בתהליך התכנון, בחירת החומר, הייצור והמכירה של חוטים וכבלים, נתקלים לעתים קרובות בפרמטרים רבים של טמפרטורה, כגון 90 מעלות, 105 מעלות, 125 מעלות, 150 מעלות וכו'. פרמטרים אלו מכונים בדרך כלל פרמטרים של רמת עמידות בטמפרטורה בתעשייה. אז איך פרמטרים אלו נוצרו? מדוע לחומרים בעלי רמת עמידות לטמפרטורה של 90 מעלות יש טמפרטורות התיישנות שונות? מה הקשר בין טמפרטורת ההזדקנות לרמת ההתנגדות לטמפרטורה? מהי ההגדרה של טמפרטורת הפעולה המקסימלית-לטווח ארוך המותרת עבור מוליכים עם בידוד? מהו מדד הטמפרטורה? מהי הטמפרטורה המדורגת של החומר? האם חומר צולב סילאן יכול לעמוד ברמת עמידות הטמפרטורה של 125 מעלות?
1, תקן UL
בתקני UL, רמות ההתנגדות הנפוצות לטמפרטורה הן 60 מעלות, 70 מעלות, 80 מעלות, 90 מעלות, 105 מעלות, 125 מעלות ו-150 מעלות. כיצד נוצרו רמות ההתנגדות הללו לטמפרטורה? האם זוהי טמפרטורת הפעולה-לטווח ארוך של המוליך? למעשה, רמות ההתנגדות לטמפרטורה האלו- מכונות טמפרטורה מדורגת בתקני UL. זו לא טמפרטורת הפעולה-לטווח ארוך של המוליך.
(1) טמפרטורת עבודה מדורגת
אישור הטמפרטורה המדורגת בתקני UL נקבע על פי נוסחה 1.1 (ראה פרק 4.3 הזדקנות לטווח ארוך של חומרים ב-UL 2556-2007). התהליך הספציפי הוא להניח תחילה רמת עמידות בטמפרטורה של החומר, כגון 105 מעלות, ולאחר מכן לחשב את טמפרטורת הבדיקה של התנור ב-112 מעלות לפי נוסחה 1.1. הדגימות ממוקמות בטמפרטורות בדיקה אלו למשך 90 ימים, 120 ימים ו-150 ימים, בהתאמה, כדי לקבל נתונים על קצב שינויי ההתארכות וימי ההזדקנות של הדגימות. לאחר מכן, היחס הליניארי בין ימי ההזדקנות להתארכות בהפסקה מחושב בשיטת הריבועים הקטנים ביותר. בהתבסס על קשר ליניארי זה, מחושבת ההתארכות בהפסקה של הדגימות שהתיישנו במשך 300 ימים בטמפרטורת התנור הזו (112 מעלות). אם קצב השינוי בהתארכות בשבירה הוא פחות מ-50%, נחשב שהחומר יכול להגיע לטמפרטורה מדורגת זו המשוערת. אם קצב השינוי בהתארכות בשבירה גדול מ-50%, נחשב שהטמפרטורה המדורגת של החומר אינה יכולה להגיע לטמפרטורה המדורגת המשוערת ויש להניח אותה מחדש. המשך בניסוי לעיל בטמפרטורה מדורגת.
במערכת הסטנדרטית UL, אם נעשה שימוש בשיטת החישוב ההפוכה, ניתן לשקול זאת כדלקמן: חומר מיושן במשך 300 ימים בטמפרטורה מסוימת A מעלות, ושיעור שינוי ההתארכות שלו אינו עולה על 50%. לאחר מכן, הטמפרטורה A מופחתת ב-5.463, ולאחר מכן מחלקים ב-1.02 כדי לקבל את הטמפרטורה B מעלות. זה מצביע על כך שהחומר יכול להגיע לטמפרטורה המדורגת של טמפרטורה B מעלות. טמפרטורה מדורגת זו אינה בשום אופן -טמפרטורת הפעולה המקסימלית המותרת על ידי שכבת הבידוד של המוליך. מכיוון ש"לטווח הארוך" בטווח הארוך-טמפרטורת העבודה המקסימלית צריכה להתייחס למעשה לתוחלת החיים של הכבל בטמפרטורת עבודה זו, המחושבת לפחות בשנים. לדוגמה, בתקן הכבלים הפוטו-וולטאיים EN50618, תוחלת החיים של הכבל מתוכננת להיות 25 שנים, והטמפרטורה המדורגת בתקני UL גבוהה בדרך כלל מטמפרטורת העבודה המקסימלית של המוליך-לטווח ארוך.
