電纜的耐溫等級，在國標、美標、歐標中有啥不同？
發布時間：
2023-09-25
在電線電纜的設計、選材、生產、銷售過程中，往往碰到很多溫度參數，如90℃、105℃、125℃、150℃等。這些參數在行業中的通俗名稱都叫耐溫等級參數，那這些參數是怎么來的呢?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系?絕緣允許的導體長期最高工作溫度是怎么定義的?什么是溫度指數?什么是材料的額定溫度?硅烷交聯料能滿足125℃的耐溫等級嗎?
在電線電纜的設計、選材、生產、銷售過程中，往往碰到很多溫度參數，如90℃、105℃、125℃、150℃等。這些參數在行業中的通俗名稱都叫耐溫等級參數，那這些參數是怎么來的呢?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系?絕緣允許的導體長期最高工作溫度是怎么定義的?什么是溫度指數?什么是材料的額定溫度?硅烷交聯料能滿足125℃的耐溫等級嗎?
要回答上述問題，首先要了解標準體系，因為不同的標準體系對耐溫等級的定義是不同的。我們常見的標準體系主要有國家標準(及行業標準)、UL標準、EN/IEC標準等。
由于國標和行標的編制，很多內容是參考和借鑒了國際標準，因此我們先來看看UL標準或EN/IEC標準對耐溫等級的規定。
1、UL標準
UL標準中，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?是導體的長期工作溫度嗎?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。如式1.2：
2、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。
3、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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