Изоляционные материалы из сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен (PEX или СПЭ) на данный момент является одним из самых применимых материалов при изготовлении изоляции силового и связного кабеля. Его уникальные свойства прочности, водонепроницаемости, устойчивости к термо-физическим и механическим нагрузкам позволяют создавать изоляционные материалы, по надежности и долговечности намного превосходящие традиционные.

Свойства изоляции СПЭ

В качестве кабельной изоляции многие годы выступала промасленная бумага, которая не отличалась ни прочностью, ни стабильностью свойств. Она требовала обязательной твердой оболочки из металла, так как была неустойчива к механическим нарушениям, боялась воды и вертикальной прокладки, при которой масло стекало в нижнюю точку провода. Сейчас современные материалы из полимеров, в особенности из так называемого «сшитого» полиэтилена, все чаще заменяют бумажный способ изоляции.

Технические параметры

Сшитый полиэтилен – это полимер углеводорода этилена, модифицированный на молекулярном уровне до выстраивания абсолютно новой структуры. Полученная в процессе «сшивки» система межмолекулярных связей СПЭ выглядит, как трехмерная ячеистая сетка, похожая на кристаллическую решетку твердых веществ. Такое изменение дает особую прочность на разрыв и повышение всех остальных характеристик полиэтилена.

В сравнении как с маслонаполненной, так и ПВХ-изоляцией сшитый полиэтилен дает гораздо более высокие прочностные и диэлектрические характеристики, что видно из таблицы:

Показатели	СПЭ (PEX)-изоляция	Масляная изоляция	ПВХ-изоляция
Наибольшая температура, которую материал может выдерживать длительное время, 0 C	90	85	70
Аварийно возможная температура, 0 C	130	90	80
Максимум возможной температуры при коротком замыкании, 0 C	250	200	160
Максимально допустимый ток короткого замыкания, А/мм 2 Для медного провода Для алюминиевого провода	144 93
Диэлектрическая проницаемость при нормальной температуре (+20 0 C)	2,4	3,3	3,5
Диэлектрические потери при нормальной температуре (+20 0 C)	0,001	0,004	0,02

ИНТЕРЕСНО! Нижний температурный предел использования сшитого полиэтилена без изменения его диэлектрических и прочностных характеристик равен -50 0 C, что выгодно отличает его от других полимеров (ПВХ, полипропилен), температурный диапазон эксплуатации которых начинается лишь с -15 0 C.

Преимущества использования

Использование СПЭ для изоляции силовых кабелей дало возможность как расширения эксплуатационных свойств электропроводки, так и более удобного ее монтажа:

• Высокие диэлектрические показатели полиэтилена при минимальных диэлектрических потерях разрешили проблему изоляции высоковольтных линий,
• Увеличение максимально допустимой температуры позволило увеличить пропускную способность провода на 20-30% по сравнению с бумажно-масляными аналогами,
• Стойкость к быстрому повышению температуры с рабочей до максимальной величины обезопасила ситуации коротких замыканий,
• Влагонепроницаемость PEX-изоляции исключила необходимость гидрозащиты,
• Устойчивость к механическим повреждениям отменила обязательную металлическую оболочку для провода небольшого сечения, тем самым облегчив его вес и уменьшив нагрузку на опорные конструкции при монтажных работах,
• Эластичность сшитого полиэтилена сделала кабель очень гибким, что позволило свободно менять направление прокладки и делать ее разноуровневой,
• Стойкость к отрицательным температурам до -50 0 C без изменения пластичности сделала возможным монтаж электросетей в зимних условиях без предварительного подогрева кабеля.

Недостатки

Изоляция из сшитого полиэтилена, при всех положительных качествах, имеет следующие недостатки, ограничивающие ее использование:

1. Полиэтилен, даже «сшитых» образцов, плохо переносит длительное воздействие ультрафиолетового излучения, поэтому его использование на открытых для солнечного света местах нежелательно,
2. На PEX-материалы оказывает разрушающее воздействие проникающий в их структуру свободный кислород воздуха, в связи с чем изделия нуждаются в специальном защитном покрытии.

