автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Влияние конструкции кабельных изделий на процесс теплового старения полимерных материалов

004614932

Анисимова Ольга Александровна

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ПРОЦЕСС ТЕПЛОВОГО СТАРЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.09.02 - Электротехнические материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

" 2 ЛЕК 2010

Томск-2010

004614982

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования Национальном исследовательском Томском политехническом университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Анненков Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Строкин Николай Александрович;

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «15» декабря 2010 г. в 14 — часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.10 при Государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования Национального исследовательского Томского политехнического университета.

доктор технических наук, профессор Троян Павел Ефимович

Автореферат разослан «15» ноября 2010 г.

Ученый секретарь

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, доктор технический наук, старший научный сотрудник

Кабышев А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одними из самых распространенных кабельных изделий являются кабели на низкое напряжение. От их эксплуатационных характеристик зависит работа электротехнического оборудования практически во всех отраслях промышленности. Существующие методы определения качества и надежности кабельного изделия базируются на определении надежности самого слабого материала в его конструкции - полимера. Традиционно, свойства материалов исследуются на лабораторно изготовленных образцах. Между тем, поведение полимерных материалов при эксплуатации зависит от конструкции кабеля. В рамках существующих на сегодняшний день методик испытаний невозможно учесть влияние элементов конструкции.

В частности, исследования электрического старения кабелей высокого напряжения ОАО «ВНИИКП» (Всероссийский научно-исследовательский институт кабельной промышленности) показали, что для учета влияния технологических факторов, старение изоляции необходимо проводить на образцах кабельных изделий. В настоящее время ОАО «ВНИИКП» проводит разработку оборудования и методики испытаний высоковольтных кабелей.

Для кабелей низкого напряжения основной причиной ухудшения свойств является тепловое старение. Считается, что при тепловом старении определяющую роль играет химическая структура полимера и состав полимерной композиции. При этом подразумевается, что конструкция кабеля и технология переработки полимеров на процессы теплового старения оказывают незначительное влияние и ими можно пренебречь.

Существующие стандарты не учитывают длительного повышения температуры окружающей среды. Таких, например, как летом 2010 года, когда средняя температура почти во всей европейской части России превышала 30 °С в течении нескольких месяцев. Между тем, при длительном тепловом старении в изоляции и оболочке кабеля происходят различные процессы, скорость протекания которых не может не зависеть от геометрических размеров и конструкции кабеля. Нельзя также исключать возможность взаимного влияния материалов изоляции и оболочки друг на друга. Исследованию степени влияния конструкционных особенностей кабелей низкого напряжения на процесс теплового старения полимерных материалов посвящена данная работа. Учет этих факторов позволит предложить пути повышения качества и улучшения эксплуатационных характеристик кабельных изделий.

Для низковольтных кабелей основным материалом изоляции и оболочки являются ПВХ пластикаты. В то же время в кабельной промышленности сегодня активно внедряются термоэластопласты, свойства которых изучены недостаточно. Поэтому для исследования выбраны марки низковольтных кабелей, изоляция и оболочка которых изготовлена из ПВХ пластикатов марок у' И-13А, 0-40, ППИ ¡3-32, ППО 30-32, а также из термоэластопластов Е1а51о1ап,[ Ш(ах (уретановые) и БаЩоргеп (олефиновын).

На основании изложенного, тема настоящей работы «влияние конструкции кабельных изделий на процесс теплового старения полимерных материалов» является, безусловно, актуальной.

Объект исследования - кабели с поливинилхлоридной изоляцией и оболочкой КВВГ 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв 4 х 2,5 - 0,66; АКВВГ 4 х 2,5 - 0,66; АКВБбШв 4 х 2,5 - 0,66; КВВГ нг - LS 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв нг - LS 4 х 2,5 -0,66; OLFLEX CLASSIC 110 4G1,0; OLFLEX CLASSIC 110 CY 7G1,5, отличающиеся между собой одним конструктивным элементом и маркой пластиката и кабели с изоляцией и оболочкой из термоэластопластов различных типов: OLFLEX 440Р 2X1,0; OLFLEX 500Р 3G1,0; OLFLEX ROBUST 200 2X1,0.

