Честный КГ

Летом 2006 года в кабельной промышленности произошло событие, которое запустило цепочку последствий навсегда изменивших направление развития одной очень важной сферы рынка. Однако, прошло оно тихо, практически незаметно для профессионального сообщества. По мере развития ситуации, никто не стал бить тревогу, пытаться что-то сделать. Сегодня, часть производителей и большой сегмент потребителей до сих пор сталкивается с волнами, созданными ударом, который попал в самое сердце понятия – «качество». Именно в тот период, на территории Российской Федерации был официально отменен ГОСТ 24334-80 «Кабели силовые для нестационарной прокладки» в части шахтных кабелей.

ГОСТ 24334 «Кабели силовые для нестационарной прокладки» (1982 год) описывает силовые кабели с медными жилами для нестационарной прокладки на номинальное переменное напряжение до 6/10 кВ частоты до 400 Гц и на постоянное напряжение д 12 кВ.

Документрегулирует стандарт качества продукции марки «кабель гибкий» или сокращенно – КГ. Эти кабели предназначены для присоединения передвижных машин, механизмов и оборудования к электрическим сетям и к передвижным источникам электрической энергии на номинальное напряжение до 1 кВ – сварочные аппараты, генераторы, краны, погружные насосы и многое другое. Главные свойства кабеля КГ, которые и обуславливали его популярность и спрос – гибкость и стойкость к механическим нагрузкам. КГ используют как на открытых пространствах, так и в помещениях в разных температурных условиях. Однако сегодня найти настоящий, честный КГ будет очень трудно. Почему?

Отмена ГОСТ 24334 в части шахтных кабелей была продиктована наличием новых научно-технических наработкок в производстве КПП для горнорудной промышленности. К 2006 году, старый документ оказался несостоятельным, ввиду своей неспособности отразить современные решения, применяющиеся в этой сфере. В частности – он по-прежнему предписывал изготовление оболочки и изоляции КГ исключительно из резин*, в то время как международное кабельное сообщество успешно осваивало применение новых композиционных материалов. Несмотря на то, что ГОСТ Р 52372, заменивший ГОСТ 24334 не предусматривал изменений в материальной части, кабельное сообщество получило предпосылки для самостоятельного технологического развития в этом и других направлениях.

Кабельные производители начали проводить опытно-конструкторские работы по модернизации конструкции массового КГ – для обеспечения потребителя более качественной продукцией и упрощения части технологических процессов по выпуску данной марки кабеля. Постепенно на рынке стал появляться гибкий кабель, выпущенный по собственным техническим условиям заводов, большинство из которых, к сожалению, имели довольно сомнительные характеристики. Главное изменение в новых технических документах затронуло именно материальную часть вопроса. Предприимчивые компании стали изготавливать КГ на основе термоэластопластов (ТЭП) – материалов, похожих по свойствам на резины. И остальные игроки рынка последовали их примеру, ложно объясняя это тем, что ГОСТ 24334 отменен на территории РФ полностью. Большим плюсом ТЭПов является то, что им не требуется прохождение вулканизации для достижения нужной консистенции. Это значительно упрощает технологию производства и удешевляет себестоимость итогового продукта. Но ввиду их новизны для кабельной промышленности и старой доброй, неугасаемой погоне производственников за копейкой – качество продукции, наводнившей рынок, оставляло желать лучшего.

Ключевой проблемой стало смешение понятий – кабель, произведенный на основе разных материалов, все также мог маркироваться, как «КГ», не отражая принципиальную разницу в своей конструкции. Теперь на полках магазинов циркулировал КГ самых разных вариаций и исполнений. Фактически, данную марку возможно было закрепить за кабелем любых параметров, созданного по одному из множества технических условий, ведь старый ГОСТ, не охватывал большое количество новых материалов, применяемых в производстве. Он не мог установить строгие правила использования товарного знака, вкупе с необходимыми характеристиками на новые вариации исполнения КГ.

