ВЕСТНИК

Химической промышленности

Вконтакте Твиттер Facebook LiveJournal

Вторник, 14 ноября 2017 10:19

Кабели на основе ПВХ пластикатов: проблемы и решения

Автор

В.Г. НИКОЛАЕВ,

канд. техн. наук,

генеральный директор ООО «НикПВХ»

1. Разработка ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты

Общеизвестно, что ГОСТ 5960-72 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и оболочек проводов и кабелей. Технические условия» давно и безнадежно устарел. Это относится и к ассортименту ПВХ пластикатов, и по требованиям к ним, и к методам испытаний. В результате порядка сорока химических и кратно большее количество кабельных заводов производят свою продукцию по самым разнообразным стандартам и техническим условиям.

Единство состоит лишь в одном – все они, и в части пластикатов, и в части кабельных изделий, не соответствуют международным и европейским стандартам. С большим фактическим опозданием в 2009–2010 гг. по инициативе АО «Ассоциации «Электрокабель» ОАО «ВНИИКП» проводило совместно с рядом химических и кабельных заводов работу по разработке ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты. Эта работа, к сожалению, не была завершена, а проблемы, как и следовало ожидать, не только остались, но и стали нарастать, как снежный ком.

ОАО «ВНИИКП» проводило и проводит в больших объемах работы по разработке стандартов на целый ряд кабельных изделий, в первую очередь энергетического назначения, с целью приведения их в соответствие с международными и гармонизированными европейскими стандартами. Учитывая то, что предварительная работа по кабельным ПВХ пластикатам не была проведена, работы по осовремениванию стандартов на кабельные изделия оказались построенными на песке. Можно привести несколько примеров из многих возможных.

Пример № 1. Выдержка из ГОСТ Р 53769-2010 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ. Общие технические условия»: «П.4. Настоящий стандарт разработан с учетом нормативных положений международного стандарта МЭК60502-1-2004 «Кабели силовые с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение от 1 до 30 кВ включительно. Часть 1. Кабели на номинальное напряжение 1 и 3 кВ». Для изоляции и оболочек требуются ПВХ компаунды повышенной теплостойкости марок ПВХ/А, ПВХ/ST1, ПВХ/ST2. В ГОСТ 5960-72 ПВХ.  В ГОСТ 5960-72 ПВХ пластикатов с такой теплостойкостью нет.

Пример № 2. ГОСТ Р МЭК 60227-1-2009 «Кабели с поливинилхлоридной изоляцией на номинальное напряжение до 450/750 В включительно». П. 4. Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60227-1:2007 «Кабели с поливинилхлоридной изоляцией на номинальное напряжение 450/750 В включительно. Часть 1. Общие требования». Требуются материалы марок для изоляции:

  • ПВХ/С – для кабелей стационарной прокладки;
  • ПВХ/Д – для гибких кабелей;
  • ПВХ/Е – для нагревостойких кабелей для внутренней прокладки;

Для оболочек требуются:

  • ПВХST4 – для кабелей стационарной прокладки;
  • ПВХ/ST5 – для гибких кабелей;
  • ПВХ /ST9 – для маслостойких гибких кабелей;
  • ПВХ/ST10 – для кабелей в оболочке из поливинилхлоридного компаунда на температуру 90оС.

По двум указанным международным стандартам по уровню теплостойкости: для изоляции требуется пять компаундов, для оболочек – пять компаундов.

По ГОСТ 5960-72: для изоляции – ПВХ пластикат марки И40-13А, для оболочек – ПВХ пластикат марки ОМ-40. И ПВХ пластикат И40-13А, и пластикат марки ОМ-40 – с минимальным уровнем теплостойкости.

Эти многочисленные несоответствия не перекрываются позднее разработанными марками ПВХ пластикатов. Многочисленные марки ПВХ пластикатов пониженной пожарной опасности типов ППИ и ППО имеют, как правило, нижний уровень теплостойкости.