Предмет исследования - изменение свойств полимерных материалов в процессе теплового старения кабельных изделий.

Цель работы - исследование влияния элементов конструкции кабельных изделий (КИ) на тепловое старение полимерных материалов.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

1. Провести выбор кабельных изделий наиболее показательных с точки зрения цели работы.

2. Оценить влияние металлических элементов конструкции кабеля на изменение механических характеристик полимерных материалов кабелей в процессе теплового старения.

3. Исследовать взаимное влияние полимерных элементов конструкции кабелей при тепловом старении.

4. Исследовать влияние структуры и состава полимерных материалов на процессы теплового старения.

5. Разработать рекомендации по улучшению эксплуатационных характеристик КИ.

Научная новизна результатов работы

1. Впервые, показано, что наличие стальной брони в кабелях с ПВХ изоляцией и оболочкой ускоряет процесс старения кабельных изделий.

2. Предложен новый механизм теплового старения ПВХ оболочки кабелей в присутствии брони из стальных лент, который заключается в изменении направления диффузии пластификатора и характеризуется образованием конденсата паров пластификатора между лентами брони и оболочкой кабеля.

3. Показано, что ускоренный переход в хрупкое состояние ПВХ пластиката типа нг-LS при тепловом старении происходит из-за высокого содержания мелкодисперсных частиц антипирена.

4. Исследования физико-механических и электрических свойств термоэластопластов разного типа свидетельствуют, что совмещение в конструкции кабеля уретановых и олефиновых термоэластопластов не приводит к изменению характерного для них механизма старения.

5. На основании анализа данных газовой хромато-масс-спектрометрии впервые установлено, что деструкция молекул пластификатора каталитически усиливается продуктами дегидрохлорирования ПВХ.

Практическая значимость работы

1. Для предотвращения ускоренного старения бронированных кабелей с ПВХ изоляцией и оболочкой, предложена новая конструкция защитного покрова, в которой броня выполняется из двух стальных оцинкованных перфорированных лент, позволяя сохранить равновесность процессов диффузии и испарения пластификатора (патент на полезную модель № 85258 от 06.04.09 «Силовой кабель», Анисимова O.A., Ким B.C., Аникеенко В.М.).

2. Для предотвращения ускоренного старения бронированных кабелей с ПВХ изоляцией и оболочкой, предложена новая конструкция защитного покрова, в которой броня выполнена в виде оплетки из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена, позволяющего сохранить равновесность процессов диффузии и испарения пластификатора (патент на полезную модель № 95167 от 08.02.10 «Силовой кабель (варианты)», Анисимова O.A., Ким B.C., Аникеенко В.М.).

3. Для повышения качества и улучшения эксплуатационных характеристик низковольтных кабелей доказана необходимость учета влияния элементов конструкции на процессы старения в ходе эксплуатации кабеля.

4. Показано, что название рецептуры ПВХ пластиката не гарантирует его однозначного состава по важнейшим ингредиентам. Поэтому, для повышения качества изделий на кабельном предприятии предложено проводить входной контроль полимерных материалов не только по механическим и электрическим свойствам, но и определять состав полимерной композиции.

Практическая значимость подтверждается актом внедрения результатов на ЗАО «Томсккабель».

Положения, выносимые на защиту:

1. Совместное использование уретановых (Elastolan) и олефиновых (Hifax, Santoprene) ТЭП в конструкции кабеля не изменяет механизма старения характерного для данного вида ТЭП.

2. Броня из стальных лент в конструкции кабеля с ПВХ изоляцией и оболочкой при тепловом старении создает условия для конденсации паров пластификатора между броней и оболочкой, что приводит к градиентному распределению пластификатора и зарождению трещин в оболочке.

3. Наличие брони из стальных лент в конструкции негорючих кабелей с ПВХ изоляцией и оболочкой при тепловом старении ускоряет переход оболочки в хрупкое состояние из-за изменения локальной структуры оболочки при миграции мелкодисперсной фазы антипирена.

4. Скорость деструкции пластификатора (диоктилфталат) определяется количеством молекул HCl и непосредственно связана с разложением молекул ПВХ.

