Силовой кабель на пути прогресса

25.02.13 12:24

В поисках лучшего проводника

Традиционно для изготовления токопроводящих жил используются два металла — алюминий и медь. Медь — это прочный материал, имеющий малое сопротивление, легко поддающийся пайке и сварке. По электрической проводимости медь занимает второе место среди металлов после серебра. Ее удельная электропроводность при температуре 20°C — 55,5-58 ∙ 10^6 См/м, в то время как у алюминия она составляет только 37 ∙ 10^6 См/м.

Однако медь — достаточно дорогой материал по сравнению с алюминием. К тому же удельный вес алюминия (2,7 г/см³) в три раза меньше, чем у меди (8,9 г/см³).

Определенным компромиссом по соотношению свойств и цены считаются биметаллы — композиционные материалы, состоящие из двух и более слоев различных металлов или их сплавов. Наиболее распространенный вариант биметаллического проводника для силовых кабелей имеет центральную часть из алюминия, а поверхностный слой — из меди. Это допустимо, так как поверхность такого проводника сохраняет основные свойства меди, а плотность переменного тока выше всего как раз на поверхности.

«Использование биметаллов вызывает ряд технических вопросов, — отмечает Максим Матсон, заместитель главного технолога ЗАО «Уралкабель» (г. Екатеринбург, входит в ООО «Холдинг Кабельный альянс»). — Разное сопротивление у разных металлов вызывает потери, в месте соприкосновения металлов может образовываться коррозия или окислы. Мы пробовали заниматься обработкой биметаллов. Для каких-то областей энергетики это решение подойдет, но большим спросом на российском рынке такие проводники сейчас не пользуются. Все-таки лучше меди ничего пока не придумано».

 

Бронированный кабель с алюминиевыми жилами производства Рыбинсккабель (фото автора)

 

«Для низковольтных кабелей (до 1 кВ) наиболее перспективный вариант проводника — медь, — уверен Дмитрий Халев, заместитель генерального директора по маркетингу ОАО «Народное предприятие «Подольсккабель» (Московская обл.). — Она более долговечна, у нее выше эксплуатационные параметры. Это делает ее несомненным лидером, несмотря на более высокую стоимость. А в случае с высоковольтными кабелями более перспективен алюминий, так как цена изделия в этом сегменте имеет решающее значение.

Что же касается биметаллов, то это решение скорее от недостатка средств и стремления максимально сэкономить. Чаще всего качество кабелей на основе биметаллов оставляет желать лучшего, по крайней мере, дома я бы такой кабель не проложил».

 

Перспективы: близкие и далекие

Но, как упоминалось выше, биметаллы могут не только состоять из нескольких слоев (как в классическом варианте), но и представлять собой сплавы. Это направление пока достаточно новое для кабельной промышленности и широкого распространения не получившее, но, возможно, в перспективе различные сплавы смогут стать альтернативной чистым алюминию и меди.

«В последнее время интерес для нас представляют кабели, где основой служит жила из алюминиевых сплавов, — говорит Игорь Буров, технический директор ООО «Камский кабель» (г. Пермь). — Например, алюминиевый сплав на основе циркония способен выдерживать высокие температуры при эксплуатации, алюминиевый сплав из кремния, марганца и железа (АВЕ), обладает повышенной механической прочностью и высокой проводимостью».

За рубежом также ведется поиск инновационных сплавов на основе меди или алюминия, удовлетворяющих требованиям кабельной промышленности. Ученые рассматривают и такой вариант, как создание проводника на основе углеродных нанотрубок, или квантовых проводов. Предполагают, что такой материал на порядок обгонит медь с точки зрения электрической проводимости.

Другой перспективный способ радикально поднять эффективность — создание кабелей на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), то есть свойства материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определенного значения.

«Оставаясь реалистом, можно сказать, что как минимум в первой половине XXI века сверхпроводники не выйдут за границы экспериментальных линий электропередачи, — считает Иван Осипов, технический директор ООО НПК «Сим-Росс». — Так что наиболее перспективными по-прежнему остаются классические материалы проводников — медь и алюминий. Однако КПД использования классических проводников будет постоянно повышаться за счет применения современных термически стойких материалов изоляции».

