淺析汽車導(dǎo)線發(fā)熱原因與配電原則

張永學(xué)，趙尊章

（鄭州交通職業(yè)學(xué)院，鄭州 450062）

1 現(xiàn)代汽車輸電與配電系統(tǒng)組成及要求

現(xiàn)代汽車輸電與配電系統(tǒng)主要包括五個部分：由導(dǎo)線電纜等組成的電網(wǎng)；使電源、用電裝置以及導(dǎo)線本身免遭短路或過載損壞的保護(hù)裝置；控制用電裝置的各種開關(guān)、按鈕和電器；各種電路接頭、中央接線板、濾波器和其他輔助器件；電子控制單元控制的執(zhí)行器及其他元器件等。

對輸電與配電系統(tǒng)的要求：安全可靠，在規(guī)定的條件下能不間斷的工作；供電質(zhì)量高；便于維護(hù)使用；可靠性好，局部電網(wǎng)損壞不影響其他電路的工作；互換性好，換件簡單方便；重量輕；電磁干擾小，電磁兼容性好：造價低。

2 現(xiàn)代汽車用電裝置與電網(wǎng)連接原則

1）各用電裝置都必須與饋電線（由電源端向負(fù)載端敷設(shè)的線叫饋電線）相接，以便從電網(wǎng)取得電能。為了減少導(dǎo)線的數(shù)量和電網(wǎng)重量，同一條饋電干線上可以并聯(lián)幾個用電裝置。但是，一條饋電干線上連接的用電裝置越多，其工作可靠性越差。

2）一條饋電干線上可以連接何種性質(zhì)的用電裝置，選擇時必須考慮以下幾點(diǎn)；各用電裝置對車輛的重要程度；這些用電裝置容許的電壓降是否相同；用電裝置的功率、安裝位置、工作特性及其用途使用時機(jī)等。

3）對汽車正常工作影響教大的用電裝置，不宜與一般用電裝置共用一條饋電干線，否則后者發(fā)生短路故障時就會使前者失去工作能力。

4）耗電裝置容許的電壓降不同，不應(yīng)連接在一條饋電干線上。例如：起動機(jī)在啟動瞬間電壓急劇降低，連接在同一饋電干線上的照明燈的亮度將明顯不足。

5）功率相差懸殊的用電裝置不應(yīng)連接在一條饋電干線上，以便能夠恰當(dāng)選擇保護(hù)裝置。安裝位置相距較遠(yuǎn)的用電裝置不應(yīng)連接在一條饋電干線上，以減少導(dǎo)線長度。工作性質(zhì)不同的用電設(shè)備不應(yīng)連接在一條饋電干線上。

6）需要相互配合工作的用電設(shè)備，不要連接在一條饋電干線上，例如：通信儀表系統(tǒng)照明燈與駕駛室照明燈如果共用一條饋線，當(dāng)其中一個短路，另一個也不能工作，影響開車者觀察通信儀表系統(tǒng)。

3 現(xiàn)代汽車的導(dǎo)線與線束

3.1 車用導(dǎo)線

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，用電設(shè)備大量增加，正確選用汽車導(dǎo)線，保證汽車行駛安全，已經(jīng)變得越來越重要。

汽車電器設(shè)備的連接導(dǎo)線，按承受電壓的高低，可分為高壓導(dǎo)線和低壓導(dǎo)線兩種。低壓導(dǎo)線按其用途分,又有普通低壓導(dǎo)線和低壓電纜線兩種。汽車充電系統(tǒng),儀表、照明、信號及輔助電氣設(shè)備，均使用普通低壓導(dǎo)線；而起動機(jī)與蓄電池的連接線、蓄電池與車架的搭鐵線等則采用低壓電纜線。高壓線主要用于點(diǎn)火線圈高壓輸出線及分電器蓋至發(fā)動機(jī)各缸火花塞上的高壓分線。

3.2 低壓線的特征

1）橫截面面積。低壓導(dǎo)線的橫截面積是根據(jù)用電設(shè)備的工作電流來選擇的。為保證導(dǎo)線的強(qiáng)度，汽車用導(dǎo)線的最小橫截面積不應(yīng)小于0.5mm2。連接蓄電池與起動機(jī)之間的導(dǎo)線、蓄電池搭鐵線要通過大電流（500～1000A），其截面積為35～70mm2之間。

2）導(dǎo)線的顏色和代號 。導(dǎo)線的顏色和代號應(yīng)符合表1的規(guī)定。為了便于安裝、維修，低壓導(dǎo)線的就、絕緣層外表面常用不同的顏色加以區(qū)分。截面積在4mm2以上的采用單一顏色（允許通過電流不小于25A）；4mm2以下的采用雙色；各種汽車電器的搭鐵線應(yīng)選用黑色導(dǎo)線，黑色導(dǎo)線除作搭鐵外，沒有其他用途；導(dǎo)線顏色的標(biāo)注 ：導(dǎo)線顏色的標(biāo)注采用顏色代號表示，如單色導(dǎo)線，顏色為紅色，標(biāo)注為 “R”； 雙色導(dǎo)線，第一色為主色，第二色為輔助色，主色為紅色，輔助色為白色，標(biāo)注為“RW”。

表1 汽車常用導(dǎo)線顏色與代號

3）高壓線，高壓導(dǎo)線其工作電壓在1.5kV以上，但所通過的電流較小，因此它的絕緣層很厚，線芯截面較小。

3.3 線束

汽車上的電源和各種電氣零件通過線束來實(shí)現(xiàn)電路物理連接，線束分布遍布全車。如果把發(fā)動機(jī)比作汽車心臟的話，那么線束就是汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)它負(fù)責(zé)整車各個電器零件之間的信息傳遞工作。隨著人們對舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性要求的不斷提高，汽車上的電子產(chǎn)品種類也在不斷增加，汽車線束越來越復(fù)雜線束的故障率也相應(yīng)增加。

線束用機(jī)織線或塑料粘帶包裹，出于安全、加工和維修方便，機(jī)織線包裹已經(jīng)淘汰，現(xiàn)在是用粘性塑料膠帶包裹。線束與線束之間、線束與電氣件之間的連接，采用聯(lián)插件或線耳。聯(lián)插件用塑料制成，分有插頭和插座。線束與線束之間用聯(lián)插件相接，線束與電氣件之間的連接用聯(lián)插件或線耳。 隨著汽車功能的增加，電子控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，電氣件越來越多，電線也會越來越多，線束也就變得越粗越重。因此先進(jìn)的汽車就引入了CAN總線配置，采用多路傳輸系統(tǒng)。與傳統(tǒng)線束比較，多路傳輸裝置大大減少了導(dǎo)線及聯(lián)插件數(shù)目，使布線更為簡易。

4 汽車導(dǎo)線的發(fā)熱及其允許電流密度

一般情況下，導(dǎo)線是通過對流、熱輻射以及熱傳導(dǎo)等方式將本身的熱量散發(fā)出去的。其中主要是通過對流方式散出（約占總熱量的80～90%），其余大部分通過熱輻射作用散出。從理論上近似分析導(dǎo)線在長期負(fù)載中的發(fā)熱量，得到在此條件下導(dǎo)線的允許電流密度

β——導(dǎo)線表面向周圍介質(zhì)散熱的系數(shù)；

ζ——允許升溫；

ρ——導(dǎo)線材料的電阻率；

d——導(dǎo)線直徑。

由式（1）可知，導(dǎo)線的允許電流密度與導(dǎo)線直徑d有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線直徑增大時，允許電流密度將下降。因此較小截面積的導(dǎo)線（與較大截面積導(dǎo)線相比較）允許有較大的電流密度。根據(jù)此道理，有些干線不用單根而用幾根并聯(lián)的導(dǎo)線，這樣既可滿足導(dǎo)線負(fù)載要求，又可減輕導(dǎo)線重量，便于安裝敷設(shè)，還能提高電網(wǎng)的生命力。由式（1）還可知，導(dǎo)線的允許電流密度J與散熱條件β有關(guān)。

