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國標、美標、歐標電纜中的耐溫等級區別

2019年05月17日 09:59:23 點擊量: 文章來源:駿豪電線

國標、美標、歐標電纜中的耐溫等級區別 
      一、UL標準
      UL標準中,常見的耐溫等級是60℃、70℃、80℃、90℃、105℃、125℃和150℃,實際上,這些所謂的耐溫等級,在UL標準中稱作額定溫度(rating temperature)。它并不是導體的長期工作溫度。
      ▎額定工作溫度
      UL標準中額定溫度的確認是按照公式1.1來確定的(參見UL 2556-2007中4.3章材料長期老化部分)。具體過程是先假定材料的一個耐溫等級,如105℃,然后按公式1.1計算出烘箱的測試溫度112℃,分別在這樣的測試溫度下將樣品放置90天、120天和150天,得到樣品的伸率變化率和老化天數的數據,然后再通過最小二乘法推算出老化天數和斷裂伸長率的線性關系,進而依據此線性關系推算在此烘箱溫度(112℃)下老化300天時的樣品斷裂伸長率。
      如果斷裂伸長率的變化率小于50%,則認為此材料可以達到這個假定的額定溫度,如果斷裂伸長率的變化率大于50%,則認為此材料的額定溫度不能達到假定的額定溫度,需要重新假定一個額定溫度,繼續上述試驗。
      由此可見,在UL標準體系中如果采用反推的方法可以這樣認為:某個材料在某溫度A℃下老化300天,其伸率變化率不超過50%,再將溫度A減去5.463,然后再除以1.02,得到溫度B℃,即可認定此材料可以達到溫度B℃的額定溫度。
      這一額定溫度,絕不是絕緣層允許的導體的長期最高工作溫度。因為長期最高工作溫度中的“長期”實際上應該是電纜在此工作溫度下的壽命,至少要以年為單位計算,如光伏電纜標準EN50618中,電纜的壽命設計為25年,UL標準中的額定溫度一般會比導體的長期最高工作溫度高。
      ▎短期老化溫度
      材料的短期老化溫度,即我們平常在標準中最常見的7天、10天等,如105℃的材料,老化條件為136℃×7天。那這和額定溫度是什么關系呢?在UL標準中,短期老化的溫度是靠材料的長期使用經驗獲得的,但也總結了一些方法來確認。如在UL2556-2007標準4.3.5.6章及附錄D中這樣確定一個材料的短期老化溫度。首先按照表1-1選擇一個額定溫度、老化溫度和老化時間。
      如果按照上述條件測試的材料的老化后的伸率變化率大于50%,則認定為此材料可以按照此條件來確定老化溫度,如果伸率變化率大于50%,則材料的額定溫度和短期老化溫度要下降一個等級。
      除此之外,在UL758-2010的第14章中也總結了簡單的公式來確定短期老化溫度。
      二、EN/IEC標準
      在EN/IEC標準中,很少像UL標準中那樣看到額定溫度(rating temperature),取而代之的是導體長期工作溫度(operation temperature)或者溫度指數。那么這兩個溫度有什么區別呢?
      實際上,在EN/IEC標準體系中,對電纜的耐溫等級的評價主要是按照EN 60216或IEC 60216來評價的。此標準主要是評價絕緣材料的熱壽命。其評價方法是將材料在不同溫度下進行老化試驗,以斷裂伸長率的變化率為50%作為老化的終點,得出材料在不同溫度下的老化天數。然后通過線性回歸的方式將老化天數和老化溫度做線性相關處理,得出一個線性關系曲線。然后根據電纜的壽命確定最高工作溫度,或者根據長期工作溫度,確定線纜的壽命。
      而溫度指數,就是指絕緣材料在熱老化20000H后,斷裂伸長率的變化率為50%時,所對應的溫度。以光伏電纜標準EN 50618:2014為例,其電纜的設計壽命為25年,長期工作溫度為90℃,而溫度指數則是120℃。絕緣材料的短期老化溫度,也是以上述線性關系推導出來的。
      所以,EN 50618:2014中絕緣材料的老化溫度為150℃。這一老化溫度和UL標準系列中額定溫度為125℃的材料的老化溫度158℃非常接近。
      通過上述分析不難看出,同樣的導體的長期工作溫度,由于電纜的設計壽命不同,可能其要求的老化溫度并不一樣。在同樣的長期工作溫度下,電纜設計壽命越短,絕緣材料的短期老化溫度就可以要求的越低。
      例如在IEC 60502-1:2004中要求的XLPE絕緣料的長期最高工作溫度為90℃,而此材料的老化溫度為135℃。這里的135℃卻和UL標準中額定溫度為105℃的老化溫度136℃很接近,卻和同樣是長期最高工作溫度同樣為90℃的EN 50618:2014中絕緣的老化溫度差很多。盡管在60502-1:2004沒有找到電纜的設計壽命,但兩種電纜的設計壽命肯定是不同的。
      三、國標及行業標準
      我國的國家標準和行業標準在編制過程中,很多內容是參考和借鑒了UL標準或EN/IEC標準。但是由于是多方參考,所以有些表述筆者認為是不準確的。例如在GB/T 32129-2015、JB/T 10436-2004、JB/T 10491.1-2004中,無論是材料還是電線,其耐溫等級都有90℃、105℃、125℃和150℃,這明顯是借鑒了UL的標準體系。但是,對于耐熱的表述卻是允許的導體長期最高工作溫度。這個耐熱性的表述又明顯參考IEC標準體系。
      在IEC標準體系中,導體的長期最高工作溫度應該和電纜的設計壽命關聯,可這些國標及行標中,根本沒有電纜壽命的表述。所以這種“適用的電纜導體長期允許最高工作溫度是90℃、105℃、125℃和150℃”的表述有待商榷。
      那么硅烷交聯型XLPE能不能達到125℃的耐溫等級呢?比較嚴謹回答應該是硅烷交聯型XLPE可以達到UL標準中規定的125℃的額定溫度,因為在UL1581第40章的絕緣和護套材料總則中,已經明確提出不對材料的化學成分做規定。而XLPE導體的長期最高工作是否能達到125℃,這和電纜的設計壽命及使用場合有關,目前,沒有找到相關資料系統評價此材料的壽命。通過短期老化來推測,如果電纜的設計壽命是25年,其允許的導體的長期最高溫度肯定能大于90℃。
      在IEC標準中,傳統的電力電纜、建筑用線甚至太陽能電纜的設計導體長期最高工作溫度都不會超過90℃,但并不代表用于此類電纜的材料允許的長期最高工作溫度不能大于90℃。也不能說輻照交聯料可以達到125℃的耐溫等級,而硅烷交聯料不能達到125℃的耐溫等級,這樣的表述是沒有道理的。
      總之,一個材料能否達到某個溫度等級,不能簡單的回答是或不是,而是要結合材料耐溫等級的評價方法或者電纜的設計壽命來考慮的,不能將幾個標準體系混合著亂用。

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