ما هي الاختلافات بين مستويات مقاومة درجات الحرارة للكابلات في المعايير الوطنية والمعايير الأمريكية والمعايير الأوروبية؟
في عملية التصميم واختيار المواد والإنتاج والبيع للأسلاك والكابلات، غالبًا ما تتم مواجهة العديد من معلمات درجة الحرارة، مثل 90 درجة، 105 درجة، 125 درجة، 150 درجة، وما إلى ذلك. تسمى الأسماء الشائعة لهذه المعلمات في الصناعة معلمات درجة مقاومة درجات الحرارة. إذن من أين تأتي هذه المعلمات؟ كلتا المادتين تتمتعان بدرجة مقاومة لدرجة الحرارة تبلغ 90 درجة، فلماذا تختلف درجات حرارة التقادم لديهما؟ ما هي درجة حرارة الشيخوخة ودرجة مقاومة درجات الحرارة؟ علاقة؟ كيف يتم تحديد درجة حرارة التشغيل القصوى على المدى الطويل للموصل التي يسمح بها العزل؟ ما هو مؤشر درجة الحرارة؟ ما هي درجة الحرارة المقدرة للمادة؟ هل يمكن للمواد السيلانية المترابطة أن تلبي مستوى مقاومة درجة الحرارة البالغ 125 درجة؟
للإجابة على الأسئلة المذكورة أعلاه، يجب علينا أولاً أن نفهم النظام القياسي، لأن الأنظمة القياسية المختلفة لها تعريفات مختلفة لمستويات مقاومة درجات الحرارة. تتضمن أنظمتنا القياسية المشتركة بشكل أساسي المعايير الوطنية (ومعايير الصناعة)، ومعايير UL، ومعايير EN/IEC، وما إلى ذلك.
منذ تجميع المعايير الوطنية ومعايير الصناعة، يعتمد الكثير من المحتوى على الإشارة إلى المعايير الدولية، لذلك دعونا نلقي نظرة أولاً على اللوائح المتعلقة بمستويات مقاومة درجات الحرارة في معايير UL أو معايير EN/IEC.
1. معيار أول
في معيار UL، درجات مقاومة درجات الحرارة الشائعة هي 60 درجة، 70 درجة، 80 درجة، 90 درجة، 105 درجة، 125 درجة و 150 درجة. من أين تأتي مستويات مقاومة درجات الحرارة هذه؟ هل هي درجة حرارة التشغيل طويلة المدى للموصل؟ في الواقع، ما يسمى بمستويات مقاومة درجات الحرارة تسمى درجات الحرارة المقدرة في معيار UL. إنها ليست درجة حرارة التشغيل طويلة المدى للموصل.
درجة حرارة التشغيل المقدرة
يتم تحديد تأكيد درجة الحرارة المقدرة في معيار UL وفقًا للصيغة 1.1 (انظر الفصل 4.3 التقادم طويل المدى للمواد في UL 2556-2007). تتمثل العملية المحددة أولاً في افتراض مستوى مقاومة درجة الحرارة للمادة، مثل 105 درجة، ثم حساب درجة حرارة اختبار الفرن 112 درجة وفقًا للصيغة 1.1. يتم وضع العينات في درجات حرارة الاختبار هذه لمدة 90 يومًا و120 يومًا و150 يومًا للحصول على العينات. يتم بعد ذلك استخدام بيانات معدل تغير الاستطالة وأيام التعتيق لحساب العلاقة الخطية بين أيام التقادم والاستطالة عند الاختراق بطريقة المربعات الصغرى، ثم بناءً على هذه العلاقة الخطية، يبلغ عمر العينة 300 يوم عند درجة حرارة الفرن هذه (112 درجة) يتم حسابها. استطالة عند الكسر.
إذا كان معدل تغير الاستطالة عند الكسر أقل من 50%، فيعتبر أن المادة يمكن أن تصل إلى درجة الحرارة المقدرة المفترضة. إذا كان معدل تغير الاستطالة عند الكسر أكبر من 50%، فإنه يعتبر أن درجة الحرارة المقدرة للمادة لا يمكن أن تصل إلى درجة الحرارة المقدرة المفترضة. من الضروري إعادة افتراض درجة الحرارة المقدرة ومواصلة الاختبار أعلاه.
يمكن ملاحظة أنه في نظام UL القياسي، إذا تم استخدام الطريقة العكسية، فيمكن اعتبارها على النحو التالي: عندما يتم عمر المادة لمدة 300 يوم عند درجة حرارة معينة درجة مئوية، فإن معدل تغير الاستطالة لا يتجاوز 50٪. ثم اطرح 5.463 من درجة الحرارة A، ثم اقسمها على 1.02 لتحصل على درجة الحرارة B. ويمكن تحديد أن هذه المادة يمكن أن تصل إلى درجة الحرارة المقدرة لدرجة الحرارة B درجة.
