发布时间:2023-06-27点击:2644
在电线电缆的设计、选材、生产、销售过程中,,,,,,往往碰到很多温度参数,,,,,,如90℃、105℃、125℃、150℃等。。。。。。。。这些参数在行业中的通俗名称都叫耐温等级参数,,,,,,那这些参数是怎么来的呢?同是90℃的耐温等级的材料,,,,,,为什么老化温度不一样呢?老化温度和耐温等级是什么关系?绝缘允许的导体长期***高工作温度是怎么定义的?什么是温度指数?什么是材料的额定温度?硅烷交联料能满足125℃的耐温等级吗?
要回答上述问题,,,,,,首先要了解标准体系,,,,,,因为不同的标准体系对耐温等级的定义是不同的。。。。。。。。我们常见的标准体系主要有国家标准(及行业标准)、UL标准、EN/IEC标准等。。。。。。。。由于国标和行标的编制,,,,,,很多内容是参考和借鉴了国际标准,,,,,,因此我们先来看看UL标准或EN/IEC标准对耐温等级的规定。。。。。。。。
一、UL标准
UL标准中,,,,,,常见的耐温等级是60℃、70℃、80℃、90℃、105℃、125℃和150℃。。。。。。。。这些耐温等级是怎么来的呢?是导体的长期工作温度吗?实际上,,,,,,这些所谓的耐温等级,,,,,,在UL标准中称作额定温度(rating temperature)。。。。。。。。它并不是导体的长期工作温度。。。。。。。。
额定工作温度
UL标准中额定温度的确认是按照公式1.1来确定的(参见UL 2556-2007中4.3章材料长期老化部分)。。。。。。。。具体过程是先假定材料的一个耐温等级,,,,,,如105℃,,,,,,然后按公式1.1计算出烘箱的测试温度112℃,,,,,,分别在这样的测试温度下将样品放置90天、120天和150天,,,,,,得到样品的伸率变化率和老化天数的数据,,,,,,然后再通过***小二乘法推算出老化天数和断裂伸长率的线性关系,,,,,,进而依据此线性关系推算在此烘箱温度(112℃)下老化300天时的样品断裂伸长率。。。。。。。。
如果断裂伸长率的变化率小于50%,,,,,,则认为此材料可以达到这个假定的额定温度,,,,,,如果断裂伸长率的变化率大于50%,,,,,,则认为此材料的额定温度不能达到假定的额定温度,,,,,,需要重新假定一个额定温度,,,,,,继续上述试验。。。。。。。。
由此可见,,,,,,在UL标准体系中如果采用反推的方法可以这样认为:某个材料在某温度A℃下老化300天,,,,,,其伸率变化率不超过50%,,,,,,再将温度A减去5.463,,,,,,然后再除以1.02,,,,,,得到温度B℃,,,,,,即可认定此材料可以达到温度B℃的额定温度。。。。。。。。
这一额定温度,,,,,,绝不是绝缘层允许的导体的长期***高工作温度。。。。。。。。因为长期***高工作温度中的“长期”实际上应该是电缆在此工作温度下的寿命,,,,,,至少要以年为单位计算,,,,,,如光伏电缆标准EN50618中,,,,,,电缆的寿命设计为25年,,,,,,UL标准中的额定温度一般会比导体的长期***高工作温度高。。。。。。。。
短期老化温度
材料的短期老化温度,,,,,,即我们平常在标准中***常见的7天、10天等,,,,,,如105℃的材料,,,,,,老化条件为136℃×7天。。。。。。。。那这和额定温度是什么关系呢?在UL标准中,,,,,,短期老化的温度是靠材料的长期使用经验获得的,,,,,,但也总结了一些方法来确认。。。。。。。。如在UL2556-2007标准4.3.5.6章及附录D中这样确定一个材料的短期老化温度。。。。。。。。首先按照表1-1选择一个额定温度、老化温度和老化时间。。。。。。。。
如果按照上述条件测试的材料的老化后的伸率变化率大于50%,,,,,,则认定为此材料可以按照此条件来确定老化温度,,,,,,如果伸率变化率大于50%,,,,,,则材料的额定温度和短期老化温度要下降一个等级。。。。。。。。
除此之外,,,,,,在UL758-2010的第14章中也总结了简单的公式来确定短期老化温度。。。。。。。。如式1.2:
二、EN/IEC标准
在EN/IEC标准中,,,,,,很少像UL标准中那样看到额定温度(rating temperature),,,,,,取而代之的是导体长期工作温度(operation temperature)或者温度指数。。。。。。。。那么这两个温度有什么区别呢?