Честные производители, выпускавшие КГ в полном соответствии ГОСТ, столкнулись с беспрецедентной конкуренцией. Более дешевый, простой в изготовлении «КГ» из ТЭП начал завоевывать рынок – неосведомленные потребители предпочли более низкую цену, нежели более высокую, «ГОСТовскую» надежность, но о тонкой разнице в технических характеристиках многие из них и не знали. В короткие сроки этот сегмент рынка был сломан.

___________________

* ПВХ в счет не берем ввиду его применения только для простейших марок, которые использовали для очень редких случаев.

ХОРОШИЕ НОВОСТИ

Основной причиной для написания этого материала, послужило очень важное событие – редакция портала RusCable.Ru смогла ознакомиться с проектом нового ГОСТ, который готовят ведущие технические специалисты кабельной промышленности. Его создание заняло большой промежуток времени и стоило многих усилий, но, к счастью, введение документа в силу осуществиться уже в конце 2020 года. Мы тщательно изучили каждый пункт будущего стандарта, объявшего все актуальные технологические наработки, и выделили самые главные изменения, которые окажут положительное влияние на уровень качества в сегменте КГ и помогут обеспечить потребителей надежной продукцией.

МАТЧАСТЬ

По физическим свойствам все полимеры можно с некоторым приближением разделить на две большие группы: пластомеры (термопласты) для которых характерна повышенная прочность, высокий модуль упругости и низкая растяжимость и эластомеры – каучуки, гуттаперча, полиизобутилен и другие с малым модулем упругости и высокой эластичностью.

Высокомолекулярные соединения разделяют по их отношению к воздействию тепла – на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные материалы при повышении температуры размягчаются, а при охлаждении вновь возвращаются в твердое состояние, сохраняя все свои прежние свойства.

Термореактивные полимеры при повышении температуры сначала становятся пластичными, но затем под влиянием катализаторов или отвердителей протекают реакции, в результате которых они затвердевают, становятся неплавкими.

КАБЕЛЬ ГИБКИЙ — КОНСТРУКЦИЯ И ПРОИЗВОДСТВО

Группа кабелей для нестационарной прокладки имеет большой перечень марок и может быть разделена на подгруппы:

• шахтные кабели для подземных и открытых горных работ
• экскаваторные кабели
• лифтовые кабели
• гибкие кабели или кабели для нестационарной прокладки, не вошедшие в другие группы, в т.ч. для электросварки

От качества и надежности конструкции кабельно-проводниковой продукции (КПП) зависит в первую очередь эксплуатационная безопасность, работоспособность электрических сетей, установок. Эти параметры особенно актуальны с гибкими кабелями, питающими подвижные элементы транспортных систем, различного электрооборудования, применяемого в строительстве, горнорудной промышленности. Данный тип кабеля подвергается многократным перегибам, изгибающим и торсионным нагрузкам, непосредственному контакту с агрессивными средами, экстремальным температурам. Поэтому изоляция и оболочка КГ обязаны обладать повышенной механической прочностью, масло-бензостойкостью, эластичностью и все это в широком диапазоне температур.

КГ похож по своей конструкции на другие кабели, важным его отличием от которых является материал изоляции, как токопроводящих жил, так и внешней оболочки. Сама жила является многопроволочной витой из медных мягких проволочек с шагом скрутки не более 16 диаметров. Для дополнительного укрепления кабеля, во время скручивания проводников, может быть добавлена пряжа или лента. В многопроволочных кабелях между изоляцией жил и внешней изоляционной оболочкой прокладывают пленку на синтетической основе из полиэтилентерефталата. Но не всегда. Пленка может отсутствовать, когда нет возможности слипания изоляционных оболочек. Изоляция и оболочка по ГОСТ 24334 исполняется из сшитой путем вулканизации резиновой смеси (каучуки и добавки).

Процесс наложения резиновых изоляции и оболочки всегда был связан с определенными трудностями и издержками. На первых этапах, для изготовления КГ выделяли отдельные цеха, в связи со сложностью производства, необходимостью «варки» и печально известным «резиновым духом». Со временем все технологические операции значительно модернизировались, появились новые способы сшивки, компоненты и добавки. Тем не менее – производство КГ из резины по-прежнему остается трудоемким и дорогостоящим.