درجة الحرارة المقدرة هذه ليست بأي حال من الأحوال درجة حرارة التشغيل القصوى للموصل على المدى الطويل التي تسمح بها الطبقة العازلة. لأن "المدى الطويل" في درجة حرارة التشغيل القصوى على المدى الطويل يجب أن يكون في الواقع عمر الكابل عند درجة حرارة التشغيل هذه، والتي يجب حسابها بالسنوات على الأقل. على سبيل المثال، في معيار الكابلات الضوئية EN50618، تم تصميم عمر الكابل ليكون 25 عامًا، وفي معيار UL ستكون درجة الحرارة المقدرة بشكل عام أعلى من درجة حرارة التشغيل القصوى للموصل على المدى الطويل.
درجة حرارة الشيخوخة على المدى القصير
درجة حرارة التقادم قصيرة المدى للمواد هي الأكثر شيوعًا وهي 7 أيام، 10 أيام، وما إلى ذلك في معاييرنا. على سبيل المثال، بالنسبة للمادة عند 105 درجة، تكون حالة التقادم 136 درجة × 7 أيام. إذن ما هي العلاقة بين هذا ودرجة الحرارة المقدرة؟ في معيار UL، يتم الحصول على درجة حرارة التعتيق قصيرة المدى بناءً على تجربة الاستخدام طويل المدى للمادة، ولكن يتم أيضًا تلخيص بعض الطرق للتأكيد. على سبيل المثال، يتم تحديد درجة حرارة التعمير قصيرة المدى للمادة في الفصل 4.3.5.6 والملحق د من معيار UL2556-2007. أولاً، حدد درجة الحرارة المقدرة ودرجة حرارة التعتيق ووقت التعتيق وفقًا للجدول 1-1.
إذا كان معدل تغير استطالة المادة التي تم اختبارها وفقا للشروط المذكورة أعلاه بعد التعتيق أكبر من 50%، فيعتبر أنه يمكن تحديد المادة وفقا لهذا الشرط. إذا كان معدل تغير الاستطالة أكبر من 50%، فإن درجة الحرارة المقدرة والشيخوخة قصيرة المدى للمادة يجب أن تنخفض درجة الحرارة بمقدار مستوى واحد.
بالإضافة إلى ذلك، تم أيضًا تلخيص معادلة بسيطة لتحديد درجة حرارة الشيخوخة قصيرة المدى في الفصل 14 من UL758-2010. مثل الصيغة 1.2:
2. معايير EN/IEC
في معايير EN/IEC، من النادر رؤية درجة الحرارة المقدرة (درجة الحرارة المقدرة) كما هو الحال في معيار UL. وبدلاً من ذلك، فهي درجة حرارة التشغيل طويلة المدى للموصل (درجة حرارة التشغيل) أو مؤشر درجة الحرارة. إذن ما هو الفرق بين درجتي الحرارة هاتين؟
في الواقع، في النظام القياسي EN/IEC، يعتمد تقييم مستوى مقاومة الكابلات لدرجة الحرارة بشكل أساسي على EN 60216 أو IEC 60216. ويقيم هذا المعيار بشكل أساسي العمر الحراري للمواد العازلة. تتمثل طريقة التقييم في إجراء اختبارات التقادم على المواد عند درجات حرارة مختلفة، واستخدام معدل تغير قدره 50% في الاستطالة عند الكسر كنقطة نهاية للتقادم للحصول على عدد أيام تقادم المادة عند درجات حرارة مختلفة. ثم يتم ربط أيام الشيخوخة ودرجة حرارة الشيخوخة خطيًا من خلال الانحدار الخطي للحصول على منحنى العلاقة الخطية. ثم حدد درجة حرارة التشغيل القصوى بناءً على عمر الكابل، أو حدد عمر الكابل بناءً على درجة حرارة التشغيل طويلة المدى.
يشير مؤشر درجة الحرارة إلى درجة الحرارة المقابلة لمعدل تغير الاستطالة عند كسر المادة العازلة بنسبة 50% بعد التعمير الحراري لمدة 20,000 ساعة. بأخذ معيار الكابلات الضوئية EN 50618:2014 كمثال، يبلغ عمر تصميم الكابل 25 عامًا، ودرجة حرارة التشغيل طويلة المدى 90 درجة، ومؤشر درجة الحرارة 120 درجة. يتم أيضًا اشتقاق درجة حرارة التعمير قصيرة المدى للمواد العازلة من العلاقة الخطية المذكورة أعلاه.
ولذلك، فإن درجة حرارة التعتيق للمواد العازلة في EN 50618:2014 هي 150 درجة. درجة حرارة التعتيق هذه قريبة جدًا من درجة حرارة التعتيق البالغة 158 درجة للمواد المصنفة عند 125 درجة في سلسلة UL القياسية.
من التحليل أعلاه، ليس من الصعب أن نرى أن درجة حرارة التشغيل طويلة المدى لنفس الموصل قد يكون لها درجات حرارة تقادم مطلوبة مختلفة بسبب اختلاف عمر التصميم للكابل. تحت نفس درجة حرارة التشغيل على المدى الطويل، كلما كان عمر تصميم الكابل أقصر، كلما انخفضت درجة حرارة الشيخوخة قصيرة المدى للمواد العازلة.
