Кабель из сшитого полиэтилена: технические характеристики, основные преимущества

Конструкция, технические характеристики и особенности СПЭ кабелей из сшитого полиэтилена

Кабель из сшитого полиэтилена вошел в практику российских электромонтеров несколько позже других видов проводниковой продукции. Однако он стремительно набирает популярность и все чаще применяется на объектах стран СНГ. Поэтому даже опытным специалистам желательно познакомиться с СПЭ кабелями поближе.

Достоинства СПЭ

Изоляция СПЭ кабеля позволяет добиться более хороших эксплуатационных характеристик в сравнении с другими материалами. Улучшению технических свойств проводника способствует сложная технология сшивки молекул полиэтилена. Полученный материал обладает рядом преимуществ:

1. Изоляция из сшитого полиэтилена выдерживает более высокие температуры в сравнении с устаревшими бумажными кабелями. Поэтому проводники способны перенести больший нагрев. Соответственно по СПЭ кабелю возможно передать к потребителю больший ток и мощность.
2. Такой проводник легче переносит нагрев, возникающий при токах короткого замыкания. СПЭ кабель выходит из строя при КЗ в 15 раз реже.
3. Изоляция из сшитого полиэтилена легче резины. Это упрощает его прокладку.
4. В строении отсутствует масло. Соответственно он не способен высохнуть и потерять электрическую прочность. Вдобавок снижается риск загрязнения окружающей среды.
5. Продолжительный срок службы более 30 лет. Отчасти это вызвано низкой впитывающей способностью полиэтилена.

Конструкция проводника

Кабель из сшитого полиэтилена в первую очередь отличается материалом основной изоляции. В обычном проводнике изолирующий слой выполнен из пропитанной диэлектрическим маслом бумаги и резины. В СПЭ изолятор изготовлен из сшитого полиэтилена. Но это не тот материал, который используется при производстве одноразовых пакетов. Разумеется, и нитками здесь ничего не сшивается.

Жилы плотно прилегают к полимерному наполнителю. Конструкция исключает образование пустот и складок в теле проводника. Вдобавок полиэтилен крайне плохо впитывает и пропускает воду. Поэтому токоведущие жилы защищены от коррозии и межфазного пробоя.

Конструкция кабеля из СПЭ к содержанию ↑

Производство кабелей из сшитого полиэтилена

Химически сшитый полиэтилен состоит из тех же молекул что и обычный. Однако между ними формируются дополнительные связи атомов углерода. Данная реакция осуществляется с помощью двух методов:

1. Радиационный. Наиболее дешевый способ производства. Исходное сырье облучается жесткими гамма-лучами. В результате образуются новые химические связи между молекулами. Однако полученный на выходе проводник обладает остаточной радиацией. Поэтому такой метод используют крайне редко.
2. Химический. Менее опасный. Делится на два подвида: пероксидная и силановая сшивка.

Пероксидный метод более эффективен. Сшивается до 85% молекул. В качестве реагента выступает перекись водорода. Реакция осуществляется при температуре 200°C.

Силановый метод позволяет сшить до 70% молекул этилена. В реакции используются катализаторы и вода. Силаны — это соединения кремния с водородом.

Технические характеристики СПЭ кабелей

Характеристики СПЭ могут иметь незначительные отличия у различных производителей. Это вызвано отличающимися способами производства и техническими нормами конкретного завода изготовителя. Поэтому перед прокладкой следует внимательно ознакомиться с технической документацией. Обычно она имеется на барабане с проводником. С примерными характеристиками трехжильных кабелей из сшитого полиэтилена можно ознакомиться в таблице.

Важно! При поиске повреждения кабеля специальными приборами (Р5-10 и подобные) необходимо учитывать коэффициент укорочения линии. Этот показатель определяется материалом изоляции, формой жил и другими техническими характеристиками. Для кабелей из сшитого полиэтилена при расчете используют значения коэффициента от 1,5 до 1,67.

Общая информация о кабеле содержится в его маркировке. Например, АПвП — распространенный вид проводника. Расшифровка букв имеет следующий вид:

• А — материал токоведущей жилы — алюминий;
• Пв — изоляция из сшитого полиэтилена;
• П — полиэтиленовая наружная оболочка.

Обозначение силовых кабелей к содержанию ↑

Варианты конструктивного исполнения

Проводники с изоляцией из сшитого полиэтилена производятся на номинальное напряжение от 0,4 до 500 кВ. В алюминиевом исполнении токоведущие жилы обладают сечением от 35 до 800 кв. мм. Медные же образцы производятся сечением от 25 до 630 кв. мм.

