Antioksidanttien rooli ristisilloitettujen polyeteenillä (XLPE) eristettyjen kaapeleiden käyttöiän pidentämisessä
Ristisilloitettu polyeteeni (XLPE)on ensisijainen eristemateriaali, jota käytetään keski- ja suurjännitekaapeleissa. Käyttöikänsä aikana nämä kaapelit kohtaavat erilaisia haasteita, kuten vaihtelevat ilmasto-olosuhteet, lämpötilanvaihtelut, mekaaninen rasitus ja kemialliset vuorovaikutukset. Nämä tekijät vaikuttavat yhdessä kaapeleiden kestävyyteen ja pitkäikäisyyteen.
Antioksidanttien merkitys XLPE-järjestelmissä
XLPE-eristettyjen kaapeleiden pitkän käyttöiän varmistamiseksi on ratkaisevan tärkeää valita polyeteenijärjestelmään sopiva antioksidantti. Antioksidanteilla on keskeinen rooli polyeteenin suojaamisessa oksidatiiviselta hajoamiselta. Reagoimalla nopeasti materiaalissa syntyvien vapaiden radikaalien kanssa antioksidantit muodostavat vakaampia yhdisteitä, kuten hydroperoksideja. Tämä on erityisen tärkeää, koska useimmat XLPE:n silloitusprosessit ovat peroksidipohjaisia.
Polymeerien hajoamisprosessi
Ajan myötä useimmat polymeerit haurastuvat vähitellen jatkuvan hajoamisen vuoksi. Polymeerien käyttöiän loppu määritellään tyypillisesti pisteeksi, jossa niiden murtovenymä laskee 50 prosenttiin alkuperäisestä arvosta. Tämän kynnysarvon ylittyessä jo pienikin kaapelin taivutus voi johtaa halkeiluun ja vikaantumiseen. Kansainväliset standardit käyttävät usein tätä kriteeriä polyolefiineille, mukaan lukien silloitetut polyolefiinit, materiaalien suorituskyvyn arvioimiseksi.
Arrheniuksen malli kaapelien käyttöiän ennustamiseen
Lämpötilan ja kaapelin käyttöiän välistä suhdetta kuvataan yleisesti Arrheniuksen yhtälöllä. Tämä matemaattinen malli ilmaisee kemiallisen reaktion nopeuden seuraavasti:
K = D e(-Ea/RT)
Jossa:
K: Ominaisreaktionopeus
D: Vakio
Ea: Aktivointienergia
R: Boltzmannin kaasuvakio (8,617 x 10⁻⁶ eV/K)
T: Absoluuttinen lämpötila kelvineinä (273+ lämpötila °C:ssa)
Algebrallisesti uudelleenjärjestettynä yhtälö voidaan ilmaista lineaarimuodossa: y = mx+b
Tästä yhtälöstä voidaan johtaa aktivointienergia (Ea) graafisten tietojen avulla, mikä mahdollistaa kaapelin käyttöiän tarkat ennusteet erilaisissa olosuhteissa.
Kiihdytetyt ikääntymistestit
XLPE-eristeisten kaapeleiden käyttöiän määrittämiseksi koekappaleille tulisi tehdä kiihdytettyjä vanhentamiskokeita vähintään kolmessa (mieluiten neljässä) eri lämpötilassa. Näiden lämpötilojen on katettava riittävä alue, jotta vikaantumisajan ja lämpötilan välille voidaan muodostaa lineaarinen suhde. Huomionarvoista on, että alimman altistuslämpötilan tulisi johtaa vähintään 5 000 tunnin keskimääräiseen vikaantumisaikaan testitulosten pätevyyden varmistamiseksi.
Käyttämällä tätä tarkkaa lähestymistapaa ja valitsemalla korkean suorituskyvyn antioksidantteja voidaan XLPE-eristettyjen kaapeleiden käyttöluotettavuutta ja pitkäikäisyyttä parantaa merkittävästi.
Julkaisun aika: 23. tammikuuta 2025