60A的电流短时间可以用0.5mm ²的线吗？看看电气工程师怎么说！
提
问
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0.5mm ²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最高允许温度是70℃，如果导线流过电流后的温度超过最高允许温度，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：
第一步：按最高运行温度为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℃的最高允许值，则此导线当然不能使用。
以下我们来讨论。
1.载流导体的热平衡方程式
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首先提出并运用的。
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。
2.导线在稳态运行条件下的载流量计算方法
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。
3.导线流过瞬态大电流时其表面温度的计算方法
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℃的最高允许限值，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。另外，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最高温度，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最高温度，进一步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℃。然而，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，故我们要用最高温度限值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。
4.如果导线是多股线，又会如何？
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。因此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电流时的最高温度：
我们看到，最高温度是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℃的最高温度限值。
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。
5.结论
经过计算讨论，我们得到结论了：
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。
我们看到，最高温度是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℃的最高温度限值。
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。
写在后面：
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。
最后给题主提个建议：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，然后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是导线的绝对温度，也即把求得的导线摄氏度温度加上273.15，换成绝对温度值。
如果接触点的实际温度超过规定值，同样是不允许的。
这位工程师给出答案后，还有一些小伙伴也给出不同的看法！
可以，这么接。
并16根就问题不大，保险起见并20根。
答这道题太费钱了。好几块的线都搭进去了。
做过高压磁阻式电磁炮（线圈炮）实验，驱动电压800伏，用0.8mm线制作线圈，线圈电阻实测不足1欧。开始也曾怀疑线圈承受不了。但实验结果是线圈能够在短时间（毫秒以下）内承受超过1000安的电流，一点问题也没有。
工控论坛的小伙伴们，你们怎么看呢？
来源：知乎，Patrick Zhang，转载请标明出处。
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