基于家电安全标准的电线电缆选型和应用研究

陈晓丽

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

电线电缆的使用领域非常广泛，随着直流电、清洁能源等新兴产业的快速发展，电线电缆的型号和标准也随着急速增长，不同领域用电线电缆的差异又非常大；对于家用电器设计而言，如何从成千上万的线材型号中选取合适的线材，成为困扰设计人员的一大难题。为了指导家用电器用电线电缆的设计选型，本文以家电安全标准的要求为出发点，结合实际应用情况，分析研究了家用电器电线电缆的型号和截面积选取要求。

家用电器电气设计中的电线电缆选型，首先应符合相关国家标准的要求。本文先分析了安全标准中对电线电缆型号的选取要求；再结合电线电缆标准的要求和电线电缆载流量的公式计算，分析电线电缆载流量的选取；最后，研究了直流电器用电线电缆额定电压的选型。

1 安全标准中对电线电缆型号的选型要求和应用探讨

1.1 概述

考虑到家用电器安全标准的通用要求具有足够代表性，本文以GB 4706.1-2005中的相关要求为例进行介绍。GB 4706.1中关于电线电缆的要求主要集中在第23章内部布线和第25章电源连接和外部软线，下面分别介绍。

1.2 内部布线

23章的23.5条提到了线材型号的要求，具体为：基本绝缘的电气性能应等效于IEC 60227（GB/T 5023）或者IEC 60245（GB/T 5013）所规定的软线的基本绝缘，或者符合2 000 V、15 min的电气强度测试。接下来分析IEC 60227（GB/T 5023）或者 IEC 60245（GB/T 5013）两份标准中规定的线材，哪些符合要求可以选用，哪些不符合不可选用。

IEC 60227（GB/T 5023）是额定电压450/750V 及以下聚氯乙烯绝缘电缆，GB/T 5023.1的附录A、附录B给出了线材型号汇总表。一般情况下，家用电器的内部布线，因考虑软线方便走线，且只需基本绝缘即可，故建议内部布线选用单芯软导体无护套电缆，符合的电缆型号有60227 IEC 02（RV）、60227 IEC 06（RV）、60227 IEC 08（RV-90）。这三种型号的线材具体参数见表1，60227 IEC 08（RV-90）耐温90 ℃，另外两种耐温70 ℃；三种型号都是第5种软导体。

60227 IEC 02（RV）和 60227 IEC 06（RV）是耐温70 ℃的线，60227 IEC 02（RV）和60227 IEC 06（RV）的差异为：①60227 IEC 02（RV）的额定电压比60227 IEC 06（RV）高，绝缘层厚一些；②60227 IEC 02（RV）的线径为1.5 mm2以上，60227 IEC 06（RV）的线径为（0.5 ～ 1.0）mm2。

60227 IEC 08（RV-90）是耐温90 ℃的线，线径范围为（0.5～2.5）mm2。

这三种型号的线在耐温、耐压、线径范围上无重叠，根据耐温、耐压和线径选择对应的线材型号即可，具体选型建议见表1。

表1 内部布线用电线电缆的选型

1.3 电源连接和外部软线

GB 4706.1第25章电源连接和外部软线中，关于线材型号的要求在25.7条，具体见表2的要求，从表中可以看出，标准中要求的电源软线全部为护套软线，材料有橡胶和聚氯乙烯两种。室内使用的可优先选择耐候性稍差的聚氯乙烯护套软线，室外使用、低温环境下使用的可考虑选用橡胶护套软线。橡胶护套软线有两种型号：①室外、低温环境下使用，选择IEC 60245 57号线（YZW）；②非户外、非暴露在大量紫外线辐射的器具，选用IEC 60245 53号线（YZ）。聚氯乙烯护套软线也有两种规格：①外部金属部件温升不超过75 K的器具可选用IEC 60227 52号线（器具质量不超过3 kg）或者IEC 60227 53号线；②超过75 K的非X型连接器具，可选用IEC 60227 56号线（器具质量不超过3 kg）或者IEC 60227 57号线。

表2 电源连接和外部软线的线材型号

不低于表中所列线材型号，也就是说高于线材型号的都可以选用，并不是唯一的选择。线号越大，说明线材的性能越好，可替代线号小的，例如，要求线材型号不低于60245 IEC 57（YZW），那么57号线及以上都可以选用，如可以选择60245 IEC 66（YCW）。

下面再从线材参数和线径范围进行分析，结合具体家用电器的使用情况给出选型建议，具体见表3。以家用壁挂式空调为例，室内供电，带插头的电源线在室内使用，可选用60227 IEC 53（RVV）；内外机供电连接线由于使用在室外，可选用60245 IEC 57（YZW）。

