Кабели с изоляцией PE

Кабели с изоляцией из полиэтилена (PE) представляют собой специализированный класс кабельно-проводниковой продукции, где в качестве основного диэлектрика используется полиэтилен различных модификаций. Благодаря уникальному набору свойств, они занимают важную нишу в областях, где требуются высокая влагостойкость, химическая инертность и долговечность.

1. Полиэтилен как диэлектрик: Свойства и модификации

Полиэтилен — это термопластичный полимер, получаемый полимеризацией этилена. Его электротехнические свойства делают его превосходным материалом для изоляции.

Ключевые свойства полиэтилена:

• Отличные диэлектрические характеристики: Высокое объемное удельное сопротивление (>10¹⁵ Ом·см) и низкие диэлектрические потери.
• Высокая влагостойкость: Практически не впитывает воду (водопоглощение <0,01%), что критически важно для кабелей, прокладываемых в земле или воде.
• Химическая стойкость: Инертен к воздействию кислот, щелочей, солей и растворителей.
• Механическая прочность: Обладает высокой стойкостью к растяжению и истиранию.
• Гибкость и эластичность: Сохраняет свойства в широком диапазоне температур.

Основные модификации полиэтилена для изоляции:

1. ПНД (PE) — Полиэтилен Низкого Давления (Высокой Плотности, HDPE):
   • Плотность: 0.94-0.97 г/см³.
   • Свойства: Высокая механическая прочность, жесткость, стойкость к растрескиванию.
   • Применение: Основная изоляция в силовых кабелях среднего и высокого напряжения.
2. ПВД (LDPE) — Полиэтилен Высокого Давления (Низкой Плотности):
   • Плотность: 0.91-0.93 г/см³.
   • Свойства: Более гибкий и эластичный, чем ПНД, но менее прочный.
   • Применение: Изоляция жил в контрольных и радиочастотных кабелях.
3. Сшитый полиэтилен (XLPE, PEX) — Наиболее современная и эффективная модификация:
   • Технология: Молекулы полиэтилена «сшиваются» между собой, образуя трехмерную сетчатую структуру. Это делается с помощью пероксидов (PEX-A), силана (PEX-B) или радиационного облучения (PEX-C).
   • Свойства:
     • Повышенная термостойкость: Длительно допустимая температура жилы повышается с +70°C (для PE) до +90°C.
     • Стойкость к токам короткого замыкания: Выдерживает кратковременный нагрев до +250°C.
     • Повышенная механическая прочность и стойкость к растрескиванию.
   • Применение: Стандарт для силовых кабелей на напряжение 6, 10, 35 кВ и выше.

2. Конструкция кабелей с изоляцией PE

Конструктивно такие кабели аналогичны кабелям с ПВХ-изоляцией, но материалы и технологии рассчитаны на более суровые условия.

1. Токопроводящая жила:

• Материал: Медь или алюминий.
• Строение: Однопроволочная или многопроволочная.

2. Изоляция жил:

• Материал: ПНД, ПВД или, что чаще, СПЭ (XLPE).
• Технология нанесения: Экструзия (наложение методом выдавливания) с последующей вулканизацией для СПЭ.

3. Поясная изоляция и экраны:

• Экран по жиле: Полупроводящий сшитый полиэтилен — выравнивает электрическое поле вокруг жилы в кабелях на напряжение выше 1 кВ.
• Экран по изоляции: Полупроводящий сшитый полиэтилен.
• Медный экран: Оплетка или продольно уложенная лента — для заземления и защиты от помех.

4. Броня (опционально):

• Броня из стальных оцинкованных лент (Б): Для защиты от механических повреждений.
• Броня из стальных оцинкованных проволок (К): Для защиты от растягивающих усилий.

5. Защитный шланг (внешняя оболочка):

• Материал: Полиэтилен (PE), реже ПВХ. Полиэтиленовая оболочка используется из-за своей исключительной стойкости к влаге, ультрафиолету и агрессивным средам.

