ยืดอายุการใช้งานสายเคเบิล XLPE ด้วยสารต้านอนุมูลอิสระ

บทบาทของสารต้านอนุมูลอิสระในการยืดอายุการใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวนโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยง (XLPE)

โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม (XLPE)ฉนวนเป็นวัสดุหลักที่ใช้ในสายเคเบิลแรงดันปานกลางและสูง ตลอดอายุการใช้งาน สายเคเบิลเหล่านี้ต้องเผชิญกับความท้าทายต่างๆ มากมาย รวมถึงสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง การผันผวนของอุณหภูมิ ความเครียดทางกล และปฏิกิริยาทางเคมี ปัจจัยเหล่านี้ล้วนส่งผลต่อความทนทานและอายุการใช้งานของสายเคเบิล

ความสำคัญของสารต้านอนุมูลอิสระในระบบ XLPE

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE จะมีอายุการใช้งานยาวนาน การเลือกสารต้านอนุมูลอิสระที่เหมาะสมสำหรับระบบโพลีเอทิลีนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง สารต้านอนุมูลอิสระมีบทบาทสำคัญในการปกป้องโพลีเอทิลีนจากการเสื่อมสภาพจากการออกซิเดชัน โดยการทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นภายในวัสดุ สารต้านอนุมูลอิสระจะสร้างสารประกอบที่มีเสถียรภาพมากขึ้น เช่น ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากกระบวนการเชื่อมโยงส่วนใหญ่ของ XLPE นั้นใช้เปอร์ออกไซด์เป็นหลัก

กระบวนการเสื่อมสภาพของโพลิเมอร์

เมื่อเวลาผ่านไป โพลิเมอร์ส่วนใหญ่จะค่อยๆ เปราะบางลงเนื่องจากการเสื่อมสภาพอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้ว จุดสิ้นสุดอายุการใช้งานของโพลิเมอร์จะถูกกำหนดไว้ที่จุดที่การยืดตัว ณ จุดแตกหักลดลงเหลือ 50% ของค่าเดิม หากเกินเกณฑ์นี้ แม้แต่การงอสายเคเบิลเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดรอยแตกและเสียหายได้ มาตรฐานสากลมักใช้เกณฑ์นี้สำหรับโพลิโอเลฟิน รวมถึงโพลิโอเลฟินแบบเชื่อมโยง เพื่อประเมินประสิทธิภาพของวัสดุ

แบบจำลองอาร์เรเนียสสำหรับการทำนายอายุการใช้งานของสายเคเบิล

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและอายุการใช้งานของสายเคเบิลมักอธิบายโดยใช้สมการอาร์เรเนียส แบบจำลองทางคณิตศาสตร์นี้แสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีดังนี้:

K= D e(-Ea/RT)

ที่ไหน:

K: อัตราการเกิดปฏิกิริยาจำเพาะ

D: ค่าคงที่

Ea: พลังงานกระตุ้น

R: ค่าคงที่ของแก๊สโบลต์ซมันน์ (8.617 x 10⁻⁵ eV/K)

T: อุณหภูมิสัมบูรณ์ในหน่วยเคลวิน (273+ อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส)

เมื่อจัดเรียงใหม่ทางพีชคณิต สมการสามารถแสดงในรูปเชิงเส้นได้ดังนี้: y = mx + b

จากสมการนี้ สามารถคำนวณหาพลังงานกระตุ้น (Ea) ได้โดยใช้ข้อมูลกราฟิก ซึ่งช่วยให้สามารถคาดการณ์อายุการใช้งานของสายเคเบิลภายใต้สภาวะต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ

การทดสอบเร่งอายุ

เพื่อกำหนดอายุการใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE ควรทำการทดสอบการเร่งอายุของชิ้นงานทดสอบที่อุณหภูมิอย่างน้อยสาม (หรือสี่) ระดับที่แตกต่างกัน อุณหภูมิเหล่านี้ต้องครอบคลุมช่วงที่เพียงพอเพื่อให้ได้ความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างเวลาที่เกิดความเสียหายและอุณหภูมิ ที่สำคัญ อุณหภูมิต่ำสุดที่ใช้ในการทดสอบควรส่งผลให้เวลาเฉลี่ยจนถึงจุดสิ้นสุดอย่างน้อย 5,000 ชั่วโมง เพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องของข้อมูลการทดสอบ

ด้วยการใช้วิธีการที่เข้มงวดนี้และเลือกใช้สารต้านอนุมูลอิสระประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือในการใช้งานและอายุการใช้งานของสายเคเบิลหุ้มฉนวน XLPE จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก