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電纜壽命和使用期限差異之辯析
來源: | 作者:champzon | 發(fā)布時(shí)間: 1651天前 | 5928 次瀏覽 | 分享到:
        有一建筑工程類標(biāo)準(zhǔn)(下稱該標(biāo)準(zhǔn)),該標(biāo)準(zhǔn)中電纜采用輻照交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料。該標(biāo)準(zhǔn)將電纜按耐溫等級(jí)分為電纜導(dǎo)體長期最高工作溫度分別為90、105和125℃的三類,而同時(shí)又定義并規(guī)定電纜壽命如下:“按照GB/T11026.1中規(guī)定的試驗(yàn)方法,采用阿累尼烏斯(Arrhenius)曲線推導(dǎo)出的電纜的使用年限(本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的正常使用壽命不小于70年)。”
        該電纜壽命的定義和規(guī)定與電纜按耐溫等級(jí)的分類不一致,這將導(dǎo)致建筑工程的設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方和業(yè)主(用戶)等無所適從。人們不禁要問,該電纜的實(shí)際使用溫度究竟取多少?
該電纜的壽命定義和規(guī)定中的阿累尼烏斯曲線表述不妥,應(yīng)為阿累尼烏斯圖。有關(guān)正確的表述詳見IEC60216《電氣絕緣材料耐熱性》和IEEE98《絕緣材料熱評(píng)定試驗(yàn)程序準(zhǔn)備指南》標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。電纜壽命與溫度關(guān)系呈曲線,而阿累尼烏斯圖表示電纜壽命的對數(shù)和絕對溫度的倒數(shù)的關(guān)系,通常其呈直線關(guān)系。
        在電纜壽命測試中,電纜壽命終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則不同,所得電纜壽命結(jié)果即壽命時(shí)間的長短也不同。因此,在電纜產(chǎn)品的壽命定義中必須明確電纜壽命終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則。該標(biāo)準(zhǔn)中電纜的壽命定義和規(guī)定缺少電纜壽命終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則,這導(dǎo)致電纜的壽命的意義缺少確定性;而正是這確定性乃是對定義的最本質(zhì)的要求。
        該標(biāo)準(zhǔn)中電纜的壽命定義和規(guī)定與學(xué)術(shù)上及標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范水平上電纜壽命真正的意義不符,所提出的所謂70年的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜壽命實(shí)質(zhì)上是個(gè)偽命題。切不能把通常習(xí)俗層面上的所謂壽命與學(xué)術(shù)意義上嚴(yán)格定義的壽命概念混淆起來了。
        由IEC60216/GB/T11026《電氣絕緣材料耐熱性》和IEEE98《絕緣材料熱評(píng)定試驗(yàn)程序準(zhǔn)備指南》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定可知,電纜壽命是指在其允許的導(dǎo)體最高工作溫度下的最長的正常工作的極限時(shí)間。在導(dǎo)體低于其允許的導(dǎo)體最高工作溫度的某一溫度下的最長的正常工作的極限時(shí)間絕不能說是該電纜的壽命,只能說是該電纜在這一導(dǎo)體溫度下的最長的正常工作的極限時(shí)間或稱“使用期限”;顯然,其比上述電纜壽命時(shí)間要長。在目前的電纜材料的技術(shù)水平下,人們尚未找到壽命能達(dá)到70年的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣材料。
        這樣,該標(biāo)準(zhǔn)上述所謂壽命定義中的“壽命”兩字應(yīng)改為“使用期限”,而“壽命終點(diǎn)判定準(zhǔn)則”應(yīng)改為“使用期限終點(diǎn)判定準(zhǔn)則”。
轉(zhuǎn)到另一角度,從實(shí)用的目的出發(fā)考慮,人們或許可以猜測到該標(biāo)準(zhǔn)對電纜的壽命所作的的上述定義和規(guī)定的初衷。
        眾所周知,通常最高導(dǎo)體工作溫度為70℃的PVC絕緣電纜的壽命大約為25年左右,這樣將不可避免地在建筑物通常70年的壽命期內(nèi)更換電纜,這將增加工程后期的電纜的維護(hù)成本。
