Изоляционный материал для кабелей, сшитый УФ-излучением

Когда речь заходит о сшитых УФ-излучением изоляционных материалах для кабелей, многие сразу представляют себе нечто вроде модифицированного ПЭТ или стандартного сшитого полиэтилена. Но на практике разница колоссальная — особенно в плане стабильности диэлектрических свойств при длительной эксплуатации. Лично сталкивался с ситуациями, когда заказчики путали УФ-сшивку с радиационной, а потом удивлялись, почему кабель в тропическом климате теряет гибкость уже через два года.

Технологические нюансы УФ-сшивки

Если брать наш опыт на объектах в Сочи и Владивостоке, то главное преимущество УФ-метода — это контроль глубины сшивки. В отличие от пероксидного способа, где всё зависит от температуры и времени, здесь можно буквально 'запекать' изоляцию слоями. Но есть подводные камни: например, при толщине изоляции свыше 3 мм УФ-лучи могут не пройти насквозь, и в середине останется несшитый полимер. Как-то раз на производстве в Подольске из-за этого получили партию кабеля с неравномерной усадкой — пришлось переделывать всю технологическую цепочку.

Кстати, многие недооценивают роль фотоинициаторов. Мы в свое время экспериментировали с тремя разными марками от немецких поставщиков, но в итоге остановились на композиции Benzophenone с добавками — она дает более стабильную скорость сшивки при перепадах влажности. Хотя и дороже выходит процентов на 15-20.

Еще один момент — оборудование. Российские УФ-установки часто не выдают нужной интенсивности в длинноволновом диапазоне, приходится дорабатывать лампы или ставить импортные аналоги. Но тут уже смотрим по бюджету проекта — для ответственных объектов типа метро или аэропортов экономить точно не стоит.

Практические кейсы применения

В прошлом году как раз работали с кабелем для морских платформ. Там требования жёсткие — устойчивость к солевым туманам плюс температурные циклы от -40 до +70. Стандартный сшитый полиэтилен не подошел из-за ползучести при длительных нагрузках, а УФ-сшитые материалы показали себя идеально — после 2000 часов испытаний деградации изоляции практически не было.

Интересный случай был на ТЭЦ в Красноярске — при монтаже кабельных трасс зимой рабочие забыли прогреть барабаны, и обычная изоляция потрескалась при размотке. А вот УФ-сшитый вариант выдержал и -50°C, и последующие температурные скачки в тепловых камерах. Правда, пришлось потом увеличивать диаметр изоляции на 0.3 мм — для компенсации возможных микротрещин.

Сейчас тестируем новые составы с наноглиной — вроде бы улучшаются противопожарные характеристики без потери гибкости. Но пока рано говорить о серийном применении — есть проблемы с дисперсией частиц в полимерной матрице.

Сравнение с альтернативными технологиями

Если сравнивать с радиационной сшивкой, то УФ-метод явно выигрывает в энергоэффективности — нет необходимости в громоздких ускорителях электронов. Но проигрывает в скорости обработки толстостенных изоляций. Как-то считали для кабеля 110 кВ — радиационный способ в 3 раза быстрее, но дороже по эксплуатационным расходам.

Кстати, европейские коллеги из Nexans недавно публиковали исследование — у них УФ-сшивка показывает лучшие результаты по стойкости к частичным разрядам в высоковольтных кабелях. Мы пока проверяем эти данные на своих стендах, но предварительные результаты обнадеживают.

А вот для низковольтных кабелей до 1 кВ разница минимальна — тут уже больше смотрим на стоимость сырья и простоту монтажа. Хотя для специальных применений типа судовых кабелей или железнодорожной сигнализации УФ-вариант предпочтительнее из-за стабильности параметров.

Проблемы контроля качества

Самый сложный момент — проверка степени сшивки в полевых условиях. Лабораторные методы типа ДСК или ТГА требуют времени, а на объекте нужно принимать решение быстро. Пришлось разрабатывать экспресс-тест по изменению плотности в градиентных жидкостях — работает, но погрешность до 7%.

Еще одна головная боль — совместимость с бронепокровами. Например, алюминиевая броня иногда вызывает миграцию пластификаторов в УФ-сшитой изоляции, особенно при повышенных температурах. Решили добавкой барьерных слоев из специальных сополимеров — помогает, но удорожает конструкцию.

Кстати, у ООО Чэнду Чжанхэ Новые технологии материалов есть интересные разработки по безгалогенным составам — мы тестировали их материал серии ZX-UV203 на кабелях для тоннелей метро. Дымовыделение действительно ниже нормы, правда, пришлось немного корректировать режимы сшивки — их фотоинициаторы чувствительны к УФ-спектру 320-340 нм.

Перспективы развития технологии

Судя по последним тенденциям, будущее за гибридными системами — например, комбинация УФ-сшивки с последующей термической стабилизацией. Мы уже пробовали такие варианты для кабелей солнечных электростанций — ресурс увеличился на 25-30% по сравнению со стандартными решениями.

Интересно было бы попробовать УФ-сшивку с биополимерами — теоретически это могло бы решить проблему утилизации. Но пока нет стабильных составов, которые выдерживали бы длительные электрические нагрузки. Может, стоит посмотреть материалы с сайта https://www.zhxclkj.ru — у них в ассортименте есть экологичные разработки для проводов.

Коллеги из МЭИ недавно предлагали совместный проект по УФ-сшивке с нанопористой структурой — для улучшения теплоотвода. Идея перспективная, но пока на стадии лабораторных образцов. Если удастся решить проблему с стоимостью производства, могло бы стать прорывом для силовых кабелей среднего напряжения.

Экономические аспекты

Если говорить о себестоимости, то УФ-метод выгоднее радиационного при объемах от 500 км кабеля в год. Но нужно учитывать амортизацию оборудования — УФ-лампы служат в среднем 2000 часов, потом резко падает интенсивность излучения.

Кстати, по нашим расчетам переход на УФ-сшивку для кабелей КГВВНГ дал экономию около 12% за счет снижения энергозатрат. Правда, пришлось вложиться в модернизацию линии — устанавливать дополнительные отражатели и систему охлаждения ламп.

Сейчас рассматриваем возможность локализации производства фотоинициаторов — пока закупаем в Китае и Германии, но если наладить выпуск в России, себестоимость могла бы снизиться еще на 8-10%. Тут как раз могут пригодиться компетенции компаний вроде ООО Чэнду Чжанхэ, которые специализируются на полимерных функциональных смесях — их инженерные пластики мы тестировали для оболочек, показали хорошую стойкость к УФ-излучению.