 

Огнестойкий кабель с изоляцией из этиленпропиленовой резины (Иллюстрация  ООО НПК «Сим-Росс»)

 

СПЭ-изоляция — в массы

Таким образом, второе (а, по мнению ряда экспертов, главное) направление совершенствования силовых кабелей — появление новых материалов для изоляции. И здесь одна из основных тенденций — широкое распространение изоляции из сшитого полиэтилена (СПЭ) для кабелей среднего напряжения, а также появление линий по производству кабелей высокого напряжения с изоляцией из СПЭ.

«Сегодня в нашей стране идет активная модернизация кабельных линий, — отмечает Игорь Буров. — К современной кабельной продукции предъявляются жесткие эксплуатационные требования – высокая механическая прочность, способность выдерживать нагрузки, устойчивость к коррозии в различных климатических условиях. Этим требованиям отвечает продукция в СПЭ-изоляции, благодаря ряду преимуществ:

1) меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;

2) низкие диэлектрические потери;

3) большая пропускная способность за счет увеличения допустимой температуры нагрева жил: длительной (90°С вместо 70°С), при перегрузке (130°С вместо 90°С);

4) низкое влагопоглощение;

5) меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на сложных трассах;

6) более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума)».

«Основная новинка, которая появилась в номенклатуре нашего предприятия — кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена 6, 10, 20 кВ, — рассказывает Андрей Кучеренко, заместитель директора по маркетингу ЗАО «Кавказкабель» (Кабардино-Балкарская республика). — Они пришли на смену кабелям с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ), типа АБл. Кабели с СПЭ-изоляцией более долговечны, хотя и дороже. Тем не менее, судя по тому, что мы загружены работой на несколько месяцев вперед, несмотря на немалое число конкурентов, спрос на них достаточно большой. Причем это общемировая тенденция, Европа давно перешла на такую изоляцию».

Публикуемые производителями расчеты показывают, что разница в стоимости кабелей с БПИ- и СПЭ- изоляцией становится менее выраженной, когда речь идет о продукции, рассчитанной на более высокое напряжение. А если учесть сокращение затрат на эксплуатацию, то экономические преимущества применения сшитого полиэтилена становятся еще более очевидными.

Тем не менее, пока линии по производству кабелей, рассчитанных на высокое напряжение, действуют на считанном количестве предприятий. ООО «Камский кабель» и ОАО «Севкабель» (г. Санкт-Петребург) — на 110 и 220 кВ, ОАО «Электрокабель «Кольчугинский завод» (Владимирская обл., входит в ООО «Холдинг Кабельный альянс») и ОАО «Кирскабель» (Кировская обл., ООО «ТД «Ункомтех») — на 110 кВ.

«Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 110 кВ — для нас одно из ключевых направлений, — говорит Кирилл Кутырин, директор по маркетингу ЗАО УК «Ункомтех». — В этой области мы реализуем совместный проект с японскими компаниями Furukawa и Viscas. На заводе Кирскабель планируется программа расширения производства кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена до напряжения 220-330 кВ с возможностью изготавливать токопроводящую жилу сечением до 2500 мм².

 

Ассортимент кабельной продукции постоянно расширяется (фото автора)

 

В целом спрос на кабели с СПЭ-изоляцией среднего напряжения отечественным производителям удается удовлетворять почти полностью и уже довольно давно. И в сегменте высокого напряжения также преобладает российских продукция».

Другие отечественные производители сдержаннее в оценках ситуации на рынке, и отмечают, что в сегменте высокого напряжения пока преобладает импорт. Тормозит развитие отечественного производства высокая стоимость оборудования, а также отсутствие доступных материалов.

«В настоящее время увеличивается объем выпуска кабелей с изоляцией из СПЭ (пероксидо-сшитый и силано-сшитый полиэтилен), — говорит Ольга Ребченко, начальник отдела маркетинга и рекламы ОАО «Севкабель». — Основные поставщики пероксидного ПЭ сегодня – это иностранные компании: DOW, Borealis и Hanwha. На рынке пероксидо-сшитых полиэтиленов (до 35 кВ) пока работает только один российский производитель — ЗАО «Лидер-Компаунд» (г. Саранск)».