3. Преимущества и недостатки кабелей с изоляцией PE

Преимущества:

1. Влагостойкость: Могут длительно работать в условиях 100% влажности и даже быть проложенными в воде.
2. Химическая стойкость: Устойчивы к воздействию масел, бензина, кислот, щелочей и почвенной коррозии.
3. Долгий срок службы: Составляют 30-50 лет и более благодаря стабильности полимера.
4. Высокая термостойкость (для XLPE): Рабочая температура +90°C позволяет пропускать большие токи нагрузки.
5. Стойкость к ультрафиолету: Полиэтиленовая оболочка не трескается и не разрушается на солнце.
6. Экологическая инертность: Не выделяет вредных веществ при эксплуатации.

Недостатки:

1. Горючесть: Полиэтилен поддерживает горение. Для снижения горючести требуются специальные добавки — антипирены (кабели с изоляцией из трудногорючего полиэтилена, например, ПвВ).
2. Низкая морозостойкость базового PE: Становится хрупким при температурах ниже -30°C. Для работы в Арктике используются специальные морозостойкие марки.
3. Сложность разделки: Более жесткий и прочный, чем ПВХ, требует специального инструмента для зачистки.
4. Стоимость: Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) дороже кабелей с ПВХ-изоляцией.

4. Основные марки кабелей и их применение

• ПвВГ (ПвПГ):
  • Расшифровка: «П» — изоляция из сшитого полиэтилена, «в» — оболочка из ПВХ, «Г» — голый.
  • Назначение: Аналог кабеля ВВГ, но с улучшенными диэлектрическими свойствами и термостойкостью. Для стационарной прокладки в сухих и влажных помещениях.
• ПвБбШв (ПвПгБбШв):
  • Расшифровка: «П» — изоляция из сшитого полиэтилена, «Б» — броня, «Шв» — защитный шланг.
  • Назначение: Бронированный кабель для прокладки в земле. Основной кабель для строительства кабельных линий 6-35 кВ от подстанций к потребителям.
• АПвБбШв: Алюминиевый аналог ПвБбШв.
• Кабели связи и передачи данных:
  • Коаксиальные кабели (например, RG-6) часто имеют изоляцию из вспененного полиэтилена (Foam PE) для снижения диэлектрических потерь.
  • Кабели витая пара для уличной прокладки имеют оболочку из черного полиэтилена (PE), устойчивую к УФ-излучению и влаге.
• Кабели для погружных насосов:
  • Специализированные кабели (например, КПП) в оболочке из PE или термопластичного полиэтилена (TPE) для работы в скважинах.

5. Области применения

Благодаря своим свойствам, кабели с изоляцией PE применяются в самых требовательных областях:

1. Энергетика: Силовые кабели среднего и высокого напряжения (6-220 кВ) для подземных и наземных линий.
2. Промышленность: Прокладка в агрессивных средах (химические, нефтеперерабатывающие заводы), в цехах с высокой влажностью.
3. Связь и телекоммуникации: Кабели для прокладки в грунте, кабельной канализации, по опорам.
4. Добывающая промышленность: Питание погружного оборудования в скважинах (нефть, вода).
5. Сельское хозяйство: Прокладка в грунтах с высокой коррозионной активностью.
6. Водоснабжение и канализация: Для питания насосных станций и оборудования, работающего в условиях постоянной влажности.

Заключение

Кабели с изоляцией из полиэтилена, и особенно его сшитой модификации (XLPE), представляют собой высокотехнологичную и надежную продукцию для ответственных применений. Они являются эволюционным развитием кабелей с ПВХ-изоляцией, предлагая значительные преимущества в долговечности, стойкости к внешним воздействиям и пропускной способности.

Выбор между ПВХ и PE очевиден, когда речь идет о:

• Прокладке в земле или воде.
• Работе в условиях агрессивных сред.
• Необходимости передачи больших мощностей при повышенных температурах.
• Требованиях к максимальному сроку службы (десятилетия).

Таким образом, несмотря на более высокую первоначальную стоимость, кабели с изоляцией PE становятся экономически выгодным решением в долгосрочной перспективе за счет снижения затрат на обслуживание, ремонт и простои оборудования.