實(shí)際上被電流加熱的導(dǎo)線對周圍介質(zhì)的散熱系數(shù)很難準(zhǔn)確獲得，這給計(jì)算分析帶來了很大困難。例如，車輛上，大部分導(dǎo)線都集合成線束，由于相鄰導(dǎo)線的影響，它們的溫度對于周圍介質(zhì)溫度的溫差，顯然要大于敷設(shè)的情況。線束中各導(dǎo)線的發(fā)熱情況也是不同的，線束中心的導(dǎo)線溫升最大。由于線束由若干條導(dǎo)線組成，它們的截面積往往也有差異，如此等等。除此之外，導(dǎo)線絕緣材料的性能，對導(dǎo)線中電流密度的選擇也有應(yīng)響，絕緣材料性能好的導(dǎo)線，電流密度可選擇大些。

因此式（1）僅概略地提供了一些對導(dǎo)線發(fā)熱有影響的因素。實(shí)際選擇導(dǎo)線截面積時，是根據(jù)發(fā)熱理論和試驗(yàn)結(jié)果而制定的“導(dǎo)線允許負(fù)載表”。該表確定了不同型號和不同截面積的導(dǎo)線在車輛上不同的工作條件下的允許電流值。表2所列為車輛用導(dǎo)線簡明數(shù)據(jù)，僅供參考。

表2 不同橫截面導(dǎo)線允許的電流值

同截面積的汽車用導(dǎo)線允許負(fù)載的電流值可以比表2中的規(guī)定略大。對于功率很小的用電裝置，倘若根據(jù)工作電流的大小來選擇導(dǎo)線，其截面積太小，機(jī)械強(qiáng)度差。因此汽車所用導(dǎo)線的截面積至少不得小于0.5mm2。

5 汽車導(dǎo)線發(fā)熱引起的危害原因

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1999～2007年發(fā)生的機(jī)動車火災(zāi)中，由電氣故障引發(fā)的火災(zāi)占40.14%。在電氣線路及電氣設(shè)備上由于各種不同原因，使電氣線路相接或相碰，電流突然增大，超過導(dǎo)線正常工作發(fā)熱量，造成電氣設(shè)備故障發(fā)熱或?qū)⒔^緣層引燃起火。汽車電氣故障引起火災(zāi)的主要原因有：

1）選用絕緣電線、電纜時，不根據(jù)機(jī)動車本身的具體環(huán)境和特定條件要求選擇，使電線受到振動、腐蝕、超負(fù)荷或局部高溫影響而失去絕緣能力造成短路起火。

2）機(jī)動車電器線路強(qiáng)度不夠，配線不合理，在長時間摩擦或突然的機(jī)械力作用下斷落造成短路起火。

3）工作人員不按規(guī)定亂接、亂拉電線造成的短路，例如，司機(jī)安裝防盜報(bào)警系統(tǒng)時，如果不按規(guī)定操作，往往會破壞汽車本身的線路，造成線路故障，從而引起火災(zāi)。

4）在電氣線路之間、電氣線路與用電設(shè)備及其它接插件連接處，由于表面接觸松動、腐蝕、安裝松動或行使過程中的顛簸，造成接觸電阻過大，使局部過熱而引起火災(zāi)。

5）電氣線路短路起火，短路瞬間放電發(fā)熱相當(dāng)大，能燒毀絕緣，使導(dǎo)線金屬熔化，引起火災(zāi)。

6）電氣線路過負(fù)荷，一般導(dǎo)線最高允許溫度為65℃，長時間過載導(dǎo)線溫度就會超過這個允許溫度，會加快導(dǎo)線絕緣老化、損壞，引起火災(zāi)。

6 結(jié)束語

綜上所述，進(jìn)行汽車電路維修和改裝時，首先考慮汽車電路配電原則和連接原則。不同的車型，電路的走線方式不盡相同，但配電原則和連接原則基本是一樣的，也就是說，不同車型的電路存在共性，也存在差異，在改裝和維修電路時，既要掌握共性的地方，也要熟悉不同的地方。不能隨便更改道汽車導(dǎo)線的配電原則和連接原則。其次，要考慮用電設(shè)備（如音響、燈光等）的功率、供電電流與電源功率、線束線徑、允許最大電流值相匹配，避免小馬拉大車的現(xiàn)象發(fā)生。第三，要考慮線路連接的可靠性，盡量使導(dǎo)線或線束遠(yuǎn)離發(fā)熱體和易磨損、振動較大的地方。第四，要注意選用正規(guī)廠家生產(chǎn)的導(dǎo)線和線束，以保證質(zhì)量。

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