60A的电流短时间可以用0.5mm ²的线吗？听听的怎么说！

有一个电磁吸铁，厂家介绍他瞬时电流可达60A，充磁时间为1-1.5s内，目前条件不够，只有0.5mm²的线，线长5米，想请问是否可以频繁短时间使用，怎么计算呢？

这个问题的关键是导线的温度。

我们知道，处于运行态的导线表面高允许温度是70℃，如果导线流过电流后的温度超过高允许温度，则导线必将损毁，其外部包裹层的绝缘能力下降，材料的机械特性下降，导线接头氧化加剧，导线老化加剧。

对于题主的问题，我们看到0.5mm²铜芯导线（题主未说导线材质，考虑到一般性，我们假定导线线芯材质为铜）流过的电流为60A，电流持续时间是1.5s，题主问此导线是否能够承载此电流？

问题思索的方向是这样的：

步：按高运行温度为70℃来确定0.5mm²铜芯导线的额定载流量；第二步：确定导线在标准状态（国家相关标准规定开关和控制设备的外部环境温度为40℃）下流过60A电流且持续时间是1.5s，求得其表面温度值。若导线表面温度超过70℃的高允许值，则此导线当然不能使用。

以下我们来讨论。

设流过导线的电流是I，电流流过的时间长度是t，导线电阻是R，导线的电阻率是ρ0，其电阻温度系数是α，表面温度是θ，导线长度是L，截面积是S，则电流对导线产生的发热热量Q1为：

设导线的初始温度是θ0，当前温度是θ，导线的比热容是C，导线的质量是m，则导线自身温度上升所消耗的热量Q2为：

设导线表面温度与环境温度之差也即温升为τ，导线的表面散热面积（不包括两个端面）是A，A=ML，M是导线截面周长，L是导线长度；导线的综合散热系数是Kt，Kt是热对流、热传导和热辐射的综合系数，则导线散热消耗的热量Q3为：

注意这里有：Q3=Pt而散热功率P=KtAτ。散热功率的表达式又叫做牛顿散热公式，它是大名鼎鼎的牛顿提出并运用的。

图1：牛顿和牛顿散热公式

有发热当然就会有散热，这对于导线来说也不例外。当导线运行时，其发热与散热的关系是：

我们把式4叫做导线的热平衡方程式。

注意1：式4的形式很重要，它既可以运用于导线、导体和母线的热平衡关系，也可以用于开关电器乃至于各种电器设备的热平衡关系。

（1）当导线流过的电流是稳定不变的，则经过一段时间后，导线的表面温度趋于稳定，式4中的

注意2：在式5的导线载流量和温升表达式中，已经没有了导线的长度L。看似是因为推导过程中把长度L给消去了，其实是有原因的：导线的载流量与导线的长度无关。我们在查阅导线的载流量表时，也会看到这一点。

（2）当导线流过瞬态强电流（例如短路电流Ik，流过的时间长度是tk），导线来不及散热，全部热量用于导线的温度升高，式4中的Q1=Q2,Q3=0我们把式4中导线的温度、温升和时间均换成变量导数，求此微分方程得到导线的表面温度θk：

式6中的γ是导线线芯材料的密度。

有了这些计算公式，我们就可以定量地分析题主的问题了。

注意3：对于温升，它的单位既可以是摄氏度℃，也可以是开尔文温标K。为何？（理解这一点很重要！！！）

对于截面积在1.5平方毫米以下的细导线，其散热能力相对较强，综合散热系数的值在19到21之间。我们设题主的导线散热良好，且在空气中敷设，则取Kt=21W/(m2·K)。我们把数据代入到计算导线额定电流的式5式子中：

我们看到0.5平方毫米的导线额定载流量在6.3A左右。如果导线敷设条件是封闭的，则其载流量更低。

由于60A的电流比6.3A大了9.5倍，对于0.5平方毫米的导线来说就相当于瞬态的短路电流，我们用式6来计算它的表面温度。

计算表明，当通电电流为60A通电时间是1.5秒时，0.5平方毫米导线的表面温度是194.5℃，远超70℃的高允许限值，故题主的提问是否定的。

至于通电时间是1秒时的导线表面温度，就留给题主自己去计算确认吧。题主可以把25℃常用温度或者实际温度代入来计算。

式6不但可以计算导线的高温度，还可以计算短路电流流经母线铜排和开关电器内部导体的高温度，得到开关柜和开关电器的热稳定性（短时耐受电流Icw），是一个重要计算式。

需要说明的是：导线耐受瞬间短路电流冲击的实际温度会比较高，并不止70℃。在实际短路发生时线路保护设备会执行开断操作，导线受到的热冲击时间从50毫秒到1.5秒，之后导线或者电缆迅速降温。对比题主的导线使用条件，这里的60A冲击电流会不断周期性地出现，事实上是工作电流，与短路电流相比对导线的冲击更加严酷，故我们要用高温度限值70℃来计算。

注意4：式6指数项分子部分出现了I2k，分母部分出现了S²，两者之比就是电流密度J²。可见，式6还可以用电流密度的平方来计算。

多股线与单芯线，差别在哪里？

直观地说，多股线相对单芯线更软，敷设和接线更加方便。但如果多股线与单芯线的截面积相同，例如都是0.5mm²，那么它的载流量又会如何？0.5mm²多股线允许流过60A的冲击电流吗？

查了《电线电缆选用手册》，0.5mm²多股线的芯线有7根，每根芯线的直径是0.301mm。我们看下图：

图二：7芯多股线的总面积和外围周长M

我们由图2看到，中心部位的导线无法散热，外围6根导线中每根导线有效散热角度是240度，占圆周长的2/3。可计算出标称截面为0.5mm²的七芯多股线的外围散热有效周长M和总截面面积为：

我们用式5来计算它的载流量：

我们再看流过60A电流时的高温度：

我们看到，高温度是196℃，比单芯0.5mm²导线的温度194.5℃略微增加，其原因是截面积减小了。我们看到导线的温度依然远远高于70℃的高温度限值。

可见，采用多股线对提高载流量是有利的，但对于抵御冲击性的大电流（包括短路电流在内）并没有改善多少。

经过计算讨论，我们得到了：

题主的想法是否定的，截面积为0.5mm²的单芯或者多股导线在1.5秒内不可能承载60A的电流，导线的外表面塑料绝缘层会烧毁，并且导线接头也会过热而发生电接触问题。

可见，采用多股线对提高载流量是有利的，但对于抵御冲击性的大电流（包括短路电流在内）并没有改善多少。

通过本贴的讨论计算，我们看到许多定性分析不清楚的问题，通过定量分析很容易知道其结果。

对于电气和工控工作者来说，定量分析是一种有效的解决问题的方法。我们把定量分析与MATLAB仿真分析结合起来，就能解决设计应用中的许多难题。

事实上，定量分析法和仿真分析法，是我们动手能力的一部分，值得我们加以关注和提高。

后给题主提个建议：不但要把关注点放在导线上，还要把关注点放在导线与电路的接触点上。

建议实测接触点的接触电压Uj，代入下式求得接触点的实际温度θ：

式8中，τx是导线的温升，计算方法见式5；Uj就是接触电压；L是洛伦兹系数,L=2.4×10-8V2/K2；T是导线的温度，也即把求得的导线摄氏度温度加上27，换成温度值。