على سبيل المثال، درجة حرارة التشغيل القصوى طويلة المدى لمواد العزل XLPE المطلوبة في IEC 60502-1:2004 هي 90 درجة، ودرجة حرارة تقادم هذه المادة هي 135 درجة. درجة 135 هنا قريبة جدًا من درجة حرارة التعتيق البالغة 136 درجة مع درجة حرارة مقدرة تبلغ 105 درجة في معيار UL، ولكنها تختلف كثيرًا عن درجة حرارة التعتيق للعزل في EN 50618:2014، والتي لها نفس المدى الطويل أقصى درجة حرارة التشغيل 90 درجة. على الرغم من عدم العثور على العمر التصميمي للكابل في 60502-1:2004، إلا أن العمر التصميمي للكبلين مختلف بالتأكيد.
3. المعايير الوطنية ومعايير الصناعة
في عملية إعداد المعايير الوطنية ومعايير الصناعة في بلدي، تعتمد العديد من المحتويات على معايير UL أو معايير EN/IEC. ومع ذلك، نظرًا لأنه يعتمد على مراجع متعددة، أعتقد أن بعض البيانات غير دقيقة. على سبيل المثال، في GB/T 32129-2015، وJB/T 10436-2004، وJB/T 10491.1-2004، تتمتع كل من المواد والأسلاك بمستويات مقاومة لدرجة الحرارة تبلغ 90 درجة، 105 درجة، 125 درجة، و 150 درجة. و هذا واضح. يعتمد على نظام UL القياسي. ومع ذلك، فإن التعبير عن مقاومة الحرارة هو أقصى درجة حرارة تشغيل طويلة المدى مسموح بها للموصل. يشير هذا التعبير عن مقاومة الحرارة بوضوح إلى نظام معايير IEC.
في النظام القياسي IEC، يجب أن تكون درجة حرارة التشغيل القصوى للموصل على المدى الطويل مرتبطة بالعمر التصميمي للكابل. ومع ذلك، لا يوجد تعبير عن عمر الكابل في هذه المعايير الوطنية والصناعية. لذلك، فإن العبارة التي تقول "إن الحد الأقصى لدرجات حرارة التشغيل طويلة المدى لموصلات الكابلات هي 90 درجة، 105 درجة، 125 درجة و150 درجة" مفتوحة للتساؤل.
فهل يمكن لـ XLPE المرتبط بالسيلان أن يصل إلى مستوى مقاومة درجة الحرارة البالغ 125 درجة؟ يجب أن تكون الإجابة الأكثر صرامة هي أن XLPE المرتبط بالسيلان يمكن أن يصل إلى درجة الحرارة المقدرة البالغة 125 درجة المحددة في معيار UL، لأن متطلبات العزل والحماية في الفصل 40 من UL1581 في مجموعة المبادئ العامة للمواد، تم توضيحها بوضوح وذكر أنه لن يتم تحديد التركيب الكيميائي للمواد. ما إذا كان الحد الأقصى للتشغيل طويل المدى لموصلات XLPE يمكن أن يصل إلى 125 درجة يرتبط بعمر تصميم الكابل ومناسبة الاستخدام. حاليًا، لم يتم العثور على معلومات ذات صلة لإجراء تقييم منهجي لحياة هذه المادة. يمكن الاستدلال من التقادم قصير المدى أنه إذا كان العمر التصميمي للكابل هو 25 عامًا، فإن درجة الحرارة القصوى المسموح بها على المدى الطويل للموصل يجب أن تكون أكبر من 90 درجة.
في معيار IEC، لن تتجاوز درجة حرارة التشغيل القصوى على المدى الطويل للموصلات المصممة لكابلات الطاقة التقليدية وأسلاك البناء وحتى كابلات الطاقة الشمسية 90 درجة، لكن هذا لا يعني أن درجة حرارة التشغيل القصوى على المدى الطويل التي تسمح بها المواد المستخدمة لمثل هذه الكابلات لا يمكن أن تتجاوز 90 درجة. درجة . لا يمكن القول أن المواد المترابطة بالإشعاع يمكن أن تصل إلى مستوى مقاومة لدرجة الحرارة يبلغ 125 درجة، في حين أن المواد المترابطة السيلانية لا يمكن أن تصل إلى مستوى مقاومة لدرجة الحرارة يبلغ 125 درجة. هذا البيان غير معقول.
باختصار، ما إذا كانت المادة يمكن أن تصل إلى مستوى معين من درجة الحرارة لا يمكن الإجابة عليه ببساطة بنعم أو لا، ولكن يجب أخذها في الاعتبار جنبًا إلى جنب مع طريقة تقييم مستوى مقاومة درجة حرارة المادة أو العمر التصميمي للكابل. لا يمكن خلط العديد من الأنظمة القياسية واستخدامها بشكل عشوائي.
