Кабели 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена: так ли важна технология сшивки?

Введение в тему. Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
Переход от кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), как отмечалось на конференции, связан со всё возрастающими требованиями эксплуатирующих организаций к техническим параметрам кабелей. В этом отношении преимущества кабелей из СПЭ очевидны.
Перечислим только некоторые из них:

• большая пропускная способность за счет увеличения рабочей температуры жил – 90ºС вместо 70ºС;
• в восемь раз более низкие диэлектрические потери;
• более высокий ток термической стойкости при коротком замыкании;
• кабель с изоляцией из СПЭ можно прокладывать при температурах до – 20°С, тогда как прокладка кабелей с БПИ без предварительного подогрева возможна только до 0°С;
• меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на сложных трассах;
• возможность прокладки на трассах с не-ограниченной разностью уровней.

И, как следствие, 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 (см. «Новости ЭлектроТехники N 4(16) 2002 – ред.).
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.

Технологии сшивки полиэтилена
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.
Существуют три основных способа сшивки полиэтилена: пероксидная, силановая и радиационная. В мировой кабельной промышленности при производстве силовых кабелей используются первые две. Наибольшее распространение получила технология пероксидной сшивки, когда сшивка полиэтилена происходит при помощи пероксидов в среде нейтрального газа при температуре 300-400ºС и давлении 20 атм. Она применяется при производстве кабелей среднего и высокого напряжения.
Менее распространенной до последних лет являлась силановая сшивка, при которой в полиэтилен добавляются специальные смеси (силаны) для обеспечения сшивки при более низкой температуре. Сектор применения этой технологии охватывал кабели низкого и среднего напряжения.

Пересечение интересов
Пониженный интерес к технологии силановой сшивки в применении к кабелям среднего напряжения объяснялся недостаточной проработкой в области изоляционных и электропроводящих композиций, пригодных для этого способа сшивания. Материалы, применявшиеся для силановой сшивки кабелей 0,4–1 кВ, не обеспечивали возможности трехслойного экструдирования и сшивки изоляции требуемой толщиной 4 мм.
Лишь в восьмидесятых годах прошлого столетия были разработаны соответствующие качественные композиции и рядом зарубежных заводов был начат выпуск кабелей с изоляцией из силаносшитого полиэтилена на напряжение до 20 кВ.
Именно с этого времени интересы производителей силовых кабелей с изоляцией из СПЭ, использующих различные технологии, пересеклись на напряжении 6–20 кВ и на мировых рынках началась активная конкурентная борьба. Причем большей агрессивностью, видимо, по праву старожилов рынка, отличались сторонники пероксидной технологии.
С недавнего времени эта борьба перекинулась и на Россию. «Пероксидные» кабели предлагаются на нашем рынке уже достаточно давно. Их «оппоненты» пришли в страну совсем недавно и малознакомы потребителям. Поэтому вопрос «какая технология лучше?» и стал одним из главных на конференции.

Почти ничья
Роль арбитра, что довольно естественно, была отведена столичному ВНИИКП – ведущему институту кабельной промышленности в России. В его лабораториях был выполнен широкий круг сравнительных испытаний и исследований кабелей на напряжение 10 кВ, изготовленных по технологии силановой и пероксидной сшивки.
Изначальные параметры, включая срок службы, допустимые температуры и токи нагрузки, конструктивное исполнение кабелей, область применения и другие показатели, у сравниваемых образцов были одинаковыми.
Результаты испытаний на конференции озвучил заведующий лабораторией отдела силовых кабелей ВНИИКП Михаил Шувалов. Главным результатом cтало подтверждение института, что «технические характеристики кабелей, произведенных с применением технологии силанольной сшивки, не ниже аналогичных характеристик кабелей, изготовленных по технологии пероксидной сшивки».
Более того, по ряду параметров, исследованных во ВНИИКП, силаносшитая изоляция (СИ) оказалась предпочтительнее пероксидной (ПИ). Правда, при этом Михаил Шувалов оговорился, что эти данные относятся к конкретным образцам, на которых производились испытания. Так:

• структура СИ аналогична структуре ПИ, но более однородна, что при прочих равных условиях должно способствовать увеличению электрической прочности;
• внутренние механические напряжения в СИ оказались меньше, чем в ПИ, причем по всем трем составляющим;
• количество антиоксиданта в СИ больше, чем в ПИ (очевидно, из-за значительно более низкой температуры вулканизации).

Большое значение для эксплуатирующих организаций имеет степень влагосодержания в изоляции, ведь от этого во многом зависит срок службы кабеля. Ранее считалось, что влагосодержание в силаносшитой изоляции, вулканизированной во влажной среде, выше, чем в пероксидной. Однако выполненные исследования показали, что всё происходит с точностью до наоборот – остаточное влагосодержание в СИ меньше, чем в ПИ, что объясняется особенностями химического процесса сшивания силанами.
Кроме исследований электрических и механических характеристик изоляции кабелей, специалисты ВНИИКП провели анализ образцов с целью обнаружения дефектов изоляции технологического происхождения.
Вывод: дефектность находится на практически одинаковом и сравнительно низком уровне, что говорит о достаточно высокой культуре производства, характерной для производителей кабелей как с СИ, так и с ПИ.
В целом же, как отмечали выступавшие на конференции специалисты, потребителей кабелей с изоляцией из СПЭ интересует не столько технология, по которой произведен продукт, сколько его качество, надежность, срок службы, эксплуатационные характеристики. И по большому счету, разница в этих параметрах у кабелей, произведенных по технологиям силановой и пероксидной сшивок, едва ли заметна, если оценивать в целом их преимущества над кабелями с бумажной пропитанной изоляцией.

Источник: