Úloha antioxidantů při prodlužování životnosti kabelů izolovaných ze síťovaného polyethylenu (XLPE)
Zesítěný polyethylen (XLPE)je primární izolační materiál používaný ve středněnapěťových a vysokonapěťových kabelech. Během své provozní životnosti se tyto kabely setkávají s různými výzvami, včetně proměnlivých klimatických podmínek, teplotních výkyvů, mechanického namáhání a chemických interakcí. Tyto faktory společně ovlivňují odolnost a životnost kabelů.
Význam antioxidantů v systémech XLPE
Pro zajištění delší životnosti kabelů s izolací z XLPE je klíčový výběr vhodného antioxidantu pro polyethylenový systém. Antioxidanty hrají klíčovou roli v ochraně polyethylenu před oxidační degradací. Rychlou reakcí s volnými radikály generovanými v materiálu antioxidanty tvoří stabilnější sloučeniny, jako jsou hydroperoxidy. To je obzvláště důležité, protože většina procesů síťování XLPE je založena na peroxidu.
Proces degradace polymerů
V průběhu času většina polymerů v důsledku probíhající degradace postupně křehne. Konec životnosti polymerů je obvykle definován jako bod, ve kterém se jejich prodloužení při přetržení sníží na 50 % původní hodnoty. Za touto hranicí může i malé ohnutí kabelu vést k praskání a selhání. Mezinárodní normy toto kritérium často používají pro polyolefiny, včetně zesítěných polyolefinů, k posouzení materiálových vlastností.
Arrheniův model pro predikci životnosti kabelů
Vztah mezi teplotou a životností kabelu se běžně popisují pomocí Arrheniovy rovnice. Tento matematický model vyjadřuje rychlost chemické reakce jako:
K = D e(-Ea/RT)
Kde:
K: Specifická reakční rychlost
D: Konstantní
Ea: Aktivační energie
R: Boltzmannova plynová konstanta (8,617 × 10⁻⁶ eV/K)
T: Absolutní teplota v Kelvinech (273+ teplota v °C)
Algebraicky upravenou rovnici lze vyjádřit jako lineární tvar: y = mx+b
Z této rovnice lze odvodit aktivační energii (Ea) pomocí grafických dat, což umožňuje přesné předpovědi životnosti kabelu za různých podmínek.
Zrychlené testy stárnutí
Pro stanovení životnosti kabelů s XLPE izolací by měly být zkušební vzorky podrobeny experimentům se zrychleným stárnutím při minimálně třech (nejlépe čtyřech) různých teplotách. Tyto teploty musí být v dostatečném rozsahu, aby se stanovil lineární vztah mezi dobou do selhání a teplotou. Zejména nejnižší expoziční teplota by měla vést k průměrné době do konce alespoň 5 000 hodin, aby byla zajištěna platnost zkušebních dat.
Použitím tohoto přísného přístupu a výběrem vysoce účinných antioxidantů lze výrazně zvýšit provozní spolehlivost a životnost kabelů s izolací XLPE.
Čas zveřejnění: 23. ledna 2025