        但是,采用最高導(dǎo)體工作溫度分別為90、105和125℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜代替上述PVC絕緣電纜并將前者的導(dǎo)體的工作溫度限制到70℃,這樣在相同工作負(fù)荷下前者的導(dǎo)體截面將與PVC電纜相同。由于采用了綜合性能包括耐熱性能較好的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣材料,因此初始建設(shè)成本將有所上升。然而,另一方面,在目前國內(nèi)國外電纜材料的技術(shù)水平下,交聯(lián)聚乙烯絕緣和聚烯烴絕緣這一類材料的熱壽命通常為20-40年(背景資料說明:很多電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,其壽命終點(diǎn)取斷裂伸長率保留率等于50%,但也不全然如此,例如,有的電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取某一擊穿電壓要求為其壽命終點(diǎn))。如果沒有特殊的需要,人們不會(huì)要求它們的熱壽命要達(dá)到60年甚至70年。最高導(dǎo)體工作溫度分別為90、105和125℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣的熱壽命通常也是20-40年。一個(gè)熱壽命為20年的最高導(dǎo)體工作溫度為90℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣,根據(jù)熱壽命評(píng)定的10℃規(guī)則推算,其在導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的正常使用期限能達(dá)到80年。熱壽命更長的的最高導(dǎo)體工作溫度為90℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣以及耐溫等級(jí)更高的最高導(dǎo)體工作溫度分別為105和125℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣,它們在導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的正常使用期限將更長。也就是說,這些絕緣材料在導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的正常使用期限達(dá)到70年都不成問題。這將避免在70年的建筑物壽命期內(nèi)更換電纜,從而避免了更大的投入和浪費(fèi)。
        另一方面,如將輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜導(dǎo)體工作溫度提高到其允許的最高導(dǎo)體工作溫度,在相同工作負(fù)荷下該電纜的導(dǎo)體截面將比PVC絕緣電纜小得多,因此初始建設(shè)成本將降低。但是在目前的電纜材料的技術(shù)水平下,人們尚未找到壽命能達(dá)到70年輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣材料,目前,最先進(jìn)的核電纜用的交聯(lián)聚乙烯絕緣材料和聚烯烴絕緣材料的壽命也不過是60年而已,而一般的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣的壽命根本達(dá)不到70年,因此這將不可避免地在建筑物壽命期內(nèi)更換電纜,這將增加工程后期的電纜的維護(hù)投入。
        綜上所述,綜合平衡下來,取采用最高導(dǎo)體工作溫度分別為90、105和125℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜代替最高導(dǎo)體工作溫度為70℃的PVC絕緣電纜并將其導(dǎo)體工作溫度限制到70℃的方案是可取的,在經(jīng)濟(jì)上是合算的,是實(shí)用的,盡管似乎有些大材小用。但是在這種情況下,決不能標(biāo)榜說電纜的壽命達(dá)到了70年,而只能說在70℃的導(dǎo)體工作溫度下,電纜最長的正常工作的極限時(shí)間或使用期限達(dá)到了70年而已。
        不過在這里要提醒人們應(yīng)該注意的是,如上述所示,采用最高導(dǎo)體工作溫度為90℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜代替最高導(dǎo)體工作溫度為70℃的PVC絕緣電纜已足夠,沒有必要采用耐溫等級(jí)更高最高導(dǎo)體工作溫度為105和125℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜,因?yàn)楹笳叩某杀靖?,?dāng)然其壽命裕度也更大。
        該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電纜壽命評(píng)定試驗(yàn)要求如下:最高導(dǎo)體工作溫度分別為90、105和125℃的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜分別在165、170和180℃下老化168h,老化后材料的斷裂伸長率的保留率不應(yīng)小于50%。按該標(biāo)準(zhǔn)的說法,如果通過了該試驗(yàn),則可認(rèn)為該電纜在導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的正常使用壽命(正確地說,應(yīng)該是正常使用期限)不小于70年。
