日标电线与汽车熔断器的方法

来源：•作者：线束世界-Jimmy•2021-05-12 14:42

熔断器俗称保险丝，是一个热能响应元件，它是为了保护线束而有意设计和制造成线路中最弱的一部分。在正常工作情况下，熔断器中的熔丝或熔片不应熔断，一旦发生短路或严重过载时，熔断器中的熔丝或熔片应立即熔断起保护电路的作用。导线是一种传递信号和能量的媒质，在整个电路设计过程中，导线设计占据着很重要的位置。线束设计时选用的导线必须考虑其所处的环境，导线线径必须根据选定的熔断器容量去选择，导线承载电流的能力一定要高于熔断器的。此外，导线的最大长限度也需要考虑。

1 计算负载电流

负载电流 =（额定功率／标称电压）×（实际电压／标称电压）

额定功率（W）---负载的额定功率；标称电压（V）---负载的额定功率定义时电压，一般为12V；实际电压（V）---实际加载在电气负载上的电压,一般取13.5 V或14 V。

现以汽车上常见的前照灯近光灯回路计算为例，对近光灯熔断器和导线选择的方法进行说明，近光灯简示电路图如图2所示。左近光灯和右近光灯共用1个熔断器，因此也可以看做2个用电器共用熔断器的情况，对此电路分析具有典型意义。

查前照灯电气参数，每个近光灯功率为55W，整个近光灯回路负载的额定功率为55×2=110W。整车行驶中，电源由发电机供电，发电机供电电压为14.0～14.4V，考虑到回路电压降，加载在左右近光灯上的实际电压约为13.5V。则负载电流=110／ 12×13.5 ／ 12=10.3 A。

2 选择熔断器

熔断器的选择包括熔断器种类选择和熔断器额定容量的选择。

2.1熔断器种类选择

根据熔断特性不同，可以把熔断器分成快熔型和慢熔型。顾名思义，快熔型熔断器在承受超过额定容量时能够迅速熔断，熔断时间短；慢熔型熔断器相对快熔型熔断器熔断时间稍长，且能够承受极短时间内的冲击电流和过载电流。快熔型熔断器常用在阻性电路中，保护一些对电流变动特别敏感的元器件，常见的快熔型熔断器有Mini、 ATO等类型，适用于电阻性负载或灯光负载；慢熔熔断器常用在电路状态变化时有较大浪涌电流的感／容性电路中，它能承受开关机时浪涌脉冲的冲击，而真正出现故障时仍能较快地断开电路，常见的慢熔型熔断器有JCASE、MIDI、MEGA等类型，适用于电机类负载，如风扇、发电机等。

熔断特性表明熔断器的熔断时间与额定电流之间的关系，电流越大，熔断时间越短。快熔型熔断器和慢熔型熔断器的熔断特性是不一样的，不同类型的熔断器熔断特性对比如表1所示。

本例中，汽车近光灯属于灯光负载，因此选择快熔型熔断器，Mini和ATO皆可，具体需要根据电器盒内熔断器插座类型选择。考虑到Mini体积较小，布置比较紧凑，可节省空间，代表快熔型熔断器的发展趋势，因此本例中近光灯回路推荐采用Mini型熔断器。

2.2熔断器容量选择

实现熔断器保护导线的功能需要保证：在正常负载电流工况下熔断器不会熔断，而在长时过载或短路情况下熔断器必须熔断。这就要求熔断器承受某个特定的电流值，一般用熔断器额定容量表示。熔断器的额定容量又称熔断器容量，是熔断器产品标称值。

熔断器额定容量要求大于负载电流，熔断器若持续安全地承载负载电流，就要求有一定的负载余量率，负载余量率与熔断器的类型有关。此外熔断器容量还与环境温度有关，温度升高时，熔断器实际容量会减小，实际计算时用温度修正系数进行修正。如果通过负载电流计算出需要的熔断器容量（电流），这个特定电流值称为理想熔断器额定电流，理想熔断器额定电流与负载余量率、温度修正系数有关。

理想熔断器额定电流=负载电流／负载余量率／温度修正系数。负载余量率（%）载电流与熔断器额定容量的比值，与熔断器类型有关（快熔型熔断器为额定电流的75%，慢熔型熔断器为额定电流的50%）。温度修正系数---随温度变化而变化，与温度成线性关系，由温度折减速率决定，温度折减速率为负值。温度修正系数=1+（T-25℃）×温度折减速率。熔断器温度修正系数与温度的关系曲线见图3。

温度修正系数与熔断器类型有关，不同类型有不同的折减速率：快熔型温度折减速率为-0.15% ／ ℃，慢熔型温度折减速率为-0.14% ／ ℃。

根据上式可以求出理想熔断器额定电流，但通常不是整数值，还需要再根据厂家提供的熔断器规格选择熔断器额定容量，即熔断器额定电流（整数值）。熔断器规格额定电流选择原则：熔断器额定电流大于且接近熔断器必要额定电流。