В компаниях же, поставляющих кабели зарубежного производства, иначе характеризуют ситуацию.

«У российских производителей пока существенно меньше опыта в выпуске кабелей с СПЭ-изоляцией, а внедряемые технологии не всегда удачны, — считает Иван Осипов. — Так что на рынке присутствуют как импортные номенклатурные позиции, так и отечественные, причем не всегда импорт только там, где нет современных российских аналогов.

В России уже производятся кабели до 330 кВ, не за горами производство 500 кВ. Тем не менее, как и в случае с рынком кабелей СПЭ среднего напряжения, кабели западных производителей будут закупать для объектов, к которым предъявляются повышенные требования по качеству. В целом же для отечественных компаний картина весьма оптимистичная, у данного сегмента рынка хорошие перспективы, если его не погубит жесткая ценовая конкуренция, как это происходит со СПЭ-изоляцией среднего напряжения».

 

На производственных площадях ОАО «Севкабель» (фото пресс-службы)

 

В огне не горят

Другое направление развития рынка — переход на применение изоляции и оболочек, обеспечивающих кабелю пожаробезопасность. Формированию спроса на такие кабели способствовало введение новых правил и законов в этой сфере. В 2009 г. вступил в действие ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», который во многом изменил условия работы в данной области. На сегодняшний день кабельная продукция при открытой прокладке вне коробов должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 53315-2009 (Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности). 

«Общая тенденция сегодняшнего рынка — современная кабельно-проводниковая продукция (особенно применяемая в общественных зданиях) должна быть пожаробезопасна, — поясняет Ольга Ребченко. — Это значит, что помимо нераспространения горения (нг), появились дополнительные требования:

— пониженное дымо- и газовыделение (индекс LS — low smoke);

— отсутствие в дымах, выделяющихся при горении и тлении проводов и кабелей, газов галогенных кислот (индекс HF — halogen free);

— огнестойкость, то есть сохранение работоспособности кабеля при пожаре до трех часов (индекс FRLS, FRHF).

Последние годы происходит активное освоение материалов для пожаробезопасных кабелей. Пластикаты для кабелей -нг, -LS, -FRLS производят многие российские предприятия. А вот с безгалогенными материалами сегодня сложная ситуация. На территории СНГ единственный производитель HF-композиции — украинская компания ООО «Проминвест Пластик». Альтернативой ей могут быть только иностранные бренды».

«Предприятия ООО «Холдинг Кабельный альянс» выпускает кабели с низкой токсичностью продуктов горения (индексы нг-LSLTx и нг-FRLSLTx), — добавляет Максим Матсон. — Их необходимо применять в зданиях детских дошкольных и образовательных учреждений, больницах и других, согласно тому же ГОСТ Р 53315-2009. Эта продукция — новая для рынка РФ, ХКА участвовал совместно с ВНИИ кабельной продукции в их разработке».

 

Зарубежные производители кабельной продукции продолжают бороться за российский рынок (фото автора)

 

Разработки, связанные с поиском пожаробезопасных материалов, не ограничиваются модификацией пластикатов. Так, Кирскабель выпускает кабели с минеральной изоляцией (КМЖ). Такой кабель имеет медные жилы и медную или стальную оболочку, пространство между которыми заполняет оксид магния. Материал позволяет кабелю работать в открытом пламени при температуре более 800°С. Есть кабели с минеральной изоляцией для различных применений, в том числе силовые.

Также развивается линейка изоляционных материалов на основе резин. 

«Если раньше гибкий кабель производился на основе обычной вулканизированной резины, то сегодня применяются новые материалы — для огнестойких кабелей керамообразующая кремнийорганическая резина, — рассказывает Ольга Ребченко. — Под воздействием высоких температур кремнийорганическая композиция превращается в твердую керамическую трубку, обладающую достаточными изолирующими свойствами, чтобы кабель продолжал работать».

 

А если взрыв?

Резина же послужила основой для композиции, которая используется для изоляции кабелей, работающих в местах, где существует опасность взрыва.