实际上,,,,,,在EN/IEC标准体系中,,,,,,对电缆的耐温等级的评价主要是按照EN 60216或IEC 60216来评价的。。。。。。。。此标准主要是评价绝缘材料的热寿命。。。。。。。。其评价方法是将材料在不同温度下进行老化试验,,,,,,以断裂伸长率的变化率为50%作为老化的终点,,,,,,得出材料在不同温度下的老化天数。。。。。。。。然后通过线性回归的方式将老化天数和老化温度做线性相关处理,,,,,,得出一个线性关系曲线。。。。。。。。然后根据电缆的寿命确定***高工作温度,,,,,,或者根据长期工作温度,,,,,,确定线缆的寿命。。。。。。。。
而温度指数,,,,,,就是指绝缘材料在热老化20000H后,,,,,,断裂伸长率的变化率为50%时,,,,,,所对应的温度。。。。。。。。以光伏电缆标准EN 50618:2014为例,,,,,,其电缆的设计寿命为25年,,,,,,长期工作温度为90℃,,,,,,而温度指数则是120℃。。。。。。。。绝缘材料的短期老化温度,,,,,,也是以上述线性关系推导出来的。。。。。。。。
所以,,,,,,EN 50618:2014中绝缘材料的老化温度为150℃。。。。。。。。这一老化温度和UL标准系列中额定温度为125℃的材料的老化温度158℃非常接近。。。。。。。。
通过上述分析不难看出,,,,,,同样的导体的长期工作温度,,,,,,由于电缆的设计寿命不同,,,,,,可能其要求的老化温度并不一样。。。。。。。。在同样的长期工作温度下,,,,,,电缆设计寿命越短,,,,,,绝缘材料的短期老化温度就可以要求的越低。。。。。。。。
例如在IEC 60502-1:2004中要求的XLPE绝缘料的长期***高工作温度为90℃,,,,,,而此材料的老化温度为135℃。。。。。。。。这里的135℃却和UL标准中额定温度为105℃的老化温度136℃很接近,,,,,,却和同样是长期***高工作温度同样为90℃的EN 50618:2014中绝缘的老化温度差很多。。。。。。。。尽管在60502-1:2004没有找到电缆的设计寿命,,,,,,但两种电缆的设计寿命肯定是不同的。。。。。。。。
三、国标及行业标准
我国的国家标准和行业标准在编制过程中,,,,,,很多内容是参考和借鉴了UL标准或EN/IEC标准。。。。。。。。但是由于是多方参考,,,,,,所以有些表述笔者认为是不准确的。。。。。。。。例如在GB/T 32129-2015、JB/T 10436-2004、JB/T 10491.1-2004中,,,,,,无论是材料还是电线,,,,,,其耐温等级都有90℃、105℃、125℃和150℃,,,,,,这明显是借鉴了UL的标准体系。。。。。。。。但是,,,,,,对于耐热的表述却是允许的导体长期***高工作温度。。。。。。。。这个耐热性的表述又明显参考IEC标准体系。。。。。。。。
在IEC标准体系中,,,,,,导体的长期***高工作温度应该和电缆的设计寿命关联,,,,,,可这些国标及行标中,,,,,,根本没有电缆寿命的表述。。。。。。。。所以这种“适用的电缆导体长期允许***高工作温度是90℃、105℃、125℃和150℃”的表述有待商榷。。。。。。。。
那么硅烷交联型XLPE能不能达到125℃的耐温等级呢?比较严谨回答应该是硅烷交联型XLPE可以达到UL标准中规定的125℃的额定温度,,,,,,因为在UL1581第40章的绝缘和护套材料总则中,,,,,,已经明确提出不对材料的化学成分做规定。。。。。。。。而XLPE导体的长期***高工作是否能达到125℃,,,,,,这和电缆的设计寿命及使用场合有关,,,,,,目前,,,,,,没有找到相关资料系统评价此材料的寿命。。。。。。。。通过短期老化来推测,,,,,,如果电缆的设计寿命是25年,,,,,,其允许的导体的长期***高温度肯定能大于90℃。。。。。。。。
在IEC标准中,,,,,,传统的电力电缆、建筑用线甚至太阳能电缆的设计导体长期***高工作温度都不会超过90℃,,,,,,但并不代表用于此类电缆的材料允许的长期***高工作温度不能大于90℃。。。。。。。。也不能说辐照交联料可以达到125℃的耐温等级,,,,,,而硅烷交联料不能达到125℃的耐温等级,,,,,,这样的表述是没有道理的。。。。。。。。
总之,,,,,,一个材料能否达到某个温度等级,,,,,,不能简单的回答是或不是,,,,,,而是要结合材料耐温等级的评价方法或者电缆的设计寿命来考虑的,,,,,,不能将几个标准体系混合着乱用。。。。。。。。
文章来源:长江有色金属网