本栗子中，近光灯回路选用快熔Mini熔断器，负载余量率则为75%；设定此近光灯熔断器在室内电器盒内，一般最高温度不超过40 ℃，因此为了在严苛条件也满足要求，温度选40 ℃ （如果在发动机舱内，温度取80 ℃）。

根据上式计算，近光灯回路负载电流=10.3A。于是，理想熔断器额定电流=10.3/0.75/［1+（-0.15/℃）×（40℃-25℃）］=14.06A。

因此，近光灯熔断器额定电流可以选择大于且接近14.06 A的15 A熔断器，即近光灯熔断器额定电流=15 A。通过熔断器种类和容量选择，可以得出近光灯回路选择15 A的Mini熔断器满足使用要求。

3 导线选择

导线的选择需要根据上游熔断器容量以及导线使用温度进行匹配，导线选择包括导线种类选择和导线线径选择，一般先选导线种类，再选导线线径。

3.1选择导线种类

导线种类包括日标线、德标线、美标线及国标线，由于日标线电气参数比较完整，因此选用日标线计算比较方便。根据日标线标准JASO D609—2001《汽车低压电线电流容量》中导体容许温度项规定，日标线的种类、适用温度、最高温度以及使用环境如表2所示。

根据导线的使用环境和周围温度从表2中选择相适应的导线种类。由于近光灯回路中的熔断丝盒在室内，而近光灯在发动机舱，此导线回路在室内、发动机舱都有，考虑严酷环境满足性，选择发动机舱的温度作为导线环境温度，一般发动机舱温度约为80℃，因此选择近光灯回路导线环境温度为80℃，根据表2，近光灯回路导线可以选择AVX类型的导线，AVX导线最大使用环境温度为100 ℃。

3.2 选择导线线径

对于同种类型规格的导线，不同的温度下，不同的线径也会对应不同的导线允许电流值。根据JASO D609—2001中低压导线电流容量关系特性表中规定， AVX规格导线允许电流值如表3所示。

根据表3中不同线径的导线周围温度允许电流，计算出导线允许电流，导线允许电流=导线周围温度允许电流×线束减低系数。其中，线束减低系数与连续通电导线根数有关，非连续通电电源线以及信号线除外，具体见表4。

导线允许电流是一个很重要的值，可以用来判定导线线径选择是否合适。一方面，从导线本身承载电流的能力来说，导线允许电流一定要大于负载电流；另一方面，从导线与熔断器的匹配来说，导线允许电流也一定要大于熔断器最适合电流。

判定导线线径选择是否合适，必须满足以下2 个判定原则。判定原则1：导线允许电流≥负载电流；判定原则2：导线允许电流≥熔断器最适合电流。其中，熔断器最适合负载电流=熔断器额定电流×负载余量率×温度修正系数

步骤1 以近光灯回路为例。若选择线径0.85的AVX导线，根据表3查得在80℃时， AVX导线周围温度允许电流为10 A。近光灯回路包括电源线和搭铁线2根导线，线束分支有2根，则根据表4查得线束减低系数为0.8，那么，导线允许电流=10×0.8=8.0A，负载电流=10.3A。熔断器最适合负载电流=15A×0.75×［1+（-0.15%／℃）×（40℃-25℃）］=11.0A。

判定：导线允许电流=8.0 A

步骤2 若选择线径1.25的AVX导线，根据表4 查得在80 ℃时， AVX导线周围温度允许电流为14 A，那么，导线允许电流=14×0.8=11.2 A。

判定：导线允许电流=11.2 A>10.31 A=负载电流；导线允许电流=11.2 A>11.0 A=熔断器最适合负载电流。所以，选择线径1.25的AVX导线合适。

如要满足2个判定原则，导线线径至少要选用

1.25以上，但是如果选用线径过大，则不利于降低线束成本和整车轻量化，因此选线径1.25的导线最合适。

步骤3 根据步骤2可知，近光灯回路导线要选择线径1.25以上的AVX导线，即左、右近光灯回路导线都要采用1.25导线。

根据单个近光灯功率为55 W，可以计算出单个近光灯回路负载电流=55 ／ 12×13.5 ／ 12=5.2 A。

根据步骤1若选择0.85导线，在单个近光灯回路中：导线允许电流=8.0A＞5.2A=负载电流，导线可以承受单个近光灯负载电流；导线允许电流=8.0A＜11.0 A=熔断器最适合负载电流，熔断器无法保护导线。

根据判定，在单个近光灯回路中，若选择线径0.85的AVX导线，那么满足判定原则1，但是不满足判定原则2，即熔断器无法有效保护导线，因此选择线径0.85的AVX导线不合适。

若想在单个近光灯回路采用线径0.85的导线，需要对近光灯回路做一下改进，即在左、右近光灯回路的上游各增加1个熔断器。根据单个近光灯回路负载电流5.2A，那么单个回路的理想熔断器额定电流=5.2／0.75／［1+（-0.15%／℃）×（40℃-25℃）］=7.1A