«Разработана линейка силовых кабелей с изоляцией из этиленпропиленовой резины, — говорит О. Ребченко. — Отличительная особенность силовых кабелей с EPR-изоляцией — в том, что они разрешены к применению во взрывоопасных зонах всех классов. Поэтому этиленпропиленовые кабели в настоящее время используются при разработке месторождений нефти и газа, металлургическими производствами, в угольных шахтах (стволовая прокладка), в рудниках по добыче полиметаллических руд и калийных солей. Также возможна прокладка кабелей вдоль магистральных нефте- и газопроводов».

 

От южных морей до полярного края

Современные материалы изоляции и оболочек позволяют создавать кабели, пригодные для самых экстремальных условий эксплуатации.

К примеру, кабели бронированные круглыми проволоками с СПЭ-изоляцией можно прокладывать даже на вертикальных участках, на трассах, где возможны растягивающие усилия в процессе эксплуатации, в сейсмически активных районах, в условиях вечной мерзлоты и районах, подверженных смещению почв, в насыпных и болотистых грунтах, а также по дну водоемов без заглубления.

Интересно, что производители стремятся не к тому, чтобы создавать отдельные типы продукции для различных условий, а ищут универсальные подходы, защищающие кабели от самых разных агрессивных воздействий среды. Изоляцией в них служит все тот же сшитый полиэтилен. Севкабель предлагает продукт марки АПвПгТп (аналог популярного за рубежом кабеля multi-wiski), который может использоваться как для воздушных линий электропередачи, так и для прокладки под землей и водой.

Камский кабель выпустил на рынок силовые кабели АПвПТи, АПвПТг универсальной прокладки «земля-воздух». Они могут использоваться в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом, их прокладывают в земле, на сложных кабельных трассах со значительным растягивающим усилием (насыпные, болотистые, пучинистые и многолетнемерзлые грунты, вертикальные участки трасс).

 

Огнестойкий кабель на 1 кВ ЗАО «Уралкабель» (фото автора)

 

Один за всех

Производители стараются достичь универсальности не только в смысле условий эксплуатации, но и в смысле совмещения ряда функций в одном кабеле. Так Подольсккабель в 2012 г. выпустил монтажные электрические кабели марки КМЭЛ.

«Это новое поколение универсальных кабелей можно одновременно использовать для передачи и информационных сигналов, и электроэнергии, — поясняет Дмитрий Халев. — Параллельно кабель позволяет управлять устройствами, передавать сигналы от контрольно-измерительной аппаратуры. Использовать КМЭЛ выгодно там, где критичен монтаж нескольких кабельных линий. Особенно это актуально для нефтегазовой промышленности».

 

От импорта — к экспорту?

Практически полное импортозамещение (за исключением узкоспециализированных областей) — одна из основных задач, которую ставит перед собой российская кабельная промышленность. Удастся это или нет, покажет время.

Нельзя не сказать и о том, что отечественные предприятия работают сегодня не только на внутренний рынок, но и на внешний.

«Доля экспорта продукции завода «Камкабель» составляет 15 %, — отмечает Игорь Буров. — В целом Россию сегодня нельзя назвать экспортером. Наша кабельная промышленность обеспечивает свои внутренние потребности, которые постоянно растут».

«Подольсккабель поставляет продукцию не только на российский рынок, но и за рубеж, — говорит Дмитрий Халев. — Наши последние крупные поставки — это кабели для строительства атомных станций в Иране и Индии. В среднем доля экспорта составляет порядка 12 % от общего объема производства. Российский кабель по многим параметрам не уступает и даже превосходит зарубежные аналоги. Он надежен и пользуется спросом».

Эксперты не прогнозируют активного выхода российской кабельной промышленности на международный рынок в ближайшей перспективе. Качественное удовлетворение внутреннего спроса сегодня в приоритете. А если учитывать рост экономики, необходимость модернизации электросетей, в том числе тенденцию постепенного перехода к подземным распределительным сетям, вопрос обеспечения потребителей качественным современным кабелем становится еще более актуальным.

 

Екатерина Зубкова

На первой фотографии: кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена и разделительным слоем из водоблокирующей ленты (фото автора)

Читайте также: