浅析汽车导线发热原因与配电原则

张永学，赵尊章

（郑州交通职业学院，郑州 450062）

1 现代汽车输电与配电系统组成及要求

现代汽车输电与配电系统主要包括五个部分：由导线电缆等组成的电网；使电源、用电装置以及导线本身免遭短路或过载损坏的保护装置；控制用电装置的各种开关、按钮和电器；各种电路接头、中央接线板、滤波器和其他辅助器件；电子控制单元控制的执行器及其他元器件等。

对输电与配电系统的要求：安全可靠，在规定的条件下能不间断的工作；供电质量高；便于维护使用；可靠性好，局部电网损坏不影响其他电路的工作；互换性好，换件简单方便；重量轻；电磁干扰小，电磁兼容性好：造价低。

2 现代汽车用电装置与电网连接原则

1）各用电装置都必须与馈电线（由电源端向负载端敷设的线叫馈电线）相接，以便从电网取得电能。为了减少导线的数量和电网重量，同一条馈电干线上可以并联几个用电装置。但是，一条馈电干线上连接的用电装置越多，其工作可靠性越差。

2）一条馈电干线上可以连接何种性质的用电装置，选择时必须考虑以下几点；各用电装置对车辆的重要程度；这些用电装置容许的电压降是否相同；用电装置的功率、安装位置、工作特性及其用途使用时机等。

3）对汽车正常工作影响教大的用电装置，不宜与一般用电装置共用一条馈电干线，否则后者发生短路故障时就会使前者失去工作能力。

4）耗电装置容许的电压降不同，不应连接在一条馈电干线上。例如：起动机在启动瞬间电压急剧降低，连接在同一馈电干线上的照明灯的亮度将明显不足。

5）功率相差悬殊的用电装置不应连接在一条馈电干线上，以便能够恰当选择保护装置。安装位置相距较远的用电装置不应连接在一条馈电干线上，以减少导线长度。工作性质不同的用电设备不应连接在一条馈电干线上。

6）需要相互配合工作的用电设备，不要连接在一条馈电干线上，例如：通信仪表系统照明灯与驾驶室照明灯如果共用一条馈线，当其中一个短路，另一个也不能工作，影响开车者观察通信仪表系统。

3 现代汽车的导线与线束

3.1 车用导线

随着现代汽车技术的不断发展，用电设备大量增加，正确选用汽车导线，保证汽车行驶安全，已经变得越来越重要。

汽车电器设备的连接导线，按承受电压的高低，可分为高压导线和低压导线两种。低压导线按其用途分,又有普通低压导线和低压电缆线两种。汽车充电系统,仪表、照明、信号及辅助电气设备，均使用普通低压导线；而起动机与蓄电池的连接线、蓄电池与车架的搭铁线等则采用低压电缆线。高压线主要用于点火线圈高压输出线及分电器盖至发动机各缸火花塞上的高压分线。

3.2 低压线的特征

1）横截面面积。低压导线的横截面积是根据用电设备的工作电流来选择的。为保证导线的强度，汽车用导线的最小横截面积不应小于0.5mm2。连接蓄电池与起动机之间的导线、蓄电池搭铁线要通过大电流（500～1000A），其截面积为35～70mm2之间。

2）导线的颜色和代号 。导线的颜色和代号应符合表1的规定。为了便于安装、维修，低压导线的就、绝缘层外表面常用不同的颜色加以区分。截面积在4mm2以上的采用单一颜色（允许通过电流不小于25A）；4mm2以下的采用双色；各种汽车电器的搭铁线应选用黑色导线，黑色导线除作搭铁外，没有其他用途；导线颜色的标注 ：导线颜色的标注采用颜色代号表示，如单色导线，颜色为红色，标注为 “R”； 双色导线，第一色为主色，第二色为辅助色，主色为红色，辅助色为白色，标注为“RW”。

表1 汽车常用导线颜色与代号

3）高压线，高压导线其工作电压在1.5kV以上，但所通过的电流较小，因此它的绝缘层很厚，线芯截面较小。

3.3 线束

汽车上的电源和各种电气零件通过线束来实现电路物理连接，线束分布遍布全车。如果把发动机比作汽车心脏的话，那么线束就是汽车的神经网络系统它负责整车各个电器零件之间的信息传递工作。随着人们对舒适性、经济性、安全性要求的不断提高，汽车上的电子产品种类也在不断增加，汽车线束越来越复杂线束的故障率也相应增加。

