De rol van antioxidanten bij het verlengen van de levensduur van XLPE-geïsoleerde kabels (cross-linked polyethylene)
Gekruisd polyethyleen (XLPE)Het is een belangrijk isolatiemateriaal dat wordt gebruikt in middenspannings- en hoogspanningskabels. Gedurende hun levensduur worden deze kabels blootgesteld aan diverse uitdagingen, waaronder wisselende klimatologische omstandigheden, temperatuurschommelingen, mechanische spanning en chemische reacties. Deze factoren beïnvloeden gezamenlijk de duurzaamheid en levensduur van de kabels.
Het belang van antioxidanten in XLPE-systemen
Om een langere levensduur van XLPE-geïsoleerde kabels te garanderen, is de keuze van een geschikt antioxidant voor het polyethyleensysteem cruciaal. Antioxidanten spelen een essentiële rol bij de bescherming van polyethyleen tegen oxidatieve degradatie. Door snel te reageren met vrije radicalen die in het materiaal ontstaan, vormen antioxidanten stabielere verbindingen, zoals hydroperoxiden. Dit is met name belangrijk omdat de meeste verknopingsprocessen voor XLPE op peroxide gebaseerd zijn.
Het afbraakproces van polymeren
Na verloop van tijd worden de meeste polymeren geleidelijk broos door voortdurende degradatie. Het einde van de levensduur van polymeren wordt doorgaans gedefinieerd als het punt waarop hun rek bij breuk afneemt tot 50% van de oorspronkelijke waarde. Voorbij deze drempel kan zelfs een lichte buiging van de kabel leiden tot scheuren en breuk. Internationale normen hanteren dit criterium vaak voor polyolefinen, inclusief verknoopte polyolefinen, om de materiaaleigenschappen te beoordelen.
Arrhenius-model voor het voorspellen van de levensduur van kabels
De relatie tussen temperatuur en levensduur van kabels wordt doorgaans beschreven met behulp van de Arrhenius-vergelijking. Dit wiskundige model drukt de snelheid van een chemische reactie als volgt uit:
K = D e(-Ea/RT)
Waar:
K: Specifieke reactiesnelheid
D: Constant
Ea: Activeringsenergie
R: Boltzmann-gasconstante (8,617 x 10⁻⁵ eV/K)
T: Absolute temperatuur in Kelvin (273+ temperatuur in °C)
Algebraïsch herschikt kan de vergelijking worden uitgedrukt als een lineaire vorm: y = mx+b
Uit deze vergelijking kan de activeringsenergie (Ea) worden afgeleid met behulp van grafische gegevens, waardoor nauwkeurige voorspellingen van de levensduur van kabels onder verschillende omstandigheden mogelijk zijn.
Versnelde verouderingstests
Om de levensduur van XLPE-geïsoleerde kabels te bepalen, moeten testmonsters worden onderworpen aan versnelde verouderingsproeven bij minimaal drie (bij voorkeur vier) verschillende temperaturen. Deze temperaturen moeten een voldoende breed bereik bestrijken om een lineair verband tussen de tijd tot falen en de temperatuur vast te stellen. Met name de laagste blootstellingstemperatuur moet resulteren in een gemiddelde tijd tot het eindpunt van ten minste 5.000 uur om de validiteit van de testgegevens te waarborgen.
Door deze strenge aanpak te hanteren en hoogwaardige antioxidanten te selecteren, kunnen de operationele betrouwbaarheid en levensduur van XLPE-geïsoleerde kabels aanzienlijk worden verbeterd.
Geplaatst op: 23 januari 2025