在電線(xiàn)電纜的設(shè)計(jì)、材料選擇、生產(chǎn)、銷(xiāo)售過(guò)程中，經(jīng)常遇到90℃.105℃.125℃.150℃等溫度參數(shù)。這些參數(shù)在行業(yè)中的流行名稱(chēng)被稱(chēng)為耐溫等級(jí)參數(shù)，那么這些參數(shù)是如何產(chǎn)生的呢？為什么具有相同90℃耐溫等級(jí)的材料的老化溫度不同？老化溫度和耐溫等級(jí)之間的關(guān)系是什么？如何定義絕緣導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作溫度？溫度指數(shù)是什么？材料的額定溫度是什么？硅烷交聯(lián)材料能達(dá)到125℃的耐溫等級(jí)嗎？
要回答以上問(wèn)題，首先要了解標(biāo)準(zhǔn)體系，因?yàn)椴煌臉?biāo)準(zhǔn)體系對(duì)耐溫等級(jí)有不同的定義。我們常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)體系主要包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、UL標(biāo)準(zhǔn)、EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)等。
由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制，很多內(nèi)容都是參考和借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，讓我們來(lái)看看UL標(biāo)準(zhǔn)或EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)耐溫等級(jí)的規(guī)定。
UL標(biāo)準(zhǔn)
UL標(biāo)準(zhǔn)中常見(jiàn)的耐溫等級(jí)為60℃.70℃.80℃.90℃.105℃.125℃和150℃。這些耐溫等級(jí)是怎么來(lái)的？是導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度嗎？事實(shí)上，這些所謂的耐溫等級(jí)在UL標(biāo)準(zhǔn)中被稱(chēng)為額定溫度。它不是導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度。
額定工作溫度
UL標(biāo)準(zhǔn)中額定溫度的確認(rèn)是根據(jù)公式1.1確定的(見(jiàn)UL2556-2007中4.3章材料的長(zhǎng)期老化部分)。具體過(guò)程是假設(shè)材料的耐溫等級(jí)，如105℃，然后根據(jù)公式1.1計(jì)算烘箱的試驗(yàn)溫度112℃，將樣品放置在90天。120天和150天，獲取樣品的伸長(zhǎng)率變化率和老化天數(shù)，然后通過(guò)最小二乘法計(jì)算老化天數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)率之間的線(xiàn)性關(guān)系，然后根據(jù)這種線(xiàn)性關(guān)系計(jì)算烘箱溫度(112℃)下300天的樣品斷裂伸長(zhǎng)率。
如果斷裂伸長(zhǎng)率的變化率小于50%，則認(rèn)為該材料可以達(dá)到假設(shè)的額定溫度。如果斷裂伸長(zhǎng)率的變化率大于50%，則認(rèn)為該材料的額定溫度不能達(dá)到假設(shè)的額定溫度，因此需要重新假設(shè)額定溫度并繼續(xù)上述試驗(yàn)。
由此可見(jiàn)，在UL標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，如果采用反向推法，可以認(rèn)為某種材料在某個(gè)溫度A℃下老化300天，其伸長(zhǎng)率變化率不超過(guò)50%，然后將溫度A減去5.463，再除以1.02獲得溫度B℃，即可確定該材料能達(dá)到溫度B℃的額定溫度。
這種額定溫度絕不是絕緣層允許導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作溫度。因?yàn)殚L(zhǎng)期最高工作溫度中的長(zhǎng)期實(shí)際上應(yīng)該是電纜在這個(gè)工作溫度下的壽命，至少應(yīng)該按年計(jì)算。例如，在光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)EN50618中，電纜的壽命設(shè)計(jì)為25年，UL標(biāo)準(zhǔn)中的額定溫度通常高于導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作溫度。
短期老化溫度
材料的短期老化溫度，即標(biāo)準(zhǔn)中最常見(jiàn)的7天。10天，如105℃材料，老化條件為136℃×7天。這與額定溫度有什么關(guān)系？在UL標(biāo)準(zhǔn)中，短期老化溫度取決于材料的長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)，但也總結(jié)了一些方法來(lái)確認(rèn)。例如，在UL2556-2007標(biāo)準(zhǔn)4.3.5.6章和附錄D中確定材料的短期老化溫度。首先，根據(jù)表1-1選擇額定溫度。老化溫度和老化時(shí)間。
如果根據(jù)上述條件測(cè)試的材料老化后的伸長(zhǎng)率變化率大于50%，則認(rèn)定該材料可根據(jù)此條件確定老化溫度。如果伸長(zhǎng)率變化率大于50%，則材料的額定溫度和短期老化溫度應(yīng)降低一個(gè)等級(jí)。
此外，在UL758-2010的第14章中，還總結(jié)了確定短期老化溫度的簡(jiǎn)單公式。如1.2:
EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)
在EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)中，額定溫度(ratingtemperature)很少在UL標(biāo)準(zhǔn)中看到，而不是導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度(operatemperature)或溫度指數(shù)。那么這兩個(gè)溫度有什么區(qū)別呢？