СПЭ проводник обладает 1, 2 или 3 токоведущими жилами. Силовые кабели дополнительно оснащаются наружным слоем из металлической брони. Она выполняет не только защитную функцию, но и препятствует излучению помех от токоведущих жил.

Низковольтные модели имеют обычную оболочку из сшитого полиэтилена. При напряжении 10 кВ защитный слой выполняется более толстым. А при 110 кВ изоляция усилена дополнительными ребрами жесткости.

Изоляция АПвПу2г 110 кВт с ребрами жесткости

В зависимости от исполнения отличаются и противопожарные свойства. Применяемые материалы не поддерживают горение. По пожарной безопасности они соответствуют категории А или В.

Строение

Со строением СПЭ проще ознакомится на примере одножильного силового проводника. В середине находится токовод из меди или алюминия. У многожильных кабелей он бывает круглого или треугольного сечения. Далее идет полупроводящий слой. Затем мощная толстая изоляция из сшитого полиэтилена.

Следующий слой разделительный. Он изготовлен в виде ленты и наматывается на кабель при его производстве. Далее идет медный экран. Дополнительно он усиливается лентами из аналогичного металла. За ним следует влагозащитный слой, изготовленный из прорезиненной ткани или полимерной ленты. Снаружи располагается оболочка из полиэтилена или усиленного ПВХ пластика.

Дополнительная информация. Предпочтительней использовать кабели с тоководами круглого сечения. Треугольная форма имеет острые грани. Они образуют большую напряженность поля, способную повредить сшитый полиэтилен. Также нет специального инструмента для разделки проводов треугольного сечения. Поэтому приходится делать это вручную при помощи ножа.

Толщина изолирующего слоя зависит от номинального напряжения трассы и тока, на который она рассчитана. Чем выше напряжение, тем больше вероятность высоковольтного пробоя и межфазного замыкания. А чем больше ток в кабеле, тем сильнее он греется и нуждается в теплоотводе.

Классификация СПЭ кабелей

По классу номинально напряжения проводники из сшитого полиэтилена подразделяются на 3 группы:

1. До 35 кВ — 1-я группа.
2. 45-150 кВ — 2-я группа.
3. 220 кВ и выше — 3-я группа.

По площади сечения токопроводящей жилы:

1. До 1600 кв. мм — 1-я.
2. 70-2000 кв. мм — 2-я.
3. 400-2000 кв. мм — 3-я.

По количеству токопроводящих жил:

1. 1 или 3 токовода — 1-я группа.
2. 1 — 2-я и 3-я группа.

Кабель силовой с алюминиевыми жилами 10 кВт

С точки зрения материала токоведущей жилы СПЭ кабеля бывают:

По типу материала наружной оболочки:

1. Полимерное покрытие.
2. ПВХ пластик.
3. Полиэтилен.

По типу защиты от механических повреждений:

1. Бронирование стальными лентами.
2. Проволокой из стали.
3. Алюминиевой проволокой.

Кабель с проволочной броней

Важно! СПЭ кабели категорически запрещено испытывать постоянным напряжением. Его воздействие приводит к возникновению триингов, которые в последующем приведут к пробою изоляции. Поэтому для высоковольтных испытаний данной проводниковой продукции применяются установки переменного тока.

Особенности заземления кабельной трассы

Наружное покрытие СПЭ проводников выполнено из полупроводящего материала. Это необходимо для поиска повреждения оболочки. Однако этот факт создает некоторые сложности при заземлении.

Если к земле подключаются оба конца кабеля, то при протекании по нему тока на внешней оболочке наводится ЭДС. В результате возникает ток, циркулирующий между землей и полупроводящей оболочкой. Это приводит к лишним и нежелательным потерям активной энергии. Проблема решается разделением линии на 3 участка и транспозицией отрезков полупроводящей оболочки. Для этого выпускаются специальные транспозиционные муфты, которые позволяют выполнить отвод от оболочки отдельным высоковольтным проводом.

Транспозиционная муфта 110 кв

Практикуют и другой способ заземления экрана — подключение с одного конца. В таком случае на оставшемся свободным окончании кабеля наводится чрезмерно большое напряжение. Это требует подключения разрядников или ограничителей перенапряжения (ОПН). Их рекомендуется использовать на 6 кВ. Перед испытанием линии все ОПН придется отключать, что крайне неудобно на длинных трассах.

