Polivinilchlorido (PVC) plastikatai ilgą laiką dominavo žemos įtampos kabelių rinkoje, tačiau griežtėjantys reikalavimai elektrotechninėms savybėms, ilgaamžiškumui ir saugumui iškėlė kitą polimerą – polietileną (PE). Dėl savo unikalių dielektrinių savybių, cheminio atsparumo ir stabilumo aplinkos poveikiui PE tapo nepakeičiama medžiaga tiek aukštadažnių ryšio kabelių, tiek magistralinių elektros tiekimo linijų gamyboje.
Šiame straipsnyje apžvelgiamos pagrindinės PE savybės, jo tipai, panaudojimas ekstruzijos procesuose ir modernios polimerų kombinacijos, naudojamos kabelių pramonėje.
Esminės PE savybės: kodėl jis lenkia PVC tam tikrose srityse?
Polietilenas yra nepolinis termoplastinis polimeras, pasižymintis itin vienalytėmis molekulinėmis grandinėmis. Kabelių pramonėje tai suteikia kelis kritinius pranašumus:
- Puikios dielektrinės savybės PE pasižymi labai mažu dielektriniu praradimu (tan δ) ir maža dielektrine skvarba (εr ≈ 2.3). Tai leidžia perduoti signalus su minimaliais slopinimais, todėl PE yra standartas koaksialinių ir duomenų perdavimo kabelių izoliacijai.
- Atsparumas drėgmei Vandens įgertis artima nuliui. PE veikia kaip natūrali hidroizoliacija, apsauganti gyslas nuo korozijos ir water treeing reiškinio, kuris ypač pavojingas vidutinės ir aukštos įtampos kabeliuose.
- Atsparumas žemoms temperatūroms Skirtingai nei PVC, kuris šalčio metu tampa trapus, PE išlieka lankstus net iki –50 °C ar žemiau. Tai svarbu lauko ir požeminiams kabeliams.
- Cheminis inertiškumas Atsparus rūgštims, šarmams, druskoms, organiniams tirpikliams. Todėl PE apvalkalai tinkami tiesioginiam klojimui į gruntą.
- UV ir oksidacinio senėjimo valdymas Grynas PE nėra atsparus UV, tačiau įmaišius suodžių (carbon black) arba antioksidantų, gaunamas itin ilgaamžis juodas apvalkalas, naudojamas 110 kV ir aukštesnės įtampos kabeliuose.
Kabelių pramonėje naudojami PE tipai ir jų paskirtys
PE klasifikuojamas pagal tankį ir molekulinę struktūrą. Tai tiesiogiai lemia jo elgseną ekstruzijos metu.
LDPE – mažo tankio polietilenas
- Labai šakota molekulinė struktūra
- Lankstesnis, lengvai ekstruzuojamas
- Lydymosi temperatūra: 105–115 °C
- Naudojamas:
- Telekomunikacijų kabelių gyslų izoliacijai
- Putų PE (Foam PE) dielektrikams koaksialiniuose kabeliuose
HDPE – didelio tankio polietilenas
- Linijinė struktūra, didelis kristališkumas
- Kietas, mechaniškai atsparus, atsparus įtempimų skilinėjimui
- Lydymosi temperatūra: 130–135 °C
- Naudojamas:
- Išoriniams apvalkalams (jacket)
- Optinių kabelių vamzdeliams
- Požeminiams ir lauko jėgos kabeliams
MDPE – vidutinio tankio polietilenas
- LDPE ir HDPE savybių balansas
- Geras ESCR atsparumas
- Naudojamas:
- Kabeliams, kuriems reikia lankstumo, bet ir mechaninio atsparumo
- Dujotiekio vamzdžiams (PE80/PE100 klasės)
PE modifikacijos ir kombinacijos kabelių gamyboje
XLPE – susiūtas (tinklinis) polietilenas
Tai viena svarbiausių modernių izoliacijų jėgos kabeliuose.
Susiuvimo metodai:
- Peroksidinis (DCP) – vyksta ekstruzijos metu
- Silaninis (Sioplas / Monosil) – susiuvimas vyksta drėgmėje
- Radiacinis (e-beam) – naudojamas specialiems kabeliams
Privalumai:
- Netampa takus iki 200 °C
- Darbinė gyslos temperatūra: 90 °C
- Trumpojo jungimo temperatūra: 250–300 °C
- Leidžia mažinti kabelio skerspjūvį dėl geresnio šiluminio laidumo
LSFH / HFFR – halogenų neturintys nedegūs PE kompaundai
PE savaime yra degus, todėl naudojami mineraliniai užpildai:
- Al(OH)₃ – skyla ~200 °C
- Mg(OH)₂ – skyla ~330 °C
Gaisro metu išskiriamas vanduo:
- vėsina medžiagą
- slopina liepsną
- nesusidaro toksiškos dujos (kaip PVC atveju)
Foam PE – putų polietilenas
Naudojamas:
- Koaksialinių kabelių dielektrikams
- LAN kabelių izoliacijai (Cat6A–Cat8)
Privalumai:
- Mažesnis talpumas
- Mažesni signalo nuostoliai
- Geresnis impedanso stabilumas
Kur dažniausiai sutinkame PE kabelius?
- Lauko ir požeminiai jėgos kabeliai (0.4–110 kV ir daugiau) Juodas HDPE apvalkalas atsparus UV, drėgmei, grunto spaudimui.
- Fotovoltinės sistemos Saulės kabeliuose naudojami XLPE arba specialūs UV stabilizuoti PE kompaundai.
- Optiniai kabeliai HDPE vamzdeliai ir apvalkalai – standartas dėl mažo trinties koeficiento ir atsparumo aplinkai.
- Koaksialiniai ir duomenų perdavimo kabeliai LDPE ir Foam PE dielektrikai užtikrina mažus slopinimus ir stabilų impedansą.
- Specializuoti kabeliai
- Geoterminiai
- Jūriniai
- Torsioniniai (vėjo jėgainėms)
- Robotiniai (PUR + PE kombinacijos)
Apibendrinimas
Polietilenas ir jo modifikacijos, ypač XLPE, iš esmės pakeitė kabelių inžineriją. Suprasdami skirtumus tarp LDPE lankstumo, HDPE kietumo, MDPE atsparumo ir XLPE terminio stabilumo, technologai gali tiksliai valdyti ekstruzijos procesą – temperatūrų profilį, sraigto apsukas, aušinimo intensyvumą – ir užtikrinti, kad galutinis produktas atitiktų tarptautinius standartus.