线束用机织线或塑料粘带包裹，出于安全、加工和维修方便，机织线包裹已经淘汰，现在是用粘性塑料胶带包裹。线束与线束之间、线束与电气件之间的连接，采用联插件或线耳。联插件用塑料制成，分有插头和插座。线束与线束之间用联插件相接，线束与电气件之间的连接用联插件或线耳。 随着汽车功能的增加，电子控制技术的普遍应用，电气件越来越多，电线也会越来越多，线束也就变得越粗越重。因此先进的汽车就引入了CAN总线配置，采用多路传输系统。与传统线束比较，多路传输装置大大减少了导线及联插件数目，使布线更为简易。

4 汽车导线的发热及其允许电流密度

一般情况下，导线是通过对流、热辐射以及热传导等方式将本身的热量散发出去的。其中主要是通过对流方式散出（约占总热量的80～90%），其余大部分通过热辐射作用散出。从理论上近似分析导线在长期负载中的发热量，得到在此条件下导线的允许电流密度

β——导线表面向周围介质散热的系数；

ζ——允许升温；

ρ——导线材料的电阻率；

d——导线直径。

由式（1）可知，导线的允许电流密度与导线直径d有关，当导线直径增大时，允许电流密度将下降。因此较小截面积的导线（与较大截面积导线相比较）允许有较大的电流密度。根据此道理，有些干线不用单根而用几根并联的导线，这样既可满足导线负载要求，又可减轻导线重量，便于安装敷设，还能提高电网的生命力。由式（1）还可知，导线的允许电流密度J与散热条件β有关。

实际上被电流加热的导线对周围介质的散热系数很难准确获得，这给计算分析带来了很大困难。例如，车辆上，大部分导线都集合成线束，由于相邻导线的影响，它们的温度对于周围介质温度的温差，显然要大于敷设的情况。线束中各导线的发热情况也是不同的，线束中心的导线温升最大。由于线束由若干条导线组成，它们的截面积往往也有差异，如此等等。除此之外，导线绝缘材料的性能，对导线中电流密度的选择也有应响，绝缘材料性能好的导线，电流密度可选择大些。

因此式（1）仅概略地提供了一些对导线发热有影响的因素。实际选择导线截面积时，是根据发热理论和试验结果而制定的“导线允许负载表”。该表确定了不同型号和不同截面积的导线在车辆上不同的工作条件下的允许电流值。表2所列为车辆用导线简明数据，仅供参考。

表2 不同横截面导线允许的电流值

同截面积的汽车用导线允许负载的电流值可以比表2中的规定略大。对于功率很小的用电装置，倘若根据工作电流的大小来选择导线，其截面积太小，机械强度差。因此汽车所用导线的截面积至少不得小于0.5mm2。

5 汽车导线发热引起的危害原因

据统计，在1999～2007年发生的机动车火灾中，由电气故障引发的火灾占40.14%。在电气线路及电气设备上由于各种不同原因，使电气线路相接或相碰，电流突然增大，超过导线正常工作发热量，造成电气设备故障发热或将绝缘层引燃起火。汽车电气故障引起火灾的主要原因有：

1）选用绝缘电线、电缆时，不根据机动车本身的具体环境和特定条件要求选择，使电线受到振动、腐蚀、超负荷或局部高温影响而失去绝缘能力造成短路起火。

2）机动车电器线路强度不够，配线不合理，在长时间摩擦或突然的机械力作用下断落造成短路起火。

3）工作人员不按规定乱接、乱拉电线造成的短路，例如，司机安装防盗报警系统时，如果不按规定操作，往往会破坏汽车本身的线路，造成线路故障，从而引起火灾。

4）在电气线路之间、电气线路与用电设备及其它接插件连接处，由于表面接触松动、腐蚀、安装松动或行使过程中的颠簸，造成接触电阻过大，使局部过热而引起火灾。

5）电气线路短路起火，短路瞬间放电发热相当大，能烧毁绝缘，使导线金属熔化，引起火灾。

6）电气线路过负荷，一般导线最高允许温度为65℃，长时间过载导线温度就会超过这个允许温度，会加快导线绝缘老化、损坏，引起火灾。

6 结束语

综上所述，进行汽车电路维修和改装时，首先考虑汽车电路配电原则和连接原则。不同的车型，电路的走线方式不尽相同，但配电原则和连接原则基本是一样的，也就是说，不同车型的电路存在共性，也存在差异，在改装和维修电路时，既要掌握共性的地方，也要熟悉不同的地方。不能随便更改道汽车导线的配电原则和连接原则。其次，要考虑用电设备（如音响、灯光等）的功率、供电电流与电源功率、线束线径、允许最大电流值相匹配，避免小马拉大车的现象发生。第三，要考虑线路连接的可靠性，尽量使导线或线束远离发热体和易磨损、振动较大的地方。第四，要注意选用正规厂家生产的导线和线束，以保证质量。

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