Трехфазные кабели

Выпускаются различные модификации трехфазных кабелей. На практике чаще всего используют изделия с отдельным экранированием каждой жилы. Дополнительно у них может быть один общий экран для всего кабеля. Такая комбинация позволяет уменьшить помехи, испускаемые во внешнюю среду.

Существует и другой способ прокладки. При нем каждая фаза укладывается отдельным кабелем. Такой метод предпочтительней для мощных проводников сечением от 240 кв. мм, ведь проще укладывать 3 тонких кабеля, чем один толстый. Раздельная прокладка трех фаз благоприятно сказывается и на пропускной способности линии. Разведенные друг от друга жилы менее подвержены перегреву и способны пропустить без разрушения больший ток.

Раздельная прокладка фаз одножильными проводниками

СПЭ обладает повышенной надежностью. Он проще переносит нагрев, токи короткого замыкания и влажную среду в траншее. Из-за отсутствия масла он невосприимчив к разности высот при прокладке. Такие достоинства позволяют добиться бесперебойности в работе и внушительного срока эксплуатации более 30 лет.

В то же время достоинства есть и с точки зрения электромонтажников. СПЭ проводник более прост в работе. Он имеет сниженный вес и меньший радиус изгиба. Эти факторы делают его более предпочтительным для монтажа, от простоты и удобства которого зависит стоимость работ.

10 технических характеристик кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Конструкция и состав.

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), еще его называют кабель из вулканизированного полиэтилена, начал производиться более 20 лет назад. Сегодня такие кабеля приходят на замену кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией.

В Европе уже практически все новые линии монтируются именно из СПЭ. При этом КЛ со свинцовой броней и вовсе запрещены. Мало того, их даже нельзя оставлять в земле. При ремонте они в обязательном порядке должны быть извлечены из грунта и утилизированы.

Структура сшитого полиэтилена представляет из себя монолитную конструкцию, имеющую измененные электрические и физические характеристики обычного полиэтилена.

Например, если температура плавления обычного полиэтилена около 140 градусов, то у сшитого уже 250 градусов цельсия. Также и диэлектрическая проницаемость у нового материала в 15 раз меньше, чем у бумажно-пропитанной изоляции.

Кроме этого, СПЭ очень твердый материал. Он всего лишь на 5 единиц уступает по твердости стали.

Сшивка полиэтилена может происходить двумя способами:

химическим

радиационным – облучением жесткими гамма-лучами

Химический способ в свою очередь также делится на 2 вида:

пероксидная сшивка

Самый эффективный способ это облучение. Однако после такой обработки в кабеле остается большое количество остаточной радиации. Поэтому такой кабель опасен для обычной эксплуатации.

Одним из главных преимуществ пероксидной сшивки является то, что она делается при помощи катализатора – перекиси дикумила. При механической обработке, например снятии или просто распиливании изоляции у такого кабеля, сразу появляется резкий специфический запах.

Этот запах не переносят ни грызуны, ни насекомые.

При этом не боясь, что его погрызут мыши или крысы.

Изначально после сшивки, в изоляции кабеля находится метан. Поэтому его необходимо выдержать в специальной камере под давлением с температурой 70-80 градусов, чтобы удалить все газы.

Если кабель не качественный, то при монтаже муфт на КЛ из СПЭ возможны возгорания, именно из-за воздействия пламени горелки и метана выделяющегося из оболочки.

При производстве продукции особое внимание уделяется сверхвысокой чистоте полиэтилена. Допускается наличие примесей размером в 5 кубических микрон на 1см3. Это примерно как поместить один теннисный мячик в большом спортзале.

По конструкции кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена чем-то напоминают кабели с отдельно освинцованными жилами. Например БМПИ до 35кв:

Здесь присутствует токоведущая жила круглой формы, на которую нанесен изолирующий слой. А поверх этого слоя идут дополнительные защитные слои.

Ранее, для высокого напряжения использовались и используются маслонаполненные кабели:

и высокого давления

Однако затраты на эксплуатацию таких сетей очень большие. Практически за 10 лет работы требуется затратить столько же денег, сколько стоит сама кабельная линия.

Конструкция кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена единообразна для всех напряжений 6-10-35-110кв до 500кв включительно. Разница заключается в толщине основной изоляции.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

В настоящее время закономерность потребления кабельной продукции обусловлена большой популярностью проводников, изоляцией которых является сшитый полиэтилен. Его обозначение на русском языке вот такое – СПЭ, на немецком языке вот такое – VPE, на английском – XLPE, в Швеции используется обозначение PEX. То есть, встретив любую комбинацию из этих букв, будьте уверены, что перед вами кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена. Почему же сшитый полиэтилен (кабель с его изоляцией, так будет точнее) стал таким популярным?

