Изоляционные материалы из сшитого полиэтилена

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтиленаСшитый полиэтилен (PEX или СПЭ) на данный момент является одним из самых применимых материалов при изготовлении изоляции силового и связного кабеля. Его уникальные свойства прочности, водонепроницаемости, устойчивости к термо-физическим и механическим нагрузкам позволяют создавать изоляционные материалы, по надежности и долговечности намного превосходящие традиционные.

Свойства изоляции СПЭ

В качестве кабельной изоляции многие годы выступала промасленная бумага, которая не отличалась ни прочностью, ни стабильностью свойств. Она требовала обязательной твердой оболочки из металла, так как была неустойчива к механическим нарушениям, боялась воды и вертикальной прокладки, при которой масло стекало в нижнюю точку провода. Сейчас современные материалы из полимеров, в особенности из так называемого «сшитого» полиэтилена, все чаще заменяют бумажный способ изоляции.

Технические параметры

Сшитый полиэтилен – это полимер углеводорода этилена, модифицированный на молекулярном уровне до выстраивания абсолютно новой структуры. Полученная в процессе «сшивки» система межмолекулярных связей СПЭ выглядит, как трехмерная ячеистая сетка, похожая на кристаллическую решетку твердых веществ. Такое изменение дает особую прочность на разрыв и повышение всех остальных характеристик полиэтилена.

В сравнении как с маслонаполненной, так и ПВХ-изоляцией сшитый полиэтилен дает гораздо более высокие прочностные и диэлектрические характеристики, что видно из таблицы:

Показатели СПЭ (PEX)-изоляция Масляная изоляция ПВХ-изоляция
Наибольшая температура, которую материал может выдерживать длительное время, 0C 90 85 70
Аварийно возможная температура, 0C 130 90 80
Максимум возможной температуры при коротком замыкании, 0C 250 200 160
Максимально допустимый ток короткого замыкания, А/мм2
  • Для медного провода
  • Для алюминиевого провода
144
93

101

67

125

81

Диэлектрическая проницаемость при нормальной температуре (+20 0C) 2,4 3,3 3,5
Диэлектрические потери при нормальной температуре (+20 0C) 0,001 0,004 0,02

ИНТЕРЕСНО! Нижний температурный предел использования сшитого полиэтилена без изменения его диэлектрических и прочностных характеристик равен -500C, что выгодно отличает его от других полимеров (ПВХ, полипропилен), температурный диапазон эксплуатации которых начинается лишь с -15 0C.

Преимущества использования

Использование СПЭ для изоляции силовых кабелей дало возможность как расширения эксплуатационных свойств электропроводки, так и более удобного ее монтажа:

  • Высокие диэлектрические показатели полиэтилена при минимальных диэлектрических потерях разрешили проблему изоляции высоковольтных линий,
  • Увеличение максимально допустимой температуры позволило увеличить пропускную способность провода на 20-30% по сравнению с бумажно-масляными аналогами,
  • Стойкость к быстрому повышению температуры с рабочей до максимальной величины обезопасила ситуации коротких замыканий,
  • Влагонепроницаемость PEX-изоляции исключила необходимость гидрозащиты,
  • Устойчивость к механическим повреждениям отменила обязательную металлическую оболочку для провода небольшого сечения, тем самым облегчив его вес и уменьшив нагрузку на опорные конструкции при монтажных работах,
  • Эластичность сшитого полиэтилена сделала кабель очень гибким, что позволило свободно менять направление прокладки и делать ее разноуровневой,
  • Стойкость к отрицательным температурам до -50 0C без изменения пластичности сделала возможным монтаж электросетей в зимних условиях без предварительного подогрева кабеля.

Недостатки

Упаковка кабеля в изоляцию из сшитого полиэтиленаИзоляция из сшитого полиэтилена, при всех положительных качествах, имеет следующие недостатки, ограничивающие ее использование:

  1. Полиэтилен, даже «сшитых» образцов, плохо переносит длительное воздействие ультрафиолетового излучения, поэтому его использование на открытых для солнечного света местах нежелательно,
  2. На PEX-материалы оказывает разрушающее воздействие проникающий в их структуру свободный кислород воздуха, в связи с чем изделия нуждаются в специальном защитном покрытии.

ВАЖНО! Из-за уменьшения срока службы СПЭ при использовании в открытых местах одновременно с идеальными изоляционными свойствами в защищенных зонах его используют для изготовления изоляции, которая непосредственно соприкасается с проводящей ток металлической жилой. Внешние же оболочки кабеля делаются из других материалов.

Виды изоляционных материалов СПЭ

Сшитый полиэтилен может производиться по разным технологиям при изменениях температуры, давления проходящей реакции, а также сопутствующих веществ. При этом получают материалы, которые несколько отличаются по своим свойствам. В электроизоляционной промышленности используются:

  • PEXb – полиэтилен, «сшитый» химическим силановым (или силанольным) способом. В его производстве используются вещества кремневодороды, которые с повышением температуры до 80-90 0C участвуют в гидролизе, связывая боковые ответвления полимерных макромолекул. Сравнительно дешевый метод, дает около 65 % сшивки. Был очень распространен на начальном этапе использования полиэтилена в качестве кабельной изоляции, но давал неравномерность распределения свойств по всему объему.
  • PEXa «сшивается» в присутствии перекиси водорода, из-за чего называется «пероксидным», при повышении температуры до 400 0C и давления 8-9 атм. Такой метод модификации полиэтилена более сложный и дорогой, но дает до 80 % сшитых молекул и сравнительно равномерное распределение показателей по объему материала. Получил наибольшее применение как высоковольтная изоляция большой толщины.

ВНИМАНИЕ! На данный момент изоляция PEXb разрешена только для кабелей, рассчитанных на напряжение не более 1 кВ. При большем напряжении она имеет меньшую электростойкость, часто дает пробои и быстро приходит в негодность. Для изоляции провода в 10-35 кВ и более используется только материал PEXa!

Применение

Изоляция из сшитых образцов полиэтилена используется в производстве одножильного и трехжильного кабеля, применяемых как в однолинейной, так и в групповой прокладке на открытых местах, в кабельных конструкциях, под землей. Толщина изоляции варьируется от 3,4 до 35 мм при сечении кабеля от 35-ти до 3000 мм2 и протекании тока напряжением до 550 кВ.

В зависимости от качества дополнительных оболочек медный и алюминиевожильный кабель в СПЭ-изоляции может использоваться:

  • В полиэтиленовой (П) оболочке – для прокладки в помещениях и в воздухе,
  • В усиленной оболочке из полиэтилена (Пу) – для прокладки на сложных участках на поверхности земли,
  • В оболочке из ПВХ (В, ВГ) – для прокладки одиночной линии в местах, где исключены его механические повреждения (помещение и сухой грунт),
  • С защитой из ПВХ пониженной горючести (Внг, ВГнг) – для групповой прокладки,
  • С дополнительной герметизацией (г, 2г) – для прокладки в сырых местах, в земле с наличием грунтовых вод,
  • Бронированные металлической проволокой или лентой (Б) – в местах с вероятностью механических повреждений.