Технический прогресс бурно развивается, требуя создания всё более новых технологий. Новые материалы применяются во всех сферах производства. Эта тенденция проявляется также в производстве кабельной продукции. Один из примеров – кабель сшитый полиэтилен (СПЭ), который приходит на смену кабелям с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ). Его производство началось ещё в 70-х годах прошлого столетия. Сегодня всё больше предприятий в РФ перепрофилируют своё производство под провода СПЭ. Производятся они также в Германии, Франции, Италии, США, Японии и других странах.

Рисунок 1. Высоковольтный СПЭ-кабель

Чем хороши провода, изолированные СПЭ

Главная фишка кабельных линий СПЭ – их изоляция. Именно сшитый (вулканизированный, шитый, соединённый) полиэтилен даёт основные преимущества этим изделиям. Отличные изолирующие свойства полимера углеводорода этилена, или полиэтилена (ПЭ), известны человечеству уже давно. Но классический материал – термопластичный полимер, который производится для самых разнообразных нужд, – имеет один недостаток. Это – невысокая температура плавления, которая находится в пределах от 85 до 100°С. Его молекулярная структура является линейной.

Основное отличие кабеля из сшитого полиэтилена проявляется в его молекулярных связях. Молекулы этого материала имеют сетчатую пространственную структуру, дополнительно получив боковые межмолекулярные связи. То есть молекулярные линии сшили между собой. Это даёт сразу несколько преимуществ:

увеличенную прочность на разрыв;
улучшенную эластичность;
более качественные изоляционные свойства;
большую устойчивость к воздействию высоких температур.

Для кабельной продукции соединённый ПЭ производится по двум технологиям. В результате получаются различные материалы. Более дешёвый способ производства позволяет получить PEXb – продукт, имеющий поперечные связи у 63–65 процентов молекул. Полимеризация до «сшитого» состояния происходит при температурах 85–90°С силанольным методом. Аббревиатура такой изоляции в маркировке кабелей обозначается как SXLPE.

Более качественные технические характеристики имеет другой полимер – PEXa. Стоимость его производства дороже, но перекись водорода и высокая температура (до 400°С) позволяют сшить поперечно до 80% всех молекул. Если изолирующий слой кабелей выполнен по такой технологии, его обозначают как XLPE.

Если принять во внимание прочностные показатели, а также термическую устойчивость, то оба полимера находятся примерно на одном и том же уровне. Но PEXa сшит более равномерно, что позволяет ему быть более термо- и электроустойчивым при напряжениях, превышающих 1кВ. Такие качества присущи свойствам PEXb в меньшей степени, поскольку его сшивка не так равномерна. Кроме того, такая изоляция подвержена быстрейшему старению. Поэтому PEXb, который называют пероксидным сшитым полиэтиленом, применяется только для проводки напряжения, номинал которого меньше 1000 В. Более дорогой материал PEXa используют для высоковольтных проводников, выдерживающих до 35 кВ напряжения.

Преимущества и недостатки СПЭ-кабелей

До того времени как научились применять полимеры в кабельно-проводниковом производстве, повсеместно использовались маслонаполненные провода. Изолирующий слой таких изделий представлял собой специальную бумагу, которая была пропитана маслом. Применять такие провода было неудобно – они слишком тяжёлые, радиус изгиба – слишком большой. Вертикальная прокладка была невозможна, потому что масло стекало вниз под воздействием силы тяжести. Проводники всё равно имели способность намокать, поэтому изолирующие качества терялись.

Полимер СПЭ лишён всех этих недостатков. Его появление сделало электрокабели более дешёвыми в производстве, надёжными и мощными изделиями. Проводники с полиэтиленовой шитой изоляцией обладали большим количеством неизвестных ранее достоинств.
По сравнению с термопластичной ПЭ-изоляцией кабели из сшитого полиэтилена имеют на 20-30% более высокую пропускную способность. Это стало возможным, потому что изоляция длительно выдерживает более высокую температуру жил.
При аварийной ситуации короткого замыкания СПЭ-проводники сохраняют свою термическую устойчивость, не нарушая изоляцию и не разрушаясь.
Провода не подвержены внешнему воздействию влаги, что позволяет выполнять их проводку как под землёй, так и снаружи, в воздушном пространстве.
Проводники получили гораздо большую гибкость, поэтому радиус изгиба существенно уменьшился, позволяя облегчать проводку.
Кабель «сшитый полиэтилен» намного легче, чем его бумажный предшественник. Уменьшив нагрузку на опорные конструкции, такой провод способствует более качественной и быстрой прокладке.
Прокладка кабеля СПЭ при температуре воздуха ниже нуля, вплоть до -15°С, не требует дополнительно его подогрева.
Срок службы, заявленный производителями, наиболее длительный – до 40 лет без потери основных качеств.

Кроме очевидных преимуществ эта кабельная продукция имеет ряд недостатков, ограничивающих сегодня её применение.

Стоимость таких проводников относительно высока.
Монтаж и ремонт требуют специальных знаний – то есть необходимо проходить специальное обучение.
Для монтажных и ремонтных работ требуется специальный дорогостоящий инструмент.

Конструктивное исполнение

Конструкция 3-жильных кабелей с шитым ПЭ представлена на рисунке 2. По исполнению они бывают также одножильными. Каждая жила (1), в свою очередь, может иметь только один провод или быть многопроволочной (многожильной). Токопроводящие жилы могут быть медными или алюминиевыми. Для алюминия к маркировке добавляется первая буква «А».

Каждая жила окутана внутренним (2) и наружным (4) электропроводящими экранами, изготовленными из пероксидно сшиваемой полиэтиленовой композиции. Поверх внутреннего экрана наносится слой изоляции из вулканизированного ПЭ (3) – это может быть PEXa или PEXb. Наружный экран покрыт электропроводящей бумагой, вместо которой иногда используется полимерная лента. Сверху этой конструкции навивается токопроводящий экран (6), состоящий из множества медных проволок.

Все три жилы объединены методом скручивания вокруг центрального жгута (7), изготовленного из поливинилхлоридного пластиката. Пространство, окружающее жилы, также заполнено этим материалом (8). Наружная оболочка (9), как правило, выполнена из поливинилхлорида (ПВХ). Пластикат ПВХ, из которого изготовлены оболочки 8 и 9, обладает пониженной пожарной опасностью.

Конструктивно провода различных марок могут отличаться, их устройство может предусматривать использование некоторых других материалов, только соединённый ПЭ остаётся неизменным. Изоляцию экранируют для того, чтобы создать для неё наиболее благоприятные условия, образуя симметричное электрическое поле вокруг каждой из жил.

Рисунок 2. Устройство трёхжильного кабеля СПЭ

Основные характеристики

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена обладает несколькими важными параметрами, определяющими его преимущества:

Длительная температура нагрева жил может достигать 90°С.
В аварийных ситуациях изоляция способна противостоять температуре до 130°С без потери своих основных свойств.
При коротком замыкании (КЗ) кратковременный нагрев жил не опасен до температуры 250°С.
Максимально допускаемый ток КЗ на 1 мм2 медной жилы может быть 144 А. Для алюминия этот показатель ниже – до 93 Ампер.

Классификация и расшифровка аббревиатуры

Сечение жил проводов может колебаться от 35 до 3000 мм2, максимальная толщина изоляции – 35 мм. Максимально допустимое напряжение может достигать 550 кВ. Увидев сложную маркировку, которую имеют кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, далеко не каждый сможет её расшифровать. Для более полного понимания, что представляет собой та или иная продукция, следует знать несколько условных обозначений:

А – означает алюминиевые жилы (если этой буквы нет – значит, используется медь);
Пв – означает изоляцию из вулканизированного полиэтилена;
П либо В – оболочки, изготовленные из ПЭ либо полихлорвинилового пластиката;
у – применение усиленной по толщине оболочки из полиэтилена;
нг – означает, что оболочка из ПВХ имеет пониженную горючесть;
нгд – кроме того что не горит, ПВХ-оболочка также не выделяет много дыма и газа;
г – обозначение употребляется, когда экран герметизируют лентами, блокирующими воду.

Цифры, после буквенных обозначений:

1, 3 – количество токоведущих жил;
от 50 до 800 – цифра после символа «х», означающая сечение жилы в мм2;
/35 – число после косой черты означает сечение экрана, мм2;
гж – аббревиатура применяется в случае герметизации жил;
1–550 – максимальный вольтаж, на который рассчитан провод.

Можно рассмотреть для примера маркировку АПвПг 1×240/35–10. А – жилы алюминиевые; Пв – значит, изоляция СПЭ; П – оболочки из полиэтиленовой композиции; г – герметизированный экран. Цифра 1 – значит, одна жила; 240 – сечение жилы 240 мм2; 35 – сечение экрана; 10 – кабель рассчитан на 10кВ.

Разнообразие маркировок, применяемых материалов и характеристик позволяет применять СПЭ-кабели в самых разных сферах деятельности.