Применение полимерных материалов на предприятиях Ассоциации «Электрокабель»

1. Состояние производства материалоемких видов кабелей и проводов

Анализ потребления полимерных материалов на предприятиях Ассоциации «Электрокабель» свидетельствует, что на производство кабелей и проводов энергетического назначения используется около 70% потребляемых отраслью кабельных полимерных композиций. Оставшиеся 30% объема потребления полимерных композиций приходятся на производство кабельных изделий для систем телекоммуникаций, связи и проводов различного назначения.

Кабели и провода энергетического назначения, начиная с 1998 г., относятся к наиболее динамично развивающимся группам кабельной продукции в России и СНГ. Спад производства в 2008-2009 гг. обусловлен снижением спроса в связи с резким снижением объема инвестиций в строительной индустрии в период кризиса.

Динамика производства отдельных материалоемких групп кабельной продукции на предприятиях Ассоциации «Электрокабель» представлена на рис. 1—3. Как видно из представленных данных спад производства наблюдается по всем группам однородной продукции для энергетического сектора. При этом в меньшей степени снижение потребления затронуло производство проводов изолированных самонесущих и защищенных для воздушных линий электропередачи, а также силовых и контрольных кабелей на напряжение до 660 В. Наиболее остро снижение объемов потребления сказалось на выпуске силовых кабелей среднего напряжения (рис. 3), особенно групп кабелей, для производства которых в России, как правило, используются полимерные композиции, закупаемые по импорту.

2. Структура потребления полимерных материалов

В структуре потребления полимерных материалов для производства кабельной продукции следует выделить две основные группы материалов (рис. 4). Это — кабельные поливинилхлоридные пластикаты и кабельные композиции на базе полиолефинов.

2.1. Кабельные поливинилхлоридные пластикаты.
Кабельные поливинилхлоридные (ПВХ) пластикаты по-прежнему являются основным видом полимерных материалов для изоляции и оболочек широкой номенклатуры кабельных изделий в России и странах СНГ.

Общий объем применения ПВХ пластикатов в России составляет около 170 тыс. т/год. При этом основная потребность в них удовлетворяется за счет поставок российских предприятий химической промышленности, а на долю импорта приходится 10–15 тыс.т/год. В структуре потребления ПВХ пластикатов доля изоляционных рецептур составляет примерно 40%, шланговых рецептур для наружных оболочек и защитных шлангов кабелей — примерно 60%.

Нужно отметить, что, не смотря на общемировую тенденцию по снижению применения ПВХ пластикатов в кабельном производстве, доля потребления их на предприятиях Ассоциации «Электрокабель» по-прежнему велика и составляет около 70% от общего объема производства ПВХ в России, в то время как по данным ряда источников доля потребления ПВХ пластикатов для выпуска кабельных изделий в мировой практике составляет около 10% от объема производства ПВХ.

Основные типы ПВХ пластикатов для производства кабелей и проводов общепромышленного использования представлены в табл. 1, где приведены основные марки ПВХ пластикатов, изготавливаемых на предприятиях химической промышленности в России и СНГ по ГОСТ 5960-72 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек кабелей и проводов».

Нужно отметить, что ассортимент ПВХ пластикатов по ГОСТ5960-72 ограничен, ряд технических характеристик не удовлетворяет потребности кабельной промышленности, поэтому значительные объемы ПВХ изготавливаются по техническим условиям предприятий-изготовителей.

С учетом того, что ГОСТ 5960-72 разработан более 35 лет назад, и в настоящее время многие параметры ПВХ не соответствуют требованиям, предъявляемым изменившейся в России нормативной базой на материалы для кабельных изделий, планируется разработка нового ГОСТ Р. При этом предусматривается значительно расширить ассортимент ПВХ пластикатов для различных видов кабельной продукции, гармонизировать уровень важнейших характеристик и методов испытаний с международными нормами и нормами региональных стандартов европейских стран, например, EN 50363.

