Тривалість життя нагрівальних кабелів
Майже все, чи то мобільні телефони, чи то автомобілі, чи то поїзди, чи то літаки, чи то будівлі, чи то тунелі, чи то мости, мають розрахунковий термін служби. Ми часто стривожені тривалістю роботи свого мобільного телефону, але ми ніколи не замислимося, коли їздимо через міст, збудований понад 50 років тому, або літаємо в 30-річному комерційному літаку. Як багато необхідно, щоб забезпечити ефективне і надійне обслуговування в очікуваному навколишньому середовищі матеріалів, обладнання та машин.
Електричні кабелі не вирізняються і мають корисний термін служби конструкції в певних умовах, але на відміну від багатьох інших компонентів, електричні кабелі залишаються основними артеріями або нервовими зв’язками, які забезпечують будь-який інший предмет для роботи. Оскільки “укладені” електричні кабелі часто складно і дорого замінити, тому електричні кабелі повинні ідеально забезпечувати надійний термін служби, рівний або кращий, ніж обладнання, під’єднане і часто поєднане з проєктом або розрахунковим терміном служби.
Багато людей думають, що електричні кабелі є пасивними електричними компонентами. При активації, електричні кабелі повинні передавати напругу і струм у діапазоні частот. Через принципові обмеження провідників та ізоляції, вторинні ефекти, такі як опір, реактивний опір, ємність тощо, всі створюють небажані конфлікти, які мають бути прораховані та розроблені. І якщо не усунути їх, то принаймні звести до мінімуму, наскільки це практично можливо. З’єднувальне обладнання може також викликати несприятливі впливи на електричні кабелі, але є ще один дуже важливий момент, це властивий або індукований ефект опору провідника від струму, і це створює тепло кабелю. *** Translated with www.DeepL.com/Translator (free version) ***
Тепло в присутності повітря є головним ворогом усіх полімерних покриттів, але такі як світло, деякі кислоти, луги, солі та гази, таких як озон, прискорюють деградацію. Тепло або термічна деструкція являє собою молекулярне погіршення, викликане молекулами з довгим ланцюгом, які порушують (розщеплюють) і реагують одна з одною, щоб змінити властивості полімеру. Ці зміни включають в себе, як правило, зниження гнучкості, окрихчування (крекінг) освітлення, зміну кольору і зменшення відносного подовження. На додаток до фізичних змін старіння продуктивності, експлуатаційні властивості також можуть бути порушені, і вони можуть включати в себе опір ізоляції, вогнестійкість, стійкість до масел/води і т.д.
Цей стандарт широко застосовуються в усьому світі та визначає процедури розрахунку та випробувань, які будуть використовуватися для отримання теплових характеристик витримки з експериментальних даних, отриманих відповідно до вказівок IEC 60216-1 та IEC 60216-2, з використанням фіксованих температур старіння та старіння на підставі великої кількості ввімкнення.
По суті: Оцінку температури дає ізоляційний матеріал: “Ця температура, яка погіршує / зменшує
подовження матеріалу під час розриву (ЕВ) до 50% абсолютного в період 20000 годин експозиції” (20000 годин = 2,3 року).
Стандартний кабель ізоляційних матеріалів робоча температура визначається згідно з IEC60216:
• ПВХ = 70 ° C
– Зі зшитого поліетилену = 90 ° C
– ЕПР / ОПП / СНТ каучуку = 90 °С
– Силіконова гума = 180 ° С
– Тефлон ПТФЕ = 260 °C
Розуміння того, чому ПВХ оцінюється на рівні 70°С, і XLPE розрахований на 90°C краще ми зможемо зрозуміти, згідно з чинними стандартами:
• UK ЕАС;
• IEC 60364-5-52;
• AS / NZS3008-1.
Можливо, що не позначено цими стандартами те, що зниження подовження до 50% за абсолютною величиною розраховане на 20000 годин часу експозиції при цій температурі – це тільки 2,3 року. Насправді в цих стандартах не описують інженери використовувати кабелі на (ПВХ) 70°C або (XLPE) 90°C безперервно, або не описують коротку тривалість роботи кабелю. Ці стандарти передбачають, що використання буде на основі розривного навантаження, де не передбачається, що кабелі будуть повністю завантажені на 100% часу. Такий прагматичний підхід є єдиним способом економічно вигідного використання кабелю з полімерною ізоляцією.