ВАЖНО! Из-за уменьшения срока службы СПЭ при использовании в открытых местах одновременно с идеальными изоляционными свойствами в защищенных зонах его используют для изготовления изоляции, которая непосредственно соприкасается с проводящей ток металлической жилой. Внешние же оболочки кабеля делаются из других материалов.

Виды изоляционных материалов СПЭ

Сшитый полиэтилен может производиться по разным технологиям при изменениях температуры, давления проходящей реакции, а также сопутствующих веществ. При этом получают материалы, которые несколько отличаются по своим свойствам. В электроизоляционной промышленности используются:

• PEXb – полиэтилен, «сшитый» химическим силановым (или силанольным) способом. В его производстве используются вещества кремневодороды, которые с повышением температуры до 80-90 0 C участвуют в гидролизе, связывая боковые ответвления полимерных макромолекул. Сравнительно дешевый метод, дает около 65 % сшивки. Был очень распространен на начальном этапе использования полиэтилена в качестве кабельной изоляции, но давал неравномерность распределения свойств по всему объему.
• PEXa «сшивается» в присутствии перекиси водорода, из-за чего называется «пероксидным», при повышении температуры до 400 0 C и давления 8-9 атм. Такой метод модификации полиэтилена более сложный и дорогой, но дает до 80 % сшитых молекул и сравнительно равномерное распределение показателей по объему материала. Получил наибольшее применение как высоковольтная изоляция большой толщины.

ВНИМАНИЕ! На данный момент изоляция PEXb разрешена только для кабелей, рассчитанных на напряжение не более 1 кВ. При большем напряжении она имеет меньшую электростойкость, часто дает пробои и быстро приходит в негодность. Для изоляции провода в 10-35 кВ и более используется только материал PEXa!

Применение

Изоляция из сшитых образцов полиэтилена используется в производстве одножильного и трехжильного кабеля, применяемых как в однолинейной, так и в групповой прокладке на открытых местах, в кабельных конструкциях, под землей. Толщина изоляции варьируется от 3,4 до 35 мм при сечении кабеля от 35-ти до 3000 мм 2 и протекании тока напряжением до 550 кВ.

В зависимости от качества дополнительных оболочек медный и алюминиевожильный кабель в СПЭ-изоляции может использоваться:

• В полиэтиленовой (П) оболочке – для прокладки в помещениях и в воздухе,
• В усиленной оболочке из полиэтилена (Пу) – для прокладки на сложных участках на поверхности земли,
• В оболочке из ПВХ (В, ВГ) – для прокладки одиночной линии в местах, где исключены его механические повреждения (помещение и сухой грунт),
• С защитой из ПВХ пониженной горючести (Внг, ВГнг) – для групповой прокладки,
• С дополнительной герметизацией (г, 2г) – для прокладки в сырых местах, в земле с наличием грунтовых вод,
• Бронированные металлической проволокой или лентой (Б) – в местах с вероятностью механических повреждений.

Источник

Горючая полиэтиленовая изоляция кабелей что это

Типы исполнения негорючих и огнестойких кабелей

Согласно ГОСТ 53315-2009 выделяют несколько типов исполнения негорючих и огнестойких огнетойких кабелей:

• не распространяющие горение при одиночной прокладке;
• не распространяющие горение при групповой прокладке (- нг);
• не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением (-нг-LS);
• не распространяющие горение при групповой прокладке и не выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении (-нг-HF);
• огнестойкие, не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением (- нг-FRLS);
• не распространяющие горение при групповой прокладке и не выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении (- нг-FRHF);
• не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением и с низкой токсичностью продуктов горения (- нг-LSLTx);
• не распространяющие горение при групповой прокладке, не выделяющие коррозионно-активные газообразные продукты при горении и тлении и с низкой токсичностью продуктов горения (- нг-HFLTx);
• не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением и с низкой токсичностью продуктов горения (- нг-FRLSLTx;)
• не распространяющие горение при групповой прокладке, не выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении и с низкой токсичностью продуктов горения (-нг-FRHFLTx);

Особенности конструкции негорючих и огнестойких кабелей

В соответствие с разными типами огнестойких кабелей, применяются и различные конструкции для обеспечения пожаробезопасности. Рассмотрим на наглядных примерах.

Не распространяющие горение кабели типа -нг-HF обладают свойством низкого выделения коррозионных продуктов горения. (рис.3) Часто такой тип кабеля называют безгалогенный, то есть в материалах конструкции кабеля не содержатся галогены — главным образом хлор. Кислородный индекс (КИ) безгалогеновых кабелей достаточно высок и составляет порядка 35-40 ед, что означает, что для поддержания горения в воздухе должно содержаться не менее 35-40% О2, хотя в обычных условиях в воздухе содержится 21% кислорода. Вещества с высоким показателем КИ (> 27) относят к трудно горючим. Такой результат достигается благодаря введению в первоначальный полимер гидрооксида алюминия Al(OH)3 и магния Mg(OH)2 , являющихся антипиренами. Под действием высоких температур происходит процесс разложения гидрооксидов металлов, а продуктами разложения становятся горючие газы и вода, которая разбавляет их, а также ослабляет действие кислорода.

Огнестойкие кабели —FR-LS в отличии от не распространяющих горение характеризуются таким показателем, как предел огнестойкости. Огнестойкие кабели –FR-LS должны сохранять свою работоспособность под воздействием огня в течение определенного времени, установленного нормами (90-180 мин). Конструктивно огнестойкость кабеля обеспечивается использованием термических барьеров, минеральной изоляции и металлической оболочки, силиконовых резин.

Огнестойкие кабели с низкой токсичностью продуктов горения — нг-LSLTx, нг-FRLSLTx . Эти кабели характеризуются показателем токсичности полимерного материала, из которого они выполнены. Показатель токсичности для кабелей –LTx должно быть более 120 г/м3. Конструктивной особенностью данных кабелей использование кремнийорганических резин, низкотоксичные ПВХ-пластикаты.

Cхема конструктивных особенностей пожаробезопасных кабелей

В результате все конструктивные особенности огнестойких и не распространяющих горение кабелей можно свести в указанную ниже схему

Особенности конструкции огнестойких кабелей

Источник

Пожарная опасность электропроводок. Причины и рекомендации по снижению пожарной опасности кабелей и проводов.

1. Основные причины пожарной опасности электропроводок

По данным статистики, электропроводки являются наиболее пожароопасным видом электроустановок, так как на них приходится примерно 41% всех пожаров, связанных с электрооборудованием и электроустройствами.

Термин «пожарная опасность» электропроводок характеризует три основных пожароопасных проявления электрического тока:

· способность самой электропроводки в определенных аварийных ситуациях (короткое замыкание, перегрузка и т.п.) стать источником пожара (воспламенение собственной изоляции с последующим возгоранием поддерживающих конструктивных элементов);

· способность изоляции проводов распространять горение при зажигании от посторонних источников;

· способность образовывать в момент короткого замыкания расплавленные частицы проводниковых металлов.

Наиболее распространенными причинами пожарной опасности электропроводок являются перегрузки и короткие замыкания.

Перегрузка — вид аварийного режима, возникающего вследствие подключения к электропроводке потребителей, номинальный ток которых превышает допустимый (по условиям нагрева) для данного сечения проводника. При значительной величине перегрузки продолжительность аварийного режима (до срабатывания защиты или перегорания жилы провода) может быть соизмерима с длительностью короткого замыкания.

Короткое замыкание — это не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание токоведущих частей, подключенных к различным фазам или имеющих различные потенциалы (замыкание на землю, заземленные предметы и нулевые провода). Обычно в месте замыкания появляется некоторое переходное сопротивление, образованное неплотным контактом, значительной окисной пленкой, обугленной изоляцией и т.п. Такой вид замыкания называется неполным. В ряде случаев переходные сопротивления столь малы, что практически ими можно пренебречь. Такие замыкания называются металлическими. Опасность пожара при металлическом коротком замыкании и при загрубленной защите заключается в воспламенении изоляции в любом месте электропроводки из-за значительной величины тока короткого замыкания.

В противоположность металлическому, неполные короткие замыкания приводят к пожарам даже при правильно выбранной защите, так как сопротивление поврежденного участка, ограничивая ток, поддерживает его на уровне, недостаточном для срабатывания защиты. Неполные короткие замыкания часто возникают вследствие появления токов утечки.