        在這里必須指出的是,在電纜技術(shù)中,為達(dá)到同一目的和目標(biāo),可以采用不同的絕緣材料。為驗(yàn)證這些不同的材料能否達(dá)到同一的目的和目標(biāo),很明顯,必須采用相同的同一的驗(yàn)證方法。然而在本標(biāo)準(zhǔn)中,為驗(yàn)證最高導(dǎo)體工作溫度分別為90、105和125℃的這三種不同的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣材料在規(guī)定導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的正常使用年限是否能達(dá)到70年,竟采用了三種嚴(yán)格程度相差十分懸殊的老化驗(yàn)證方法,這是令人無法理解的,是極其不合理的。應(yīng)通過試驗(yàn)驗(yàn)證在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確立一個(gè)統(tǒng)一實(shí)用的有效的的評(píng)價(jià)各種輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣材料在規(guī)定導(dǎo)體平均工作溫度70℃下是否能達(dá)到70年正常使用年限的快速評(píng)定方法。不要把絕緣材料的耐溫等級(jí)概念和實(shí)際使用中電纜導(dǎo)體平均工作溫度的概念相混淆。
        該標(biāo)準(zhǔn)接著又規(guī)定:“如按上述規(guī)定評(píng)定壽命有異議,可采用如下方法進(jìn)行仲裁,按GB/T11026.1規(guī)定的方法進(jìn)行,通過阿累尼烏斯(Arrhenius)曲線推導(dǎo)出導(dǎo)體70℃工作溫度下電纜的的使用壽命?!比缟纤?,該規(guī)定缺少電纜壽命終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則(在這里,正確地應(yīng)理解為電纜使用期限終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則),因此從理論上說,這樣的仲裁無法進(jìn)行。因此標(biāo)準(zhǔn)必須明確規(guī)定電纜使用期限終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則。如果規(guī)定了電纜使用期限終點(diǎn)的判定準(zhǔn)則,在這里必須提醒的是,按GB/T11026.1規(guī)定的方法通過阿累尼烏斯(Arrhenius)圖去推導(dǎo)出導(dǎo)體70℃工作溫度下電纜的的使用期限,由于70℃這個(gè)工作溫度指標(biāo)較低,因此與工作溫度指標(biāo)較高的情況相比將耗費(fèi)更大量的時(shí)間和人力物力。對于耐熱等級(jí)和最高導(dǎo)體工作溫度更高的105和125℃的這兩種輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣材料來說更是如此。因此有關(guān)方在欲實(shí)施該仲裁試驗(yàn)時(shí)應(yīng)仔細(xì)斟酌投入成本是否合算,是否真的有必要實(shí)施該仲裁試驗(yàn)。還必須指出的是,電纜構(gòu)成材料(耐火層、絕緣、填充、隔離層和護(hù)套等)的壽命特性應(yīng)與電纜整體壽命的要求相匹配。該標(biāo)準(zhǔn)沒有明確電纜整體壽命/使用期限和其構(gòu)成材料的壽命/使用期限之間的異同以及相互關(guān)系;沒有明確規(guī)定如何從電纜構(gòu)成材料的壽命/使用期限去推斷電纜的整體壽命/使用期限。此應(yīng)進(jìn)一步完善。
        最后要指出的是,該標(biāo)準(zhǔn)對電纜壽命的規(guī)定和對電纜載流量的規(guī)定是相互矛盾的。由IEC60287《電力電纜-額定電流的計(jì)算》/JB/T10181《電纜載流量的計(jì)算》和IEC60364-5-523/GB16895.15《建筑物電氣裝置第5部分:電氣設(shè)備的選擇和安裝第523節(jié):布線系統(tǒng)載流量》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定可知,電纜的載流量與電纜的額定工作溫度即電纜導(dǎo)體允許的最高工作溫度相關(guān)。該建筑工程類標(biāo)準(zhǔn)也在這樣的技術(shù)背景下對電纜載流量進(jìn)行了討論,并給出了導(dǎo)體最高溫度90℃時(shí)電纜的載流量(不知出于何種考慮,該標(biāo)準(zhǔn)沒有給出導(dǎo)體最高溫度105和125℃時(shí)電纜的載流量),而該標(biāo)準(zhǔn)定義的電纜壽命卻是導(dǎo)體平均工作溫度70℃下的使用年限,兩者明顯相互抵觸,這將導(dǎo)致建筑工程的設(shè)計(jì)方和施工方在選擇電纜的種類、型號(hào)和規(guī)格(導(dǎo)體截面),在確定電纜的工作溫度以及電纜的載流量時(shí)無所適從。這樣,又回到了本文開始的話題,即標(biāo)準(zhǔn)的制定者必須面對有關(guān)方明確建筑工程用輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的實(shí)際使用溫度究竟取多少。
        如果該標(biāo)準(zhǔn)明確電纜導(dǎo)體工作溫度為70℃的話,標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)給出導(dǎo)體溫度70℃下電纜的傳輸容量以方便有關(guān)方選用電纜。
        結(jié)語:
        1)電纜壽命與電纜導(dǎo)體最高允許溫度相關(guān),在一定的電纜壽命終點(diǎn)判定準(zhǔn)則下,電纜壽命乃是電纜的固有特性,不隨電纜實(shí)際運(yùn)行溫度的變化而變化。
        2)當(dāng)需要時(shí)電纜可在比其導(dǎo)體最高允許溫度低的某一溫度下長期運(yùn)行,當(dāng)電纜性能劣化程度判定準(zhǔn)則相同時(shí),電纜在這一運(yùn)行溫度下的使用期限將明顯長于上述的電纜的固有壽命。在這種情況下,宣稱電纜“所謂壽命”因此延長到了多長是沒有科學(xué)依據(jù)的;所謂70年的電纜壽命的提法實(shí)質(zhì)上是個(gè)偽命題。