Обычно все начинается с резиносмешения и подготовки смеси: в резиносмеситель загружают каучук и необходимые добавки, в котором все перемешивается. Дальше, полученный состав попадает на вальцевание, где происходит дополнительное перемешивание и снижение уровня вязкости. После этого материал стрейнируют (фильтруют), охлаждают и передают на операцию наложения изоляции. На операции наложения изоляции, материал поступает в экструдер (червячный пресс), где нагревается и под давлением выдавливается в формирующую головку и накладывается на медную жилу. Сразу же полуфабрикат поступает в вулканизационную трубу, в которой поддерживается заданная высокая температура и давление, которые необходимы для сшивки (вулканизации) материала изоляции. Особенности производства требуют соблюдения определенных технологических параметров (скорости или времени нахождения кабеля в трубе и температуры), причём при изменении одного параметра, другой тоже должен быть изменен по нелинейному закону, что добавляет сложности в эксплуатации оборудования.

Суть процесса вулканизации заключается в создании поперечных химических связей между линейными макромолекулами каучука, так называемой сетки, придающей материалу новые свойства: сохранение формы при высоких температурах (вплоть до температуры термического разложения), повышенную термостойкость, механическую прочность и долговечность.

России всегда было присуще научно-технологическое новаторство в кабельном производстве, однако в 90-х годах прогресс остановился и несмотря на вносимые изменения, ГОСТ 24334 действующий с 1982 года существенно устарел. Вместо изучения мировых тенденций и разделения по области возможного применения кабелей с различными видами изоляции, работа на рынке электротехники была продолжена по самому простому пути. После замены старого ГОСТ для шахтных кабелей, многие переориентировались на собственные технические условия, а недобросовестные изготовители, воспользовались незнанием потребителей и рынок погрузился в хаос. Маркировку КГ стали наносить на изделия, которые только отдаленно были похожи на оригинал, при этом некоторые потребители подмену замечали не сразу, так как отличия проявлялись не при всех режимах эксплуатации.

Пример нормативно-технической документации на кабели гибкие, актуальной на сегодняшний день:

• ГОСТ 24334 «Кабели силовые для нестационарной прокладки. Общие технические требования», частично отменен на территории РФ с 01.07.2006 г.
• ГОСТ 31945 «Кабели гибкие и шнуры для подземных и открытых горных работ. Общие технические условия». Действует самостоятельно и заменил на территории РФ с 01.01.2014 г. ГОСТ Р 52372, который в свою очередь заменил на территории РФ с 01.07.2006 г. ГОСТ 24334 в части шахтных кабелей.
• ГОСТ Р МЭК 60227-6 «Кабели с поливинилхлоридной изоляцией на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Часть 6. Лифтовые кабели и кабели для гибких соединений».
• ГОСТ IEC 60245-1 «Кабели с резиновой изоляцией на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Часть 1. Общие требования».
• ГОСТ IEC 60245-4 «Кабели с резиновой изоляцией на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Часть 4. Шнуры и гибкие кабели».
• ГОСТ IEC 60245-5 «Кабели с резиновой изоляцией на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Лифтовые кабели».

Это лишь часть стандартов, которые относятся к данному типу кабеля, но как видно из приведенного списка подобная работа в области стандартизации иногда усугубляет ситуацию и приводит к запутыванию, в выборе нужного кабельного изделия, потребителя, который не разбирается в нововведениях.

ТЕРМПОЭЛАСТОПЛАСТ: ПЛОХО ИЛИ ХОРОШО?

Так или иначе, после частичной отмены ГОСТа разработчики и производители гибких кабелей начали применять в конструкциях кабельных изделий более широкую номенклатуру эластомерных материалов. Самые прозорливые и предприимчивые обратили свои взоры к термоэластпластам, еще слабо изученными кабельщиками.

Термопластичные эластомеры (ТЭП), как мы уже писали выше, при комнатной температуре обладают механическими свойствами резин, при этом при увеличении температуры эти свойства значительно ухудшаются. В отличие от каучуков из которых изготавливают резину, ТЭП является блок-сополимером, в макромолекулах которого эластичные блоки чередуются в определенной последовательности с термопластичными. Поэтому он перерабатывается без необходимости в вулканизации: литьем под давлением, экструзией, вакуум-формованием, пневмоформованием и так далее.