Анализ применения ПВХ пластикатов на предприятиях кабельной промышленности свидетельствует, что в последние 10 лет значительно выросла доля потребления специальных типов ПВХ пластикатов для изготовления кабельных изделий с повышенными показателями пожарной безопасности. При этом, если в конце прошлого столетия за счет применения ПВХ пластикатов пониженной горючести типа НГП 40-32 и НГП 30-32 было обеспечено производство кабелей, не распространяющих горение при прокладке в пучках, то, начиная с 2002 г., освоено производство кабелей, не распространяющих горение, с низким дымовыделением и низкой эмиссией хлористого водорода при горении и тлении. Для их производства совместно с фирмой «Проминвест Пластик» были созданы специальные ПВХ пластикаты пониженной пожарной опасности типа ППИ, ППО и ППВ, объемы применения которых на кабельных предприятиях России приведены на рис. 5. Производство и применение ПВХ пластикатов типа ПП в 2008 г. достигло 15,6 тыс.т.

Основные марки ПВХ пластикатов пониженной пожарной опасности и их применение для элементов кабелей представлены в табл. 2.

Отличительной особенностью пластикатов серии ПП является нормирование более широкого комплекса показателей пожарной безопасности по сравнению с ПВХ пластикатами типа НГП и пластикатами по ГОСТ 5960-72. Они характеризуются высокими значениями кислородного индекса, низкой теплотой сгорания, пониженным дымообразованием и пониженным выделением HCl при горении и тлении. По показателям токсичности по ГОСТ 12.1.044 эти пластикаты относятся к классу умеренно опасных и малоопасных материалов по токсичности продуктов горения.

Показатели пожарной безопасности ПВХ пластикатов типа ПП для производства кабелей, не распространяющих горение, с низким дымо- и газовыделением, приведены в табл. 3.

Дальнейшее совершенствование ПВХ пластикатов направлено на повышение их теплостойкости, на снижение дымообразования и расширение ассортимента рецептур для различных типов кабельной продукции.

2.2. Кабельные композиции на основе полиэтилена
Часть потребности кабельных заводов в полиэтиленовых композициях (около 70%) удовлетворяется за счет производства и поставок предприятий химической промышленности.

Это термопластичные композиции на основе полиэтиленов низкой и высокой плотности изоляционных и шланговых рецептур по ГОСТ 16336-77, выпускаемые ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Башкирская нефтехимическая компания» и ОАО «Ставролен».

Композиции полиэтилена российского производства не в полной мере удовлетворяют потребности кабельной промышленности, как по ассортименту, так и по техническим параметрам. Это в значительной мере объясняется тем, что доля производства полиэтиленов для кабельной промышленности не превышает 5% в общем объеме производства полиэтилена в России, как это видно из данных, представленных на рис. 6. При этом общий объем производства ПЭ в 2008 г. в России составил 989 тыс. тонн.

Поэтому значительная часть полиэтиленовых композиций для производства кабелей и проводов для нужд энергетики закупается по импорту. Структура потребления полиэтиленовых композиций на кабельных заводах по данным Ассоциации «Электрокабель» представлена на рис. 7.

Как видно из представленных на рис. 8 данных в период с 2003 г. по 2008 г. произошли существенные изменения в структуре потребляемых материалов, обусловленные развитием производства кабелей и проводов с изоляцией из сшитого полиэтилена. Так, доля переработки композиций пероксидной и силанольной сшивки выросла с 4% до 30%, а доля полиэтиленов высокой плотности выросла с 15% до 22% в общем объеме потребления. Объемы потребления сшиваемых композиций для изоляции силовых кабелей и изолированных самонесущих проводов, как это показано на рис. 9, в 2007 г. достигли 15100 т. Снижение потребления указанных материалов отмечено лишь в 2009 г., что обусловлено снижением спроса на кабели 6-10 кВ для энергетического и жилищного строительства. Следует отметить, что доля пероксидносшиваемых композиций для производства кабелей среднего и высокого напряжения составляет примерно 35-40% в общем объеме потребления, а 60-65 % составляют композиции силанольной сшивки, используемые для производства кабелей на напряжение 1-10 кВ, а также изолированных и защищенных проводов.

В табл. 4 приведены основные типы сшиваемых композиций полиэтилена, используемых при производстве кабелей и проводов энергетического назначения.

Как видно из приведенного в табл. 4 перечня материалов для современных конструкций силовых кабелей и проводов используются композиции производства фирм «Borealis» и «Dow Wire and Cable», так как производство аналогичных композиций в России и странах СНГ отсутствует или находится в состоянии промышленного освоения.