事實(shí)上，在EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，電纜的耐溫等級(jí)主要根據(jù)EN60216或IEC60216進(jìn)行評(píng)估。本標(biāo)準(zhǔn)主要評(píng)價(jià)絕緣材料的熱壽命。評(píng)價(jià)方法是在不同溫度下對(duì)材料進(jìn)行老化試驗(yàn)，以斷裂伸長(zhǎng)率的變化率為50%為老化終點(diǎn)，得出不同溫度下材料的老化天數(shù)。然后通過(guò)線(xiàn)性回歸對(duì)老化天數(shù)和老化溫度進(jìn)行線(xiàn)性處理，得到線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)。然后根據(jù)電纜的使用壽命確定最高工作溫度，或根據(jù)長(zhǎng)期工作溫度確定電纜的使用壽命。
溫度指數(shù)是指絕緣材料在熱老化2萬(wàn)H后斷裂伸長(zhǎng)率變化率為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度。以光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)EN50618:2014為例，其電纜設(shè)計(jì)壽命為25年，長(zhǎng)期工作溫度為90℃，溫度指數(shù)為120℃。上述線(xiàn)性關(guān)系也推導(dǎo)了絕緣材料的短期老化溫度。
因此，EN50618:2014絕緣材料的老化溫度為150℃。該老化溫度非常接近UL標(biāo)準(zhǔn)系列125℃材料的老化溫度。
通過(guò)以上分析不難看出，由于電纜的設(shè)計(jì)壽命不同，同一導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度可能需要不同的老化溫度。在相同的長(zhǎng)期工作溫度下，電纜設(shè)計(jì)壽命越短，絕緣材料的短期老化溫度越低。
例如，IEC60502-1:2004中要求的XLPE絕緣材料的長(zhǎng)期最高工作溫度為90℃，而該材料的老化溫度為135℃。這里的135℃非常接近UL標(biāo)準(zhǔn)中額定溫度為105℃的136℃，但與EN50618:2014中絕緣的老化溫度相差很大，EN50618:2014中的最高工作溫度相同。雖然電纜的設(shè)計(jì)壽命沒(méi)有在60502-1:2004中找到，但兩種電纜的設(shè)計(jì)壽命必須不同。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
在編制我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，很多內(nèi)容都是參考和借鑒UL標(biāo)準(zhǔn)或EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)。然而，作者認(rèn)為一些表達(dá)是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樗鼈兪嵌喾矫娴膮⒖肌＠纾贕B/T32129-2015.JB/T10436-2004.JB/T10491.1-2004中，材料和電線(xiàn)的耐溫等級(jí)為90℃.105℃.125℃和150℃，這顯然借鑒了UL的標(biāo)準(zhǔn)體系。然而，耐熱性的表達(dá)是導(dǎo)體長(zhǎng)期最高工作溫度的允許表達(dá)。這種耐熱性的表達(dá)明顯指IEC標(biāo)準(zhǔn)體系。
在IEC標(biāo)準(zhǔn)體系中，導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作溫度應(yīng)與電纜的設(shè)計(jì)壽命有關(guān)，但在這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，根本沒(méi)有電纜壽命的表達(dá)。因此，適用的電纜導(dǎo)體長(zhǎng)期允許最高工作溫度為90℃.105℃.125℃和150℃的表達(dá)有待討論。
那么硅烷交聯(lián)XLPE能達(dá)到125℃的耐溫水平嗎？更嚴(yán)格的答案應(yīng)該是，硅烷交聯(lián)XLPE可以達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的125℃的額定溫度，因?yàn)樵赨L1581第40章的絕緣和護(hù)套材料總則中，明確規(guī)定了材料的化學(xué)成分。XLPE導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作是否能達(dá)到125℃，與電纜的設(shè)計(jì)壽命和使用場(chǎng)合有關(guān)。目前，還沒(méi)有找到相關(guān)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)來(lái)評(píng)估該材料的壽命。通過(guò)短期老化，可以推測(cè)，如果電纜的設(shè)計(jì)壽命為25年，允許導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高溫度肯定會(huì)大于90℃。
在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，傳統(tǒng)的電力電纜。建筑線(xiàn)路甚至太陽(yáng)能電纜的設(shè)計(jì)導(dǎo)體長(zhǎng)期最高工作溫度不超過(guò)90℃，但并不意味著該電纜材料允許的長(zhǎng)期最高工作溫度不超過(guò)90℃。不能說(shuō)輻照交聯(lián)材料可以達(dá)到125℃的耐溫水平，而硅烷交聯(lián)材料不能達(dá)到125℃的耐溫水平，這是不合理的。
簡(jiǎn)而言之，材料是否能達(dá)到一定的溫度水平，不能簡(jiǎn)單地回答是否，而是結(jié)合材料耐溫水平的評(píng)價(jià)方法或電纜的設(shè)計(jì)壽命，不能混合幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。
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