(2) טמפרטורת הזדקנות לטווח קצר
טמפרטורת ההזדקנות הקצרה- של החומר, שהיא השכיחה ביותר 7 ימים, 10 ימים וכו' בתקן, כגון חומר של 105 מעלות, מצב ההזדקנות הוא 136 מעלות x 7 ימים. מה הקשר בין זה לבין הטמפרטורה המדורגת? בתקני UL, הטמפרטורה להזדקנות קצרת-מתקבלת על סמך חווית השימוש-לטווח הארוך בחומר, אך גם כמה שיטות סוכמו כדי לאשר זאת. ראשית, בחר טמפרטורה מדורגת, טמפרטורת יישון וזמן יישון. אם שיעור שינוי ההתארכות של החומר שנבדק בתנאים הנ"ל לאחר היישון גדול מ-50%, נחשב שניתן לקבוע את טמפרטורת ההזדקנות של חומר זה בהתאם למצב זה. אם קצב שינוי ההתארכות גדול מ-50%, הטמפרטורה המדורגת וטמפרטורת ההזדקנות הקצרה- של החומר יורדת ברמה אחת.
2, תקני EN/IEC
בתקני EN/IEC, נדיר לראות את הטמפרטורה המדורגת כמו בתקני UL. במקום זאת, נעשה שימוש בטמפרטורת הפעולה או באינדקס הטמפרטורה-לטווח ארוך של המוליך. אז מה ההבדל בין שתי הטמפרטורות הללו?
במערכת התקן EN/IEC, הערכת רמת ההתנגדות לטמפרטורה של כבלים מבוססת בעיקר על EN 60216 או IEC 60216. תקן זה מעריך בעיקר את אורך החיים התרמי של חומרי בידוד. שיטת ההערכה היא ביצוע בדיקות יישון של החומר בטמפרטורות שונות, עם קצב שינוי של 50% בהתארכות בשבירה כנקודת הסיום של היישון, כדי לקבל את מספר ימי התיישנות של החומר בטמפרטורות שונות. לאחר מכן, באמצעות רגרסיה ליניארית, ימי ההזדקנות וטמפרטורת ההזדקנות נמצאים בקורלציה ליניארית כדי לקבל עקומת קשר ליניארית. לאחר מכן קבע את טמפרטורת ההפעלה המקסימלית בהתבסס על תוחלת החיים של הכבל, או קבע את תוחלת החיים של הכבל על סמך טמפרטורת ההפעלה -לטווח ארוך. מדד הטמפרטורה מתייחס לטמפרטורה שבה קצב השינוי של ההתארכות בשבירה של חומר הבידוד לאחר התיישנות תרמית למשך 20000 שעות הוא 50%. אם ניקח לדוגמא את תקן הכבלים הפוטו-וולטאיים EN 50618:2014, חיי התכנון של הכבל הם 25 שנים, עם טמפרטורת הפעלה -לטווח ארוך של 90 מעלות ואינדקס טמפרטורה של 120 מעלות. טמפרטורת ההזדקנות הקצרה- של חומרי בידוד נגזרת גם מהקשר הליניארי לעיל. אז, טמפרטורת ההזדקנות של חומרי בידוד ב-EN 50618:2014 היא 150 מעלות. טמפרטורת יישון זו קרובה מאוד לטמפרטורת היישון של 158 מעלות עבור חומרים עם טמפרטורה מדורגת של 125 מעלות בסדרת תקן UL.
טמפרטורת הפעולה-לטווח הארוך של אותו מוליך עשויה לדרוש טמפרטורות התיישנות שונות עקב משך החיים השונים של הכבלים. באותה טמפרטורת הפעלה לטווח ארוך, ככל שחיי התכנון של הכבל קצרים יותר, כך טמפרטורת ההזדקנות הקצרה של חומר הבידוד נמוכה יותר.
3, תקנים לאומיים ותעשייתיים
בתהליך גיבוש התקנים הלאומיים והתעשייתיים בארצנו, תכנים רבים מבוססים ומושאלים מתקני UL או תקני EN/IEC. לדוגמה, ב-GB/T 32129-2015 וב-JB/T 10491.1-2004, גם לחומרים וגם לחוטים יש רמות התנגדות לטמפרטורה של 90 מעלות, 105 מעלות, 125 מעלות ו-150 מעלות, מה שמבוסס בבירור על המערכת הסטנדרטית של UL. עם זאת, התיאור של עמידות בחום הוא טמפרטורת הפעולה המקסימלית המותרת לטווח ארוך עבור מוליכים. הביטוי של עמידות בחום מתייחס בבירור למערכת התקן של חברת החשמל.
