Die Rolle von Antioxidantien bei der Verlängerung der Lebensdauer von vernetzten Polyethylen (XLPE)-isolierten Kabeln
Vernetztes Polyethylen (XLPE)Isoliermaterial wird hauptsächlich in Mittel- und Hochspannungskabeln eingesetzt. Während ihrer Betriebsdauer sind diese Kabel vielfältigen Belastungen ausgesetzt, darunter wechselnde klimatische Bedingungen, Temperaturschwankungen, mechanische Beanspruchung und chemische Reaktionen. Diese Faktoren beeinflussen gemeinsam die Haltbarkeit und Lebensdauer der Kabel.
Bedeutung von Antioxidantien in XLPE-Systemen
Um eine lange Lebensdauer von XLPE-isolierten Kabeln zu gewährleisten, ist die Auswahl eines geeigneten Antioxidans für das Polyethylensystem entscheidend. Antioxidantien spielen eine zentrale Rolle beim Schutz von Polyethylen vor oxidativer Zersetzung. Durch die schnelle Reaktion mit im Material entstehenden freien Radikalen bilden Antioxidantien stabilere Verbindungen wie Hydroperoxide. Dies ist besonders wichtig, da die meisten Vernetzungsprozesse für XLPE auf Peroxiden basieren.
Der Abbauprozess von Polymeren
Mit der Zeit werden die meisten Polymere durch fortschreitenden Abbau allmählich spröde. Das Ende der Lebensdauer von Polymeren wird üblicherweise als der Zeitpunkt definiert, an dem ihre Bruchdehnung auf 50 % des ursprünglichen Wertes abfällt. Jenseits dieser Schwelle kann selbst eine geringfügige Biegung des Kabels zu Rissen und schließlich zum Bruch führen. Internationale Normen verwenden dieses Kriterium häufig für Polyolefine, einschließlich vernetzter Polyolefine, um die Materialeigenschaften zu bewerten.
Arrhenius-Modell zur Vorhersage der Kabellebensdauer
Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Kabellebensdauer wird üblicherweise mithilfe der Arrhenius-Gleichung beschrieben. Dieses mathematische Modell drückt die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion wie folgt aus:
K= D e(-Ea/RT)
Wo:
K: Spezifische Reaktionsgeschwindigkeit
D: Konstante
Ea: Aktivierungsenergie
R: Boltzmann-Gaskonstante ( 8,617 x 10-5 eV/K)
T: Absolute Temperatur in Kelvin (273 + Temperatur in °C)
Algebraisch umgestellt, lässt sich die Gleichung als lineare Form ausdrücken: y = mx + b
Aus dieser Gleichung lässt sich mithilfe grafischer Daten die Aktivierungsenergie (Ea) ableiten, was präzise Vorhersagen der Kabellebensdauer unter verschiedenen Bedingungen ermöglicht.
Beschleunigte Alterungstests
Zur Bestimmung der Lebensdauer von XLPE-isolierten Kabeln sollten Prüfkörper beschleunigten Alterungsversuchen bei mindestens drei (vorzugsweise vier) verschiedenen Temperaturen unterzogen werden. Diese Temperaturen müssen einen ausreichenden Bereich abdecken, um einen linearen Zusammenhang zwischen Ausfallzeit und Temperatur herzustellen. Insbesondere sollte die niedrigste Expositionstemperatur zu einer mittleren Ausfallzeit von mindestens 5.000 Stunden führen, um die Gültigkeit der Testdaten zu gewährleisten.
Durch die Anwendung dieses strengen Ansatzes und die Auswahl leistungsstarker Antioxidantien können die Betriebssicherheit und Lebensdauer von XLPE-isolierten Kabeln deutlich verbessert werden.
Veröffentlichungsdatum: 23. Januar 2025