浅析美国标准环境下电缆选型设计

张鹏迪，刘森，张艳梅，徐自强

1 前言

近年来，随着公司在北美及中南美洲项目的逐步开展，基于美国电气标准和规范（以下简称“美标”）的项目投标和执行也逐渐增多。美国标准中，电压等级、频率、接地形式、线规等与IEC标准和中国标准都不尽相同，造成产品的规格、参数、产品标准等也有很大差异。因此，项目电气设计在执行美国标准前，需要对美国设计标准、设备标准和安全标准等进行详尽的了解。

应用最为广泛的美国电气标准是由美国国家防火协会（NFPA）所制订的NEC-NFPA70《美国电气安装规范》；另外，美国电气设备标准大多要求设备带UL认证。基于此，本文将介绍符合美国标准的常用电缆选型设计思路，以供广大设计者在执行美国标准项目中参考。

2 AWG线规

IEC标准、中国标准以及其他一些国家的电气标准采用公制的mm2来表示导体的截面大小，而美标中导线规格采用AWG（美国线规号）和MCM（千圆密尔）两种表示方式，“中小截面导线（≤107.2mm2）用 AWG，大截面导线（≥126.7mm2）用MCM”。

美国AWG线规是一种反向线规，即AWG值越大，导体的截面积越小。导线截面积从小到大，线规号依次为28、27、26、······、3、2、1（常用规格为18号以下的偶数号），再大就是0、00、000、0000（表示为1/0、2/0、3/0、4/0）。AWG是一个关于导体直径（与绝缘层厚度无关）的函数，假设导体直径为A（单位为英寸），则AWG=-19.931 568 57×lg（A）-9.737 24，计算结果取整即为对应的AWG号数。

美标中还习惯用mil（密尔）为单位（1mil=0.001in=0.025 4mm）表示导线线芯的直径d，导线截面积用d2表示，其单位为CM（圆密尔）或MCM（千圆密尔），1CM=0.000 506 7mm2、1MCM=0.506 7mm2。MCM表示的常见导线规格从小到大依次为250、300、350、······、1 500、1 750、2 000 MCM。表1列出了一些常用的线材线规对照值供参考。

3 电缆材料及截面积选择

美标中电线电缆用的导体有铜、铜合金、铜包钢、镀层铜（镀锡、镀镍、镀银等）、铝、铝合金和铝包钢等多种。多数项目设计中采用铜芯电缆，但如果业主要求降低电缆成本，也可采用铝芯或铜包铝芯电缆。美标电线电缆用导体结构按产品用途细分为AA类、A类、B类、······、V类多种，在UL1581-1997等专业标准中，对导体有相应的规定，具体可查阅相关标准。

美标中电缆截面积等于AWG线号对应截面积与芯数之积。电缆截面选择需考虑的因素很多，如电压等级、导体及绝缘材质、环境温度变化、电缆敷设及排列方式等都对电缆的允许载流量有影响。目前设计中，电缆截面主要还是按照长期允许载流量进行选择，再根据网络允许电压降来进行校验。如果压降过大，则要增大电缆截面以减小电压降。表2所示为在环境温度为40℃时，单芯裸铜导体在不同电压等级、导体温度90℃和105℃时的载流量大小，更多导体载流量速查表详见“NEC-NFPA70-ARTICLE310”。

如为多芯电缆，电缆载流量使用校正比例如表3所示。

表1 常用线材线规对照表[1]

表2 不同电压及导体温度条件下单芯铜导线载流量参照表[2]（环境温度40℃）

表3 多芯电缆载流量校正系数参照表[2]

4 UL电线电缆标志及选型

UL是美国保险商试验室（Underwriter Laborato⁃ries Inc.）的简写，是美国最权威、也是世界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构，主要关注工业民用领域的消防安全。一般来说，ANSI市场只接受UL对于电缆及设备的认证，不接受其他第三方实验室的认证。

美标电线电缆分为很多型号，每个型号所对应的UL线规不尽相同，且每种型号又可细分为许多子型号。一般情况下，UL电线电缆型号用英文名称的每个单词第一个字母组合而成，由导体材料、电缆结构、绝缘或护套材料、耐温等级、燃烧特性、耐潮、耐油、耐光等各种特性英文单词首字母组合而成。因此，UL电线电缆的型号比较复杂，电缆选型要根据具体的应用特性、场合等查阅相应的UL标准手册，通常美标电线电缆对应UL1582标准。另外，UL还有一个技术规范“Subject-758”，这个规范中电线电缆没有型号，只用一个阿拉伯数字代码表示不同用途。

美标中根据电缆用途、绝缘类型、电缆结构特征以及温度等级等建立了一个详细的编码系统，对于常用的电缆类型，如交联聚乙烯绝缘电力电缆、铠装电力电缆、变频电力电缆、控制电缆、计算机屏蔽电缆、补偿导线、阻燃电缆等都有涵盖，并且划分更为详细。美标电缆选型设计时，首先要明确电缆用途，确定是用做电源线、电子线还是信号线；其次确定电缆使用条件及其配套设备，确定是直埋还是架空、是否变频、是否需要信号屏蔽等；最后，考虑该电缆的应用特性，如耐火、耐油、耐温等级等。具体电缆选型时，还需要根据实际项目情况选择相应的UL产品标准和试验方法标准。

5 结语

美标电气规范标准与IEC标准及中国标准差异较大，美标重视产品的材料及质量检验，在电气安全和人员防护等方面尤为重视。另外，美国几大专业协会制定的标准各有差异，不同的州对产品的要求也有所不同。具体到美标电缆选型应用，笔者认为可以在总结以往设计经验和相关规范的基础上，与美标电缆规范进行横向比较，对一些常规参数进行比较替换，就能将美国标准很好地应用于实际工作中。■