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電纜壽命和(hé)使用期限差異之辯析
來源: | 作者:champzon | 發布時間: 1362天前 | 5066 次浏覽 | 分享到:
        有一(yī)建築工程類标準(下稱該标準),該标準中電纜采用輻照交聯聚乙烯為(wèi)絕緣材料。該标準将電纜按耐溫等級分為(wèi)電纜導體長(cháng)期最高(gāo)工作溫度分别為(wèi)90、105和(hé)125℃的(de)三類,而同時又定義并規定電纜壽命如(rú)下:“按照GB/T11026.1中規定的(de)試驗方法,采用阿累尼烏斯(Arrhenius)曲線推導出的(de)電纜的(de)使用年(nián)限(本标準中規定導體平均工作溫度70℃下的(de)正常使用壽命不小于70年(nián))。”
        該電纜壽命的(de)定義和(hé)規定與電纜按耐溫等級的(de)分類不一(yī)緻,這将導緻建築工程的(de)設計方、施工方、監理(lǐ)方和(hé)業主(用戶)等無所适從。人們不禁要問,該電纜的(de)實際使用溫度究竟取多少?
該電纜的(de)壽命定義和(hé)規定中的(de)阿累尼烏斯曲線表述不妥,應為(wèi)阿累尼烏斯圖。有關正确的(de)表述詳見IEC60216《電氣絕緣材料耐熱性》和(hé)IEEE98《絕緣材料熱評定試驗程序準備指南》标準的(de)有關規定。電纜壽命與溫度關系呈曲線,而阿累尼烏斯圖表示電纜壽命的(de)對數和(hé)絕對溫度的(de)倒數的(de)關系,通常其呈直線關系。
        在電纜壽命測試中,電纜壽命終點的(de)判定準則不同,所得電纜壽命結果即壽命時間的(de)長(cháng)短(duǎn)也不同。因此,在電纜産品的(de)壽命定義中必須明确電纜壽命終點的(de)判定準則。該标準中電纜的(de)壽命定義和(hé)規定缺少電纜壽命終點的(de)判定準則,這導緻電纜的(de)壽命的(de)意義缺少确定性;而正是這确定性乃是對定義的(de)最本質的(de)要求。
        該标準中電纜的(de)壽命定義和(hé)規定與學(xué)術上及标準和(hé)規範水平上電纜壽命真正的(de)意義不符,所提出的(de)所謂70年(nián)的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣電纜壽命實質上是個僞命題。切不能把通常習俗層面上的(de)所謂壽命與學(xué)術意義上嚴格定義的(de)壽命概念混淆起來了。
        由IEC60216/GB/T11026《電氣絕緣材料耐熱性》和(hé)IEEE98《絕緣材料熱評定試驗程序準備指南》标準的(de)規定可(kě)知,電纜壽命是指在其允許的(de)導體最高(gāo)工作溫度下的(de)最長(cháng)的(de)正常工作的(de)極限時間。在導體低(dī)于其允許的(de)導體最高(gāo)工作溫度的(de)某一(yī)溫度下的(de)最長(cháng)的(de)正常工作的(de)極限時間絕不能說是該電纜的(de)壽命,隻能說是該電纜在這一(yī)導體溫度下的(de)最長(cháng)的(de)正常工作的(de)極限時間或稱“使用期限”;顯然,其比上述電纜壽命時間要長(cháng)。在目前的(de)電纜材料的(de)技術水平下,人們尚未找到壽命能達到70年(nián)的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣材料。
        這樣,該标準上述所謂壽命定義中的(de)“壽命”兩字應改為(wèi)“使用期限”,而“壽命終點判定準則”應改為(wèi)“使用期限終點判定準則”。
轉到另一(yī)角度,從實用的(de)目的(de)出發考慮,人們或許可(kě)以猜測到該标準對電纜的(de)壽命所作的(de)的(de)上述定義和(hé)規定的(de)初衷。
        衆所周知,通常最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)70℃的(de)PVC絕緣電纜的(de)壽命大約為(wèi)25年(nián)左右,這樣将不可(kě)避免地(dì)在建築物通常70年(nián)的(de)壽命期內(nèi)更換電纜,這将增加工程後期的(de)電纜的(de)維護成本。
        但是,采用最高(gāo)導體工作溫度分别為(wèi)90、105和(hé)125℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣電纜代替上述PVC絕緣電纜并将前者的(de)導體的(de)工作溫度限制到70℃,這樣在相同工作負荷下前者的(de)導體截面将與PVC電纜相同。由于采用了綜合性能包括耐熱性能較好的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣材料,因此初始建設成本将有所上升。然而,另一(yī)方面,在目前國內(nèi)國外電纜材料的(de)技術水平下,交聯聚乙烯絕緣和(hé)聚烯烴絕緣這一(yī)類材料的(de)熱壽命通常為(wèi)20-40年(nián)(背景資料說明:很多電線電纜産品标準規定,其壽命終點取斷裂伸長(cháng)率保留率等于50%,但也不全然如(rú)此,例如(rú),有的(de)電線電纜産品标準規定取某一(yī)擊穿電壓要求為(wèi)其壽命終點)。