ยืดอายุการใช้งานของสายเคเบิล XLPE ด้วยสารต้านอนุมูลอิสระ

บทบาทของสารต้านอนุมูลอิสระในการเพิ่มอายุการใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง (XLPE)

โพลีเอทิลีนเชื่อมขวาง (XLPE)เป็นวัสดุฉนวนหลักที่ใช้ในสายเคเบิลแรงดันปานกลางและแรงดันสูง ตลอดอายุการใช้งาน สายเคเบิลเหล่านี้ต้องเผชิญกับความท้าทายที่หลากหลาย รวมถึงสภาพภูมิอากาศ ความผันผวนของอุณหภูมิ ความเครียดเชิงกล และปฏิกิริยาทางเคมี ปัจจัยเหล่านี้ล้วนส่งผลต่อความทนทานและอายุการใช้งานของสายเคเบิล

ความสำคัญของสารต้านอนุมูลอิสระในระบบ XLPE

เพื่อให้สายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น การเลือกสารต้านอนุมูลอิสระที่เหมาะสมสำหรับระบบโพลีเอทิลีนจึงเป็นสิ่งสำคัญ สารต้านอนุมูลอิสระมีบทบาทสำคัญในการปกป้องโพลีเอทิลีนจากการเสื่อมสภาพจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน สารต้านอนุมูลอิสระจะทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นภายในวัสดุอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดสารประกอบที่เสถียรมากขึ้น เช่น ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากกระบวนการเชื่อมขวางของ XLPE ส่วนใหญ่ใช้เปอร์ออกไซด์เป็นส่วนประกอบ

กระบวนการย่อยสลายของพอลิเมอร์

เมื่อเวลาผ่านไป พอลิเมอร์ส่วนใหญ่จะค่อยๆ เปราะเนื่องจากการเสื่อมสภาพอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้ว อายุการใช้งานของพอลิเมอร์จะถูกกำหนดไว้ที่จุดที่ค่าการยืดตัวขณะขาดลดลงเหลือ 50% ของค่าเดิม หากเกินเกณฑ์นี้ แม้เพียงการดัดงอเล็กน้อยของสายเคเบิลก็อาจทำให้เกิดการแตกร้าวและความล้มเหลวได้ มาตรฐานสากลมักใช้เกณฑ์นี้กับโพลีโอเลฟินส์ รวมถึงโพลีโอเลฟินส์แบบเชื่อมขวาง เพื่อประเมินประสิทธิภาพของวัสดุ

แบบจำลอง Arrhenius สำหรับการทำนายอายุการใช้งานสายเคเบิล

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและอายุการใช้งานของสายเคเบิลมักอธิบายโดยใช้สมการอาร์เรเนียส แบบจำลองทางคณิตศาสตร์นี้แสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีดังนี้

K= D e(-Ea/RT)

ที่ไหน:

K: อัตราการตอบสนองจำเพาะ

D: คงที่

Ea: พลังงานกระตุ้น

R: ค่าคงที่ของก๊าซโบลต์ซมันน์ (8.617 x 10-5 eV/K)

T: อุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นเคลวิน (273+ อุณหภูมิเป็น °C)

เมื่อจัดเรียงใหม่ตามพีชคณิตแล้ว สมการสามารถแสดงเป็นรูปแบบเชิงเส้นได้: y = mx+b

จากสมการนี้ เราสามารถหาพลังงานกระตุ้น (Ea) ได้โดยใช้ข้อมูลกราฟิก ช่วยให้คาดการณ์อายุการใช้งานของสายเคเบิลภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ

การทดสอบเร่งความแก่

เพื่อประเมินอายุการใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE ตัวอย่างทดสอบควรได้รับการทดสอบเร่งอายุที่อุณหภูมิอย่างน้อยสามอุณหภูมิ (ควรเป็นสี่อุณหภูมิ) อุณหภูมิเหล่านี้ต้องอยู่ในช่วงที่เพียงพอที่จะสร้างความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างเวลาที่เกิดการเสียหายและอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุณหภูมิที่สัมผัสต่ำที่สุดควรส่งผลให้เวลาเฉลี่ยจนถึงจุดสิ้นสุดอย่างน้อย 5,000 ชั่วโมง เพื่อให้มั่นใจถึงความถูกต้องของข้อมูลการทดสอบ

การใช้แนวทางอันเข้มงวดนี้และการเลือกใช้สารต้านอนุมูลอิสระประสิทธิภาพสูง สามารถเพิ่มความน่าเชื่อถือในการใช้งานและอายุการใช้งานของสายเคเบิลที่หุ้มฉนวน XLPE ได้อย่างมีนัยสำคัญ