電線(xiàn)電纜的耐溫等級(jí)解析
在電線(xiàn)電纜的設(shè)計(jì)、選材、生產(chǎn)、銷(xiāo)售過(guò)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(chēng)都叫耐溫等級(jí)參數(shù)，那這些參數(shù)是怎么來(lái)的呢？同是90℃的耐溫等級(jí)的材料，為什么老化溫度不一樣呢？老化溫度和耐溫等級(jí)是什么關(guān)系？絕緣允許的導(dǎo)體長(zhǎng)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(mǎn)足125℃的耐溫等級(jí)嗎？
要回答上述問(wèn)題，首先要了解標(biāo)準(zhǔn)體系，因?yàn)椴煌臉?biāo)準(zhǔn)體系對(duì)耐溫等級(jí)的定義是不同的。我們常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)體系主要包括UL標(biāo)準(zhǔn)，EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)、行標(biāo)等。
一、UL標(biāo)準(zhǔn)
UL標(biāo)準(zhǔn)中，常見(jiàn)的耐溫等級(jí)是60℃、70℃、80℃、90℃、105℃、125℃和150℃。這些耐溫等級(jí)是怎么來(lái)呢？是導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度嗎？實(shí)際上，這些所謂的耐溫等級(jí)，在UL標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)作額定溫度（rating temperature）。它并不是導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度。
（一）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(lái)確定的（參見(jiàn)UL 2556-2007中4.3章材料長(zhǎng)期老化部分）。具體過(guò)程是先假定材料的一個(gè)耐溫等級(jí)，如105℃，然后按公式1.1計(jì)算出烘箱的測(cè)試溫度112℃，分別在這樣的測(cè)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(guò)最小二乘法推算出老化天數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)率的線(xiàn)性關(guān)系，進(jìn)而依據(jù)此線(xiàn)性關(guān)系推算在此烘箱溫度（112℃）下老化300天時(shí)的樣品斷裂伸長(zhǎng)率，如果斷裂伸長(zhǎng)率的變化率小于50%，則認(rèn)為此材料可以達(dá)到這個(gè)假定的額定溫度，如果斷裂伸長(zhǎng)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(gè)額定溫度，繼續(xù)上述試驗(yàn)。
由此可見(jiàn)，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(gè)材料在某溫度A℃下老化300天，其伸率變化率不超過(guò)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(zhǎng)期最高工作溫度。因?yàn)殚L(zhǎng)期最高工作溫度中的“長(zhǎng)期”實(shí)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(jì)算，如光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)EN50618中，電纜的壽命設(shè)計(jì)為25年，UL標(biāo)準(zhǔn)中的額定溫度一般會(huì)比導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作溫度高。
（二）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(jiàn)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(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)獲得的，但也總結(jié)了一些方法來(lái)確認(rèn)。如首先按照表1-1選擇一個(gè)額定溫度、老化溫度和老化時(shí)間。如果按照上述條件測(cè)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(lái)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(gè)等級(jí)。
二、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(zhǎng)期工作溫度（operation temperature）或者溫度指數(shù)。那么這兩個(gè)溫度有什么區(qū)別呢？
實(shí)際上，在EN/IEC標(biāo)準(zhǔn)體系中，對(duì)電纜的耐溫等級(jí)的評(píng)價(jià)主要是按照EN 60216或IEC 60216來(lái)評(píng)價(jià)的。此標(biāo)準(zhǔn)主要是評(píng)價(jià)絕緣材料的熱壽命。其評(píng)價(jià)方法是將材料在不同溫度下進(jìn)行老化試驗(yàn)，以斷裂伸長(zhǎng)率的變化率為50%作為老化的終點(diǎn)，得出材料在不同溫度下的老化天數(shù)。然后通過(guò)線(xiàn)性回歸的方式將老化天數(shù)和老化溫度做線(xiàn)性相關(guān)處理，得出一個(gè)線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)。然后根據(jù)電纜的壽命確定最高工作溫度，或者根據(jù)長(zhǎng)期工作溫度，確定線(xiàn)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(zhǎng)率的變化率為50%時(shí)，所對(duì)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(jì)壽命為25年，長(zhǎng)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(xiàn)性關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)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(guò)上述分析不難看出，同樣的導(dǎo)體的長(zhǎng)期工作溫度，由于電纜的設(shè)計(jì)壽命不同，可能其要求的老化溫度并不一樣。在同樣的長(zhǎng)期工作溫度下，電纜設(shè)計(jì)壽命越短，絕緣材料的短期老化溫度就可以要求的越低。
三、國(guó)標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)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 10491.1-2004中，無(wú)論是材料還是電線(xiàn)，其耐溫等級(jí)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(duì)于耐熱的表述卻是允許的導(dǎo)體長(zhǎng)期最高工作溫度。這個(gè)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(zhǎng)期最高工作溫度應(yīng)該和電纜的設(shè)計(jì)壽命關(guān)聯(lián)，可這些國(guó)標(biāo)及行標(biāo)中，根本沒(méi)有電纜壽命的表述。所以這種“適用的電纜導(dǎo)體長(zhǎng)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(jí)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?yàn)樵赨L1581第40章的絕緣和護(hù)套材料總則中，已經(jīng)明確提出不對(duì)材料的化學(xué)成分做規(guī)定。而XLPE導(dǎo)體的長(zhǎng)期最高工作是否能達(dá)到125℃，這和電纜的設(shè)計(jì)壽命及使用場(chǎng)合有關(guān)，目前，沒(méi)有找到相關(guān)資料系統(tǒng)評(píng)價(jià)此材料的壽命。通過(guò)短期老化來(lái)推測(cè)，如果電纜的設(shè)計(jì)壽命是25年，其允許的導(dǎo)體的長(zhǎng)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(xiàn)甚至太陽(yáng)能電纜的設(shè)計(jì)導(dǎo)體長(zhǎng)期最高工作溫度都不會(huì)超過(guò)90℃，但并不代表用于此類(lèi)電纜的材料允許的長(zhǎng)期最高工作溫度不能大于90℃。也不能說(shuō)輻照交聯(lián)料可以達(dá)到125℃的耐溫等級(jí)，而硅烷交聯(lián)料不能達(dá)到125℃的耐溫等級(jí)，這樣的表述是沒(méi)有道理的。
總之，一個(gè)材料能否達(dá)到某個(gè)溫度等級(jí)，不能簡(jiǎn)單的回答是或不是，而是要結(jié)合材料耐溫等級(jí)的評(píng)價(jià)方法或者電纜的設(shè)計(jì)壽命來(lái)考慮的，不能將幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系混合著亂用。