Отсутствие требуемых типовых марок ПВХ пластикатов приводит к двум вариантам недостатков:

  1. необходимость в закупке зарубежных компаундов (импортозамещение наоборот);
  2. при использовании отечественных марок пластикатов:
    • – уменьшение срока службы;
    • – увеличение количество пробоев;
    • – потенциальное увеличение количества пожаров;
    • – экономическая неэффективность.

В последние годы развёрнута борьба с изготовлением контрафактных кабельных изделий. Можно насчитать три уровня контрафактности:

  • 1-й уровень. Какой-либо кабельный завод выпускает кабельное изделие, например с заниженным диаметром жилы.
  • 2-й уровень. Какой-либо химический завод выпускает ПВХ пластикат с заниженными характеристиками, например по морозостойкости и рассылает эту контрафактную продукцию на несколько связанных в производственной цепочке кабельных заводов.
  • 3-й уровень (высший). Все химические заводы поставляют ПВХ пластикаты на все кабельные заводы продукцию, которая не соответствует заложенным в стандартах требованиям, в результате все кабельные заводы выпускают определенный вид «контрафактной» продукции, так как она не соответствует требованиям, заложенным в действующих стандартах (если не используют импортные ПВХ компаунды соответствующего назначения).

Одним из важнейших недостатков действующего ГОСТ 5960-72 является избыточность методов испытаний и принципиальные отличия от методов, предусмотренных международными стандартами.

Отличия и предлагаемые изменения приведены в табл.1.

 

Таблица 1. Рекомендации по изменениям в методах испытаний

 

Из приведенных в табл. 1 данных очевидна необходимость коренного пересмотра в методах испытаний и, в том числе, сокращения их количества. Это позволит более объективно оценивать качество ПВХ пластикатов, сократить расходы на трудовые и материальные ресурсы, ускорить выполнение заказов.

Выводы и предложения

1. Разработка ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты запоздала на многие годы.

2. Отсутствие ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты превратило и химический и кабельный рынок в разрозненное и несостыкованное во многих местах лоскутное одеяло.

3. Отсутствие ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты при одновременных рекомендациях применять ПВХ компаунды, соответствующие международным и гармонизированным европейским стандартам в отечественных стандартах на кабельные изделия энергетического назначения, – прямой призыв к наплыву зарубежной продукции.

4. Отсутствие ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты – искусственная консервация отечественной кабельной техники в части ассортимента, требований и методов испытаний на уровне прошлого столетия.

5. Отсутствие ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты прямо или косвенно препятствует экспортопродвижению и ПВХ пластикатов, и кабельных изделий. Необходимо после соответствующих модификаций и разработок сопровождать информацию о ПВХ пластикатах с обязательной привязкой к типовым маркам-аналогам, соответствующим международным и гармонизированным европейским стандартам.

6. Наиболее перспективными для экспорта в европейские страны могут быть кабельные ПВХ пластикаты типа МО (малоопасные) или МТ(малотоксичные). В этом отношении европейские страны отстают от уровня отечественных достижений ввиду специфичности подхода к оценке токсичности летучих продуктов горения.

7. Разработка ГОСТ Р на кабельные ПВХ пластикаты должна сочетаться с практической работой по разработке типовых марок-аналогов компаундов, соответствующих требованиям международных и гармонизированных европейских стандартов, освоением соответствующих методов испытаний.

8. Параллельно должна проводиться работа по подготовке изменений в действующие ГОСТ Р, международные ГОСТы и технические условия на кабельные изделия энергетического назначения.

2. Кабельные изделия. Ступени пожаробезопасности

Проблема пожаробезопасности кабельных изделий всегда была одной из основных проблем, стоящей перед разработчиками материалов и соответствующих кабельных изделий. Современное состояние пожаробезопасности (пожароопасности) кабельных изделий наглядным образом можно рассматривать, используя данные, приведенные в ГОСТ 31565-2012 [1], а также в табл. 2.

 

Таблица 2. Типы исполнения кабельного изделия и преимущественные области применения

 

Примечание. В табл. 2 не включены кабели огнестойкие во избежание дублирования рассматриваемых характеристик.

В настоящей работе рассмотрены недостатки и преимущества представленных в ГОСТ 31565-2012 кабельных изделий в зависимости от категории пожаробезопасности. Практически является аксиомой, что все характеристики пожаробезопасности кабельных изделий напрямую связаны с характеристиками пожаробезопасности используемых полимерных композиций в качестве изоляции и оболочек. Степень пожаробезопасности ПВХ пластикатов и кабелей с их использованием можно условно представить в виде ступеней, показывающих степень повышения уровня пожаробезопасности. Указанная последовательность повышения пожаробезопасности представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Ступени пожарной безопасности ПВХ пластикатов и кабельных изделий

 

Самую низшую ступеньку занимают ПВХ пластикаты и кабели общепромышленного назначения (ОПН). ПВХ пластикаты общепромышленного назначения в основном представлены марками И40-13А для изоляции и ОМ-40 для наружных оболочек. Они имеют относительно низкий кислородный индекс – в пределах 23–25%, а в условиях горения и тления выделяют большое количество дыма и хлористого водорода. Кабели ОПН испытываются на нераспространение горения по методике МЭК 332-1 (испытание одиночного кабеля). Как будет показано, эту категорию ПВХ пластикатов и соответствующих кабелей следует отнести к категории пожароопасных.

Следующая ступенька, названная зоной «С», будет охарактеризована далее.

Более высокую ступеньку занимают ПВХ пластикаты марок НГП 30-32 и 40-32, обеспечивающие кабелям способность к нераспространению горения при испытании в пучках по МЭК 332-3 по категориям В и А. Однако ПВХ пластикаты и, соответственно, кабели в условиях пожара, как указано ранее, выделяют большое количество дыма и хлористого водорода.

Еще более значимое положение занимают ПВХ пластикаты пониженной пожароопасности типа ППИ (для изоляции), типа ППВ (для внутренних оболочек) и типа ППО (для наружных оболочек) и, соответственно, кабели с индексом нг-LS. Разработка ПВХ пластикатов типа ПП позволила снизить выделение дыма и хлористого водорода в два–семь раз при лучших характеристиках по нераспространению горения при испытании в пучках.

Наивысшую ступеньку пожаробезопасности занимают пластикаты типа ПП-МО (малоопасные) и, соответственно, кабели с индексом «нг-LSLTx». Характеристики безгалогенных полиолефиновых композиций типа HF и кабелей типов нг-HF и нг-HFLTx рассматриваются в 3-й части настоящей работы в сравнении с соответствующими ПВХ пластикатами и кабелями.

Для того чтобы более полно оценить влияние кабельных изделий на состояние с пожарами, ниже приводятся некоторые данные, взятые из источников служб МЧС.

В табл. 3 представлены данные по оценке относительного влияния на пожары различных видов электротехнических изделий.

 

Таблица 3. Распределение пожаров по видам изделий, от которых возник пожар

 

Из данных, представленных в табл. 3, видна наибольшая роль пожароопасности кабелей и проводов из всех видов электротехнических изделий.

На рис. 2 и 3 представлены, соответственно, статистические данные по гибели людей при пожарах и обстановка с пожарами в РФ по видам объектов.

 

Рис. 2. Обстановка с пожарами по видам объектов пожаров в 2013–2015 гг.

 

Рис. 3. Обстановка с гибелью людей при пожарах по видам объектов пожаров в 2013–2015 гг.

 

Из данных, приведенных на рис. 2 и 3, видно, что подавляющее место в количестве пожаров и гибели людей происходят в зданиях жилого сектора. В жилом секторе в основном используются кабели общепромышленного назначения (ОПН). Из этого следует очевидный вывод, что соответствие кабелей ОПН требованиям МЭК 332-1 не обеспечивает требуемого уровня пожаробезопасности по нераспространению огня.

Следует также отметить, что рекомендация использовать групповую прокладку кабелей ОПН с дополнительной пассивной защитой является устаревшей, дорогостоящей и неэффективной.

 

Рис. 4. Значение зоны «С» по МЭК 332-3

 

Зона С по МЭК 332-3 в предлагаемых ступенях пожаробезопасности ПВХ пластикатов и кабелей на их основе является важнейшей зоной решения проблемы пожароопасности ПВХ пластикатов и кабелей общепромышленного назначения.

На рис. 5 показано различие в объемах производства и использования ПВХ пластикатов и кабелей.

 

Рис. 5. Распределение по объемам производства и использования ПВХ пластикатов и кабелей

 

Несмотря на постоянный рост производства ПВХ пластикатов типа ПП и кабелей типа нг-LS, основной объем производимых ПВХ пластикатов относится к маркам И40-13А для изоляции и ОМ-40 для оболочек кабельных изделий, используемых в кабелях общепромышленного назначения.

В табл. 4 показаны различия в требованиях по условиям испытаний кабелей по МЭК 332-3.

МЭК 332-3 по сложности испытаний выделяет три основные категории.

 

Таблица 4. Требования по условиям испытаний кабелей по МЭК 332-3 (по категориям испытаний)

 

ПВХ пластикаты и кабели общепромышленного назначения повышенной пожаробезопасностипасности

Очевидно, что для выполнения требований по категории «С» потребуются меньшие усилия по антипирированию соответствующих ПВХ композиций, чем для категорий «В» и «А».

Для повышения пожаробезопасных характеристик кабельных изделий общепромышленного назначения необходимо было разработать более экономичные ПВХ пластикаты типа ППИ ППО.

В ОАО «ВНИИКП» были проведены соответствующие поисковые исследования, положительные результаты которых были подтверждены совместными работами с ОАО «Владимирский химический завод».

Характеристики ПВХ пластикатов типов ППИ-НМ и ППО-НМ представлены в табл. 5 и 6 соответственно.

 

Таблица 5. Характеристики ПВХ пластикатов типа ППИ-НМ

 

Таблица 6. Характеристики ПВХ пластикатов типа ППО-НМ

 

Из результатов, приведенных в табл. 5 и 6, видно, что ПВХ пластикаты типа ПП-НМ по сравнению с серийными ПВХ пластикатами марок И40-13А и ОМ-40 имеют повышенные характеристики по всем параметрам пожаробезопасности. Показатель негорючести КИ в пределах 28–30% может обеспечить перевод кабельных изделий общепромышленного назначения из категории соответствия по ГОСТ Р МЭК 332-1 для одиночной прокладки в категорию соответствия по ГОСТ Р МЭК 332-3(С). Показатели дымообразования и выделения хлористого водорода обеспечивают кабелям снижение выделения дыма и HCl в 1,5–3,5 раза в зависимости от примененных марок типа ПП-НМ.

Преимущества и недостатки кабельных композиций различных ступеней пожароопасности по дымообразованию в условиях горения и тления

Традиционно характеристики дымообразования кабельных композиций проверялись по ГОСТ 24632-81 (ASTM E662-83). Испытания проводятся в условиях горения и тления при воздействии теплового потока мощностью 2,5 Вт/см2 (25 кВт/м2). В настоящей работе приводятся результаты испытаний по методу ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов» [2] в условиях горения и тления в широком диапазоне тепловых нагрузок, характерных для различных условий пожара (при плотности теплового потока 10, 15, 20, 25, 30 и 35 кВт/м2).

В табл. 7 представлена классификация по дымообразованию в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 и ASTM E-662.

 

Таблица 7. Классификация по дымообразованию

 

Примечание. Деление по ASTM Е-662 – условное (предложено автором).

Результаты испытаний представлены на рис. 6–11.

 

Рис. 6. И40-13А, ОМ-40, ППИ-30НМ, ППО30-НМ (тление)

 

Рис. 7. И40-13А, ППИ-30НМ, ППО30-НМ (горение)

 

Из данных, представленных на рис. 6 и 7, очевидны преимущества ПВХ пластикатов типов ППИ-НМ и ППО-НМ по сравнению с серийными марками И40-13А и ОМ-40. Из категории высокодымных (Д3) ПВХ пластикаты переходят в категорию умеренно дымных (Д2).

Необходимым условием для широкого использования ПВХ пластикатов в кабельных изделиях являются и экономические показатели. Рецептурный состав ПВХ пластикатов типа ПП-НМ подобран таким образом, что себестоимость этих рецептур не выше себестоимости серийных марок.

Это позволяет назвать ПВХ пластикаты типа ПП-НМ «народными марками», так как они предназначены для самого широкого использования при хороших экономических показателях.

 

Рис. 8. Дымообразование изоляционных рецептур на основе ПВХ марок И40-13А и ППИ 30-30 в условиях горения и тления

 

ППИ 30-30 в условиях тления и горения относятся к группе Д2.

 

Рис. 9. Сравнение дымообразующей способности цифровых и нецифровых изоляционных марок ПВХ пластикатов типа ПП

 

На рис. 9 показано, что изоляционный ПВХ пластикат марки ППИ 1110 и в условиях горения, и в условиях горения при всех значениях теплового потока, как и следовало ожидать, имеет более низкие значения дымовыделения по сравнению с ПВХ пластикатом марки ППИ 30-30.

 

Рис. 10. Дымообразующая способность ПВХ пластикатов типов?? ППВ-28 и ППВ 3110 в условиях горения и тления

 

Представленные на рис. 10 данные наглядно показывают на низкий уровень дымовыделения ПВХ пластикатов типа ППВ во всех условиях испытаний по сравнению с другими марками кабельных композиций.

 

Рис. 11. Выбор оптимальной плотности теплового потока при испытании ПВХ пластикатов типа ПП в условиях тления

 

Как отмечалось ранее, испытания на дымообразование по ASTM-E662 проводятся при плотности теплового потока 2,5 Вт/см2 (25 кВт/м2). Данные, представленные на рис. 11, показывают, что при этой тепловой нагрузке при испытаниях в режиме тления получаются заниженные характеристики дымовыделения. Более репрезентативными являются испытания при плотности теплового потока 20 кВт/м2. В частности, этим можно объяснить имеющиеся случаи несовпадения результатов испытаний на дымообразование образцов материалов и кабелей с их использованием.

 

Выводы и предложения

1. Большое количество пожаров и гибели людей в зданиях жилого сектора связано с кабельными изделиями. Основная причина – заниженные требования к кабелям, предназначенным для одиночной прокладки.

2. Необходимо повысить требования к кабелям для одиночной прокладки до категории нг-(С).

3. Широкое применение ПВХ пластикатов типов ППИ-НМ и ППО-НМ – верный путь по уменьшению пожаров и гибели людей в зданиях жилого сектора по вине кабельных изделий.

4. ПВХ пластикаты типов ППИ-НМ и ППО-НМ по уровню дымообразования сопоставимы с ПВХ пластикатами марок ППИ 30-30 и ППО 30-35; поэтому кабели с их применением можно относить к категории нг-(С)LS.

5. Испытания кабельных композиций по определению уровня дымообразования по ГОСТ 12.1.044-89 при тепловых потоках от 10 до 35 кВт/м2 показало, что наиболее информативны испытания при 20 кВт/м2. Наиболее часто практикуемые испытания на дымообразование по ASTM E-662 при 2,5 Вт/см2 (25 кВт/м2) могут давать заниженные данные.

6. Необходимо ввести изменения в ГОСТ 31565-2012 в части изменения областей применения кабелей различных типов в зависимости от их фактического уровня пожаробезопасности.

Литература

1. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 31565-2012. Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности.

2. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов.

3. ГОСТ 3 53315-2009. Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности.

Прочитано 520 раз
НИИТЭХИМ

niitekhim.com/ | Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Убедитесь, что Вы ввели всю требуемую информацию, в поля, помеченные звёздочкой (*). HTML код не допустим.