Загальне “правило” для старіння кабелю з полімерною ізоляцією є те, що зниження на 10 °C в середньому робочої температури кабелю за всієї його тривалості життя подвоюватиме час життя ізоляції на 50 % EB (відносне подовження при розриві), а саме:
Оболонка з ПВХ:
Робота безперервно за 70 °С деградуватиме до 50% EB за 20000 годин (2,3 року)
Робота безперервно за 60 °С деградуватиме до 50% EB за 40000 годин (4,6 року)
У безперервному режимі при температурі 50 °С деградуватиме до 50% EB за 80000 годин (9,2 року)
У безперервному режимі при температурі 40 ° С буде деградувати до 50% EB за 160 000 годин (18,4 років)
Оболонка зі зшитого поліетилену:
Робота безперервно за 90 °С деградуватиме до 50% EB за 20000 годин (2,3 року)
Робота безперервно за 80 °С деградуватиме до 50% EB за 40000 годин (4,6 років)
Робота безперервно за 70 °С деградуватиме до 50% EB за 80000 годин (9,2 року)
У безперервному режимі при температурі 60 ° С буде деградувати до 50% EB за 160000 годин (18,4 років)
І навпаки підвищення температури безперервної експозиції на 10 °С буде половину часу до 50% EB.
Під час розгляду вищевикладеного слід пам’ятати, що будь-яке додаткове хімічне, озонове, світлове перевантаження або коротке замикання скорочуватиме очікуваний термін служби кабелю.
Для наочності, як швидко полімерна кабельна ізоляція деградуватиме з часом і температурою за безперервної роботи в повітрі за номінальних температур, зведено в таблицю:
| Ізоляційний матеріал |
Температура | Тривалий вплив на 20000 годин (2,3 року) при номінальній температурі |
Очікуване зниження відносного подовження при розриві |
| ПВХ | 70 гр.С | 70 гр.С | 80% |
| ПЕ і зшитий поліетилен | 90 гр.С | 90 гр.С | 85% |
| ЭПР, СНТ | 90 гр.С | 90 гр.С | 85% |
На практиці застосування IEC60216 для визначення температури полімерних оцінок ізоляції від теплового старіння і
подовження під час розриву вимірювань з подальшими розрахунками для визначення номінального струму кабелю прагматично, але тільки тому, що ланцюги не часто використовують точність роботи кабелю. Повний струм навантаження навантаження кабелів у колах може бути нечастим і “усередненої” робочої температури кабелів впродовж їхнього життя цілком може бути набагато меншим, ніж максимальні оцінки температури провідника, що цитуються в стандартах, таким чином, щоб подовжити термін служби кабелю на розумний термін.
На захист зазначених стандартів, для розрахунку номінального струму кабелю з полімерним покриттям за будь-яким більш консервативним використанням вимагають значно більших розмірів провідників, які мають значний економічного ефект.
Екологічні проблеми можуть також мають бути розглянуті (хоча для силових ланцюгів, відповідні зниження втрат у Вт цілком можуть компенсувати додаткові витрати протягом терміну служби встановлення кабелю).
Дуже важливо, щоб інженери-конструктори розуміли характеристики старіння полімерних покриттів під час вибору кабелів для використання в устаткуванні, де потрібен тривалий термін служби та/або де є високі безперервні або практично безперервні навантаження, особливо за високих температур довкілля, за сонячного світла або там, де вищі, ніж нормальні очікувані рівні озону. Приклади можуть містити: звичайні або атомні електростанції, генератори, високотемпературні промислові об’єкти, трансформатори, безперервні вентилятори систем вентиляції, безперервні насоси тощо. У цих випадках “безперервне використання” – це рейтингові чинники, які мають бути застосовані під час використання кабелів із відповідною вищою температурою.
Існує технологія одного кабелю, яка була доступна і широко використовується протягом понад 80 років і яка просто не впливає на старіння. Кабель з мідною зовнішньою оболонкою, з неорганічною ізоляцією оксиду магнію і мідними провідниками не старіють, незалежно від температури і тепла, що виділяється. Вони витримуватимуть повторювані перевантаження і короткі замикання без будь-якого погіршення. Вони не залежать від сонячного світла, УФ, озону і витримують опір багатьох хімічних речовин.
З цієї причини мінеральні кабелі часто використовують у критичних установках, для високого або безперервного завантаження і для основних ланцюгів безпеки. Кабелі з мінеральною ізоляцією часто використовують для проєктів із тривалим терміном роботи, тобто. 50 або більше років. Кабель також схвалений для використання у всіх небезпечних місцях.
Будучи неорганічними, мінеральні кабелі повністю протизапальні, тому що у них немає горючого елемента під час поширення вогню, оскільки він просто не може поширюватися полум’ям. З тієї ж причини кабелі не можуть генерувати галоген, їдких або будь-яких інших токсичних газів під час впливу високої температури або пожежі, зокрема СО і СО2. Кабелі з мінеральною ізоляцією також механічно сильніші, ніж будь-яка інша конструкція кабелю, і в усіх експлуатаційних та аварійних умовах. Вони не розм’якшуються під впливом високих температур, перевірені тиском, стійкі до зовнішніх впливів і розрізів.