В сравнении с традиционными резинами, плотность у ТЭП ниже, они могут иметь высокую озоно- и атмосферостойкость, морозостойкость, стойкость к набуханию в агрессивных средах, могут компаундироваться с различными наполнителями, но цена такого материала будет значительно выше чем у традиционных резин.

Да, термоэластопласты – достойные конкуренты резинам. Изначальное применение резин в конструкциях гибкого кабеля обусловлено исключительно отсутствием в тот период времени других эластомерных материалов с близкими эксплуатационными свойствами. Но, по факту, достойной конкуренции не вышло. 

В 2008 году на рынке стал появляться КГ, который практически ничем не отличался от уже привычного всем гибкого кабеля. И только углубившись в техническую документацию, покупатель мой дойти до сути – изоляция и оболочка новых КГ исполнялась из термоэластопластов. В остальном же, данная продукция продавалась под видом всем известной марки, вот только по гораздо низкой цене. Себестоимость упала, производственная мощность возросла – предприниматели новой волны стали демпинговать рыночные цены, добившись вскоре того, что многие производители, которые ранее изготавливали «классические» КГ стали обращаться к подобной практике, но в марку вводили дополнительное обозначение. В этот сегмент начали заходить заводы более низкого звена, ведь порог вхождения значительно снизился – иметь квалифицированных специалистов и дорогостоящего технологического и лабораторного оборудования не требовалось.

Сформированный рынок кабелей для нестационарной прокладки и отсутствие государственной политики в области стандартизации кабельных изделий усугубился качеством проводимых опытно-конструкторских работ на некоторых кабельных заводах, когда зачастую целью разработки было наличие текста технических условий, а не получение конструкции качественного кабельного изделия с последующей отработкой технологии изготовления и подтверждения параметров техническому заданию на ОКР. Не редки были и случаи, когда техническое задание на ОКР фактически не содержало минимально необходимого уровня по параметрам, обеспечивающим работоспособность КГ с учетом условий его эксплуатации. Это было связано с отсутствием государственного регулирования и надзора в области разработки, освоения в производстве и контроле качества кабельно-проводниковой продукции, а также незнанием, или нежеланием, или невозможностью потребителя определить технический уровень и качество кабельных изделий, необходимые для решения поставленных им задач.

ЧТО ПОЛУЧИЛОСЬ?

Столь же гибкий и эластичный на ощупь «новый» КГ вдруг начал подводить потребителей. Искры от сварочных аппаратов стали прорезать оболочку. Кабель, намотанный на барабан и подключенный в сеть, стал не выдерживать тепловой нагрузки и слипаться между собой. Также он страдал проблемами деформации, за счет низких характеристик термопластичности: после механических нагрузок или оказываемого давления под высокой температурой он начинал застывать при возврате в стабильные условия, в то время как резина обычно восстанавливала свои геометрические параметры. 

Применяемый изначально ТЭП по рецептуре SBS показал со временем пониженную устойчивость к ультрафиолету, что привело к бесполезности использования таких КГ на открытых площадках в течение длительного времени. С учетом стандартного срока службы в четыре года, такие кабели не могли эксплуатироваться дольше года. И многое другое. Все это не говорит о том, что термоэластопласты плохие материалы. Проблема заключается в том, что любая работа с полимерными композициями – это трудоемкий процесс, требующий вдумчивого и профессионального подхода, грамотной технической документации, высококачественных специалистов и надежного оборудования. По-настоящему хорошие материалы имеют соответствующую стоимость. Но весь старт этой истории был задан именно с жажды экономии.

ЗАКУПКА

Летом 2019 года редакция портала RusCable.Ru купила бухту кабеля КГ-ХЛ 2х4 производства ООО «Конкорд» по ТУ 3544-002-12350648-13 от 25.12.15. И, если подробности о качестве сервиса поставщика КПП компании ООО «АТЛАС» мы опустим, то на официальной документации к этому кабелю мы бы хотели слегка заострить внимание. Кабель с маркировкой КГ-ХЛ произведен по ТУ 3544-002-12350648-13 предписывающим оболочку и изоляцию из «композиции на основе синтетической резины». В официальном буклете компании и на сайте поставщика мы нашли следующую информацию, содержащую, по мнению редакции, определенные противоречия.

