Главная → Новости → Высоковольтный кабель из сшитого полиэтилена технические характеристики и области применения

Высоковольтный кабель из сшитого полиэтилена технические характеристики и области применения

В последнее время в сфере электромонтажников, проектантов и производителей кабеля все чаще звучит номенклатура марок кабеля из сшитого полиэтилена. Что он из себя представляет, как используется и где производится?

Кабель из сшитого полиэтилена (СПЭ, анг. XLPE, нем.VPE, шв.РЕХ) появился на рынке позже, чем другие виды проводников. Однако благодаря своим технических характеристикам он стал более популярным и распространенным в категории кабельной продукции и его популярность растет с каждым годом. Рассмотрим подробнее особенности и преимущества кабеля СПЭ, его сферы применения и плюсы прокладки.

Одна из важных характеристик любого кабеля – материал изоляции. От него зависит величина силы тока, которая может выдерживать кабель. И чем выше сила тока, тем более высокие требования предъявляются к изоляции. Особенно это касается кабеля с напряжением от  6 до 35 кВ.

Под кабелем СПЭ понимают кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (ПЭ). Сшитый полиэтилен – это полимер с поперечно сшитыми молекулами. Это наиболее плотный из всех видов полиэтилена, обладающий более высокими техническими показателями.

Сшитым называют полиэтилен, полученный в результате «сшивки». Это физический процесс по модификации внутренней молекулярной структуры материала с сохранением химического состава. Цель сшивки – придать полиэтилену новые, физические свойства, которые расширяют сферу применения материала.

В ходе сшивки звенья молекул полиэтилена связывают с трехмерную сетку за счет образования поперечных связей. Поэтому и говорят, что сшитый ПЭ состоит из поперечно сшитых молекул.

Сшитый полиэтилен — относительно новый материал, в России который получил широкое распространение. За счет процесса сшивания молекулы полимера получаются более плотными, прочными и стойкими к химическим воздействиям. У этого материала множество преимуществ: его срок службы достигает 30 лет, он выдерживает даже экстремальные температуры и давление.

Структура кабеля из сшитого полиэтилена представляет собой:

Основу из многопроволочной, уплотненной токопроводящей жилы, она может быть алюминиевая или медная. Затем идет внутренний экструдированный полупроводящий слой. Потом как раз сама изоляция из сшитого полиэтилена. Далее накладывается внешний экструдированный полупроводящий слой.  Затем следует слой обмотки полупроводящей лентой. Уже потом накладывается медный экран, поверху него экструдированная подушка. Затем по необходимости броня из круглой стальной оцинкованной проволоки. И поверх всего идет наружная оболочка: из полиэтилена (АПвЭКП, ПвЭКП), поливинилхлоридного пластиката (АПвЭКВ, ПвЭКВ), ПВХ пластиката пониженной горючести (АПвЭКВнг, ПвЭКВнг) или ПВХ пластиката пониженной пожароопасности (АПвЭКВнгд, ПвЭКВнгд).

Сшитый ПЭ – полиэтилен с улучшенными характеристиками. К преимуществам изоляции из СПЭ относится следующее:

Самое главное это стойкость к более высоким температурам (предельная достигает 90 °C).

Допустимая температура в аварийном режиме, гр. С – 130. Максимально допустимая температура жилы при протекании тока короткого замыкания, гр. С - 250.

У них более высокая пропускная способность, чем у номенклатуры с бумажной с масляной пропиткой – в 1,3-1,5 раза выше, что обусловлено более высокой длительно допустимой температурой.

Экологическая безопасность ввиду отсутствия жидких включений, что позволяет сохранить чистоту окружающей среды.

Отсутствие алюминиевых и свинцовых оболочек, что уменьшает вес, диаметр и радиус изгиба, что значительно упрощает прокладку и облегчает работу монтажникам.

Кабель выпускается большими строительными длинами, они могут достигать 2000-4000 м.

Низкая гигроскопичность, обеспечивающая диэлектрическую стабильность.

Не менее важно, что кабель СПЭ как правило имеет одножильную конструкцию, это упрощает прокладку и монтаж даже в самых тяжелых условиях работы. Ее можно вести при температуре до -20 °C (без предварительного прогрева кабеля). Благодаря перечисленным преимуществам кабель СПЭ признали, как продукт, обладающий наилучшими электрическими и механическими свойствами, а также самым длительным сроком службы среди других серийно выпускаемых типов кабелей, достигающим 30 лет, и это без потери качества.

Рассмотрим подробнее конструкцию кабеля с СПЭ-изоляцией: 1 - круглая многопроволочная уплотненная токопроводящая жила (материал - алюминий, медь; сечение - от 50 до 800 мм ); 2 - экран по жиле (из экструдируемого полупроводящего сшитого полиэтилена); 3 - изоляция из сшитого полиэтилена; 4 - экран по изоляции (из экструдируемого полупроводящего сшитого полиэтилена); 5 - слой из полупроводящей водоблокирующей ленты (для кабелей с индексом «г» и «2г»); 6 - экран из медных проволок (скрепление медной лентой, сечение экрана* для кабелей с сечением жилы: 50-120 мм2 - не менее 16 мм2; 150-300 мм2 - не менее 25 мм2; 400 и более мм2 - не менее 35 мм2. (*Сечение экрана выбирается в зависимости от токов короткого замыкания, возможно изготовление кабелей с увеличенным сечением экрана); 7 - разделительный слой (для кабелей с индексом «г» - из водоблокирующей ленты); 8 - разделительный слой (для кабелей с индексом «2г» - из алюмополимерной ленты, для кабелей с оболочкой Внг- ¡Б категории А пожарной безопасности - из слюдосодержащей ленты); 9 - оболочка (из полиэтилена (П), из пВх пластиката (В), ¡Б из ПВХ пластиката пониженной пожароопасности (кабели выпускаются категорий А или В пожарной безопасности).

Основное преимущество кабелей с изоляцией из СПЭ в сравнении с кабелями с БПИ - это их низкая повреждаемость. К сожалению, из-за недостаточного опыта эксплуатации отсутствует достоверная информация о количестве повреждений таких кабелей в РФ. Согласно зарубежным данным, процент электрических пробоев кабелей с СПЭ-изоляцией в десятки и даже сотни раз ниже, чем на кабелях с бумажной изоляцией.

Исходя из многолетнего опыта можно сказать, что изоляции кабелей и проводов из термопластичного полиэтилена имеют существенные недостатки, главными из которых являются ползучесть и резкое ухудшение механических свойств (вплоть до потери формоустойчивости) при температурах, близких к температуре плавления. Кроме того, внутренние напряжения, «замороженные в изоляции» при её изготовлении, проявляют себя при повышенных рабочих температурах, приводя к заметной усадке, а в ряде случаев - и к растрескиванию изоляции.

Все эти проблемы можно решить, применяя сшитый полиэтилен, который имеет существенные преимущества перед термопластичным: высокие электрические и механические параметры в более широком диапазоне рабочих температур, малую гигроскопичность (водопроницаемость) и т.д

 Все положительные качества сшитого полиэтилена достигаются благодаря технологии, в процессе которой изменяется молекулярная структура полиэтилена и образуется новая трёхмерная структура вследствие образования поперечных связей между макромолекулами.

Существует несколько способов сшивания термопластичных материалов. Самый распространенный из них (для кабелей до 1 кВ) - сшивание через привитые органофункциональные группы, в качестве которых применяют силаны. Этот процесс получил название «силанольная сшивка». Он происходит во влажной среде (пар, вода) при температуре 80-90 оС, либо в условиях окружающей среды, что занимает немного больше времени. Под воздействием влаги происходит гидролиз силанольных групп и последующее их сшивание, ускоряющееся под действием тепла и катализатора.

Применение данного способа сшивания при производстве кабелей на среднее напряжение ограничено, поскольку кабели на напряжение 10-35 кВ имеют значительно большую толщину изоляции, чем кабели на низкое напряжение. Поэтому достаточно сложно добиться равномерности физико-механических свойств в радиальном направлении изоляции, и это не обеспечивается силанольной сшивкой.

При производстве кабелей на среднее и высокое напряжение используется другой способ сшивания -при помощи пероксидов. Сшивание полимерной изоляции при помощи пероксидов происходит непосредственно при её наложении в сухой среде - среде инертного газа (азота) при высокой температуре (300400 °С) и давлении 8-12 атм. Пероксидная сшивка позволяет обеспечить стабильность электрических характеристик кабеля, особенно на высокое напряжение. Поэтому для кабелей на напряжение до 1 кВ во всем мире получила широкое распространение сшивка при помощи силанов, а для кабелей на среднее и высокое напряжение (с большой толщиной изоляции) - пероксидная сшивка.

Сравнительные характеристики кабелей. Кабели с изоляцией из СПЭ выпускаются в одножильном и трехжильном исполнении для напряжений от 1 до 35 кВ и только в одножильном исполнении на более высокое напряжение (110 кВ и выше). Применение различных типов оболочек и возможность герметизации позволяют использовать такие кабели как для прокладки в земле, так и для кабельных сооружений, в том числе при групповой прокладке, а также в воде.

СПЭ-кабель может заменить кабель с бумажной изоляцией практически во всех случаях, однако на этапе внедрения кабелей с изоляцией из СПЭ на том или ином предприятии необходимо выделить те области, где их применение имеет наибольший смысл. Для можно провести небольшой анализ сравнения «обычных» и СПЭ-кабелей.

Кабели СПЭ могут иметь разную форму жил: круглую или секторную. Причем секторная имеет несколько недостатков, поскольку для нее не предусмотрен специальный механический инструмент для разделки, из-за чего все работы нужно производить вручную. Помимо того, магнитное поле, образующееся вокруг сектора, несколько увеличивает потери.

К недостаткам кабелей с изоляцией из СПЭ можно отнести отсутствие нормативной базы и недостаток информации об опыте эксплуатации КЛ с использованием силовых кабелей нового типа вынуждает проектные и эксплуатирующие организации учиться на своих собственных ошибках и увеличивать при этом затраты на их устранение.

При эксплуатации однофазных кабелей существенной проблемой является наличие токов в экранах кабелей, которые по своим значениям очень близки к токам, протекающим в токопроводящих жилах.

Для уменьшения токов в экране необходимо осуществлять транспозицию экранов. Транспозицию необходимо производить именно для экранов, а не для самих кабелей, как это делается на воздушных линиях электропередач (ВЛЭП) с неизолированными проводами. Такого рода транспозиция на кабельных линиях производится с использованием транспозиционных коробок, при этом положение самих кабелей относительно друг друга не меняется. Использование транспозиции снизит величину тока в экранах.

Кабели с полимерной изоляцией, как и кабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ), способны впитывать влагу через многопроволочную жилу.

Также необходимо повысить требования к оболочке силовых кабелей, так как наличие дефектов в оболочке и повышенная кислотность почвы приводят к разрушению кабеля.

Области применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Исходя из приведённого выше сравнения можно определить области, где применение СПЭ-кабеля может быть наиболее целесообразно и даст наибольший эффект:

- с учётом стоимости - это уровни напряжений 15, 20, 35 кВ, где даже первоначальные капитальные затраты на кабель будут ниже;

- при необходимости передачи большой мощности.

Одним из примеров может послужить вывод мощности от генератора на шины распределительного устройства тепловой электростанции. Как показывает практика, применение полиэтиленовых кабелей позволяет достичь экономии не только за счёт кабельных линий, но и за счёт уменьшения затрат на строительную часть. При обслуживании затраты на содержание полиэтиленового кабеля минимальны.

СПЭ-кабель поможет выйти из ситуации, когда кабель с бумажной изоляцией даже максимального сечения не подходит по пропускной способности. Так как пропускная способность полиэтиленового кабеля выше, и максимальное сечение жилы может достигать 800 мм2, лучше использовать один кабель большого сечения. Это касается и случаев прокладки «спаренных» кабелей, когда взамен двух кабелей сечением 240 мм2 целесообразнее проложить один кабель сечением 500 мм2.

Ещё одним случаем обязательного применения полиэтиленовых кабелей является наличие большой разности уровней по трассе прокладки. При использовании бумажно-масляных кабелей происходит осушение изоляции кабелей в высоких точках, что может повлечь за собой пробой. При этом даже небольшая разность уровней прокладки может стать причиной многочисленных повреждений на линии.

Использование кабелей с СПЭ-изоляцией необходимо при особых требованиях к надёжности электроснабжения, так как повреждаемость СПЭ-кабелей чрезвычайно мала; при наличии требований по нераспространению горения, рекомендуется применять кабели с оболочкой из поливинилхлорида пластиката пониженной горючести, который прошёл соответствующие испытания и имеет сертификат на соответствие нормам пожарной безопасности.

Стоимость кабеля из сшитого полиэтилена зависит от его разновидности. Существует несколько критериев классификации, по которым выделяют виды кабеля СПЭ.

По напряжению:

6-35 кВ;

45-150 кВ;

220 и 330 кВ.

По количеству токоведущих жил:

1 или 3 для 6-35 кВ;

1 для 45-150 и 220, 330 кВ.

Одножильные кабели СПЭ более распространены, поскольку трехжильные применяются только на напряжение до 35 кВ.

По материалу токопроводящей жилы:

из меди;

из алюминия (в маркировке обозначается первой буквой «А»).

По площади поперечного сечения токопроводящей жилы:

35-1600 мм2 для 6-35 кВ;

70-2000 мм2 для 45-150 кВ;

400-2000 мм2 для 220 и 330 кВ.

По материалу оболочки:

из полиэтилена;

из ПВХ пластиката;

из полимерной композиции.

По типу бронирования:

стальной проволокой;

стальными лентами;

Где и в каких сферах чаще всего следует отдать предпочтение кабелю из сшитого полиэтилена?

Специалисты рекомендуют купить кабель из сшитого полиэтилена в следующих случаях:

Во-первых, если необходимо транспортировать большие энергетические мощности на дальние расстояния;

Во-вторых, если прокладка кабельной трассы ведется по сложному рельефу;

И в-третьих, если к кабелю предъявляются особенно строгие требования относительно пожарной и экологической безопасности.

Кабель с данным типом изоляции применяют в строительстве и промышленности. Его прокладывают в любом грунте при условии наличия защиты от механических повреждений. Еще он подойдет для прокладки под водой.

Экранирование в данном виде кабеля служит для защиты проводки от воздействия электромагнитного излучения. Это позволяет в значительной степени поднять помехозащищенность монтируемых кабельных трасс, а также обеспечить нормальную работу приборов и устройств, находящихся в непосредственной близости от них.

Если учесть что, кабель СПЭ выпускается в разных исполнениях, в том числе не распространяющие горение с низким дымовыделением. Это делает его оптимальным для применения в производственных помещениях и кабельных сооружениях, а также стационарных электроустановках и там, где действуют разрушающие газовоздушные среды.

В зависимости от целей приобретения, купить кабель из сшитого полиэтилена  вы можете в двух вариациях: медный и алюминиевый. Тенденции высокого спроса за последние несколько лет свидетельствуют о наличии стабильного роста на продукцию с медными жилами, основной объем которой используется в энергетике. Для удешевления стоимости выполнения работ вместо медного может использоваться алюминиевый аналог, но это при условии, что данная возможность предусмотрена инженером в проекте.

В компании РУЗКАБЕЛЬ вы всегда можете приобрести продукции этого типа от следующих производителей:

«ЭМ-КАБЕЛЬ»

«ЧУВАШКАБЕЛЬ»

«ЭКСПЕРТ-КАБЕЛЬ»

«Камский кабель»

«Рыбинсккабель»

«Сарансккабель»,

«Таткабель»

«Томсккабель»

«Угличкабель»

ТД «Ункомтех»

«Энергокомплект МФ»

Замена традиционных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на кабели с изоляцией из СПЭ в настоящее время ведётся очень активно, однако существует ряд факторов, которые могут препятствовать повсеместной замене кабелей с СПЭ-изоляцией.

Как мы уже заметили, необходимо разработать изменение к ПУЭ и включить в него требования по эксплуатации кабелей с изоляцией из СПЭ по всем напряжениям.

Остро стоит вопрос разработки единый ГОСТа на силовые кабели с изоляцией из СПЭ на напряжение 10-35 кВ, а также единый ГОСТ на силовые кабели с изоляцией из СПЭ на 110 кВ и выше. Наличие этих регламентов узаконят единые требования к качеству и безопасности силовых кабелей с изоляцией из СПЭ.

К тому же для проектных институтов нужна детальная разработка единых нормативных документов для проектирования, прокладки и монтажа, методов и объёмов испытаний после прокладки и в процессе эксплуатации для диагностики КЛ, выполненных из силовых кабелей с изоляцией из СПЭ.

Из материала данной статья мы можем утверждать, что кабели с изоляцией из СПЭ являются предпочтительными и имеют большие перспективы при строительстве и реконструкции кабельных линий на напряжение 6, 10, 35 кВ и выше. Благодаря уникальным характеристикам, высокой электрической прочности изоляции, невысокой повреждаемости, длительному сроку службы СПЭ-кабелей, их применение становится не только технически обоснованным, но и экономически выгодным.

Кабельная компания РУЗКАБЕЛЬ всегда может предложить кабель из сшитого полиэтилена купить из наличия, или разместить кабель под производство от 5-7 дней, предложим кратчайший срок при наличии технической возможности.