Достоинства кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена

На самом деле отечественные потребители кабельной продукции по достоинству оценили данный вид изделий. Все дело в их преимуществах перед другими видами. Каковы же эти преимущества?

• Полиэтилен сшитого типа может выдерживать более высокие температуры. Поэтому пропускная способность жилы кабеля в такой изоляции становится больше. То есть, при повышенной силе тока, повышается температура внутри конструкции провода, за счет чего может испортиться изоляция.
• Даже при коротком замыкании с его высокой температурой кабель спокойно выдерживает ее. Изоляция не пробивается.
• Высокая влагостойкость. Этот показатель дает возможность не использовать металлическую оплетку, что снижает себестоимость самого кабельного материала.
• Появилась возможность уменьшить радиус изгиба прокладки.
• Полиэтилен – это полимерный материал (гибкий, эластичный), поэтому кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена не подлежит подогреву, когда прокладка производится при минусовой температуре.
• Эластичность позволяет использовать такой кабель при прокладке единой сетью на разных уровнях.
• Небольшие размеры и масса снижают сложности и трудоемкость при монтажных работах.
• И последнее – простота технологического процесса по сравнению с другими марками и видами кабелей. Отсюда и низкая себестоимость.

Технология изготовления

Полиэтилен, как изоляционный материал, известен достаточно давно. Но технология его использования в кабельной промышленности была до недавнего времени не доработана. Сам термопластичный полиэтилен является обладателем серьезных недостатков. К примеру, его изоляционные характеристики резко ухудшаются, когда материал начинает нагреваться. Дойдя до температуры плавления, он вообще изменяется в плане изменения формы. Кстати, +85С – это уже критическая температура для данного полимера.

А вот уже полиэтилен сшитого типа спокойно себя ведет даже при температуре +135С. Чувствуете разницу? Откуда же появился такой термин – сшивка. По сути, это замена термину «вулканизация». В технологии производства используется высокая температура, под действием которой связи внутри вещества происходят на молекулярном уровне. То есть, внутри полимера появляется трехмерная сетка, отсюда и противостояние высоким температурам, и высокая механическая прочность, и низкая гигроскопичность, и неплохие электрические характеристики.

Типы сшивки

В современных технологиях, используемых в кабельной промышленности, есть два варианта. Их отличает друг от друга – реагент, используемый для вулканизации полимера.

1. Пероксидная сшивка – это часто используемая технология. Из самого названия уже становится понятным, что в процессе сшивки полиэтилена используются пероксиды. Процесс производится под действием определенной температуры (плюс 300-400С) и давления (8-12 атм.), к тому же все это происходит внутри нейтральных газов, чаще азота. Такой способ еще называется сухим. Изготовленный с помощью данной технологии кабель используется для линий с высоким и средним напряжением (10-35 кВ).
2. Силанольная технология. В данном случае в процессе изготовления используется смеси под названием силаны. Этот процесс происходит под более низкими температурами (плюс 80-90С) при воздействии пара и воды, отсюда и менее высокие технические характеристики самого вещества. Кстати, такой кабель можно использовать под напряжением до 1 кВ.

Инструменты для разделки

Кабель с изоляцией из СПЭ – это достаточно сложная конструкция, где используется несколько слоев каркаса и изоляционных прослоек. Чтобы разделать такой кабель для соединения или подключения, необходимы специальные инструменты для разделки кабеля из сшитого полиэтилена. Таких инструментов на рынке огромное разнообразие. Но специалисты свое предпочтение отдают так называемым съемникам.

Необходимо отметить, что силовой кабель данного типа – это многослойная конструкция, как уже было сказано выше. Поэтому к его разделке надо отнестись со всей ответственностью. Для этого придется использовать два разных съемника: один для внешней изоляции, другой для полупроводниковой изоляции, которая облегает саму жилу. Все эти инструменты имеют съемные лезвия, что облегчает процесс разделки, плюс возможность устанавливать глубину врезания ножа в тело изоляционного слоя.

В настоящее время рынок предлагает комплекты для разделки, где кроме двух съемников присутствуют кромкорез, используемый для подрезки фаски жилы, и нож для обработки концов кабеля.

Испытания

Как и вся кабельная продукция, кабели из СПЭ обязательно должны проверятся на предмет их соответствия техническим характеристикам. Еще совсем недавно испытание проводилось под более высоким напряжением, которое превышало номинальное в 5-6 раз. Правда, от такой методики недавно отказались, потому что линии электропередач под действием такого большого напряжение снижали свои характеристики, особенно те, которые давно эксплуатировались и имели изношенную изоляцию.