Кабель, созданный специально для сложных условий, работы в смотанном и размотанном состояниях, со способностью выдерживать механические нагрузки – запрещено использовать по его прямому назначению. Логично предположить, что такая продукция уже не должна называться и маркироваться, как КГ, а должна иметь дополнительное обозначение, дабы отразить имеющиеся отличия от традиционного гибкого кабеля. На сегодняшний день, большинство производителей маркируют такой кабель, как КГтп. Но далеко не все следуют этой практике.

Не существует плохих материалов, существуют плохие инженеры, не способные правильно подобрать и использовать материал в конструкции изделия. С эластомерами дела обстоят также. Нерадивые разработчики кабельных изделий при выборе эластомерных материалов руководствуются исключительно проектными данными, либо рекламными буклетами, не имея представления о сильных и слабых сторонах эластомерного материала и не сопоставляя их реальным и предполагаемым условиям эксплуатации кабельного изделия. В результате, кабельное изделие, либо не обеспечивает работоспособность при эксплуатации, либо выходит из строя раньше установленного срока службы.

СРАВНИМ

1. Кабельные резины

Отличительной особенностью кабелей с резиновой изоляцией и оболочкой являются:

• высокая гибкость кабельных изделий с применением резин;
• высокая стойкость к внешним механическим воздействия;
• погодо-, атмосферостойкость;
• стойкость к агрессивным средам;
• кабели устойчивы к воздействиям при сложных условиях монтажа.

Недостатки в производстве:

• технологические ограничения по минимальной радиальной толщине изоляции и оболочки;
• высокая стоимость технологических процессов:
• многокомпонентность, в рецептуре резиновых смесей содержится 10-15 ингредиентов;
• процесс смешения резиновых смесей (необходимость четкого регулирования температурного режима);
• вулканизация резиновых смесей.

В качестве основы кабельных резин применяются каучуки:

• Изопреновый (натуральный и/или синтетический СКИ);
• Бутадиеновый;
• Бутадиенстирольный;
• Этиленпропиленовый;
• Бутадиеннитрильный;
• Хлоропреновый;
• Хлорированный полиэтилен;
• Хлорсульфированный полиэтилен;
• Этиленвинилацетатный.

Некоторые из этих каучуков, применяемые российскими кабельными заводами приобретается за рубежом и в России не производятся. Также российским кабельщикам приходиться приобретать за рубежом ряд ингредиентов, входящий в состав рецептуры кабельной резины.

2. Термоэластопласты

Термоэластопласты, применяемые в кабельной промышленности:

• полистирольные;
• полиэфирные;
• полиолефиновые;
• полиуретановые.

В зависимости от химического состава полимерной цепи эксплуатационные свойства ТЭПов будут отличаться друг от друга. Так полиуретоновые ТЭПы имеют следующие преимущества:

• хорошие физико-механические свойства;
• хорошая морозостойкость;
• отличная стойкость к агрессивным средам;
• хорошая стойкость к истиранию.

а полиэфирные следующими:

• хорошие физико-механические свойства;
• хорошая морозостойкость;
• хорошая теплостойкость (лучше, чем у полиуретанового ТЭП);
• высокое сопротивление раздиру;
• маслостойкость;
• стойкость к гидролизу (в сравнении с ПУ).

Очевидно имеются серийные термопластичные эластомеры, обладающие необходимым комплексом свойств для применения в конструкциях гибких кабелей.

Интересно, что термопластичные эластомеры можно разделить не только по химическому составу их основы, но еще и по наличию пространственных межмолекулярных химических связей на:

• несшитые (механическая смесь);
• сшитые (динамическая вулканизация) ТПВ.

ТПВ имеют следующие преимущества по сравнению с несшитыми ТЭП:

• хорошие физико-механические свойства;
• хорошая теплостойкость;
• электроизоляционные свойства;
• морозостойкость.

