2. Обзор свойств современных материалов, использумых в качестве изоляции силовых кабелей
Полиолефины - высокомолекулярные соединения общей формулы
(2.1)
образующиеся при полимеризации или сополимеризации ненасыщенных углеводородов — олефинов (R, R'=H, CH3, C2H5 и т.п.). Это большая группа органических веществ, синтетические полимеры, продукты полимеризации олефинов. Полиолефиновая изоляция к обладает весьма ценным комплексом свойств: высокой механической прочностью и диэлектрическими свойствами, устойчивостью к действию агрессивных сред, повышенной температурой плавления и теплостойкостью, небольшим удельным весом и т. д.Они обеспечивают рабочую температуру кабелей до 150 0С. По масштабу промышленного производства и широте областей применения (плёнки и волокна, электроизоляционные покрытия, литьевые изделия и др.) полиолефины не имеют себе равных среди термопластичных материалов [4].
Полимеры очень часто используется в кабельных конструкциях среднего напряжения за счет того что он имеет ряд преимуществ по сравнению с БПМИ:
большая пропускная способность за счет увеличения допустимой температуры жилы (допустимые токи нагрузки в зависимости от условий прокладки на 15-30% больше, чем у кабелей с БПМИ) [5];
высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании;
высокие электрические свойства изоляции, низкие диэлектрические потери;
меньше масса и габариты кабеля в целом, что облегчает прокладку кабеля как в кабельных сооружениях, так и в земле на сложных трассах;
высокая влагостойкость, нет необходимости в применении металлической оболочки,
меньше радиус изгиба;
возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;
возможность прокладки кабелей при температуре – 20 0С без предварительного подогрева, благодаря использованию полимерных материалов для изоляции и оболочки;
меньшие расходы на содержание и реконструкцию кабельных линий;
высокая стойкость к повреждениям;
большие строительные длины;
более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума).
Самыми распространенными полиолефиновыми материалами, которые используют в качестве изоляции сегодня, являются ПВХ-пластикат и сшитый полиэтилен (СПЭ).
В настоящее время последний является одним из наиболее применяемых изоляционных материалов при производстве кабелей. Но изначально термопластичному полиэтилену присущи серьезные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления.
Применение кабелей со сшитой полиэтиленовой изоляцией по сравнению с традиционными с поливинилхлоридной позволяет:
использовать жилы меньшего сечения для передачи равного потока;
увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабелей до 90 °С;
увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабелей при коротком замыкании до 250 °С.
ПВХ-пластикат - полярный полимер, он имеет пониженные диэлектрические характеристики в сравнении с неполярным полиэтиленом или бумагой, а это приводит к увеличению показателя потерь в изоляции. Но, ПВХ-пластикат – это материал, не распространяющий горение.
Одна из самых главных характеристик изоляционных материалов – допустимая температура нагрева жил. Чем выше этот параметр, тем выше допустимая нагрузка, которую можно пропускать в течение длительного времени. Допустимая температура нагрева полиэтиленовой изоляции значительно выше, других материалов, т.к. это термореактивный материал.
Таблица 2.1
Сравнение свойств распространенныхматериалов
|
Характеристика |
СПЭ |
ПВХ-пластикат |
|
Плотность, г/см³ |
0,90- 0,96 |
1,35-1,43 |
|
Температура плавления, °C |
220 |
150—220 |
|
Допустимая рабочая температура, °C |
90 |
60 |
|
Предел прочности при растяжении, МПа |
8,5-12 |
40-50 |
|
Предел прочности при изгибе, МПа |
7,4—39,0 |
80-120 |
|
Относительное удлинение, % |
200-500 |
200—400 |
|
Электрическая прочность, кВ/мм |
30-60 |
18—40 |
|
Отн. диэлектрическая проницаемость |
2,3 |
3,40 |
|
Тангенс угла потерь |
0,0035—0,005 |
0,01—0,06 |
|
Кислородный индекс |
17,4 |
49,1 |