Сегодня испытания проводятся по другой технологии, как говорят специалисты, щадящей. Для этого испытательное напряжение превышает номинальное в три раза, но используется для проверки ток с частотою 0,1 Гц. По сути, это постоянный ток, который внутри кабеля не вызывает объемных зарядов, негативно действующих на полиэтиленовую изоляцию.

Особенности кабеля из сшитого полиэтилена

В настоящее время на рынке есть огромный ассортимент моделей силовых кабелей. Среди них можно найти изделия для наземной, воздушной и водной прокладки. В этой статье говорится о том, что такое СЭП кабель и где его используют.

Что такое кабель из сшитого полиэтилена

В последние годы при изготовлении кабелей начали использовать дорогостоящие материалы. Кабель из сшитого полиэтилена стал одной из новинок последних лет. Благодаря новым технологиям получилось применить пластик в качестве обмотки при помощи вулканизации. Изделия выдерживают температуру до 140 градусов. Несмотря на то, что такие модели появились недавно, но они уже успели зарекомендовать себя на рынке, даже не смотря на высокую цену. Ниже подробно описаны все плюсы и минусы проводов СПЭ, что поможет определиться с выбором.

Плюсы и минусы СПЭ кабеля

Основные преимущества изделия:

• небольшая емкость;
• для пропуска больших токов нагрузки у провода из сшитого полиэтилена необходимо маленькое сечение жил. Рабочая температура составляет 95 градусов;
• он довольно мало весит, поэтому с ним легче работать;
• внутри нет масла и разного вида жидкостей;
• большая длина провода, что облегчает работу;
• устойчив к низким температурам. Кабель можно прокладывать при −25 градусах.

• поскольку модель новая, то ни у кого нет опыта прокладки и отзывов по эксплуатации;
• во время работы могут возникать повреждения, для исключения которых необходимы затраты при последующем планировании проводов;
• в отличие от других моделей, кабель СПЭ имеет высокую цену. Это происходит, потому что при производстве используется дорогое сырье.

Технические характеристики

Основные технические параметры представлены в таблицы, еще больше можно прочесть в спецификации изделия:

Маркировка

Символы, которыми обозначают СПЭ модели:

• А — жила выполнена из алюминия, если буквы нет, то из меди;
• Пв — полиэтиленовая изоляция;
• П — обозначение слоя из полиэтилена;
• Пу — слой из полиэтилена повышенной плотности;
• В — внутренний ПВХ слой;
• Внг-Ls — указывает на то, что оболочка устойчива к возгораниям;
• 2г — двойная герметизация провода.

При покупке изделия необходимо читать спецификацию, где полностью описаны все марки.

Сфера применения кабеля СПЭ

Такие модели изделия в основном используют в кабельных каналах распределительных электрических линий, которые могут:

• передавать высокую электрическую мощность;
• создать повышенный класс надежности передачи электроэнергии по кабельным контурам;
• выполнить схему линий электропередачи с высоким классом экологической и пожарной безопасности.

Многожильные провода с маркировкой ПвП, АПвП, ПвПу и АПвПу желательно использовать при установке кабельной линии в почти независимой от уровня коррозионной деятельности грунтов.

Разрешается прокладка этих моделей по воздуху, но при условии выполнения дополнительной защиты от возникновения пожаров и коротких замыканий.

Провода указанных моделей с приставками «г» и «2г» используются для прокладки в почве, в воде (в несудоходных озерах, реках) при соблюдении правил, исключающих механические дефекты изделий.

Также модели СПЭ кабелей используются для прокладки на сложных территориях кабельных дорог, в которых есть:

• больше трех разворотов под углом больше 30 градусов;
• прямолинейные зоны с тремя переходами или больше, в туннелях от 20 м;
• выше двух трубных проходов от 35 метров и больше.

Правила прокладки кабеля из сшитого полиэтилена

СПЭ провода желательно прокладывать при нулевой температуре в окружающей среде. Разрешается проводить работы с изоляцией СПЭ без прогрева при температуре окружающей среды до −20 градусов. Желательно, чтобы была дополнительная защита из ПВХ.

Если температура достаточно низка и сильные морозы, то перед работой изделие нужно прогреть в помещении в течении двух суток, для этого есть специальный прибор. В таком случае на прокладку отводится примерно 45 минут.

По окончанию работы провод должен быть быстро засыпан первым слоем земли. Последнюю засыпку и уплотнение почвы выполняют после охлаждения изделия.

Внимание! При температуре −40 и ниже работы производить категорически запрещено.

Важна или нет технология сшивки полиэтилена для кабелей 10 кВ

Подписка на рассылку

Уже давно никто не сомневается в необходимости заменять в распределительных сетях, рассчитанных на среднее напряжение, широко используемые ранее кабели с изоляцией из пропитанной бумаги на кабели в изоляции из сшитого полиэтилена. Преимущества новых кабелей настолько очевидны, что уже сложно и припомнить, когда по этому поводу была последняя дискуссия.

На сегодняшний день все ведущие энергетические компании России при ремонте существующих кабельных линий на напряжение 10 кВ и при прокладке новых повсеместно применяют кабель в изоляции из сшитого полиэтилена.

Впервые в России изготовила кабель с СПЭ-изоляцией компания “АББ Москабель”, в 1996 году. Тогда была использована, при изготовлении кабеля, технология пероксидной сшивки. И только в 2003 году ОАО “Камкабель” первым сумел освоить изготовление силового кабеля в изоляции из силаносшитого полиэтилена.

В эксплуатации и производстве данных видов силовых кабелей имеются определенные особенности, которые мы и рассмотрим ниже.

Достоинства кабелей в изоляции из сшитого полиэтилена

Переход к силовым кабелям в изоляции из СПЭ (сшитый полиэтилен) от кабелей в изоляции БПИ (бумажная пропитанная изоляция) был обусловлен постоянно растущими требованиями, которые выдвигают эксплуатирующие предприятия, к техническим характеристикам кабелей. Учитывая этот фактор, становится понятно, почему кабели в изоляции из сшитого полиэтилена столь привлекательны:

• за счет того, что увеличена рабочая температура жил (с 70°С до 90°С) выросла пропускная способность;
• диэлектрические потери уменьшены в 8 раз;
• при возникающем КЗ (коротком замыкании) значительно увеличился ток термической стойкости;
• кабель с изоляцией БПИ можно прокладывать только при температуре не ниже 0°С (если не используется предварительный подогрев), тогда как кабель в изоляции СПЭ может быть проложен, если температура окружающей среды не ниже -20°С;
• меньший вес, небольшой радиус и диаметр изгиба, что существенно облегчает прокладку кабеля при сложных трассах;
• при прокладке трасс нет ограничений, связанных с разностью уровней.

Кабели, изготавливаемые с изоляцией из сшитого полиэтилена, меньше требуют расходов, связанных с монтажом, содержанием и реконструкцией кабельных линий и более надежны и долговечны в эксплуатации. Данные факты подтверждены опытом эксплуатации, который насчитывает уже почти 40 лет, в абсолютном большинстве развитых промышленных странах. По зарубежным источникам можно сделать вывод, что электрические пробои кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена встречаются в десятки раз реже, чем у кабелей с изоляцией БПИ.

При строительстве кабельных линий на 6 – 10 кВ использование кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена дает возможность решить множество проблем, связанных с надежностью электроснабжения и оптимизацией сетей. В ряде случаев такие кабели позволяют даже полностью изменить традиционно принятые схемы сетей.

Сегодня в Северной Америке (Канада и США) доля кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена достигает 85%, в Дании и Германии – 95%, а Франция, Япония, Швеция и Финляндия для организации распределительных сетей среднего напряжения используют исключительно кабель в изоляции из СПЭ.

Особенности технологий сшивки полиэтилена

В современном производстве кабельной продукции полиэтилен стал одним из самых распространенных применяемых материалов. Но сам термопластичный полиэтилен изначально обладает рядом серьезных недостатков. Главным таким недостатком стало резкое падение механических характеристик, наблюдаемое при температурах близких к плавлению полиэтилена. Использование сшитого полиэтилена помогло решить данную проблему.

Широко известным термином «сшивка» называют процесс обработки на молекулярном уровне полиэтилена. В результате такой обработки возникают поперечные связи между макромолекулами полиэтилена, создающие трехмерную структуру, определяющую высокие механические и электрические характеристики материала, широкий диапазон рабочей температуры и пониженную гигроскопичность.

Молекулярная обработка, сшивка, встречается трех видов: силановая, пероксидная и радиационная. При изготовлении кабельно-проводниковой продукции используют первые две.

Наиболее широко распространена пероксидная сшивка. Ее суть заключается в обработке полиэтилена в среде нейтрального газа при помощи пероксидов. В процессе поддерживается давление 20 атм. и температура 300 – 400°С. Эта технология нашла свое применение при изготовлении кабелей высокого и среднего напряжения.

