在電線電纜的設(shè)計、選材、生產(chǎn)、銷售過程中，往往碰到很多溫度參數(shù)，如90℃、105℃、125℃、150℃等。這些參數(shù)在行業(yè)中的通俗名稱都叫耐溫等級參數(shù)，那這些參數(shù)是怎么來的呢?同是90℃的耐溫等級的材料，為什么老化溫度不一樣呢?老化溫度和耐溫等級是什么關(guān)系?絕緣允許的導(dǎo)體長期最高工作溫度是怎么定義的?什么是溫度指數(shù)?什么是材料的額定溫度?硅烷交聯(lián)料能滿足125℃的耐溫等級嗎?
要回答上述問題，首先要了解標(biāo)準(zhǔn)體系，因為不同的標(biāo)準(zhǔn)體系對耐溫等級的定義是不同的。我們常見的標(biāo)準(zhǔn)體系主要有國家標(biāo)準(zhǔn)(及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、UL標(biāo)準(zhǔn)、EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)等。
由于國標(biāo)和行標(biāo)的編制，很多內(nèi)容是參考和借鑒了國際標(biāo)準(zhǔn)，因此我們先來看看UL標(biāo)準(zhǔn)或EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)對耐溫等級的規(guī)定。
1、UL標(biāo)準(zhǔn)
UL標(biāo)準(zhǔn)中，常見的耐溫等級是60℃、70℃、80℃、90℃、105℃、125℃和150℃。這些耐溫等級是怎么來呢?是導(dǎo)體的長期工作溫度嗎?實際上，這些所謂的耐溫等級，在UL標(biāo)準(zhǔn)中稱作額定溫度(rating temperature)。它并不是導(dǎo)體的長期工作溫度。
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(shù)的數(shù)據(jù)，然后再通過最小二乘法推算出老化天數(shù)和斷裂伸長率的線性關(guān)系，進(jìn)而依據(jù)此線性關(guān)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(rèn)為此材料可以達(dá)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(rèn)為此材料的額定溫度不能達(dá)到假定的額定溫度，需要重新假定一個額定溫度，繼續(xù)上述試驗。
由此可見，在UL標(biāo)準(zhǔn)體系中如果采用反推的方法可以這樣認(rèn)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(rèn)定此材料可以達(dá)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(dǎo)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)EN50618中，電纜的壽命設(shè)計為25年，UL標(biāo)準(zhǔn)中的額定溫度一般會比導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)系呢?在UL標(biāo)準(zhǔn)中，短期老化的溫度是靠材料的長期使用經(jīng)驗獲得的，但也總結(jié)了一些方法來確認(rèn)。如在UL2556-2007標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(jié)了簡單的公式來確定短期老化溫度。如式1.2：
2、EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)
在EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)中，很少像UL標(biāo)準(zhǔn)中那樣看到額定溫度(rating temperature)，取而代之的是導(dǎo)體長期工作溫度(operation temperature)或者溫度指數(shù)。那么這兩個溫度有什么區(qū)別呢?
實際上，在EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shù)。然后通過線性回歸的方式將老化天數(shù)和老化溫度做線性相關(guān)處理，得出一個線性關(guān)系曲線。然后根據(jù)電纜的壽命確定最高工作溫度，或者根據(jù)長期工作溫度，確定線纜的壽命。
而溫度指數(shù)，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(yīng)的溫度。以光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)EN 50618:2014為例，其電纜的設(shè)計壽命為25年，長期工作溫度為90℃，而溫度指數(shù)則是120℃。絕緣材料的短期老化溫度，也是以上述線性關(guān)系推導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體的長期工作溫度，由于電纜的設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計壽命，但兩種電纜的設(shè)計壽命肯定是不同的。
3、國標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
我國的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中，很多內(nèi)容是參考和借鑒了UL標(biāo)準(zhǔn)或EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)。但是由于是多方參考，所以有些表述筆者認(rèn)為是不準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)體系。但是，對于耐熱的表述卻是允許的導(dǎo)體長期最高工作溫度。這個耐熱性的表述又明顯參考IEC標(biāo)準(zhǔn)體系。
在IEC標(biāo)準(zhǔn)體系中，導(dǎo)體的長期最高工作溫度應(yīng)該和電纜的設(shè)計壽命關(guān)聯(lián)，可這些國標(biāo)及行標(biāo)中，根本沒有電纜壽命的表述。所以這種“適用的電纜導(dǎo)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(lián)型XLPE能不能達(dá)到125℃的耐溫等級呢?比較嚴(yán)謹(jǐn)回答應(yīng)該是硅烷交聯(lián)型XLPE可以達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的125℃的額定溫度，因為在UL1581第40章的絕緣和護(hù)套材料總則中，已經(jīng)明確提出不對材料的化學(xué)成分做規(guī)定。而XLPE導(dǎo)體的長期最高工作是否能達(dá)到125℃，這和電纜的設(shè)計壽命及使用場合有關(guān)，目前，沒有找到相關(guān)資料系統(tǒng)評價此材料的壽命。通過短期老化來推測，如果電纜的設(shè)計壽命是25年，其允許的導(dǎo)體的長期最高溫度肯定能大于90℃。
在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，傳統(tǒng)的電力電纜、建筑用線甚至太陽能電纜的設(shè)計導(dǎo)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(lián)料可以達(dá)到125℃的耐溫等級，而硅烷交聯(lián)料不能達(dá)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(dá)到某個溫度等級，不能簡單的回答是或不是，而是要結(jié)合材料耐溫等級的評價方法或者電纜的設(shè)計壽命來考慮的，不能將幾個標(biāo)準(zhǔn)體系混合著亂用。