Нужно подчеркнуть, что выбор материалов для изоляции кабелей среднего и высокого напряжений связан с неизбежной процедурой оценки стойкости к длительному воздействию эксплуатационных факторов. Поэтому для решения вопроса о расширении марок, используемых композиций, или смены поставщиков необходимо проведение ускоренных 2-х годичных испытаний, комплекс которых в настоящее время предусмотрен как гармонизированными нормами комитета CENELEC, так и национальной нормативной базой.

Это в значительной мере относится и к выбору материалов для самонесущих изолированных и защищенных проводов для воздушных линий электропередачи, для которых общим из критериев годности является устойчивость изоляции при воздействии комплекса атмосферных факторов, установленных в ГОСТ Р 52373-2005.

2.3. Полимерные композиции, не содержащие галогенов
Начиная с 2002 года на кабельных предприятиях Ассоциации «Электро-кабель» освоено производство серии кабелей повышенной пожаробезопасности на базе полимерных композиций, не содержащих галогенов. Производство этой группы кабелей было создано в первую очередь для нужд атомных электростанций, а в последние годы круг потребителей этой продукции значительно расширен.

Разработка и освоение промышленного производства кабелей (обозначение исполнения «нг-HF») на кабельных заводах были осуществлены при активном содействии фирм «Condor Compounds» и «Proplast», которые не только осуществили разработку безгалогенных композиций, удовлетворяющих требованиям российской нормативной базы на кабели, но и принимали непосредственное участие в отработке технологии экструзии на оборудовании российских предприятий. В настоящее время рынок кабелей, не распространяющих горение и огнестойких на базе безгалогенных материалов, значительно вырос, как по объему потребления кабелей, так и по ассортименту. Объемы переработки полимерных композиций, не содержащих галогенов (HF-композиций), на кабельных предприятиях в период с 2003 по 2008 года представлены на рис. 9. Расширено и число поставщиков HF-композиций. Основные поставщики материалов и базовые марки композиций для производства кабелей различного назначения представлены в табл. 5.

Нужно отметить, что основные технические характеристики и эксплуатационные свойства кабелей повышенной пожаробезопасности непосредственно связаны с уровнем характеристик полимерных композиций для изоляции и оболочек кабелей. В частности, на табл. 6 представлен уровень технических характеристик композиций, используемых для производства кабелей, которые должны удовлетворять как требованиям Российской нормативной базы по показателям пожарной безопасности, так и требованиям по нормируемому сроку службы.

Как видно из приведенных в табл. 6 данных характеристики используемых композиций отличаются от нормированных в стандарте МЭК 60502-1 более высоким уровнем требований.

Принимая во внимание возросший в России интерес потребителей к проблемам пожарной безопасности кабельных коммуникаций, вызванный введением в действие Технического регламента по требованиям пожарной безопасности и национальной нормативной базы по требованиям пожарной безопасности кабельных изделий (ГОСТ 53315-2009), созданы условия для дальнейшего развития производства кабелей пожаробезопасного исполнения и материалов для их выпуска.

С учетом структуры изменения в номенклатуре производства кабелей различного назначения и технического перевооружения основных кабельных предприятий Ассоциации «Электрокабель» для дальнейшего развития производств необходимо решение ряда вопросов, касающихся полимерных композиций кабельного производства. В первую очередь необходимо освоение ряда материалов на отечественных предприятиях химической промышленности с целью осуществления импортозамещения.

Первоочередные направления работ по созданию и освоению производства таких материалов:
• Композиция полиэтилена пероксидной сшивки, триингостойкая.
• Силанольносшиваемые композиции, в том числе самозатухающие.
• ПВХ пластикаты с повышенными температурами нагрева для оболочек кабелей, в том числе для кабелей исполнения «нг-LS».
• ПВХ для изделий исполнения «ХЛ», в том числе исполнения «нг».
• Безгалогенные полиолефиновые композиции для изоляции и оболочек кабелей исполнения «нг-HF».

Реализация работ по освоению промышленного производства в России важнейших для кабельных заводов полимерных материалов направлена на повышение эффективности производства.