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电缆耐温等级,在国标、美标、欧标中有何不同?
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电缆耐温等级,在国标、美标、欧标中有何不同?

2021-02-22 17:24:26 来源:线缆技术

【哔哥哔特导读】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最高工作温度是怎么定义的?

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最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?

电缆

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包括UL标准,EN/IEC标准、国标与行标等。

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,然后再通过最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。

电缆

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最高工作温度。因为长期最高工作温度中的“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最高工作温度高。

▍短期老化温度

材料的短期老化温度,即我们平常在标准中最常见的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。

电缆

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

电缆

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最高工作温度,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绝缘料的长期最高工作温度为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,却和同样是长期最高工作温度同样为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。

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最高工作温度。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,导体的长期最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最高工作温度是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导体的长期最高工作是否能达到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最高温度肯定能大于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最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最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。

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