表3 电源连接和外部软线的选型

表4 各种材料绝缘体的固有热阻

2 电线电缆截面积的选型

2.1 概述

选取电线电缆的型号后，需进行截面积的选取，本章从IEC标准、UL标准的要求和公式法计算三个方面介绍截面积的选取要求。

电线电缆截面积的选取，属于应用方面的要求，一般在产品的电器安全标准规定（如：GB 4706系列标准），电线电缆的标准无这方面的规定，电线电缆标准上只规定了导体电阻。

2.2 IEC标准关于电线电缆截面积的选型要求

IEC系电线电缆的截面积选型依据主要是GB 4706.1的25.8条，这条要求是针对电源软线的。以家用壁挂式空调为例，器具额定电流为12 A，应选择截面积1.5 mm2的电源软线，结合上面的电线型号，选用60227 IEC 53（RVV）1.5 mm2。

2.3 UL标准关于电线电缆截面积的选型要求

以空调为例进行介绍，空调执行的UL产品标准主要是UL 1995，里面关于电线载流量的要求是20.5和20.8条，是针对内部布线的。20.5条的要求是温升测试要求，如果载流量符合表20.1的要求，可不进行温升测试。20.8条是关于载流量余量的要求，导线的载流量不小于1.25倍电机满载电流。简单来讲，就是从温升和余量两方面来确定截面积。

2.4 采用公式法计算电线电缆的载流量

由于UL线材种类多，材料和耐温性能不同，所以选用UL线时，建议根据材料耐温性能、使用环境和铺设条件来确定导线所能承受的载流量，下面介绍采用公式法来确定电线电缆的载流量。

常用的电线容许电流计算公式如下：

1）1根电线的容许电流可用公式（1）计算

其中：

TC—电线的额定温度；

TA—电线的周围温度；

r—额定温度下的导体电阻，单位：Ω/cm；

对于铜导体：r=r0{1+0.00393(Tc-20)}，每1 ℃增加0.393 %。

r0—在20 ℃的导体电阻，单位：Ω/cm；

Rth—总热阻，单位：℃·cm/W，Rth=R1+R2；

ρ1—绝缘体的固有热阻，单位：℃·cm/W；

d1—导体外径，单位：mm；

d2—绝缘体外径，单位：mm；

ρ2—表面固有放散固有热阻，d2在40 mm以下时，P2=500+10d2。

2）多条电线时，应考虑容许电流降低率

盘接线时的降低率按表5的要求。

3）计算举例

计算4条束线UL1015 AWG14（41/0.26）束状接线时的载流量。

（周围温度：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条束线降低率，根据表5：K=0.58，4条线容许电流I=30.5×0.58=17.7 A

表5 盘接线时的降低率

由于导体的载流量影响因素校对多，要精确计算载流量很困难，故上述计算值仅作为参考值，实际应用时应降额使用，且应考虑实际使用时的温度升、敷设条件等因素的影响。

3 直流电器用电线电缆的额定电压选型

能源变革推动直流配电的发展，导致直流电器的需求爆发式增长。事实上在家用电器领域，越来越多的电器内部电路开始使用直流供电，电器产品直流化已越来越普及。如空调、冰箱、洗衣机、电风扇等，正越来越多的采用效率更高、调节特性更好的直流无刷电机或永磁同步电机；在灶具方面，变频微波炉、变频电磁炉、IH电饭煲也都使用300 V左右的直流电供电驱动。

但是，现有电器标准全部基于交流系统，直流电器及器件标准均属于空白，对直流电器用电线电缆的该如何选型，是否能用交流电缆的标准，这些问题都急需研究和确定。下面通过研究现有标准，给出了一些直流电器用电线电缆的额定电压选型建议。

电线电缆的国标GB/T 5023.1、GB/T 5013.1中，在2.3条有以下关于电压的描述：当用于直流系统时，该系统的标称电压应不大于电缆额定电压的1.5倍。所以，对于执行GB/T 5023、GB/T 5013系列标准的国标线和IEC系电线电缆，可以按照（交流额定电压*1.5）的方式进行选型。

对于UL电线电缆，如比较常用的UL 1015、UL 3173等，按照各种型号线材的UL Stylepage中的交、直流额定电压进行选型，常用的参考表6。如果UL Stylepage中只规定了交流额定电压，没有明确规定可以使用在多少直流电压范围，参考以下型号电压对应关系，交流到直流的转换值一般在1.2～1.25左右的系数来计算。电线能否在额定电压下长期工作，主要通过耐电压试验来评估，UL 758标准中的表29.1耐电压试验要求。

表6 常用UL线材的交、直流额定耐压

4 结束语

电线电缆的选型关系着家用电器运行的可靠性及安全，因此，家用电器电气设计时必须重视电线电缆型号和载流量的合理选用。电线型号的选用必须从标准要求、载流量和实际使用环境等方面综合考虑，本文研究的实际使用情况是基于常规的使用环境考虑的，适用于大部分家用电器，而对于恶劣条件下的家用电器电线电缆选型，应进行一定的降额使用，加大设计选型的余量。