如(rú)果沒有特殊的(de)需要,人們不會要求它們的(de)熱壽命要達到60年(nián)甚至70年(nián)。最高(gāo)導體工作溫度分别為(wèi)90、105和(hé)125℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣的(de)熱壽命通常也是20-40年(nián)。一(yī)個熱壽命為(wèi)20年(nián)的(de)最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)90℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣,根據熱壽命評定的(de)10℃規則推算,其在導體平均工作溫度70℃下的(de)正常使用期限能達到80年(nián)。熱壽命更長(cháng)的(de)的(de)最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)90℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣以及耐溫等級更高(gāo)的(de)最高(gāo)導體工作溫度分别為(wèi)105和(hé)125℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣,它們在導體平均工作溫度70℃下的(de)正常使用期限将更長(cháng)。也就是說,這些絕緣材料在導體平均工作溫度70℃下的(de)正常使用期限達到70年(nián)都不成問題。這将避免在70年(nián)的(de)建築物壽命期內(nèi)更換電纜,從而避免了更大的(de)投入和(hé)浪費。
        另一(yī)方面,如(rú)将輻照交聯聚乙烯絕緣電纜導體工作溫度提高(gāo)到其允許的(de)最高(gāo)導體工作溫度,在相同工作負荷下該電纜的(de)導體截面将比PVC絕緣電纜小得多,因此初始建設成本将降低(dī)。但是在目前的(de)電纜材料的(de)技術水平下,人們尚未找到壽命能達到70年(nián)輻照交聯聚乙烯絕緣材料,目前,最先進的(de)核電纜用的(de)交聯聚乙烯絕緣材料和(hé)聚烯烴絕緣材料的(de)壽命也不過是60年(nián)而已,而一(yī)般的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣的(de)壽命根本達不到70年(nián),因此這将不可(kě)避免地(dì)在建築物壽命期內(nèi)更換電纜,這将增加工程後期的(de)電纜的(de)維護投入。
        綜上所述,綜合平衡下來,取采用最高(gāo)導體工作溫度分别為(wèi)90、105和(hé)125℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣電纜代替最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)70℃的(de)PVC絕緣電纜并将其導體工作溫度限制到70℃的(de)方案是可(kě)取的(de),在經濟上是合算的(de),是實用的(de),盡管似乎有些大材小用。但是在這種情況下,決不能标榜說電纜的(de)壽命達到了70年(nián),而隻能說在70℃的(de)導體工作溫度下,電纜最長(cháng)的(de)正常工作的(de)極限時間或使用期限達到了70年(nián)而已。
        不過在這裏要提醒人們應該注意的(de)是,如(rú)上述所示,采用最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)90℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣電纜代替最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)70℃的(de)PVC絕緣電纜已足夠,沒有必要采用耐溫等級更高(gāo)最高(gāo)導體工作溫度為(wèi)105和(hé)125℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣電纜,因為(wèi)後者的(de)成本更高(gāo),當然其壽命裕度也更大。
        該标準規定電纜壽命評定試驗要求如(rú)下:最高(gāo)導體工作溫度分别為(wèi)90、105和(hé)125℃的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣電纜分别在165、170和(hé)180℃下老化168h,老化後材料的(de)斷裂伸長(cháng)率的(de)保留率不應小于50%。按該标準的(de)說法,如(rú)果通過了該試驗,則可(kě)認為(wèi)該電纜在導體平均工作溫度70℃下的(de)正常使用壽命(正确地(dì)說,應該是正常使用期限)不小于70年(nián)。
