft Cables, M. Schach, AIEE Transactions, Part II, volume 71,

一、本文所推荐的计算方法适用于下列条件
1、电流可以是直流电或交流电,交流电可以是单相的,也可以是多相的,频率可以达到最高800Hz,超过800Hz的,要考虑交流阻抗和肌肤效应。

2、电线的绝缘皮在空气中的主要散热方式是对流和辐射。在每次计算时必须要确定特定的环境条件,例如海拔高度、环境空气温度、对流类型等。

3、电线结构
电线导体截面积;电线导体的材料,实心或绞合的。如果是绞合的,导体应该形成一个紧凑的圆形单元。

电线的导体绝缘层,与导体同心,有可能是一层的,也有可能是多层不同材料的。

二、基本原理
在热平衡条件下,导体产生热量的功率(电流的平方乘以导体电阻)等于热量通过绝缘体的传导功率。也等于热量从电线绝缘皮外部对流和辐射到周围空气或墙壁的功率。电流的计算是通过用图解法同时求解这二个公式的交点得到的:(1)热量从导体向绝热体的传导(2)从绝热体表面对流和辐射到周围环境。

三、符号定义
各参数的值

自然对流系数h的单位是W*inch-2℃-1。绝缘表面的辐射率e的值应该由电线绝缘材料的厂家提供,在厂家没有提供的情况下,一般取0.9。

绝缘材料的导传热率K值也应该由制造供应商提供,在厂家没有提供的情况下,一般取3.5x10-4(Calorie *cm-1 ℃-1 )或 3.7x10-3(W*inch-1*℃-1)

特定温度(T1)下的导体电阻值RT1可以从导线中测量或计算,例如,参照标准ASTM B193电导体材料电阻率的标准试验方法和ASTM B286电子设备连接线用铜导线标准规格。

环境温度T3以及其他二个温度T1和T2如下图1所示。
6. 辐射系数r的值由下列关系式计算得到。一般

四、电流I的计算步骤
在导体目标温度T1确定的情况下 ,T1-T3就是目标温升。但是由于电线绝缘皮会传导热量,所以电线表面的温度T2并不等于T1, 是一个比T1小一些的未知量。

计算的目的就是要找到热量平衡时的T2值。

再次强调:电流的计算是通过用图解法同时求解这二个公式的交点得到的:(1)热量从导体向绝热体的传导(2)从绝热体表面对流和辐射到周围环境。。

在以下的步骤中,除了功率P和绝缘的外表面温度T2外,其他的参数都是已知的。这些已知的参数包括T1、T3、K、e、b、a和RT1,

自然对流系数h值是通过图2查到的,图2是来自于w. Elenbaas的对流曲线(W. Elenbaas, "Dissipation of Heat by Free Convection", Phillipe Research Report&, 1948, p 358)。

辐射系数r的值由等式1计算得到。

第一步,电缆中单位长度的热量在导体中产生并通过绝缘层向外按径向传导的功率由等式2给出。根据下面等式2,绘制出P与T2的关系曲线,这个是电线导体产生的热量功率。

第二步,单位长度电线通过对流从电缆外表面向外传导热量的功率可以表示为等式3,

单位长度的电缆向外辐射热量的功率可以表示为等式4,

用r值替代掉等式4中的一些参数,则单位长度电缆从外表面向外界传输热量的总功率变为等式5,

最后根据等式5,再绘制出另一个P与T2的关系曲线,这个是电线的绝缘皮向外传导的热量功率。

根据第1步和第2步的曲线,找到P值的交点,其就是导体期望温升(T1-T3)下,T2温度对应的P值。这个P值的交点意味着导体产生的热量等于绝缘皮向外散发的热量。

第三步,根据等式6,和已知的RT1值,计算出电流值I。

五、额定电流的一个计算例子
给定一个UL1007,16AWG的电线
a=0.0566inch (电线的近似导体直径)
b=0.0906inch (电线绝缘直径)。
T1=38℃,T3=20℃,此时电线导体的目标温升为38-20=18度。
K=3.7 X 10-3 (W*inch-1*℃-1)
RT1=0.337X10-3Ω*inch-1(T1温度时的电阻)
第一步,根据等式2,计算出P与T2的关系式, 单位是W。
第二步,根据等式5,计算P与T2的另一个关系式,单位是W

参数h可以由图2查到,参数r可以由等式1计算得到。未知量是T2, 由于T2的可能值是比T1略小一些的值,所以,可以在一个小的范围内针对不同的T2温度,查到h值,计算r值和P值。计算结果如下表所示。