Силановая сшивка позволяет, за счет добавления специальных смесей (силанов), сшивать полиэтилен при значительно более низких температурах. До недавнего времени данная технология не была широко распространена. Используется силановая сшивка при изготовлении кабелей среднего и низкого напряжения.

Борьба технологий в точке пересечения интересов

По началу, производители кабелей среднего напряжения, проявляли незначительный интерес к технологии силановой сшивки. Это объяснялось тем, что были недостаточно проработаны электропроводящие и изоляционные компоненты, используемые при сшивании. Материалы, которые применяли в то время в силаносшиваемой технологии при изготовлении кабелей 0,4 – 1 кВ, не позволяли обеспечить трехслойное экструдирование и сшивку изоляции необходимой толщины (4мм).

Но ситуация изменилась чуть более 20 лет тому назад, когда ряд зарубежных производителей получили требуемые композиции и поставили на производство кабели с изоляцией СПЭ, рассчитанные на напряжение до 20 кВ.

Именно этот момент можно считать отправной точкой жесткой конкуренции изготовителей силовых кабелей, которые применяли различные технологии сшивания полиэтилена при их производстве. Борьба сконцентрировалась на секторе силовых кабелей на напряжение 6 – 20 кВ. Следует отметить, что производители кабелей на основе пероксидной технологии отличались куда более агрессивным поведением, видимо на правах старожилов.

Сегодня до России докатились уже не только отголоски этой борьбы, но и собственно она сама. Кабели, изготавливаемые по пероксидной технологии, известны на рынке России уже давно и отлично себя зарекомендовали. Силановая сшивка почти неизвестна потребителю и задачей производителя стала необходимость донести до эксплуатационников преимущества новой технологии.

Какая технология лучше?

С ролью арбитра прекрасно справился ведущий институт кабельной промышленности России – ВНИИКП. Образцы кабелей на 10 кВ, изготовленные по технологии пероксидной и силановой сшивки, подвергли в лабораториях ВНИИКП широкому спектру исследований и сравнительных испытаний.

У испытываемых образцов были идентичными такие показатели, как допустимые токи нагрузки и температуры, сроки службы, конструкции кабелей, области применения и другие соответствующие показатели.

Самым важным результатом исследований стал факт, что характеристики кабелей, которые были изготовлены с использованием силановой сшивки, находятся на уровне аналогичных кабелей, которые изготовили с использованием пероксидной сшивки.

Специалисты ВНИИКП отметили, что при испытаниях ряд параметров показал преимущества силаносшитой изоляции пред пероксидной. Однако была сделана оговорка, что полученные данные имеют отношение к конкретным образцам, подвергшимся исследованиям. К этим преимуществам были отнесены следующие параметры:

• структура силаносшитой изоляции более однородна, чем у пероксидной изоляции, что, при других совпадающих показателях, способствует повышению электрической прочности;
• у силаносшитой изоляции меньше внутреннее механическое напряжение, чем у пероксидной изоляции (показатели ниже по всем трем составляющим);
• у силаносшитой изоляции большее содержание антиоксиданта, чем у пероксидной изоляции (видимо из-за гораздо более низких температур вулканизации).

Для эксплуатирующих организаций важным параметром является степень содержания влаги в изоляции – именно этот показатель чрезвычайно влияет на срок эксплуатации кабеля. Ранее бытовало мнение, что силаносшитая изоляция обладает более высоким содержанием влаги, по сравнению с пероксидной изоляцией. Это мнение было вызвано тем, что вулканизация силаносшитой изоляции происходит в значительно более влажной среде. Однако проведенные испытания доказали, что на самом деле все совершенно не так: химические процессы при сшивании силанами обеспечивают гораздо меньшее содержание влаги, чем у пероксидной изоляции.

Помимо исследований механических и электрических характеристик изоляций в лабораториях ВНИИКП был проведен анализ предоставленных образцов на имеющиеся дефекты изоляции технологического происхождения.

Выводы одинаковые для всех предоставленных образцов: количество дефектов незначительно, что свидетельствует об имеющемся высоком контроле над качеством продукции у изготовителей кабелей, как по силановой технологии, так и по пероксидной.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Мировые тенденции развития кабельных энергораспределительных сетей среднего напряжения в течение последних десятилетий направлены на внедрение кабелей с теплостойкой экструдированной изоляцией (сшитый полиэтилен и этилен-пропиленовая резина) и замену ими кабелей с бумажной пропитанной изоляцией. В настоящее время в промышленно развитых странах Европы и Америки практически 100% рынка силовых кабелей занимают кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Переход от кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), связан со всё возрастающими требованиями эксплуатирующих организаций к техническим параметрам кабелей. В этом отношении преимущества кабелей из СПЭ очевидны.