Личный вклад: Большая часть методической подготовки и планирования экспериментов проведена автором самостоятельно. Основная часть экспериментальной работы, а также анализ и интерпретация полученных результатов выполнены лично автором. Автор также принимала непосредственное участие в разработке и оформлении патентов на полезные модели.

Достоверность полученных результатов: Степень достоверности полученных автором результатов определяется: в экспериментальных исследованиях - использованием современных сертифицированных методик измерения, оценкой величины ошибок измерений, сопоставлением с данными производителей полимерных материалов и других авторов, существующими представлениями о старении полимерных материалов; в теоретических проработках — созданием моделей, опирающихся на общепринятые представления в области физико-химии полимеров и материаловедения. Автор защищает механизмы и природу, обнаруженных лично и в соавторстве новых эффектов и явлений в многокомпонентных полимерных композициях и конструкциях.

Апробация работы Результаты работы докладывались на следующих конференциях, семинарах и школах: VIT Региональная студенческая научно-практическая конференция «Электротехника, электромеханика й электротехнологии» (Томск, 2007); XIV Международная научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2008); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008); IV-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения» (Казань, 2009); IV международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (Томск, 2009); V Международная научно-техническая конференция «Электрическая изоляция 2010» (Санкт - Петербург, 2010).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 3 статьи в журналах из перечня ВАК, включая 2 патента на полезную модель.

Объем п структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и 4 приложений. Основной текст диссертации изложен на 133 страницах, работа проиллюстрирована 41 рисунком и 11 таблицами, список цитируемой литературы состоит из 115 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика диссертации, обоснована актуальность, сформулирована цель работы. Определены задачи исследований, сформулированы научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, а также практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен литературный обзор, в ходе которого рассмотрены следующие вопросы. Приведена классификация существующих кабельных изделий, назначение их элементов и условия эксплуатации. Перечислены основные технологические процессы и режимы переработки пластмасс при производстве кабелей, их роль в формировании структуры полимерной изоляции. Дана характеристика строения и свойств основных кабельных пластмасс. Описаны требования, применяемые к полимерным материалам и существующие методы испытаний кабельных изделий.

Также в первой главе подробно описан механизм старения ПВХ пластикатов и основные реакции деструкции молекул ПВХ. Дано общее описание строения и основных механизмов теплового старения различных типов термоэластопластов. Проведен обзор существующих работ, посвященных старению полимерных материалов и кабелей.

Вторая глава посвящена обоснованию выбора объектов исследования, а также подробно описана методика проведенных в работе экспериментов. В качестве объектов исследования выбраны кабели на низкое напряжение производства ЗАО «Томсккабель» (г. Томск, Россия) и фирмы Lappkabe) (г. Штутгарт, Германия).

Конструкции кабелей марок АКВВГ 4 х 2,5 - 0,66; АКВБбШв 4 х 2,5 -0,66 также как и КВВГ 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв 4 х 2,5; КВВГ нг-LS 4 х 2,5 -0,66; КВБбШв нг-LS 4 х 2,5 отличаются наличием защитного покрова типа БбШв, в который входит броня из стальных оцинкованных лент. В отличие от остальных рассмотренных в работе марок кабелей, кабели АКВВГ 4 х 2,5 -0,66; АКВБбШв 4 х 2,5 - 0,66 имеют алюминиевую жилу.

Оболочка кабелей АКВВГ 4 х 2,5 - 0,66; АКВБбШв 4 х 2,5 - 0,66; КВВГ 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв 4 х 2,5выполнена из ПВХ пластиката 0-40 (рецептура ОМ-40), а изоляция - из ПВХ пластиката И-13А. Оболочка кабелей КВВГ нг-LS 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв нг-LS 4 х 2,5 выполнена из негорючего ПВХ пластиката с низким газо- и дымовыделением ППО 30-32, а изоляция - ППИ 13-32. Конструкция кабеля ÖLFLEX CLASSIC CY 7G1,5 отличается от ÖLFLEX CLASSIC 4G1,0 наличием оплетки из медных луженых проволок.

Низковольтные гибкие кабели производства Lappkabel с изоляцией и оболочкой из термоэластопластов отличаются сочетанием материалов: OLFLEX 440Р с изоляцией из олефинового, оболочкой из уретанового ТЭП; OLFLEX 500Р с изоляцией и оболочкой из уретановых ТЭП; OLFLEX ROBUST 200 с изоляцией и оболочкой из олефиновых ТЭП.

Ускоренное тепловое старение образцов кабелей проводилось в соответствии с требованиями международного стандарта IEC 60811-1-2. Температура старения для кабелей с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката 100 °С. Известно, что тепловое старение ПВХ пластиката протекает в два этапа. На ранних стадиях старения преобладают физические процессы диффузии и испарения пластификатора, позднее - химические процессы деструкции и сшивки макромолекул ПВХ. При эксплуатации кабелей на низкой напряжение термодеструкция не является основным процессом старения ПВХ пластикатов: допустимая температура окружающей среды от -50 до +50 °С, максимально допустимая температура нагрева жил +70 °С. Выбор температуры старения 100 °С позволяет ускорить старение ПВХ оболочки и изоляции, не искажая реального механизма старения. Для кабелей с изоляцией и оболочкой из термоэластопластов допустимая температура нагрева жил 90 °С. Кроме того, термоэластопласты обладают более высокой термостабилыюстью по сравнению с ПВХ. Поэтому для проведения ускоренного теплового старения исследуемых образцов кабелей выбрана температура 130 °С. С течением

времени старения проводилось измерение потери массы Am всех исследуемых образцов.

Измерение относительного удлинения при разрыве е и разрывной прочности ор оболочек кабелей проведено в соответствии с требованиями европейского стандарта IEC 811-1-1, а удельное объемное электрическое сопротивление изоляции pv в соответствии со стандартом ГОСТ 3345 - 76.

Во второй главе также описаны методы хроматографии, которые применяются для определения состава сложных смесей: газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХ-МС) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). В данной работе хроматографический анализ применен для определения состава, не подвергавшегося старению ПВХ пластиката оболочек и конденсата, образующегося при старении бронированных кабелей с ПВХ изоляцией и оболочкой.

В третьей главе представлены результаты измерений Am, в, <тр образцов оболочек и ру изоляции кабелей 6LFLEX 440Р 2X1,0; OLFLEX 500Р 3G 1,0 и OLFLEX ROBUST 200 2X1,0 с течением времени старения.

В ходе работы проведено старение оболочки в конструкции кабеля и отдельно. Для всех образцов отличие между потерей массы кабеля и оболочки составляет не более 2%, что близко к погрешности измерения (рисунки 1; 2). Вклад потери массы изоляции пренебрежимо мал.

Для уретановых ТЭП уменьшение массы составило менее 3%, для олефиновых ТЭП достигает 10%. В отличие от уретановых ТЭП, олефиновые ТЭП содержат пластификатор. Так как, при температуре старения интенсивность деструкционных процессов мала, то небольшая потеря массы в уретановом ТЭП объясняется слабой деструкцией аморфной фазой, а в

олефиновых -пластификатора.

большой вклад в изменение массы дает испарение

о

12п

Дт, %

0 400 а 00 1200 I, час

Рис. 1 Зависимость потери массы Дш от времени старения I для кабеля ОШех 440Р: 1 - кабель; 2 - оболочка

О

400 000 t, час

1200

Рис. 2. Зависимость потери массы Дш от времени старения t для кабеля Olflex ROBUST 200: 1 - кабель; 2 - оболочка

Ход зависимостей е и ор от времени старения I для оболочек, старенных в конструкции кабеля и отдельно, также одинаков. Для уретановых ТЭП получено одновременное уменьшение е и стр при старении (рисунки 3; 4).

Ухудшение эластических свойств при одновременном снижении прочности, происходит в результате деструкции аморфной фазы.

50

40

СМ

5

12 30

X

tf

20

10

000 600 и" 400200

0 200 400 600 800 1000 1200 t, час

Рис. 3 Зависимость разрывной прочности ар от времени старения t для оболочек кабеля Olflex 440Р: 1 - оболочка, старенная в конструкции кабеля; 2 - оболочка, старенная отдельно

0 200 400 600 800 1000 1200 I, час

Рис. 4 Зависимость относительного удлинения при разрыве е от времени старения I для оболочек кабеля 01Пех 440Р: I - оболочка, старенная в конструкции кабеля; 2 - оболочка, старенная отдельно

Для олефиновых ТЭП характерно наличие максимума ар(1:), при одновременном увеличении с(1) до насыщения (рисунки 5; 6). При этом максимальное значение прочности достигается при 200...250 часах старения, когда величина удлинения приближается к значению насыщения.