Безусловно, термоэластопласты интересный и не до конца «осознанный» эластомерный материал, обладающий большим потенциалом. Однако для принятия решения о возможности его применения в конструкциях гибких кабелей требуется проведение профессиональной исследовательской и конструкторской работы при разработке кабельных изделий.

Остается проблема маркировки кабеля: «КГ» был предусмотрен в ГОСТ 24334-80 только для кабелей с изоляцией и оболочкой из резины, также предусмотрено изготовление кабелей с изоляцией и оболочкой из резины, не распространяющих горение (КГН) и с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката (КГВВ), при этом ограничений на присвоение аббревиатуры для гибких силовых кабелей для нестационарной прокладки у разработчиков кабельных изделий на территории России нет.

ЧТО ИЗМЕНИТ НОВЫЙ ГОСТ?

Все эти и многие другие вопросы призван решить новый ГОСТ. Он предусмотрит дополнительные механизмы защиты потребителей – КГ на основе ТЭП должен будет выдерживать определенные испытания, которые гарантируют его работоспособность и безопасность. А это возможно только благодаря использованию по-настоящему качественных рецептур и компонентов.

Стандарт будет распространяться на силовые кабели для нестационарной прокладки, предназначенные для присоединения передвижных машин, механизмов и оборудования к электрическим сетям и к передвижным источникам электрической энергии на номинальное напряжение не более 450/750 В переменного тока частотой до 400 Гц. В маркировке кабеля будут строго закреплены все виды его исполнения, так кабель на основе ТЭП будет обязан иметь маркировку «КГТП». Для каждого типа исполнения подразумеваются свои режимы работы и особенности эксплуатации, поэтому для каждого из них выведены свои требования. Так, например, ТЭП должен будет сохранять прочности при разрыве не менее 5,0 Н/мм2 до и после старения, а также относительное удлинение не менее 200%.

Изоляция и оболочка кабелей из поливинилхлоридных пластикатов и термопластичного эластомера должны будут иметь стойкость к растрескиванию при повышенной температуре, а также к деформации под давлением при температуре (80±2) °C. Глубина продавливания должна быть не более 50 %. Изоляция и оболочка всех кабелей должны быть стойкими к изгибу, растяжению и удару при пониженной температуре, к старению при воздействии температуры, превышающей на (10±3) °C длительно допустимую температуру нагрева жилы.

Изменения к лучшему уже грядут и не заставят себя долго ждать. Но помните, уже сейчас, покупая непроверенный КГ – ваш объект подвергается риску. Узнавайте, читайте, спрашивайте у участников Форума RusCable.Ru – не давайте себя обмануть. Оставайтесь с нами и будьте бдительны.

Перечень производителей «честного» КГ (с резиновой изоляцией):

• «Электрокабель» Кольчугинский завод»
• «Рыбинсккабель»
• «Камский кабель»
• «Сибкабель»
• «РОССКАТ»
• «Севкабель»
• «Цветлит»

ТЕРМИНЫ

Полимер – вещество, характеризующееся многократным повторением одного или более составных звеньев, соединенных между собой в количестве, достаточном для проявления комплекса свойств, который остается практически неизменным при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев.

Пластмасса – материал, представляющий собой композицию полимера или олигомера с различными ингредиентами, находящуюся при формовании изделий в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

Эластомер – полимер, обладающий высокоэластическими свойствами во всем диапазоне температур его эксплуатации.

Каучуки – натуральный или синтетический эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Резины – сложная многокомпонентная система на основе каучука или смеси каучуков, приобретающая свои ценные эксплуатационные свойства в результате процесса вулканизации резиновой смеси, либо эластомера.

Термопластичный эластомер (термоэластопласт) – полимерный материал, проявляющий свойства эластомеров (резин) в диапазоне температур эксплуатации изделия, а в диапазоне температур переработки (ориентировочно 120 °C и выше) за счет снижения вязкости обладает оптимальными вязкотекучими свойствами для экструзии, либо литья под давлением.

Материал подготовлен при консультативной поддержке ведущих специалистов ОАО «ВНИИКП».