淺析汽車用單芯鋁導(dǎo)線技術(shù)條件

陶瑩 韓光杰 付宏程

摘 要：文章規(guī)定了道路車輛用系統(tǒng)標(biāo)稱電壓不大于直流60V（或交流25V）鋁導(dǎo)體單芯電線的技術(shù)要求、性能參數(shù)、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)識、包裝和貯存的相關(guān)要求。通過規(guī)范單芯鋁導(dǎo)線的規(guī)格、導(dǎo)體阻抗以及技術(shù)要求，使得整車線束在設(shè)計(jì)過程中對于鋁導(dǎo)線的選用有合理的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：單芯;鋁導(dǎo)體

Abstract： This paper specifies the technical requirements， performance parameters， test methods， inspection rules， identifica -tion， packaging and storage requirements of the aluminum conductor single core wire with the nominal voltage of the system not greater than 60V DC （or 25V AC） for road vehicles. By standardizing the specification， Conductor Impedance and technical requirements of single core aluminum conductor， the selection of aluminum conductor in the design process of vehicle harness has a reasonable basis.This paper specifies the technical requirements， performance parameters， test methods， inspection rules， identification， packaging and storage requirements of the aluminum conductor single core wire with the nominal voltage of the system not greater than 60V DC （or 25V AC） for road vehicles. By standardizing the specification， Conductor Impedance and technical requirements of single core aluminum conductor， the selection of aluminum conductor in the design process of vehicle harness has a reasonable basis.

前言

銅芯導(dǎo)線目前是汽車行業(yè)主流導(dǎo)線，但銅價(jià)自2005年以來持續(xù)上升，2018年更是大幅上漲約30%，給整車廠帶來巨大的成本壓力;且隨著油耗限值越來越嚴(yán)格，整車廠正積極尋求措施以實(shí)現(xiàn)整車的輕量化。

銅鋁導(dǎo)電率比為1/0.629，銅鋁價(jià)格比為1/0.4，銅鋁密度比為1/0.3，導(dǎo)電率的下降可以通過增加導(dǎo)線截面積的方式彌補(bǔ)。因此鋁具有性能、價(jià)格、重量上的優(yōu)勢，是銅芯導(dǎo)線較為理想的替代材料。

規(guī)范單芯鋁導(dǎo)線的規(guī)格、導(dǎo)體阻抗以及技術(shù)要求，使得整車線束在設(shè)計(jì)過程中對于鋁導(dǎo)線的選用有合理的依據(jù)。

1 技術(shù)要求

1.1 外觀

鋁導(dǎo)體的單根絞線應(yīng)根據(jù) EN 573-1：2004 按照 1000 系列鋁制造。化學(xué)構(gòu)成需滿足EN 573-3：2009的要求。

外觀應(yīng)無結(jié)點(diǎn)、裂縫、水泡或其他顆粒夾雜物。表面應(yīng)當(dāng)平滑，細(xì)微的壓痕和紋理是允許的。

1.2 尺寸規(guī)格

1.2.1 電線外徑

單個(gè)值不得大于或小于表 1中的標(biāo)準(zhǔn)化值。

1.2.2 絕緣厚度

單個(gè)值不得小于表 1規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化最小值。

1.2.3 導(dǎo)體直徑

單個(gè)值不應(yīng)大于表 1規(guī)定的最大值。

1.2.4 橫截面積

單個(gè)值不得大于或小于表 2 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化值。

1.2.5 導(dǎo)體電阻

單個(gè)值不應(yīng)大于表 2 中規(guī)定的最大值。

1.2.6 溫度等級

適用于鋁導(dǎo)體電纜的溫度等級見表3。

1.3 絕緣體電阻率

要求絕緣體積電阻率應(yīng)不小于109 Ω。

1.4 耐電壓

1kv交流電壓作用30min后以500V/s速度升高電壓至3KV（<0.5mm2電纜）、5KV（≥0.5mm2電纜）不應(yīng)發(fā)生擊穿。

1.5 剝離力

剝離力的規(guī)定應(yīng)在雙方協(xié)商或圖紙要求的范圍內(nèi)。

1.6 耐低溫沖擊

導(dǎo)體在-15±2℃冷凍室放置16h以上，重量錘從100mm高處下落，導(dǎo)體恢復(fù)室溫后施加1KV交流電壓1min要求導(dǎo)體不會開裂、擊穿。

1.7 耐熱收縮性

導(dǎo)體在150±3℃烘箱中保持15min冷卻至室溫后要求每一端最大收縮率不能超過2mm。

1.8 阻燃性

絕緣材料上所有的燃燒火焰應(yīng)在30s內(nèi)熄滅，在試樣末端最少50mm絕緣應(yīng)保留未燃。

2 試驗(yàn)方法

除另有規(guī)定外，所有試驗(yàn)的試樣均應(yīng)在（23±5）℃的室溫和相對濕度（RH）45%到75%下放置不少于16h。所有未規(guī)定公差的值均視為近似值。

當(dāng)需要烘箱時(shí)，所使用的烘箱應(yīng)是熱空氣烘箱，另有規(guī)定除外。在規(guī)定溫度下烘箱內(nèi)的空氣每小時(shí)完全換氣次數(shù)為8-20次。

2.1 導(dǎo)體外徑

2.1.1 目的、試樣、測試

（1）目的：這項(xiàng)測試的目的是驗(yàn)證電纜的外徑在要求的公差范圍之內(nèi)，以適應(yīng)密封件和線束的要求。

（2）試樣：準(zhǔn)備 3m 長的測試試樣。

（3）測試：使用的測試設(shè)備應(yīng)不會引起變形，每1米的位置取3組測試數(shù)據(jù)，并記錄每個(gè)位置的最大和最小電纜外徑，需滿足4.2.1要求。

2.2 絕緣厚度

2.2.1 目的、試樣、測試

（1）目的：這項(xiàng)測試的目的是驗(yàn)證電纜的絕緣厚度在能承受電、機(jī)械和化學(xué)傷害要求的公差范圍內(nèi)。

（2）試樣：從一個(gè)3米長的電纜準(zhǔn)備三個(gè)測試樣，以1米的間隔取樣。從電纜上剝?nèi)ソ^緣層。一個(gè)測試樣由一個(gè)薄的絕緣橫斷面組成。在制樣的過程中應(yīng)注意不使試樣損壞。如果電纜標(biāo)志造成絕緣壓痕，取第一個(gè)測試樣時(shí)應(yīng)包含壓痕。

（3）測試：使用的設(shè)備應(yīng)不引起材料的變形。將測試樣放置在測試設(shè)備下，使切平面與光軸垂直。確定絕緣厚度的最小值，需滿足4.2.2要求。

2.3 導(dǎo)體直徑及橫截面積

2.3.1 導(dǎo)體直徑

（1）目的：這項(xiàng)測試目的是驗(yàn)證電纜的導(dǎo)體直徑在適合終端壓接和機(jī)械要求的公差范圍內(nèi)。

（2）試樣：在 3m 長的電纜上取3個(gè)測試樣，每隔1米截取 20mm 長，注意不要損壞測試樣。將試樣浸在鑄造樹脂中，硬化后，取與測試樣軸線垂直的截面。

（3）使用的設(shè)備應(yīng)不會引起變形。通過測試測試樣的內(nèi)徑確定導(dǎo)體直徑，并記錄每個(gè)試樣的最大內(nèi)徑，滿足4.2.3要求。

2.3.2 橫截面積

這項(xiàng)測試的目的是驗(yàn)證電纜的橫截面積滿足特定要求。

（1）橫截面積測試

測試中1m± 5mm的線纜需要小心地剝?nèi)ソ^緣層，導(dǎo)體用精度為1mg的稱量裝置測重，則導(dǎo)體橫截面積可按照以下公式確定：

A：導(dǎo)體橫截面積（mm2）;

m：導(dǎo)體的質(zhì)量（g）;

γ：導(dǎo)體材料的密度（g/mm3），對于鋁，采用2.70g/mm3;

測試后導(dǎo)體橫截面積需滿足4.2.4要求。

2.4 導(dǎo)體電阻

2.4.1 目的

這項(xiàng)測試的目的是驗(yàn)證電纜導(dǎo)體的電阻不超過允許最大值。

2.4.2 試樣

2.4.2.1 一般要求

制備測試樣的長度為 1 米加上用于連接的必要長度。其他長度用于提供電阻的讀數(shù)，試樣的端部應(yīng)可以焊接。使用的電阻測試儀的精度為測試值的±0.5%，溫度計(jì)精度為±0.5℃。（20℃下導(dǎo)體電阻測量的溫度系數(shù)隨著鋁的成分的不同而變化，對于軟鋁，溫度系數(shù)是4.03×10-3 1/K。）

R20為基準(zhǔn)溫度 20℃下的導(dǎo)體電阻的修正值，（mΩ/m）; Rt為t溫度下導(dǎo)體電阻的測試值，mΩ;為無焊接的導(dǎo)體長度（m）;為測試時(shí)的導(dǎo)體溫度，（℃）。測試后導(dǎo)體電阻需滿足4.2.5要求。

2.5 耐電壓

2.5.1 目的

這項(xiàng)測試的目的是驗(yàn)證電纜的絕緣層能夠承受要求的額定電壓值。它也可以用來檢測由機(jī)械、化學(xué)或其他環(huán)境壓力引起的缺陷。

2.5.2 測試樣

制備測試樣的最小長度為 350mm。從每端剝?nèi)?5mm的絕緣層，將兩端扭曲在一起形成一個(gè)環(huán)。

2.5.3 測試

2.5.3.1 一般情況

用NaCl重量分?jǐn)?shù)為3%的鹽水部分填充一個(gè)非導(dǎo)電性容器，測試樣的兩端浮在上述鹽水浴上方，如圖1所示。使用 50Hz或60Hz的交流電壓。

2.5.3.2 60V 電纜

如圖1所示，測試樣在鹽水中浸泡4h，然后在導(dǎo)體與鹽水浴之間施加1kV（交流）的測試電壓30分鐘。以500V/s的速度升高電壓直到達(dá)到以下值：

——交流 3kV（<0.5mm2的電纜）;——交流 5kV（≥0.5mm2的電纜）。

2.5.4 要求

1-測試電壓（終端） 2-不導(dǎo)電的容器 3-電極 4-測試樣 5-鹽水浴

2.6 剝離力

2.6.1 測試樣

從3m長的電纜樣上以1m為間隔，截取3個(gè)100mm 的測試樣，小心翼翼地從導(dǎo)體的一端剝除至25mm的絕緣層（如圖2，AB）。然后剪切測試樣保留BC段50mm不被破壞。

2.6.2 測試

使用的測試設(shè)備與圖 2所示相似。金屬板上設(shè)置的圓孔等于相應(yīng)的導(dǎo)體直徑。使用拉伸機(jī)的速度為250mm/min。確保該裝置在導(dǎo)體與裝置之間沒有摩擦的情況下能夠拉伸試樣。

將測試樣放在測試裝置上。在導(dǎo)體與裝置之間無摩擦的情況下以 250mm/min 的速度拉試樣，并記錄力（F）的值，單位為 N。重復(fù)過程測試其他試樣。如果滑動(dòng)過程中 50mm 的 BC 部分的絕緣層彎曲，準(zhǔn)備 BC 長度為 25mm 的新試樣重復(fù)該程序。要求測試后剝離力滿足4.6要求。

2.7 耐低溫沖擊

2.7.1 目的

這項(xiàng)測試的目的是驗(yàn)證電纜在低溫下能耐沖擊無開裂，并能保持絕緣性能。

2.7.2 測試樣

準(zhǔn)備三個(gè)最小長度為 350mm 的測試樣，每端剝除 25mm 的絕緣。

2.7.3 測試

如圖 3所示，將測試儀固定在一個(gè) 40mm 厚的泡沫橡膠墊上。重量錘如表4 規(guī)定。設(shè)定冷凍箱的溫度為（-15±2）℃。

在測試樣的中間執(zhí)行沖擊試驗(yàn)。測試儀放置在泡沫橡膠墊上，連同測試樣一起在冷凍室至少放置16h。如果裝置預(yù)冷卻，冷凍時(shí)間4h就足夠使測試樣達(dá)到規(guī)定的溫度。這一段結(jié)束，將試樣與金屬基平行放置。然后使錘從 100mm 高處下落。其余的測試樣重復(fù)上述過程。沖擊后，將試樣恢復(fù)室溫，對絕緣層進(jìn)行目測。如果沒有可見導(dǎo)體，執(zhí)行耐電壓測試，按GB/T 25085—2010對線芯進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)——施加電壓前將試樣浸泡在鹽水域中至少10min。

——施加 1kV 交流電壓1min。

——應(yīng)用 1kV 交流電壓后不再升高電壓。

2.7.4 要求

沖擊后，不能有可見導(dǎo)體。根據(jù) 5.5 進(jìn)行耐電壓測試過程中，不能發(fā)生擊穿。

3 結(jié)論

本文制訂了鋁導(dǎo)線的外徑、直徑、絕緣厚度、導(dǎo)體電阻、絕緣電阻率等技術(shù)要求;編制耐電壓試驗(yàn)的要求;編制鋁導(dǎo)線剝離力、耐低溫沖擊、耐熱收縮性、阻燃性的要求;編制鋁導(dǎo)線的導(dǎo)體外徑、絕緣厚度、導(dǎo)體直徑及橫截面積、導(dǎo)體電阻的測量方法要求;對鋁導(dǎo)線試驗(yàn)方法及性能做出要求，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，滿足整車使用要求，使目前執(zhí)行情況規(guī)范化。

參考文獻(xiàn)

[1] 余虹云.耐熱導(dǎo)線應(yīng)用技術(shù)[M].中國電力出版社.