산화방지제를 사용하여 XLPE 케이블 수명 연장

가교 폴리에틸렌(XLPE) 절연 케이블의 수명 연장에 있어 항산화제의 역할

가교 폴리에틸렌(XLPE)인산염은 중전압 및 고전압 케이블에 사용되는 주요 절연 재료입니다. 이러한 케이블은 사용 수명 동안 다양한 기후 조건, 온도 변화, 기계적 스트레스 및 화학적 반응을 포함한 여러 가지 문제에 직면합니다. 이러한 요인들은 종합적으로 케이블의 내구성과 수명에 영향을 미칩니다.

XLPE 시스템에서 항산화제의 중요성

XLPE 절연 케이블의 수명을 연장하려면 폴리에틸렌 시스템에 적합한 산화방지제를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 산화방지제는 폴리에틸렌의 산화적 열화를 방지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 산화방지제는 재료 내에서 생성되는 자유 라디칼과 빠르게 반응하여 하이드로퍼옥사이드와 같은 더욱 안정한 화합물을 형성합니다. 이는 XLPE의 대부분의 가교 공정이 과산화물 기반이기 때문에 특히 중요합니다.

고분자의 분해 과정

대부분의 고분자는 시간이 지남에 따라 지속적인 열화로 인해 점차 취성이 강해집니다. 고분자의 수명 종료는 일반적으로 파단 신율이 초기 값의 50%로 감소하는 시점으로 정의됩니다. 이 임계값을 넘어서면 케이블의 작은 굽힘에도 균열이 발생하여 파손될 수 있습니다. 국제 표준에서는 종종 가교 폴리올레핀을 포함한 폴리올레핀의 재료 성능을 평가하기 위해 이러한 기준을 채택합니다.

케이블 수명 예측을 위한 아레니우스 모델

온도와 케이블 수명 간의 관계는 일반적으로 아레니우스 방정식을 사용하여 설명됩니다. 이 수학적 모델은 화학 반응 속도를 다음과 같이 나타냅니다.

K= D e(-Ea/RT)

어디:

K: 특정 반응 속도

D: 상수

Ea: 활성화 에너지

R: 볼츠만 기체 상수 (8.617 x 10⁻⁵ eV/K)

T: 켈빈 단위의 절대 온도 (섭씨 온도 273도 + 섭씨 온도)

대수적으로 재배열하면 이 방정식은 y = mx+b와 같은 선형 형태로 표현될 수 있습니다.

이 방정식으로부터 그래프 데이터를 이용하여 활성화 에너지(Ea)를 도출할 수 있으며, 이를 통해 다양한 조건에서 케이블 수명을 정확하게 예측할 수 있습니다.

가속 노화 시험

XLPE 절연 케이블의 수명을 측정하기 위해서는 최소 3가지(바람직하게는 4가지)의 서로 다른 온도에서 가속 노화 시험을 수행해야 합니다. 이러한 온도 범위는 고장 발생 시간과 온도 사이의 선형 관계를 확립하기에 충분해야 합니다. 특히, 시험 데이터의 유효성을 확보하기 위해서는 가장 낮은 노출 온도에서 평균 고장 발생 시간이 최소 5,000시간 이상이 되어야 합니다.

이러한 엄격한 접근 방식을 적용하고 고성능 산화방지제를 선택함으로써 XLPE 절연 케이블의 작동 신뢰성과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.