直观上讲,电线的平方数指的是电线截面的平方数,且以毫米(mm)的平方(mm²)为单位。
以下我们来探讨。
1.我们来推导导线载流量的表达式我们看下图:
图1:电线的载流量与它的截面积的关系
图1摘自《工业与民用配电设计手册》第四版的第九章。
我们从图1中看到,电线的载流量不但与它的截面平方数有关,还与材质以及安装条件有关。这里的安装条件包括在空气中暴露敷设或者穿管敷设,当流过相同电流时电线的温度是不一样的。可见,电线的散热非常重要。
我们再看下图:
图2:导线的载流量表
图2与图1相比,对电线载流量受到外部温度影响描述的更细。
电线分为两种,其一是外部有塑料或者橡胶保护绝缘层,其二是裸露芯线的裸导线,我们统称为导线吧。
我们看下图:
导线的热平衡方程式:
电流产生的热量Q1=导线温度升高消耗的热量Q2 导线对环境散热消耗的热量Q3
图3:导线的热平衡关系
当电流I流过导线时,导线本身存在电阻,故导线会发热。我们设电流I对导线产生的热量是Q1,Q1的表达式为:
Q_1=I^2R_Lt=I^2t\rho\frac{L}{S} ,式1
式1中的I是电流,RL是导线电阻,ρ是导线的电阻率。注意 ρ=ρ0(1 αθ)\rho=\rho_0(1 \alpha\theta) ,这里的ρ0是0℃时导体材料的电阻率,α是材料的电阻温度系数,θ是导体温度;L是导线的长度,S是导线的截面积,t是通电时间。
导线自身的温度升高会消耗热量,我们没为Q2,Q2的表达式为:
Q_2=cm(\theta_x-\theta_g) ,式2
式2中的c是导线材料的比热容,m是导线的质量,θx是导线当前的表面温度,θg是导线过去的表面温度。
导线会对环境散热,我们设导线散热消耗的热量是Q3,Q3的表达式为:
Q_3=K_tA\tau t=K_tML\tau t ,式3
式3中的Kt是综合散热系数,它是导线的热对流、热传导和热辐射的综合;A是导线的散热面积。A不包括导线的两个端面,故A=ML,这里的M是导线截面的周长,而L是导线的长度;τ是温升,就是导线的表面温度θx与环境温度θ0的差值;t当然就是导线的通电时间了。