Кабели с оболочкой из полимерной композиции

Кабели с оболочкой из полимерной композиции: материалы, свойства, применение и стандарты

Оболочка кабеля является критически важным элементом конструкции, обеспечивающим долговременную защиту токопроводящих жил и изоляции от механических, химических, климатических воздействий и распространения пламени. Современные кабели с оболочкой из полимерной композиции представляют собой продукт высоких технологий, где состав материала определяет весь комплекс эксплуатационных характеристик изделия. В отличие от кабелей с оболочкой из термопластов (ПВХ, полиэтилен), где материал представляет собой единый гомогенный полимер, полимерная композиция – это сложная многокомпонентная система, состоящая из полимерной основы, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов, антипиренов, красителей и других добавок, тщательно подобранных для достижения целевых свойств.

Ключевые компоненты полимерной композиции для кабельных оболочек

Состав композиции является коммерческой тайной производителя, однако общая структура и назначение компонентов известны и стандартизированы.

• Полимерная основа (матрица): Определяет базовые физико-механические и диэлектрические свойства. Основные типы:
  • Поливинилхлорид (ПВХ-пластикат): Наиболее распространенная основа для оболочек силовых и контрольных кабелей общего назначения. Без добавок – жесткий материал, поэтому требует пластификации.
  • Полиэтилен (ПЭ): Особенно сшитый полиэтилен (ПЭС) для изоляции, реже – для оболочек. Для оболочек часто используется полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) или среднеплотный (ПЭСП).
  • Галоген-содержащие полимеры (ХПЭ, CSP): Полимеры на основе хлорсульфированного полиэтилена или других составов, сочетающие масло-бензостойкость и эластичность.
  • Галоген-свободные полиолефины (ГСП, LSZH): Основа для безгалогенных негорючих композиций (например, на основе этиленвинилацетата – EVA, полиолефинов с гидратом алюминия или гидроксидом магния).
  • Специальные эластомеры: Резиновые смеси на основе этилен-пропиленового каучука (EPDM), силикона, термоэластопластов (TPE) для гибких и специализированных кабелей.
• Пластификаторы: Для ПВХ-композиций – эфиры фталевой, терефталевой или адипиновой кислот. Обеспечивают гибкость, морозостойкость. Определяют диапазон рабочих температур.
• Наполнители: Минеральные вещества (мел, каолин, тальк). Снижают стоимость, повышают жесткость, термостабильность, но могут ухудшать механические свойства. В безгалогенных составах гидрат алюминия (ATH) является одновременно наполнителем и антипиреном.
• Стабилизаторы: Препятствуют термическому и фотохимическому разложению полимера (например, ПВХ при нагреве выделяет HCl). На основе солей свинца (устаревшие), кальций-цинковых или оловоорганических соединений.
• Антипирены: Вещества, снижающие горючесть. Для ПВХ – триоксид сурьмы (Sb₂O₃), действующий синергетически с галогенами самого ПВХ. Для ГСП-композиций – гидрат алюминия (ATH), гидроксид магния (MDH), разлагающиеся с поглощением тепла и выделением паров воды.
• Прочие добавки: Антиоксиданты, противоударные модификаторы, смазки для улучшения экструзии, красители.

Классификация и типы кабелей по материалу оболочки

Классификация напрямую связана с составом полимерной композиции и регламентируется техническими стандартами (ГОСТ, МЭК, EN).

Таблица 1. Основные типы полимерных композиций для кабельных оболочек и их свойства

