냉각 속도는 XLPE 절연체의 미세 구조를 제어하는 주요 요소입니다. 이는 재료 내 결정 구조인 구정의 크기, 분포 및 배열 규칙성을 직접적으로 결정합니다. 재료가 냉각되는 속도를 조절함으로써 결정도와 전기적 특성을 근본적으로 변경할 수 있습니다.
가공 중에 적용되는 열 프로파일은 재료의 최종 품질을 결정합니다. 더 느린 냉각 속도는 조직화된 분자 재배열을 촉진하여 비정질 영역을 최소화하고 재료의 전기 절단 강도를 크게 향상시킵니다.
결정화 메커니즘
분자 재배열
XLPE 절연체가 천천히 냉각될 때 폴리에틸렌 분자 사슬은 움직이고 정렬될 충분한 시간을 갖습니다.
이 철저한 재배열은 안정적인 내부 구조를 확립하는 데 중요합니다. 급속 냉각은 사슬이 효과적으로 조직화되기 전에 제자리에 고정시킵니다.
구정 형성
분자 사슬의 정렬은 구정의 성장을 초래합니다.
느린 냉각 조건에서는 이러한 구정이 더 크고 더 규칙적으로 배열됩니다. 이러한 구조적 규칙성은 고품질 절연체의 물리적 기반입니다.
비정질 영역 감소
결정화 과정은 본질적으로 비정질(비결정질) 영역 형성과 경쟁합니다.
크고 규칙적인 구정 형성을 촉진함으로써 비정질 영역의 비율을 효과적으로 줄입니다. 이는 더 밀도가 높고 균일한 재료 매트릭스를 생성합니다.
공정 제어
냉각 매체 선택
냉각 속도는 재료를 둘러싸고 있는 매체를 변경하여 조정됩니다.
작업자는 급속 냉각을 위해 얼음물을 사용하거나 열 전달 과정을 급격히 늦추기 위해 뜨거운 기름을 사용할 수 있습니다.
중간 냉각 옵션
얼음물과 뜨거운 기름의 극단 사이의 속도를 위해 다른 매체를 사용할 수 있습니다.
공기 냉각 및 자연 냉각은 중간 냉각 구배를 제공합니다. 각기 다른 매체는 특정 결정 구조를 생성하여 맞춤형 재료 특성을 가능하게 합니다.
절충점 이해
전기 성능에 미치는 영향
구정의 물리적 구조는 성능과 직접적인 상관 관계가 있습니다.
느린 냉각으로 생성된 더 크고 규칙적인 구정은 XLPE 재료의 전기 절단 강도를 효과적으로 향상시킵니다. 이는 절연체가 고전압 응력에 더 강하게 견딜 수 있도록 합니다.
생산 속도 대 재료 품질
가공 속도와 재료 최적화 사이에는 내재된 긴장이 있습니다.
얼음물을 사용하면 냉각 단계가 가속화되어 처리량이 증가할 수 있습니다. 그러나 이 급속 냉각은 최대 전기 강도에 필요한 큰 구정 형성을 방해합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
적절한 냉각 전략을 선택하려면 생산 효율성과 전기적 요구 사항을 비교 평가해야 합니다.
- 최대 전기 절단 강도가 주요 초점이라면: 느린 냉각 속도(예: 뜨거운 기름)를 사용하여 철저한 분자 재배열과 크고 규칙적인 구정을 보장하십시오.
- 처리 속도가 주요 초점이라면: 얼음물을 사용하면 더 작은 구정과 더 높은 비율의 비정질 영역이 생성되어 전기적 성능이 저하될 수 있음을 인지하십시오.
궁극적으로 냉각 시스템은 단순한 온도 제어 장치가 아니라 절연체의 내부 구조를 설계하는 정밀 도구입니다.
요약표:
| 냉각 매체 | 냉각 속도 | 구정 크기 | 비정질 함량 | 전기 강도 | 생산 속도 |
|---|---|---|---|---|---|
| 뜨거운 기름 | 매우 느림 | 크고 규칙적 | 낮음 | 최대 | 느림 |
| 공기/자연 | 보통 | 중간 | 보통 | 좋음 | 중간 |
| 얼음물 | 빠름 | 작고 불규칙 | 높음 | 낮음 | 높음 |
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참고문헌
- Zhonglei Li, Boxue Du. Breakdown Performance Evaluation and Lifetime Prediction of XLPE Insulation in HVAC Cables. DOI: 10.3390/en17061337
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