Замыкание на землю может осуществляться непосредственно через землю или через заземленные предметы, например водопроводные трубы, систему отопления, металлические эстакады и т.п. Эти замыкания могут быть особо пожароопасными в том случае, когда образовавшийся контур заземления имеет большую протяженность и находится в зоне расположения легковоспламеняющихся материалов (склады, сельскохозяйственные помещения, нефтехранилища и т.п.). При этом пожарная опасность увеличивается, так как вследствие высокого сопротивления цепи замыкания ток ограничен и не вызывает срабатывания защиты.

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушение изоляции токоведущих частей в процессе монтажа и эксплуатации, вызванных тепловым старением изоляционных материалов, перенапряжениями электросети, механическими повреждениями, воздействием агрессивной окружающей среды.

Тепловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросети токами, превышающими длительно допустимые для данного сечения проводника. Относительный срок службы изоляции определяется по эмпирическому («восьмиградусному») правилу, согласно которому повышение температуры проводника на 8°С снижает срок службы изоляции вдвое.

Старение изоляции характеризуется уменьшением ее эластичности и механической прочности. Следствием этого могут быть электрический пробой изоляции и повреждение электроустановки, а при наличии горючей изоляции и пожароопасной среды — пожар или взрыв.

Явления перегрузки возникают при неправильном расчете допустимого сечения токоведущих жил проводов или из-за дополнительного подключения непредусмотренных проектом потребителей, механических перегрузок на валу, неполнофазных режимов работы двигателей и понижений напряжений сети.

Механическое повреждение изоляции проводов чаще всего возникает из-за небрежного монтажа (протаскивание проводов сквозь стены, перегородки и т.п. без выполнения соответствующих правил) или вследствие неправильной эксплуатации (отсутствие механической защиты проводов в зоне действия передвижных установок и т.п.).

Воздействие влаги и агрессивных сред при определенных условиях существенно ухудшают состояние изоляции проводов. Под действием влаги на изоляции образуется проводящий слой, и появляются токи утечки. От возникающего при этом тепла слой жидкости испаряется, а на изоляции остаются следы соли. При прекращении испарения ток утечки исчезает. При возобновлении воздействия влаги процесс повторяется, причем из-за повышения концентрации соли проводимость увеличивается. Вследствие постоянно повторяющегося процесса ток утечки не прерывается после испарения, а появляются мельчайшие искры. Дальнейшее воздействие тока утечки приводит к обугливанию изоляции и возникновению дугового разряда (неполное короткое замыкание), способного воспламенить изоляцию.

Описанные процессы разрушения изоляции особенно усиливаются в агрессивной среде, т.е. при наличии в атмосфере паров кислот или аммиака (например, в помещениях для содержания скота).

2. Рекомендации по снижению пожарной опасности электропроводок

Пожарная безопасность электропроводок обеспечивается соблюдением следующих основных требований:

· правильным выбором вида электропроводки и способа ее прокладки;

· соответствием вида электропроводки и характеристик используемых проводов, кабелей и труб допустимым способам прокладки по поддерживающим основаниям и конструкциям;

· правильным выбором электрозащиты.

Общие пожарно-профилактические требования при проектировании и монтаже электропроводок заключаются в следующем.

1. Электропроводки должны удовлетворять всем требованиям окружающих условий (например, жаркое и пыльное помещение).

2. Удобная прокладка кабелей, которая способствует быстрой локализации очага пожара.

3. При открытой прокладке защищенных проводов (кабелей) с оболочкой из горючих и незащищенных проводов воздушный зазор между проводом (кабелем) и поверхностью близлежащих оснований, конструкций и деталей из горючих материалов должен составлять не менее 10 мм. Допускается отделять провод (кабель) от указанной поверхности слоем негорючего материала выступающим с каждой стороны повода (кабеля) не менее чем 10 мм.

При скрытой прокладке защищенных проводов (кабелей) с оболочками из горючих материалов и незащищенных проводов воздушный зазор между проводом (кабелем) и близлежащей поверхностью конструкции из горючих материалов должен составлять не менее 100 мм. Если нельзя обеспечить указанную величину зазора, провод (кабель) следует защищать со всех сторон сплошным слоем негорючего материала (например листового асбеста толщиной не менее 3 мм; штукатурного, алебастрового или цементного раствора толщиной не менее 10 мм).

4. Снижает пожарную опасность пропитка кабельных покровов после укладки кабелей на кронштейны цементным молоком, смешанным с 5% бихромата калия.

5. При открытой прокладке труб и коробов из трудносгораемых материалов по несгораемым и трудносгораемым основаниям и конструкциям воздушный зазор между трубой (коробом) и близлежащей поверхностью конструкции из горючих материалов должен составлять не менее 100 мм. Если нельзя обеспечить указанную величину воздушного зазора, трубу (короб) следует защищать со всех сторон сплошным слоем негорючего материала. Такую же обработку проводников следует выполнять при скрытой прокладке труб и коробов из трудносгораемых материалов.

6. При пересечениях электропроводки с элементами строительных конструкций из горючих материалов эти участки должны быть выполнены с соблюдением всех требований пунктов 2 и 3.

7. В местах с температурой, отличающейся от расчетной температуры окружающей среды (+25°С), провода и кабели должны иметь теплостойкую изоляцию, либо токовые нагрузки на них должны быть соответственно снижены.

8. Снижение пожарной опасности контактных соединений в местах присоединения проводов к приборам и аппаратам достигается правильным выбором размера винтовых зажимов в зависимости от сечения проводников.

9. В пыльных помещениях не рекомендуется применять способы прокладки, при которых на элементах электропроводки может скапливаться горючая и трудносгораемая пыль, а удаление ее затруднено.

10. Кабели и провода электропроводок в пожароопасных зонах любого класса должны иметь покров и оболочку из материалов, не распространяющих горение. Не допускается применение кабелей с горючей полиэтиленовой изоляцией.

11. Не допускается прокладка транзитных электропроводок и кабельных линий всех напряжений, которые не относятся к данному технологическому процессу, расположенных ближе 1 м по горизонтали и вертикали от пожароопасной зоны.

12. Запрещено применение в пожароопасных зонах любого класса электропроводок, выполненных неизолированным проводом.

13. Расстояние от кабелей и изолированных проводов, прокладываемых открыто, до места расположения (хранения) горючих веществ, должно быть не менее 1 м.

14. Электропроводки из изолированных незащищенных проводов с алюминиевыми жилами в пожароопасных зонах любого класса выполняются только в трубах или коробах.

15. Запрещено применение неизолированных проводников во взрывоопасных зонах любого класса.

16. Во взрывоопасных зонах классов В-I и В-Iа электропроводка выполняется проводом или кабелем только с медными жилами.

17. Во взрывоопасных зонах классов В-Iб, В-Iг, В-II, В-Iа допустимо применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами.

18. Во взрывоопасных зонах класса В-I для электрического освещения применяются двухпроводные групповые линии.

19. Фазный и нулевой рабочий проводники в двухпроводных линиях освещения во взрывоопасных зонах В-I должны быть защищены от токов короткого замыкания и для одновременного отключения иметь двухполюсные выключатели.

20. Во взрывоопасных зонах любых классов могут применяться провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией, кабели с резиновой, поливинилхлоридной и бумажной изоляцией в резиновой, поливинилхлоридной и металлической оболочках.

21. Запрещается применение кабелей с алюминиевой оболочкой во взрывоопасных зонах классов В-I и В-Iа.

22. Во взрывоопасных зонах всех классов запрещается применение проводов и кабелей с полиэтиленовой изоляцией или оболочкой из полиэтилена.

23. Кабели, прокладываемые открыто (на конструкциях, стенах, каналах, туннелях и т.п.) во взрывоопасных зонах любого класса, не должны иметь наружных покрытий из горючих материалов (джут, битум, хлопчатобумажная оплетка и т.п.).

24. Отверстия в полу и стенах (через которые проходит кабель) во взрывоопасных помещениях всех классов должны быть плотно заделаны несгораемым материалом.

25. Запрещена прокладка транзитных электропроводок и кабельных линий через взрывоопасные зоны любых классов, а также на расстояниях меньше 5 м по горизонтали и вертикали от этих зон. Допускается прокладка электропроводок и кабельных линий на расстояниях менее 5 м в трубах, в закрытых коробах, в полу.

26. В целях быстрой ликвидации пожароопасного аварийного режима, сети электропроводки должны иметь защиту от короткого замыкания и перегрузки с минимально возможным временем отключения.

Таблица 2.1. Виды электропроводок, способы прокладки и характеристика проводов и кабелей

Вид и характеристика проводов и кабелей

Условия окружающей среды (помещений, установок)

На изолирующих опорах

На роликах и клицах

Провода незащищенные одножильные или скрученные двухжильные

В сухих и влажных помещениях

На изоляторах (и на роликах для сырых мест)

Провода незащищенные одножильные

В помещениях всех видов и наружных установках. В наружных установках ролики для сырых мест (больших размеров) допускается применять только в местах, где исключена возможность непосредственного попадания на электропроводку дождя или снега (под навесами)

Непосредственно по поверхности стен, потолков, на струнах, полосах и других несущих конструкциях

Провода незащищенные и защищенные, однои многожильные. Кабели в неметаллической и металлической оболочке

В помещениях всех видов. В наружных установках только кабели

В помещениях всех видов и наружных установках

В коробах с открываемыми крышками

Специальные провода с несущим тросом. Провода незащищенные и защищенные, однои многожильные. Кабели в неметаллической и металлической оболочке

В помещениях всех видов. В наружных установках только специальные провода с несущим тросом для наружных установок или кабели

Открытая и скрытая

В металлических гибких рукавах

Провода незащищенные и защищенные, однои многожильные. Кабели в неметаллической и металлической оболочке

В помещениях всех видов и наружных установках.

Исключение. Запрещается в сырых, особо сырых помещениях и наружных установках применять изоляционные трубы с металлической оболочкой, стальные трубы и стальные глухие короба со стенками толщиной 2 мм и менее

В стальных трубах обыкновенных и тонкостенных, глухих стальных коробах

В неметаллических трубах из трудносгораемых материалов и неметаллических глухих коробах (винипластовых и т.п.)

В трубах изоляционных с металлической оболочкой

В трубах неметаллических из сгораемых материалов

В замкнутых каналах строительных конструкций

Замоноличенное в строительных конструкциях при изготовлении

В сухих, влажных помещениях

Таблица 2.2. Условия пожарной безопасности для электропроводок

Вид электропроводки и характеристика проводов, кабелей и труб

Способ прокладки по основаниям и конструкциям из материалов

На роликах или изоляторах или с подкладкой негорючих материалов

Защищенные провода и кабели в оболочке из материалов

Трубы и короба из материалов

С подкладкой негорючих материалов (примеч. 1)

Защищенные провода и кабели в оболочке из материалов

Трубы и короба из материалов

Замоноличивание в бороздах и т.п. — в сплошном слое негорючих материалов (примеч. 3)

С подкладкой негорючих материалов и последующим заштукатуриванием (примеч.1и 2)

1. Подкладка негорючих материалов может быть выполнена в виде слоя листового асбеста толщиной не менее 3 мм или слоя штукатурки или алебастра толщиной не менее 10 мм, выступающих с каждой стороны провода (кабеля) или трубы не менее чем на 10 мм.

2. Последующее заштукатуривание трубы выполняют сплошным слоем штукатурки, алебастра и т.п. толщиной не менее 10 мм над трубой.

3. Сплошным слоем негорючего материала вокруг трубы может быть слой штукатурного, алебастрового или цементного раствора, или бетона толщиной не менее 10 мм.

Таблица 2.3. Наименьшие сечения токопроводящих жил проводов и кабелей в электропроводках (по ПУЭ 2.1)

Сечение жил, мм2

Шнуры для присоединения бытовых электроприемников

Кабели для присоединения переносных и передвижных электроприемников в промышленных установках

Скрученные двухжильные провода с многопроволочными жилами для стационарной прокладки на роликах

Незащищенные изолированные провода для стационарной электропроводки внутри помещений

непосредственно по основаниям, на роликах, клицах и тросах

Источник