        在這裏必須指出的(de)是,在電纜技術中,為(wèi)達到同一(yī)目的(de)和(hé)目标,可(kě)以采用不同的(de)絕緣材料。為(wèi)驗證這些不同的(de)材料能否達到同一(yī)的(de)目的(de)和(hé)目标,很明顯,必須采用相同的(de)同一(yī)的(de)驗證方法。然而在本标準中,為(wèi)驗證最高(gāo)導體工作溫度分别為(wèi)90、105和(hé)125℃的(de)這三種不同的(de)輻照交聯聚乙烯絕緣材料在規定導體平均工作溫度70℃下的(de)正常使用年(nián)限是否能達到70年(nián),竟采用了三種嚴格程度相差十分懸殊的(de)老化驗證方法,這是令人無法理(lǐ)解的(de),是極其不合理(lǐ)的(de)。應通過試驗驗證在大量實驗數據的(de)基礎上确立一(yī)個統一(yī)實用的(de)有效的(de)的(de)評價各種輻照交聯聚乙烯絕緣材料在規定導體平均工作溫度70℃下是否能達到70年(nián)正常使用年(nián)限的(de)快速評定方法。不要把絕緣材料的(de)耐溫等級概念和(hé)實際使用中電纜導體平均工作溫度的(de)概念相混淆。
        該标準接着又規定:“如(rú)按上述規定評定壽命有異議,可(kě)采用如(rú)下方法進行仲裁,按GB/T11026.1規定的(de)方法進行,通過阿累尼烏斯(Arrhenius)曲線推導出導體70℃工作溫度下電纜的(de)的(de)使用壽命。”如(rú)上所述,該規定缺少電纜壽命終點的(de)判定準則(在這裏,正确地(dì)應理(lǐ)解為(wèi)電纜使用期限終點的(de)判定準則),因此從理(lǐ)論上說,這樣的(de)仲裁無法進行。因此标準必須明确規定電纜使用期限終點的(de)判定準則。如(rú)果規定了電纜使用期限終點的(de)判定準則,在這裏必須提醒的(de)是,按GB/T11026.1規定的(de)方法通過阿累尼烏斯(Arrhenius)圖去(qù)推導出導體70℃工作溫度下電纜的(de)的(de)使用期限,由于70℃這個工作溫度指标較低(dī),因此與工作溫度指标較高(gāo)的(de)情況相比将耗費更大量的(de)時間和(hé)人力物力。對于耐熱等級和(hé)最高(gāo)導體工作溫度更高(gāo)的(de)105和(hé)125℃的(de)這兩種輻照交聯聚乙烯絕緣材料來說更是如(rú)此。因此有關方在欲實施該仲裁試驗時應仔細斟酌投入成本是否合算,是否真的(de)有必要實施該仲裁試驗。還必須指出的(de)是,電纜構成材料(耐火層、絕緣、填充、隔離(lí)層和(hé)護套等)的(de)壽命特性應與電纜整體壽命的(de)要求相匹配。該标準沒有明确電纜整體壽命/使用期限和(hé)其構成材料的(de)壽命/使用期限之間的(de)異同以及相互關系;沒有明确規定如(rú)何從電纜構成材料的(de)壽命/使用期限去(qù)推斷電纜的(de)整體壽命/使用期限。此應進一(yī)步完善。
        最後要指出的(de)是,該标準對電纜壽命的(de)規定和(hé)對電纜載流量的(de)規定是相互矛盾的(de)。由IEC60287《電力電纜-額定電流的(de)計算》/JB/T10181《電纜載流量的(de)計算》和(hé)IEC60364-5-523/GB16895.15《建築物電氣裝置第5部分:電氣設備的(de)選擇和(hé)安裝第523節:布線系統載流量》标準的(de)規定可(kě)知,電纜的(de)載流量與電纜的(de)額定工作溫度即電纜導體允許的(de)最高(gāo)工作溫度相關。該建築工程類标準也在這樣的(de)技術背景下對電纜載流量進行了讨論,并給出了導體最高(gāo)溫度90℃時電纜的(de)載流量(不知出于何種考慮,該标準沒有給出導體最高(gāo)溫度105和(hé)125℃時電纜的(de)載流量),而該标準定義的(de)電纜壽命卻是導體平均工作溫度70℃下的(de)使用年(nián)限,兩者明顯相互抵觸,這将導緻建築工程的(de)設計方和(hé)施工方在選擇電纜的(de)種類、型号和(hé)規格(導體截面),在确定電纜的(de)工作溫度以及電纜的(de)載流量時無所适從。這樣,又回到了本文開始的(de)話題,即标準的(de)制定者必須面對有關方明确建築工程用輻照交聯聚乙烯絕緣電纜的(de)實際使用溫度究竟取多少。
        如(rú)果該标準明确電纜導體工作溫度為(wèi)70℃的(de)話,标準應給出導體溫度70℃下電纜的(de)傳輸容量以方便有關方選用電纜。
        結語:
        1)電纜壽命與電纜導體最高(gāo)允許溫度相關,在一(yī)定的(de)電纜壽命終點判定準則下,電纜壽命乃是電纜的(de)固有特性,不随電纜實際運行溫度的(de)變化而變化。
        2)當需要時電纜可(kě)在比其導體最高(gāo)允許溫度低(dī)的(de)某一(yī)溫度下長(cháng)期運行,當電纜性能劣化程度判定準則相同時,電纜在這一(yī)運行溫度下的(de)使用期限将明顯長(cháng)于上述的(de)電纜的(de)固有壽命。在這種情況下,宣稱電纜“所謂壽命”因此延長(cháng)到了多長(cháng)是沒有科學(xué)依據的(de);所謂70年(nián)的(de)電纜壽命的(de)提法實質上是個僞命題。