Майже все, чи то мобільні телефони, чи то автомобілі, чи то поїзди, чи то літаки, чи то будівлі, чи то тунелі, чи то мости, мають розрахунковий термін служби. Ми часто стривожені тривалістю роботи свого мобільного телефону, але ми ніколи не замислимося, коли їздимо через міст, збудований понад 50 років тому, або літаємо в 30-річному комерційному літаку. Як багато необхідно, щоб забезпечити ефективне і надійне обслуговування в очікуваному навколишньому середовищі матеріалів, обладнання та машин.
Електричні кабелі не вирізняються і мають корисний термін служби конструкції в певних умовах, але на відміну від багатьох інших компонентів, електричні кабелі залишаються основними артеріями або нервовими зв’язками, які забезпечують будь-який інший предмет для роботи. Оскільки “укладені” електричні кабелі часто складно і дорого замінити, тому електричні кабелі повинні ідеально забезпечувати надійний термін служби, рівний або кращий, ніж обладнання, під’єднане і часто поєднане з проєктом або розрахунковим терміном служби.
Багато людей думають, що електричні кабелі є пасивними електричними компонентами. При активації, електричні кабелі повинні передавати напругу і струм у діапазоні частот. Через принципові обмеження провідників та ізоляції, вторинні ефекти, такі як опір, реактивний опір, ємність тощо, всі створюють небажані конфлікти, які мають бути прораховані та розроблені. І якщо не усунути їх, то принаймні звести до мінімуму, наскільки це практично можливо. З’єднувальне обладнання може також викликати несприятливі впливи на електричні кабелі, але є ще один дуже важливий момент, це властивий або індукований ефект опору провідника від струму, і це створює тепло кабелю. *** Translated with www.DeepL.com/Translator (free version) ***
Тепло в присутності повітря є головним ворогом усіх полімерних покриттів, але такі як світло, деякі кислоти, луги, солі та гази, таких як озон, прискорюють деградацію. Тепло або термічна деструкція являє собою молекулярне погіршення, викликане молекулами з довгим ланцюгом, які порушують (розщеплюють) і реагують одна з одною, щоб змінити властивості полімеру. Ці зміни включають в себе, як правило, зниження гнучкості, окрихчування (крекінг) освітлення, зміну кольору і зменшення відносного подовження. На додаток до фізичних змін старіння продуктивності, експлуатаційні властивості також можуть бути порушені, і вони можуть включати в себе опір ізоляції, вогнестійкість, стійкість до масел/води і т.д.
Цей стандарт широко застосовуються в усьому світі та визначає процедури розрахунку та випробувань, які будуть використовуватися для отримання теплових характеристик витримки з експериментальних даних, отриманих відповідно до вказівок IEC 60216-1 та IEC 60216-2, з використанням фіксованих температур старіння та старіння на підставі великої кількості ввімкнення.
По суті: Оцінку температури дає ізоляційний матеріал: “Ця температура, яка погіршує / зменшує
подовження матеріалу під час розриву (ЕВ) до 50% абсолютного в період 20000 годин експозиції” (20000 годин = 2,3 року).
Стандартний кабель ізоляційних матеріалів робоча температура визначається згідно з IEC60216:
• ПВХ = 70 ° C
– Зі зшитого поліетилену = 90 ° C
– ЕПР / ОПП / СНТ каучуку = 90 °С
– Силіконова гума = 180 ° С
– Тефлон ПТФЕ = 260 °C
Розуміння того, чому ПВХ оцінюється на рівні 70°С, і XLPE розрахований на 90°C краще ми зможемо зрозуміти, згідно з чинними стандартами:
• UK ЕАС;
• IEC 60364-5-52;
• AS / NZS3008-1.
Можливо, що не позначено цими стандартами те, що зниження подовження до 50% за абсолютною величиною розраховане на 20000 годин часу експозиції при цій температурі – це тільки 2,3 року. Насправді в цих стандартах не описують інженери використовувати кабелі на (ПВХ) 70°C або (XLPE) 90°C безперервно, або не описують коротку тривалість роботи кабелю. Ці стандарти передбачають, що використання буде на основі розривного навантаження, де не передбачається, що кабелі будуть повністю завантажені на 100% часу. Такий прагматичний підхід є єдиним способом економічно вигідного використання кабелю з полімерною ізоляцією.
Загальне “правило” для старіння кабелю з полімерною ізоляцією є те, що зниження на 10 °C в середньому робочої температури кабелю за всієї його тривалості життя подвоюватиме час життя ізоляції на 50 % EB (відносне подовження при розриві), а саме:
Оболонка з ПВХ:
Робота безперервно за 70 °С деградуватиме до 50% EB за 20000 годин (2,3 року)
Робота безперервно за 60 °С деградуватиме до 50% EB за 40000 годин (4,6 року)
У безперервному режимі при температурі 50 °С деградуватиме до 50% EB за 80000 годин (9,2 року)
У безперервному режимі при температурі 40 ° С буде деградувати до 50% EB за 160 000 годин (18,4 років)
Оболонка зі зшитого поліетилену:
Робота безперервно за 90 °С деградуватиме до 50% EB за 20000 годин (2,3 року)
Робота безперервно за 80 °С деградуватиме до 50% EB за 40000 годин (4,6 років)
Робота безперервно за 70 °С деградуватиме до 50% EB за 80000 годин (9,2 року)
У безперервному режимі при температурі 60 ° С буде деградувати до 50% EB за 160000 годин (18,4 років)
І навпаки підвищення температури безперервної експозиції на 10 °С буде половину часу до 50% EB.
Під час розгляду вищевикладеного слід пам’ятати, що будь-яке додаткове хімічне, озонове, світлове перевантаження або коротке замикання скорочуватиме очікуваний термін служби кабелю.
Для наочності, як швидко полімерна кабельна ізоляція деградуватиме з часом і температурою за безперервної роботи в повітрі за номінальних температур, зведено в таблицю:
| Ізоляційний матеріал |
Температура | Тривалий вплив на 20000 годин (2,3 року) при номінальній температурі |
Очікуване зниження відносного подовження при розриві |
| ПВХ | 70 гр.С | 70 гр.С | 80% |
| ПЕ і зшитий поліетилен | 90 гр.С | 90 гр.С | 85% |
| ЭПР, СНТ | 90 гр.С | 90 гр.С | 85% |
На практиці застосування IEC60216 для визначення температури полімерних оцінок ізоляції від теплового старіння і
подовження під час розриву вимірювань з подальшими розрахунками для визначення номінального струму кабелю прагматично, але тільки тому, що ланцюги не часто використовують точність роботи кабелю. Повний струм навантаження навантаження кабелів у колах може бути нечастим і “усередненої” робочої температури кабелів впродовж їхнього життя цілком може бути набагато меншим, ніж максимальні оцінки температури провідника, що цитуються в стандартах, таким чином, щоб подовжити термін служби кабелю на розумний термін.
На захист зазначених стандартів, для розрахунку номінального струму кабелю з полімерним покриттям за будь-яким більш консервативним використанням вимагають значно більших розмірів провідників, які мають значний економічного ефект.
Екологічні проблеми можуть також мають бути розглянуті (хоча для силових ланцюгів, відповідні зниження втрат у Вт цілком можуть компенсувати додаткові витрати протягом терміну служби встановлення кабелю).
Дуже важливо, щоб інженери-конструктори розуміли характеристики старіння полімерних покриттів під час вибору кабелів для використання в устаткуванні, де потрібен тривалий термін служби та/або де є високі безперервні або практично безперервні навантаження, особливо за високих температур довкілля, за сонячного світла або там, де вищі, ніж нормальні очікувані рівні озону. Приклади можуть містити: звичайні або атомні електростанції, генератори, високотемпературні промислові об’єкти, трансформатори, безперервні вентилятори систем вентиляції, безперервні насоси тощо. У цих випадках “безперервне використання” – це рейтингові чинники, які мають бути застосовані під час використання кабелів із відповідною вищою температурою.
Існує технологія одного кабелю, яка була доступна і широко використовується протягом понад 80 років і яка просто не впливає на старіння. Кабель з мідною зовнішньою оболонкою, з неорганічною ізоляцією оксиду магнію і мідними провідниками не старіють, незалежно від температури і тепла, що виділяється. Вони витримуватимуть повторювані перевантаження і короткі замикання без будь-якого погіршення. Вони не залежать від сонячного світла, УФ, озону і витримують опір багатьох хімічних речовин.
З цієї причини мінеральні кабелі часто використовують у критичних установках, для високого або безперервного завантаження і для основних ланцюгів безпеки. Кабелі з мінеральною ізоляцією часто використовують для проєктів із тривалим терміном роботи, тобто. 50 або більше років. Кабель також схвалений для використання у всіх небезпечних місцях.
Будучи неорганічними, мінеральні кабелі повністю протизапальні, тому що у них немає горючого елемента під час поширення вогню, оскільки він просто не може поширюватися полум’ям. З тієї ж причини кабелі не можуть генерувати галоген, їдких або будь-яких інших токсичних газів під час впливу високої температури або пожежі, зокрема СО і СО2. Кабелі з мінеральною ізоляцією також механічно сильніші, ніж будь-яка інша конструкція кабелю, і в усіх експлуатаційних та аварійних умовах. Вони не розм’якшуються під впливом високих температур, перевірені тиском, стійкі до зовнішніх впливів і розрізів.
