Кабельные системы нового поколения.

Кабельные системы нового поколения.

К современным кабельным системам предъявляются повышенные требования, обусловленные прежде всего требованиями надежного электроснабжения объектов и безопасности производства. Именно эти факторы ставят перед разработчиками и производителями кабеля задачу создания кабеля нового поколения. Особое значение уделяется сегодня изготовлению кабелей пожаробезопасного направления. Акцент производители делают на разработке и производстве нового поколения силового, контрольного, малогабаритного и кабеля управления - с изоляцией и оболочкой из полимерных композиций, не содержащих галогенов, не распространяющих горение, предназначенных для использования в условиях, требующих повышенного уровня безопасности.
Среди кабелей есть свои «силовики». Есть даже «питерские» и «московские», но это уже из области маркетинга, а мы будем подробно говорить о проблеме безопасности. Такие кабели предназначены для эксплуатации на ответственных объектах, в первую очередь в местах, где концентрация людей или дорогостоящего оборудования требует повышенного уровня безопасности, например, при строительстве метрополитена, электростанций, АЭС, промышленных объектов (металлургическое производство, нефтеперерабатывающие и химические предприятия), компьютерных и телекоммуникационных центров, крупных (высотных) общественных и жилых зданий и сооружений, торговых центров, при строительстве судов, буровых платформ и других объектов. Кабели нового поколения максимально долго обеспечивают функционирование систем безопасности в случае пожара и исключают повреждение приборов и оборудования газообразными продуктами горения. Кабели подобного типа допускают длительную (рабочую) температуру на жиле 85 градусов Цельсия (в отличие от стандартных кабелей с температурой на жиле 65 градусов), что позволяет передавать большие токи нагрузки при том же номинальном сечении жил.

Основным типом кабелей для распределительных сетей среднего напряжения является кабель на напряжение 10 кВ. Ранее в России использовались так называемые бронекабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) в алюминиевой или свинцовой оболочке. В настоящее время все больше и больше потребителей применяют кабельную продукцию с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) взамен традиционно применяемых ранее кабелей с изоляцией из пропитанной бумаги (БПИ) и поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. Соответственно, все большее число поставщиков кабельных изделий осваивают производство СПЭ-кабелей.

Немного о NYM-кабеле Кабель марки NYM - современный тип силового кабеля, предназначен для монтажа электропроводки по евростандарту. Эта разновидность кабеля пришла к нам из Европы и в последние годы приобретает все большую популярность в жилищном строительстве. Так, силовой кабель NYM на напряжение 660 В, используемый для стационарной прокладки внутри зданий, рекомендуется потребителям Правилами устройства электроустановок (ПЭУ). Кроме того, в соответствии с требованиями ГОСТ кабели для внутренней прокладки в жилищном и промышленном строительстве должны соответствовать европейским требованиям по электробезопасности и нагрузочной способности. Так что стандарт NYM в ближайшие годы будет применяться в увеличивающихся объемах. Производство кабеля NYM в России началось в 1994 г. и с тех пор непрерывно нарастает, подгоняемое спросом. Кабели NYM (ТУ 3521-009- 05755714-98, соответствующие стандарту Германии DIN 57250) предназначены для промышленного и бытового стационарного монтажа электропитания (открытого и скрытого) на номинальное переменное напряжение до 380/660 В номинальной частотой 50 Гц внутри помещений и на открытом воздухе. Применение вне помещений возможно только вне прямого воздействия солнечного света. Также кабели не рекомендуются для прокладки в земле (траншеях). Возможно применение кабеля NYM поверх штукатурки, в ней и под ней в сухих, влажных и мокрых помещениях, а также в кирпичной кладке и бетоне, за исключением прямой запрессовки в виброзасыпной и штампованный бетон. Прокладка кабеля NYM может осуществляться в трубах, в закрытых установочных и изогнутых каналах. Требования к кабелю NYM по ТУ регламентируются нормативами, установленными ГОСТами. Так, ГОСТ 23286 устанавливает номинальные значения толщины изоляции и оболочки и минимальные допуски на эти значения. На кабели, выпускаемые по стандарту DIN, регламентируется только среднее значение величины изоляции и оболочки, которое должно быть не ниже номинального. Высокие потребительские и эксплуатационные качества кабеля NYM обеспечиваются наличием дополнительного резинового слоя изоляции, что позволяет кабелю выдерживать нагрузку 2 кВ в течение 5 минут. Структура кабеля NYM следующая: однопроволочные (при сечениях до 10 мм2) или многопроволочные (до 35 мм2) медные жилы. NYM - это кабель с тремя защитными изоляционными слоями, так как в конструкции NYM, кроме обычной ПВХ изоляции жил, используется дополнительный слой – резиновое заполнение, который позволяет получить круглую форму кабеля. Такое резиновое заполнение обеспечивает повышение пожаробезопасности кабеля, служит барьером для проникновения влаги внутрь кабеля, а также если происходит повреждение оболочки и изоляции кабеля в процессе эксплуатации. Очень важно, что по нормам пожарной безопасности кабели NYM соответствуют жестким требованиям, установленным ГОСТ 12.2.007.14-75 п.2., НПБ 248-97 п.5.1. Наружная оболочка NYM выполнена из негорючего (самозатухающего и трудновоспламеняемого) эластичного пластиката ПВХ. Жилы имеют обязательную изоляцию разных цветов, что очень удобно для монтажа электропроводки. Различают кабели с обозначениями J и О (например, NYM-O), указывающие на наличие (-J) или отсутствие (-О) в цветовой кодировке жил кабеля желто-зеленой оболочки. Силовые кабели NYM предназначены для следующих условий эксплуатации: •Диапазон температур от 50 до -30°С; •Относительная влажность воздуха до 98% при температуре до +35°С; •Прокладка и монтаж кабелей без предварительного подогрева производится при температуре не ниже -15°С; •Радиус изгиба при прокладке 7,5 наружных диаметров; •Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц, 2,5 кВ; •Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей при эксплуатации +70°С; •Строительная длина не менее 50 м; •Срок службы 30 лет; •Максимально допустимая температура при коротком замыкании не более 1600С; •Продолжительность короткого замыкания не более 4 с.

Зачем «сшивают» полиэтилен

Необходимость использования полиэтилена для изоляции кабелей при более высоких температурах и давлении привела к разработке способов получения полиэтилена с большим молекулярным весом. Это было достигнуто с помощью образования дополнительных поперечных связей полимера под высоким давлением. Этот процесс получил название СШИВКА, а полиэтилен, полученный таким способом — СШИТЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН (или РЕХ). Под сшивкой полиэтилена понимается процесс связки звеньев молекул в широкоячеистую трехмерную сетку за счет образования поперечных связей.

При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определенных факторов у звеньев молекул полиэтилена отрываются отдельные атомы водорода. Различают физическую и химическую сшивки полиэтилена.

При физической сшивке полиэтилен облучается жесткими рентгеновскими лучами. Химическая сшивка производится воздействием на полиэтилен тремя типами веществ – силанами, азотными радикалами и пероксидами. Именно сшивка обеспечивает полиэтилену уникальные свойства - высокую усталостную прочность при повышенной температуре (до 110°С); стабильность формы и трещиноустойчивость; высокую ударопрочность и ударную вязкость при температурах ниже –50°С.Сшитый полиэтилен обладает уникальным свойством, называемым памятью формы. Оно заключается в том, что при механической деформации связи между молекулами не нарушаются. После приложения нагрузки материал стремится восстановить первоначальную форму.

В России кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена выпускаются с 1996 года. Новый тип силового кабеля рассчитан на напряжение до 35 кВ. Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена отличается надежностью и стойкостью к воздействиям внешней среды. Этот кабель более долговечен, рассчитан на более высокие перепады температур, чем кабель в бумажно-пропитанной изоляции. Производство нового вида кабеля особенно перспективно для России в контексте масштабной инвестиционной программы РАО ЕЭС и направлено на замену в электросетях кабеля устаревшего вида. Сейчас многие страны, и в первую очередь европейские, практически полностью перешли на использование силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) и имеют положительный опыт их эксплуатации. Зарубежный опыт постепенно начинают перенимать и в России. Руководство московской энергосистемы, например, уже определило генеральное направление развития московской кабельной сети с использованием кабелей с изоляцией из сшитого ПЭ при сооружении новых линий. По данным зарубежных экспертов, процент электрических пробоев кабелей с изоляцией из СПЭ на два-три порядка меньше, чем у кабелей с БПИ. Применение высоковольтных кабелей с полиэтиленовой изоляцией, как утверждают специалисты и эксперты, имеет следующие преимущества перед традиционными кабелями с бумажной изоляцией:
- более высокая надёжность в эксплуатации;
- меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;
- низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь 0,001 вместо 0,008);
- высокая стойкость к повреждениям;
- большая пропускная способность за счёт увеличения допустимой температуры нагрева жил: длительной (90°С вместо 70°С), при перегрузке (130°С вместо 90°С);
- более высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании (250°С вместо 200°С);
- низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева (до -20°С);
- низкое влагопоглощение;
- меньший вес, диаметр и радиус изгиба, возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней; более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума).

В первую очередь в таких кабелях заинтересованы регионы с активно развивающимися промышленностью и строительством. Можно с уверенностью сказать, что силовые кабели на низкое и среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена постепенно вытеснят с российского рынка кабели с бумажно-пропитанной изоляцией. Скорость внедрения новых СПЭ-кабелей будет зависеть от темпов развития строительной и энергетической отраслей. Так как прогнозы развития на ближайшие годы весьма благоприятные в связи с началом реализации крупнейших инвестиционных программ АО-энерго, предполагаются массовые закупки нового оборудования и прокладка новых электрических сетей. Поэтому следует ожидать рост спроса на кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена.

К трудностям внедрения нового поколения кабелей следует отнести то, что в действующих нормативных документах практически отсутствуют указания по правилам проектирования кабельных линий и электропроводок, выполняемых с применением СПЭ-кабелей, так как на момент выхода нормативных документов указанные изделия отсутствовали. Налицо отставание нормативной базы от темпов научно-технического прогресса. Отсутствие указанных нормативов приводит к затруднениям при проектировании кабельных систем. Так, ассоциация «Росэлектромонтаж» в своем техническом циркуляре № 14/2006 предлагает учитывать, что при использовании кабелей из сшитого полиэтилена максимальная нагрузка кабелей должна выбираться с учетом достижения допустимой температуры проводников, с учетом конкретного способа прокладки, в соответствии с требованиями главы 1.3 ПУЭ шестого издания и/или МЭК 60364-5-52 (2001).

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Другой перспективный материал, который только начинает использоваться в качестве изоляции современной кабельной продукции - сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Он имеет хорошие диэлектрические свойства и обладает малым тангенсом угла диэлектрических потерь, в том числе при высоких частотах. СВМПЭ производится, например, на экспериментально-опытном производстве ООО «Томскнефтехим», входящем в состав ОАО «Сибур Холдинг». Из СВМПЭ можно изготавливать изоляторы, опоры, кабелепроводы, детали прерывателей тока, изолирующие детали в диапазоне высоких и сверхвысоких частот, зажимы и оболочки кабелей, контактные вкладыши штепселей, каркасы катодных ячеек и т.д. Благодаря исследованиям российских химиков выяснилось, что волокна из СВМПЭ обладают исключительной способностью поглощать и рассеивать энергию удара. Другими словами, нетканый материал из волокна СВМПЭ окажется незаменимым при изготовлении оплетки особо ответственных бронекабелей, которые благодаря отсутствию металлического слоя будут очень легкими и более прочными.