Тип оболочки (сокращение)	Основной полимер	Ключевые свойства	Типичные области применения	Нормативные документы (примеры)
ПВХ (винил)	Поливинилхлорид пластифицированный	Гибкость, нераспространение горения, стойкость к маслу, кислотам, щелочам. При горении выделяет плотный дым и коррозионные гаоны (HCl). Рабочий диапазон: от -40°C до +70°C.	Силовые кабели до 35 кВ (ВВГ, АВВГ), контрольные кабели (КВВГ), провода монтажные. Наиболее массовый сегмент.	ГОСТ 31996-2012, МЭК 60227, МЭК 60502-1
ПЭ (полиэтилен)	Полиэтилен низкой/средней плотности	Отличные диэлектрические и влагозащитные свойства, стойкость к УФ-излучению (стабилизированный черный ПЭ). Жестче ПВХ. Горюч. Морозостоек.	Оболочка кабелей связи, оптических кабелей, силовых кабелей для прокладки в земле (внешняя защита), кабелей для ВЛ (СИП).	ГОСТ 15150, МЭК 60794-1 (для ВОК)
ГСП, LSZH (безгалогенная, пониженной пожарной опасности)	Полиолефины (EVA, ПЭ) с минеральными наполнителями (ATH)	Не распространяет горение, при пожаре выделяет минимальное количество дыма и коррозионных газов. Механические свойства и гибкость обычно ниже, чем у ПВХ. Более высокая плотность.	Общественные здания, метро, аэропорты, железные дороги, атомные станции, суда – везде, где предъявляются высокие требования к безопасности людей и оборудования при пожаре.	ГОСТ 31565-2012 (категории П1.б, П2), МЭК 60754-1,2, МЭК 61034-1,2
Маслостойкая (ХПЭ, CSP)	Хлорсульфированный полиэтийн, PVC/NBR смеси	Высокая стойкость к маслам, бензину, озону, истиранию. Сохраняет эластичность в широком температурном диапазоне.	Кабели для горнодобывающей техники, станочного оборудования, автомобильной промышленности, АЗС.	ГОСТ Р 53769-2010 (кабели для горных машин), МЭК 60245-4
Термостойкая	Силиконовая резина, EPDM, специальные композиции ПВХ	Сохранение эластичности и механических свойств при высоких температурах (от +90°C до +180°C и выше).	Кабели для печей, котлов, двигателей, систем отопления, высокотемпературных сред.	МЭК 60245-7, МЭК 60811-系列

Эксплуатационные характеристики и методы испытаний

Качество оболочки и соответствие ее заявленным характеристикам подтверждается комплексом лабораторных и приемо-сдаточных испытаний.

• Механические свойства:
  • Предел прочности при растяжении (Н/мм²).
  • Относительное удлинение при разрыве (%).
  • Испытание на раздир (только для некоторых типов).

  Стандарты: ГОСТ 2210-73, МЭК 60811-501.

• Тепловые свойства:
  • Рабочая температура (длительная, кратковременная, перегрузки).
  • Стойкость к деформации при нагреве (испытание на сплющивание шариком).
  • Термоусадка.
  • Морозостойкость (испытание на изгиб при низкой температуре).

  Стандарты: ГОСТ 2211-73, МЭК 60811-401.

• Пожароопасные свойства (критически важны для выбора):
  • Не распространяющие горение (одиночная прокладка/пучком): Испытание в вертикальной/горизонтальной камере по ГОСТ Р МЭК 60332-1, -3.
  • Огнестойкость (сохранение работоспособности в условиях пожара): Испытание по ГОСТ Р 53316 (МЭК 60331).
  • Коррозийная активность дыма (кислотность газов): Измерение pH и проводимости по ГОСТ Р МЭК 60754-2.
  • Дымообразование: Измерение минимальной светопропускаемости по ГОСТ Р МЭК 61034-1,2.
  • Токсичность продуктов горения (определяется по отечественным нормам в СНиП, СП).
• Химическая и климатическая стойкость:
  • Стойкость к маслу (испытание в масле И-20А по ГОСТ 2212-73 или МЭК 60811-404).
  • Стойкость к воде, кислотам, щелочам.
  • Стойкость к УФ-излучению (ускоренные испытания в климатической камере).

Особенности монтажа и эксплуатации

Выбор кабеля с определенным типом оболочки диктует условия его прокладки и монтажа.

• Минимальный радиус изгиба: Зависит от жесткости оболочки и конструкции кабеля. Для кабелей с ПВХ и ГСП оболочкой обычно составляет 7.5-10 наружных диаметров. Для эластомерных оболочек – меньше.
• Температура монтажа: ПВХ-композиции при температурах ниже -15°C…-20°C теряют эластичность, монтаж без предварительного прогрева запрещен из-за риска растрескивания. Полиэтилен и некоторые ГСП-композиции более морозостойки.
• Прокладка в земле: Оболочка из ПВХ или ПЭ сама по себе не является достаточной защитой от механических повреждений. Требуется бронирование (стальные ленты/оцинкованные проволоки) или прокладка в трубах. ПЭ оболочка более стойка к влаге и химии в грунте.
• Прокладка в помещениях: При групповой прокладке в лотках, коробах, по конструкциям обязательным является требование к нераспространению горения при групповой прокладке (категория П1.б, П2 по ГОСТ 31565-2012). В общественных зданиях все чаще обязательны кабели с оболочкой LSZH (ГСП).
• Совместимость с другими материалами: Необходимо учитывать миграцию пластификаторов из ПВХ-оболочки в соприкасающиеся материалы (например, пенополистирол) и возможность контактной коррозии с металлами.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между ПВХ и ГСП (LSZH) оболочкой?

