從百年建築數據，評估電線電纜壽命
本文作者//UL 資深工程師薛豔
「如能善於利用，生命乃悠長」 – 古羅馬哲學家塞內卡。敵不過時空作用，和人一樣，電線電纜也會老化。“通過 UL 加速熱老化測試的電線，使用壽命有多長呢？” 這是一個經典的問題。
想要解釋清楚這個問題，先介紹一個研究計畫。
2002年
針對老化和安裝品質對電氣系統消防安全的影響問題，美國消防研究基金會發起了一個合作研究和開發計畫，對安裝在不同時代和地點的住宅內電氣部件狀況進行全面調查。
2003年
基金會成立了一個由政府、企業、保險和 UL 實驗室等相關方組成的技術諮詢委員會。這個委員會負責監督該計畫並提供主要贊助。對於確定準備拆除的房屋，獲得業主的許可後，志願者對房屋內電氣系統進行調查和照片記錄，然後採集選定的電線和電氣設備元件，由 UL 實驗室對其做進一步測試和研究。
2007年
歷經四年的調查和大量測試，到 2007 年專案結束的時候，在美國各地共調查了房屋歷史在 30 年到 110 年之間的 30 棟房屋，最後發出了一份上百頁的調查報告。
這份報告非常詳盡和複雜，包括這 30 棟房屋的建造時間、結構、電氣條件，以及各種電氣設備和零組件的描述、測試資料、分析和結論。含括了不同歷史時期的電氣佈線。
這 30 棟房屋建築內電線的實際使用時間在 15-85 年之間，樣品被送到 UL 實驗室評估了以下的測試項目：
- 耐壓測試
- 彎折後耐壓測試 (評估材料脆化)
- 抗張強度和延伸率
- 極限氧指數
- 氧彈熱值
- 絕緣材料化學分析
對於這份報告，令人印象深刻的是：
- 除了安裝使用不當的電纜，其餘樣品通過了 5000V/分鐘的耐壓試驗，最高可耐壓達 20KV；
- 20 世紀 50 年代後的熱塑性絕緣，在正常使用條件下其電氣和機械性能甚至超出了預期；
- 沒有被正確安裝的電線電纜，例如: 室內線纜被安裝在室外使用，其衰老和惡化程度遠遠超出預期；
- 同一建築內有不同的老化條件，如極端溫度、濕度、冷凝…，閣樓區域可能是最惡劣的環境，而居住區域大部分時間都有溫度控制，浴室則較為潮濕。
電線電纜壽命的確切定義是什麼？
現在，繼續思考電線電纜的壽命問題：
電線沒有脈搏和心跳，雖然很多人問過這個問題，但是沒有線纜壽命終結的具體定義，如：n 年後，要求達到耐壓 5000V？抗張強度和延伸率仍有多少殘留量？阻燃要求？
在未被志願者拆除前，85 年高齡的電線仍能履行絕緣的職責，通得過耐壓測試。但當它被觸碰或彎折時，脆化的絕緣分崩離析，因此是否就判定它的壽命是 85 年？但是如果不被觸碰，這根電線也許還能繼續使用下去。
老年人不比年輕人，同樣，使用 n 年後的線纜也不能和剛下生產線的線纜等同要求，但是在什麼安裝和使用條件下性能下降至多少可接受呢？線路設計中有安全保障（如：斷路器），與線路中沒有安全保障其壽命又是不一樣的，雖然電線也很想說: 我命由我不由天！但是實際是我命由天（電氣系統/安裝/環境……）不由我。
電線電纜有使用說明嗎？
若是廠家包修、包換、包退的消費品，通常會寫“一年內，但若消費者因使用、維護、保管不當，就無法實行售後服務”。線纜的使用說明是否應描述成品在採用具體規格、結構和材料的線纜進行研發設計、壽命評估時所評估的應用條件？
相同的電線在不同的安裝和使用條件下，表現出不同的老化程度。作為零部件的裸電線，通常不會從製造廠家直接交付到終端消費者手中，中間還會有多次供應鏈的流轉，因而確切瞭解最終的具體應用環境存在一定難度。
電線電纜進行老化測試的意義？
常見的老化測試主要有熱老化、光照老化、液體介質老化, 如耐油，耐汽油。在某些特定應用環境下，還有濕熱老化、高低溫迴圈老化、鹽霧腐蝕老化、臭氧老化…….
這些老化測試，評估的是在特定的加速老化條件下材料的穩定性, 並非電線電纜的預期使用壽命。
人類在不同時代和不同地區的壽命不一樣，科技發達的現代比古代長壽，在氣候穩定，氣壓、氣溫、濕度變化較小地區生活的人整體相對比較長壽。電線電纜也一樣，需要設計者充分考慮：
- 電線電纜實際應用的環境因素：高溫、低溫、日曬雨淋、油浸火烤、蟲吃鼠咬……
- 應用中可能受到的機械外力作用：擠壓、衝擊、摩擦……
- 負載溫升：為了節省成本採購小規格導體，還是留有設計裕度?
- 適當的保護：超載保護、機械保護……
正確的設計選型，延年益“壽“，否則，即使如機器人線纜，若完全不考慮固定和安裝保護，其“命數”短矣。
那麼究竟如何評估壽命呢？根據阿瑞尼士方程式和最小平方法的推算，建立在溫度與時間象限關係上，是理想條件下的數學模型。實際應用不僅僅一個溫度因素，如果考慮其他影響因素，如施加外力、介質浸泡……則需要知道該因素是否符合阿瑞尼士方程式特性。評估時，需要終端使用者提供全面的應用條件，通過相關實驗，進行綜合考量。
最後，引用 UL 創始人 William Henry Merrill 先生的一句話來說明：“ know by test, and state the facts”。
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