400-,

1В 14 12 10

350300 250200

150

2 1

ft" •ь-ш. lL

200

400 600 t, час

ООО 1000 1200

200

400 600 t, час

800 1000 1200

Рис. 5 Зависимость разрывной прочности ар от времени старения t для оболочек кабеля Olflex ROBUST 200: 1 - оболочка, старенная в конструкции кабеля; 2 - оболочка,

Рис. 6 Зависимость относительного удлинения при разрыве е от времени старения t для оболочек кабеля Olflex ROBUST 200: 1 -оболочка, старенная в конструкции кабеля; 2 -оболочка, старенная отдельно

Из-за присутствия пластификатора в составе олефинового ТЭП процесс старения включает изменение концентрации пластификатора и перестройку структуры жесткой и эластичной фаз. Рост ор на начальном этапе связан с испарением пластификатора. Уменьшение ор после 250 часов старения связано с тем, что жесткая фаза перестает выполнять роль армирующего элемента структуры ТЭП, возможно в результате увеличения размера сферолитов.

2.0-

5 1.5-

S

О

1.0-

гч

cd

0,5-

г

0.0-

О 200 too 300 800 1000

t, час

Рис. 7 Зависимость сопротивления изоляции исследуеммх кабелей от времени старения:

1 - Olflex ROBUST 200 (олефиновый ТЭП)

2 - Olflex 440Р (олефиновый ТЭП)

3 - Olflex 5OOP (упетановый ТЗГП

Уменьшение pv(t) для всех образцов связано с увеличением концентрации свободных ионов в результате деструкции. Для изоляции из уретанового ТЭП получено уменьшение pv на два порядка, а для изоляции из олефинового ТЭП - в два раза (рисунок 7). Это говорит о том, что в уретановом ТЭП деструкционные процессы более интенсивны. Тем не менее, за 1 ООО часов старения pv всех образцов осталось в пределах, допустимых для изоляции низковольтных кабелей.

В целом, рассмотренные в работе ТЭП демонстрируют высокую устойчивость свойств в процессе теплового старения. При этом не обнаружено взаимного влияния изоляции и оболочки на характер изменения их свойств, а значит на механизм старения термоэластопластов.

В четвертой главе представлены результаты измерения Дт, е, 0р оболочек и pv изоляции кабелей OLFLEX CLASSIC 4G1.0 и OLFLEX CLASSIC CY 7G1,5; АКВВГ 4 x 2,5 - 0,66; АКВБбШв 4 x 2,5 - 0,66; КВВГ 4 x 2,5 - 0,66; КВБбШв 4 x 2,5; КВВГ нг-LS 4 x 2,5 - 0,66; КВБбШв нг-LS 4 x 2,5. Приведены результаты исследования влияния брони из стальных оцинкованных лент и оплетки из медных луженых проволок на старение оболочек кабелей.

При старении всех бронированных кабелей в течение первых 100 часов,

между внутренней

поверхностью оболочки и лентами брони, образуется маслянистый конденсат. На фотографиях (рисунок 8) видно, что образование конденсата начинается с оси лент бронн. В образцах кабелей без брони образование конденсата не наблюдалось. При этом в оболочке обычных

бронированных кабелей происходит образование и рост трещин с внутренней стороны оболочки, а оболочка негорючих кабелей переходит в хрупкое состояние без растрескивания.

В кабелях без брони диффузия пластификатора происходит из изоляции в оболочку с последующим испарением в окружающую среду. Наличие брони

Рис. В Появление следов конденсата лент бпони в хопе теплового стапения

100 200 ч. ¡а поверхности

создает преграду. В результате, пары пластификатора под давлением проникают между лентами брони и конденсируются на ее поверхности.