P值与T2的关系曲线如图3所示。两条曲线的交点值为T2=36.741度 , P=0.0674W,这个就是导体产生的热量和绝缘皮能传导的热量平衡时的P值。

第三步,根据等式6,计算出电线能承载的电流。求得 I=14.1 (A)

五、推广
用相同的方法,经过计算和分析,得到不同温升时的电流结果,并整理成一个指数表达式为:
电线导体温升11度时,I=9.17*(A)^0.6256, 其中A为电线的截面积,单位是平方毫米,电流单位为安培。

电线导体温升18度时,I=11.96*(A)^0.6254。
电线导体温升30度时,I=15.63*(A)^0.625。
电线导体温升50度时,I=20.22*(A)^0.6263。
经过分折得出,电线绝缘直径的变化对电流的影响在很小的百分比范围内。

六、电流参考
查找了UL1995标准-------加热和制冷设备相关要求,在这个标准中的表20.1有定义了连接电线的电流值,如图4所示。这个值与上面第五部分所推导出的电线导体温升18度时的公式计算出的电流值是很接近的。
以上请参考指正。



线束世界是一个微信公众平台。在这个平台里面,我们分享线束知识与线束资讯,培训线束知识(文章+云课堂),发布线束招聘信息等。


线束世界也成立了各种社群:线束技术群,线束采购群,线束新能源群,线束端子群,线束质量群,线束线缆群等。群友每天都积极讨论,很多人在群里得到了帮助。从2018年10月份建立开始,已经成为全国比较有影响力,活跃的线束微信公众号。


往期推荐

重磅工程(5M1E)变更管理程序


评一评QC/T 29106标准系列之——线束胶带标准


我用半小时知道了什么是汽车线束


线束世界 | 如何设计单线密封塞?


展会推荐

广告


长按识别二维码加小编微信,可投稿,或进技术,采购群

微信号 : 线束世界

Wiring World

点击“阅读原文”,获取线束黄页

评论
  • 日前,商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表(手环)购新补贴实施方案》明确,个人消费者购买手机、平板、智能手表(手环)3类数码产品(单件销售价格不超过6000元),可享受购新补贴。每人每类可补贴1件,每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15%,每件最高不超过500元。目前,京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作,未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启,京东将第一时间率先上线,满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放,基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 221浏览
  • 2024年是很平淡的一年,能保住饭碗就是万幸了,公司业绩不好,跳槽又不敢跳,还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的,碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有,小问题还是有不少,这里就举一两个来说一下。第一个就是,先看下下面的这个封装,你能猜出它的引脚间距是多少吗?这种排线座比较常规的是0.6mm间距(即排线是0.3mm间距)的,而这个规格也是我们用得最多的,所以我们按惯性思维来看的话,就会认为这个座子就是0.6mm间距的,这样往往就不会去细看规格书了,所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 206浏览
  • 嘿,咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢,简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊,2010年的时候,是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的,目的就是想搞个新的、开放的指令集架构,能跟上现代计算的需要。到了2015年,专门成立了个RISC-V基金会,让这个架构更标准,也更好地推广开了。这几年啊,这个RISC-V的生态系统发展得可快了,好多公司和机构都加入了RISC-V International,还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 207浏览
  • 高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛,高速先生就不打算给大家上难度了,整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来,尤其对于PCB设计工程师来说,心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计,高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心!另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈,因为翻看很多以往的文章,高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦!咋滴,今天居然说孔径不关心了?别,别急哈,听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定,毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 117浏览
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 169浏览
  • 临近春节,各方社交及应酬也变得多起来了,甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”,基本是关于2025年经济预判的话题,以及如何稳定工作等话题;但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面,他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中,我发现今年的聊天有个很有意思的“点”,挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的,还能掌握一些经济趋势的分析能力,到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情?单单就这个一个月内,我就重复了数次“为什么”,再辅以我上次写的:《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 85浏览
  •     IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式,成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件,可以查看(不可修改)IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品:Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 93浏览
  •  万万没想到!科幻电影中的人形机器人,正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日,乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车,再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔,银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司,在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1,这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人,得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业,智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 563浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 191浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 173浏览
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 128浏览
  • 数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路,在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立,提高低压系统的抗干扰能力,同时还可确保高、低压系统之间的安全交互,使系统稳定工作,并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是,数字隔离芯片历经多年发展,其应用范围已十分广泛,凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么,电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 81浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