산화방지제를 사용한 XLPE 케이블 수명 향상

가교 폴리에틸렌(XLPE) 절연 케이블의 수명 향상에 있어서 항산화제의 역할

가교 폴리에틸렌(XLPE)중전압 및 고압 케이블에 사용되는 주요 절연 재료입니다. 이러한 케이블은 작동 수명 동안 다양한 기후 조건, 온도 변화, 기계적 응력, 화학적 상호작용 등 다양한 어려움에 직면합니다. 이러한 요소들은 케이블의 내구성과 수명에 영향을 미칩니다.

XLPE 시스템에서 항산화제의 중요성

XLPE 절연 케이블의 수명 연장을 위해서는 폴리에틸렌 시스템에 적합한 산화방지제를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 산화방지제는 폴리에틸렌을 산화 분해로부터 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 산화방지제는 재료 내에서 생성된 자유 라디칼과 빠르게 반응하여 히드로퍼옥사이드와 같은 더욱 안정적인 화합물을 형성합니다. 이는 대부분의 XLPE 가교 공정이 과산화물 기반이기 때문에 특히 중요합니다.

폴리머의 분해 과정

시간이 지남에 따라 대부분의 폴리머는 지속적인 분해로 인해 점차 취성을 띱니다. 폴리머의 수명 종료 시점은 일반적으로 파단 신율이 원래 값의 50%로 감소하는 시점으로 정의됩니다. 이 한계점을 넘어서면 케이블이 약간만 구부러져도 균열 및 파손으로 이어질 수 있습니다. 국제 표준은 가교 폴리올레핀을 포함한 폴리올레핀의 재료 성능을 평가하기 위해 이 기준을 종종 채택합니다.

케이블 수명 예측을 위한 아레니우스 모델

온도와 케이블 수명의 관계는 일반적으로 아레니우스 방정식을 사용하여 설명됩니다. 이 수학적 모델은 화학 반응 속도를 다음과 같이 표현합니다.

K = D e(-Ea/RT)

어디:

K: 특정 반응 속도

D: 상수

Ea: 활성화 에너지

R: 볼츠만 기체상수(8.617 x 10-5 eV/K)

T: 켈빈 단위의 절대 온도(273+ °C의 온도)

대수적으로 재배열하면 방정식은 선형 형태로 표현될 수 있습니다: y = mx+b

이 방정식을 이용하면 그래픽 데이터를 사용하여 활성화 에너지(Ea)를 도출할 수 있으며, 이를 통해 다양한 조건에서 케이블 수명을 정확하게 예측할 수 있습니다.

가속 노화 시험

XLPE 절연 케이블의 수명을 측정하려면 시험편을 최소 세 가지(가급적 네 가지)의 서로 다른 온도에서 가속 노화 실험을 수행해야 합니다. 이 온도들은 고장 시간과 온도 사이에 선형 관계를 확립하기에 충분한 범위에 걸쳐 있어야 합니다. 특히, 시험 데이터의 유효성을 보장하기 위해 최저 노출 온도에서 평균 수명(time-to-end point)이 최소 5,000시간 이상이어야 합니다.

이러한 엄격한 접근 방식을 채택하고 고성능 산화 방지제를 선택하면 XLPE 절연 케이블의 작동 안정성과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.