Перечислим только некоторые из них:

• высокая пропускная способность;
• низкий вес, меньший диаметр и радиус изгиба;
• низкая повреждаемость;
• полиэтиленовая изоляция обладает малой плотностью, малыми значениями относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь;
• прокладка на сложных трассах;
• монтаж без использования специального оборудования;
• значительное снижение себестоимости прокладки.

Применение данных кабелей по сравнению с традиционными в поливинилхлоридной изоляции позволяет:

• Использовать жилы меньшего сечения для передачи равного потока;
• Увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабелей до 90°С;
• Увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабелей при коротком замыкании до 250°С.

Своими уникальными свойствами кабели с изоляцией из СПЭ обязаны применяемому изоляционному материалу. Полиэтилен в настоящее время является одним из наиболее применяемых изоляционных материалов при производстве кабелей. Но изначально термопластичному полиэтилену присущи серьезные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления. Решением этой проблемы стало применение сшитого полиэтилена.

Термин «сшивка» подразумевает обработку полиэтилена на молекулярном уровне. Поперечные связи, образующиеся в процессе сшивки между макромолекулами полиэтилена, создают трехмерную структуру, которая и определяет высокие электрические и механические характеристики материала, меньшую гигроскопичность, больший диапазон рабочих температур.

Конструкция кабелей с изоляцией из СПЭ значительно отличается от традиционных кабелей с бумажной изоляцией. Кабели выпускаются с многопроволочной круглой медной или алюминиевой жилой, а применение различных типов оболочек и возможность герметизации позволяет использовать кабель как для прокладки в земле, так и для кабельных сооружений, в том числе при групповой прокладке.

При прокладке в земле применяется оболочка из полиэтилена высокой плотности, обеспечивающая необходимую защиту кабеля от механических повреждений, как при прокладке, так и в процессе эксплуатации. Если необходима герметизация экрана, используется два разделительных слоя водоблокирующих лент под и поверх медного экрана, накладываемых с перекрытием. При прокладке кабеля в кабельных сооружениях применяется оболочка из ПВХ-пластиката пониженной горючести.

По сумме факторов, кабели с изоляцией из СПЭ более надежны в эксплуатации, требуют меньших расходов на монтаж, реконструкцию и содержание кабельных линий. Это подтверждено почти сорокалетним опытом эксплуатации таких кабелей в большинстве промышленно развитых стран. Например, по данным зарубежных источников, процент электрических пробоев кабелей с изоляцией из СПЭ на два-три порядка меньше, чем у кабелей с БПИ.

Применение кабелей с изоляцией из СПЭ на напряжение 6-10 кВ позволяет решить многие проблемы по надежности электроснабжения, оптимизировать, а в некоторых случаях даже изменить традиционные схемы сетей Сейчас в США и Канаде доля кабелей с изоляцией из СПЭ составляет 85%, в Германии и Дании — 95%, а в Японии, Франции, Финляндии и Швеции в распределительных сетях среднего напряжения используется только кабель с изоляцией из СПЭ.

Первым российским производителем кабеля с СПЭ-изоляцией стал Пермский ОАО «Камкабель». В настоящий момент, завод является обладателем новейшего оборудования для производства силовых кабелей из сшитого полиэтилена . Производственный корпус общей площадью 1700 кв.м , оборудован высокотехнологичным оборудованием для вулканизации полиэтиленовой изоляции в азотной среде английской фирмы «PROTON». Расчетная максимальная скорость линии — 50 м/мин. Новое оборудование позволяет выпускать силовые кабели с изоляцией из СПЭ на напряжение 6, 10, 20, 35 кВ в оболочке их полиэтилена и ПВХ-пластиката и в исполнении «нг- LS», сечением от 35 до 800 мм 2 (алюминиевая жила), от 25 до 630 мм 2 (медная жила). На складе ООО «МИКО ГРУПП», расположенном в максимально удобном для клиентов месте, всегда есть полный ассортимент продукции, производимой заводом, так же имеется возможность изготовления более 3000 наименований под заказ. И если ваша фирма идет в ногу со временем, использует новейшие технологии прокладки кабеля, фирма «МИКО Групп» готова полностью удовлетворить вашу потребность в кабельно-проводниковой продукции.

Алексей Овчинников,
ООО «МИКО ГРУПП».