ПВХ (Поливинилхлорид) содержит галогены (хлор). При пожаре он эффективно препятствует распространению пламени, но выделяет плотный едкий дым, содержащий соляную кислоту (HCl), которая вызывает коррозию оборудования, затрудняет эвакуацию и наносит вред здоровью. ГСП (Галоген-Свободная Полимерная) композиция не содержит хлора, фтора, брома. При горении она выделяет на 80-90% меньше дыма, и дым не содержит коррозионных кислотных газов. Это ключевое отличие для безопасности людей в метро, тоннелях, высотных зданиях.

Правда ли, что кабели с ГСП-оболочкой менее гибкие и долговечные, чем с ПВХ?

Исторически первые ГСП-композиции уступали ПВХ по гибкости и долговечности. Однако современные составы, особенно на основе этиленвинилацетата (EVA) с улучшенными пластификаторами, практически не уступают качественному ПВХ по механическим характеристикам и имеют сравнимый срок службы (не менее 25-30 лет). Важно выбирать продукцию проверенных производителей, которые проводят полный комплекс испытаний.

Как правильно выбрать кабель по пожарной опасности?

Выбор регламентируется Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности (ФЗ-123) и сводами правил (СП). Ключевые параметры:

• Категория по нераспространению горения: П1.б (не распространяющие горение при групповой прокладке) – обязательно для лотков и коробов.
• Класс пожарной опасности: Определяется по комбинации критериев (горючесть, дымообразование, токсичность, коррозийность). Для большинства общественных зданий требуется кабель с классом ПРГП1-ПРГП4 (по новому ГОСТ Р 58096-2018), что подразумевает использование ГСП-оболочек.
• Для особых объектов (АЭС, метро) существуют отдельные, более строгие нормы.

Можно ли прокладывать кабель с ПВХ-оболочкой на улице?

Да, но с важными оговорками. Стандартная ПВХ-оболочка не стабилизирована против ультрафиолета. Под прямым длительным воздействием солнечного света она теряет пластификаторы, становится хрупкой и трескается. Для наружной прокладки необходимо использовать кабели с оболочкой из светостабилизированного полиэтилена (Черный ПЭ) или, в крайнем случае, ПВХ специальных марок с УФ-стабилизаторами, а также предусматривать защиту от солнца (в трубах, коробах).

Что означает маркировка «нг(А)-LS» или «нг(А)-FRLS»?

Это расшифровывается следующим образом:

• нг(А): Не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А (наибольшая пожарная нагрузка, соответствует испытанию по МЭК 60332-3-24).
• LS (Low Smoke): Пониженное дымо- и газовыделение. Обычно подразумевает безгалогенную оболочку (LSZH).
• FR (Fire Resistance): Огнестойкость. Кабель сохраняет работоспособность в течение заданного времени в пламени (например, 60, 90, 120 минут).
• Таким образом, «нг(А)-FRLS» – это огнестойкий кабель, не распространяющий горение при плотной групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением.

Как отличить качественную полимерную оболочку визуально и на ощупь?

Качественная оболочка должна иметь:

• Гладкую, ровную поверхность без впадин, вздутий, посторонних включений.
• Равномерную окраску по всей длине.
• Четкую, несмываемую маркировку.
• Упругость: при легком сжатии не должна оставаться вмятина, не должна казаться «дубовой» или, наоборот, излишне мягкой, как пластилин.
• При разрезе не должна крошиться или расслаиваться.

Однако визуальный осмотр – лишь первичная проверка. Гарантией качества являются протоколы испытаний от аккредитованной лаборатории и сертификаты соответствия от reputable производителя.