因此单个近光灯回路熔断器可以选择额定容量为7.5 A或10 A的熔断器，改进后的电路图见图4。

该近光灯回路中，一个熔断器下游有2个用电器，因此本例也可以看做n （n≥2）个用电器共用1个熔断器的典型案例，熔断器额定容量是根据n个用电器负载电流之和计算得出，然后再根据熔断器额定容量选择熔断器下游所保护导线的线径，此n 个电器导线每一分支都必须得到熔断器有效保护。对于多个电器共用1个熔断器的情况，如果其中一条回路发生短路而引发熔断器熔断，势必影响其他电器负载正常工作。因此，对于熔断器和导线匹配来说，最好能做到1个熔断器保护1 条电器负载回路，如果1条电器回路短路，不会影响其他电器回路。这样不仅可以提升设计安全型，而且可以有效地减小导线线径，有利于降低线束成本和质量，提高燃油经济性。

4 导线-熔断器过电流匹配

导线-熔断器过电流匹配，是指导线在过电流情况，在导线发烟燃烧之前，熔断器必须熔断。导线与熔断器的过电流匹配包括短时间过电流匹配和长时间过电流匹配，两种情况下都必须满足熔断器熔断电流≤导线发烟电流，如果不满足，则必须重新选择导线。

根据表1可知，当熔断器上流经大于熔断器额定容量的电流，熔断器就会熔断，流经不同倍率的额定电流时，熔断器熔断时间长短也不同。通常情况下，对于同款熔断器来说，通过的电流越大，熔断时间就越短。不同类型的熔断器上，流经相同倍率的熔断额定电流时，熔断时间也不一样。通常情况下，慢熔型熔断器熔断时间大于快熔型熔断器。

对于快熔型熔断器来说，熔断器短时间熔断时间取5 s，短时间熔断电流取200%熔断器额定电流；长时间熔断时间取1 000 s以上，长时间熔断电流取约为110%熔断器额定电流。

对于慢熔熔断器，短时间熔断时间取1 s （或7s），短时间熔断电流取600%（或350%）熔断器额定电流；长时间熔断时间取1000s以上，长时间熔断电流取约为110%熔断器额定电流。导线短／长时发烟电流可以根据JASO D609—2001中发烟时间和电流的关系曲线图来确定。导线发烟时导线开始冒烟燃烧，此时的导线周围温度是导线承受的最大温度，根据表2可知， AVX类型的导线发烟时的周围温度为100 ℃。

熔断器要保护好线束，就需要在导线发烟燃烧前，必须保证熔断器已经熔断，即要满足熔断器熔断电流≤导线发烟电流。计算熔断器熔断电流时，要考虑熔断器周围环境温度影响，需要考虑温度修正系数。导线发烟电流包括长时发烟电流和短时发烟电流。

根据上述计算，近光灯回路中选用15A快熔Mini 熔断器，考虑到熔断器在40℃的温度修正系数，于是：熔断器短时（5s）熔断电流=15×2×［1+（-0.15%／℃）×（40℃-25℃）］=29.3A，熔断器长时（1000s）熔断电流=15×1.1×［1+（-0.15%／℃）×（40℃-25℃）］=16.1 A。

根据JASO D609—2001中线径1.25的AVX导线发烟时间和电流的关系曲线图（图5），确定短/长时间发烟电流。

从图5可以查得：短时（5 s）导线发烟电流= 85 A>29.3 A=熔断器短时熔断电流，满足要求。长时（1 000 s）导线发烟电流=25 A>16.1 A=熔断器长时熔断电流，满足要求。因此，近光灯回路中的导线与熔断器的过电流匹配，无论是短时匹配还是长时匹配，都是满足要求的。

5 导线长度校核

导线长度校核是指在导线回路最远端发生短路时，要保证熔断器发生熔断所允许的导线最大长度。由于导线本身有电阻，因此当短路发生时，导线短路电流要大于或等于熔断器短时熔断电流。

5.1计算回路允许值

根据熔断器熔断电流和电源的标称电压，通过公式求出回路的允许阻值。回路允许阻值=电源标称电压／短时间熔断器熔断电流。电源电压选择标称电压（12 V），而非实际工作电压，是保证在发动机没有运转时，熔断器也能保护导线。

5.2计算导线长限度

用线束允许阻值除以导体阻值和回路允许阻

值，求出线束的界限长度。导线最长限度=回路容许阻值／周围温度导线阻值。其中：周围温度T导线阻值＝20℃的导线阻值×［1+0.00393 （T-20℃）］。导线周围温度T一般取该导线发烟时的温度，即最大承受温度。

5.3导线长度校核

导线实际长度≤导线最大理论长度。根据前期计算，15A熔断器短时间（5s）熔断电流为29.3A，且电源标称电压为12V，于是有近光灯回路容许导线阻值=12V／ 29.3=0.4095Ω。

查日标线规格表（表5），可知在20 ℃时AVX 1.25的导线阻值为0.014 3 Ω ／ m。在AVX1.25导线发烟温度100℃时，周围温度导线阻值=0.014 3×［1+ 0.003 93（100 ℃-20 ℃）］=0.018 8 Ω ／ m。因此导线最大理论长度=0.409 5 ／ 0.018 8=21.8 m。