全自動溫度濕度模擬箱電線載流量計算及示例

一、引言

二、電線載流量計算相關因素

（一）電線材質

1. 銅導線

• 銅是常用的電線材質之一，具有良好的導電性。其電阻率相對較低，一般在 20℃時，銅的電阻率約為 1.72×10??Ω?m。這使得銅導線在相同截面積和長度下，電阻較小，電能損耗低，能夠承載相對較大的電流。例如，在一些對電能傳輸效率要求較高的電路中，如模擬箱的控制電路部分，常采用銅導線。

2. 鋁導線

• 鋁導線的電阻率比銅略高，在 20℃時約為 2.82×10??Ω?m。雖然鋁的導電性不如銅，但由于其成本相對較低，在一些對成本較為敏感且載流量要求不是特別高的場合也有應用。不過，在相同載流量要求下，鋁導線的截面積通常需要比銅導線大，以彌補其電阻率較高的不足。

（二）電線截面積

1. 截面積與載流量的關系

• 電線的截面積越大，其載流量通常也越大。這是因為截面積越大，電線的電阻越小，能夠允許更多的電流通過而不會產生過多的熱量。例如，對于銅導線，當截面積從 1.5mm2 增加到 2.5mm2 時，其載流量會相應增加。一般來說，根據電氣規范和經驗數據，1.5mm2 銅導線在常溫下的載流量大約為 19A，而 2.5mm2 銅導線的載流量約為 27A。但需要注意的是，載流量還受到其他因素的影響，不能僅僅依據截面積來確定。

（三）環境溫度

1. 溫度對載流量的影響原理

• 環境溫度升高會導致電線的電阻增大，從而降低其載流量。因為溫度升高時，金屬內部的自由電子運動受到阻礙，電阻增加。當環境溫度高于電線的額定工作溫度時，電線的散熱能力下降，如果仍然按照正常環境溫度下的載流量來使用電線，會使電線發熱過度，加速絕緣老化，甚至引發火災。例如，對于常用的聚氯乙烯絕緣銅導線，其額定工作溫度一般為 70℃。如果環境溫度長期維持在 40℃，相比于 20℃的環境，其載流量會有所降低，具體降低幅度需要根據相關的溫度校正系數進行計算。

（四）模擬箱工作負載

1. 負載電流計算

• 全自動溫度濕度模擬箱的工作負載包括加熱、制冷、加濕、除濕、風機運轉等多個部分。需要分別計算每個負載的電流，然后將它們相加得到總負載電流。例如，模擬箱的加熱絲功率為 3kW，工作電壓為 220V，根據公式 I = P/U（其中 I 為電流，P 為功率，U 為電壓），則加熱絲的電流 I = 3000/220 ≈ 13.64A。如果制冷壓縮機的功率為 1.5kW，其電流約為 1.5×1000/220 ≈ 6.82A，風機功率為 0.5kW，電流約為 0.5×1000/220 ≈ 2.27A 等。將這些負載電流相加，得到模擬箱的總負載電流，以此作為選擇電線載流量的依據。

三、電線載流量計算方法

（一）經驗公式法

1. 銅導線載流量經驗公式

• 對于銅導線，在環境溫度為 25℃時，其載流量的經驗公式為：I = k×S（其中 I 為載流量，S 為導線截面積，k 為系數，一般取 5 - 8，根據導線的敷設方式和散熱條件等確定）。例如，對于截面積為 4mm2 的銅導線，如果取 k = 6，那么其載流量 I = 6×4 = 24A。但這種經驗公式計算較為粗略，在實際應用中還需要結合其他因素進行修正。

（二）查表法

1. 電氣手冊中的載流量表

• 電氣工程師通常會參考相關的電氣手冊，如《電線電纜載流量手冊》。這些手冊中列出了不同材質、截面積、絕緣類型的電線在不同環境溫度、敷設條件下的載流量數據。例如，在手冊中可以查到在環境溫度為 30℃，聚氯乙烯絕緣銅導線采用明敷方式時，2.5mm2 導線的載流量為 25A，4mm2 導線的載流量為 32A 等。這種方法相對準確，但需要注意手冊的版本和適用范圍，確保數據的可靠性。

（三）精確計算法

1. 考慮多因素的計算公式

• 根據電氣理論，電線載流量的精確計算公式為：I = √[(T? - T?)/(R?×α×S)]（其中 I 為載流量，T?為電線的允許最高工作溫度，T?為環境溫度，R?為電線在 20℃時的電阻率，α 為電阻溫度系數，S 為電線截面積）。以銅導線為例，T? = 70℃（聚氯乙烯絕緣銅導線），T? = 35℃，R? = 1.72×10??Ω?m，α = 0.00393/℃，假設截面積 S = 6mm2。首先計算電阻溫度系數修正后的電阻率 R = R?×(1 + α×(T? - 20)) = 1.72×10??×(1 + 0.00393×(35 - 20)) ≈ 1.82×10??Ω?m。然后代入公式計算載流量 I = √[((70 - 35)/(1.82×10??×6×10??))] ≈ 37.3A。這種方法考慮了多種因素，計算結果較為精確，但計算過程相對復雜。

四、計算實例

（一）實例參數

1. 模擬箱負載情況

• 某全自動溫度濕度模擬箱，加熱系統功率為 4kW，制冷系統功率為 2kW，加濕系統功率為 1kW，除濕系統功率為 0.5kW，風機功率為 0.3kW，工作電壓均為 220V。模擬箱所在環境溫度預計最高為 40℃，采用聚氯乙烯絕緣銅導線，導線采用穿管敷設方式。

（二）計算過程

1. 各負載電流計算

• 加熱系統電流：I? = 4000/220 ≈ 18.18A

• 制冷系統電流：I? = 2000/220 ≈ 9.09A

• 加濕系統電流：I? = 1000/220 ≈ 4.55A

• 除濕系統電流：I? = 0.5×1000/220 ≈ 2.27A

• 風機電流：I? = 0.3×1000/220 ≈ 1.36A

• 總負載電流 I? = I? + I? + I? + I? + I? = 18.18 + 9.09 + 4.55 + 2.27 + 1.36 = 35.45A

2. 載流量計算與導線選擇

• 采用查表法，在《電線電纜載流量手冊》中查找，在環境溫度 40℃，聚氯乙烯絕緣銅導線穿管敷設時，4mm2 導線的載流量約為 30A，6mm2 導線的載流量約為 37A。由于總負載電流為 35.45A，為了確保安全可靠，選擇 6mm2 的銅導線。同時，也可以用精確計算法進行驗證。假設采用精確計算法，按照上述精確計算公式，計算得到的載流量約為 36.5A（計算過程略），進一步確認 6mm2 銅導線是合適的選擇。

五、總結