Die Rolle von Antioxidantien bei der Verlängerung der Lebensdauer von Kabeln mit Isolierung aus vernetztem Polyethylen (XLPE)
Vernetztes Polyethylen (XLPE)ist ein primäres Isoliermaterial, das in Mittel- und Hochspannungskabeln verwendet wird. Während ihrer gesamten Lebensdauer sind diese Kabel vielfältigen Herausforderungen ausgesetzt, darunter wechselnden klimatischen Bedingungen, Temperaturschwankungen, mechanischer Belastung und chemischen Wechselwirkungen. Diese Faktoren beeinflussen zusammen die Haltbarkeit und Langlebigkeit 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 oxidativem Abbau. 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 peroxidbasiert sind.
Der Abbauprozess von Polymeren
Mit der Zeit werden die meisten Polymere durch fortschreitenden Abbau allmählich spröde. Das Ende ihrer Lebensdauer wird üblicherweise als der Punkt definiert, an dem ihre Bruchdehnung auf 50 % des ursprünglichen Wertes sinkt. Über diesem Grenzwert kann selbst leichtes Biegen des Kabels zu Rissen und Versagen führen. Internationale Normen übernehmen dieses Kriterium häufig für Polyolefine, einschließlich vernetzter Polyolefine, zur Bewertung der Materialleistung.
Arrhenius-Modell zur Vorhersage der Kabellebensdauer
Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Kabellebensdauer wird üblicherweise mit der Arrhenius-Gleichung beschrieben. Dieses mathematische Modell drückt die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion wie folgt aus:
K= D e(-Ea/RT)
Wo:
K: Spezifische Reaktionsrate
D: Konstant
Ea: Aktivierungsenergie
R: Boltzmann-Gaskonstante ( 8,617 x 10-5 eV/K)
T: Absolute Temperatur in Kelvin (273+ Temp. in °C)
Algebraisch umgestellt kann die Gleichung als lineare Form ausgedrückt werden: y = mx+b
Aus dieser Gleichung kann mithilfe grafischer Daten die Aktivierungsenergie (Ea) abgeleitet werden, was präzise Vorhersagen der Kabellebensdauer unter verschiedenen Bedingungen ermöglicht.
Beschleunigte Alterungstests
Um die Lebensdauer von VPE-isolierten Kabeln zu bestimmen, sollten Prüflinge beschleunigten Alterungsversuchen bei mindestens drei (vorzugsweise vier) unterschiedlichen Temperaturen unterzogen werden. Diese Temperaturen müssen einen ausreichend großen Bereich abdecken, um eine lineare Beziehung zwischen der Zeit bis zum Ausfall und der Temperatur herzustellen. Insbesondere sollte die niedrigste Belastungstemperatur eine mittlere Zeit bis zum Ausfall von mindestens 5.000 Stunden ergeben, um die Gültigkeit der Prüfdaten zu gewährleisten.
Durch diesen konsequenten Ansatz und die Auswahl leistungsstarker Antioxidantien können die Betriebszuverlässigkeit und Langlebigkeit von XLPE-isolierten Kabeln erheblich verbessert werden.
Veröffentlichungszeit: 23. Januar 2025