Рис.9 Изменение образцов внешней оболочки кабеля КВБбШв от времени старения (оболочки расположены вверх внутренней стороной)

Растворимость пластификатора в ПВХ намного меньше, чем в ' образующемся конденсате. Молекулы пластификатора из внутренней I поверхности оболочки переходят в конденсат, что приводит к снижению эластичности внутренней поверхности оболочки. В результате усадки внутренняя поверхность оболочки растрескивается (рисунок 9). Таким образом, наличие брони изменяет механизм старения ПВХ оболочки кабеля и приводит к возникновению градиентного распределения пластификатора по толщине | оболочки.

Только при образовании конденсата наблюдается недопустимое снижение удельного объемного сопротивления изоляции до значения менее 1010 Ом-м (рисунок 10).

Различный механизм старения оболочки бронированных и не бронированных кабелей подтверждается изменением прочностных характеристик (рисунки 11; 12). Для небронированных кабелей наблюдается увеличение ор и уменьшение е, что объясняется увеличением жесткости материала в результате испарения пластификатора. Быстрое спадание ор бронированных кабелей до нуля связано с образованием трещин.

Состав ПВХ пластикатов типа нг-Ь8 отличается от обычных содержанием антипирена до 60 весовых частей. Размер частиц 1 ... 3 мкм, что сравнимо с размером надмолекулярных образований ПВХ. Это создает возможность миграции мелкодисперсной фракции частиц антипирена по объему оболочки вместе с пластификатором.

Зависимость ар оболочек типа нг-ЬБ от времени старения проходит через максимум, который наблюдается в районе 100 часов старения (рисунок 13). При этом после 270 часов старения оболочку бронированных кабелей отделить

а гоо доо

{, час

Рис. 10 Зависимость удельного объемного электрического сопротивления (ру) от времени старения (Ч): 1 - АКВБбШв бронированный кабель, 2 - АКВВГ кабель без брони

без хрупкого разрушения невозможно. Такое поведение может быть связано с миграцией частиц антипирена, которое приводит к локальным уплотнениям структуры и изменяет процесс диффузии пластификатора. Быстрое уменьшение е оболочки бронированного кабеля (рисунок 14, кривая 1) связано с переходом материала в хрупкое состояние.

я

I

20

16-

12-

8-

600-,

400-

200-

0

200

I, час

400

600

0

Рис. 11 Зависимость разрывной прочноеги (а) ПВХ оболочки от времени старения (1): 1 -КВБбШв, бронированный кабель, 2 - КВВГ, кабель без брони

0 200 400 600

1, час

Рис.12 Зависимость относительного удлинения при разрыве (е) ПВХ оболочки от времени старения (0: 1 - КВБбШв, бронированный кабель, 2 - КВВГ, кабель без брони

Изменение состава конденсата, собранного с образцов бронированных кабелей через 190, 370 и 420 часов старения, определялось методом газовой хромато-масс-спектрометрии. При подготовке образцов для анализа было обнаружено наличие неорганической фракции в пластикате, что доказывает возможность переноса мелкодисперсных частиц наполнителя и антипирена пластификатором.

450 300 150 О

200 400

1. час

600

Рис. 13 Зависимость разрывной прочности (ар) от времени старения (Ц: 1 - КВБбШв нг-ЬЯ кабель бронированный, 2 - КВВГ нг-ЬБ кабель без брони

200 400

I, час

600

Рис. 14 Зависимость относительного удлинения (е) от времени старения (1): 1 КВБбШв нг-Ь8 кабель бронированный, 2 - КВВГ нг-ЬБ кабель без брони

Таблица. I Изменение содержания диоктилфталата (ДОФ) в конденсате кабелей стечением

времени старения

Время старения КВБбШв (пластикат 0-40) КВБбШв m-l.S (пластикат НПО 30-32) АКВБбШв (пластикат 0-40)

окраска раствора содержание ДОФ, масс.% окраска раствора содержание ДОФ, масс.% окраска раствора содержание ДОФ, масс.%

190 час слабо окрашен 31,9 окрашен 18,2 окрашен 16,7

370 час слабо окрашен 33,3 очень интенсивно окрашен 5,2 интенсивн о окрашен 9,73

420 час окрашен 30,7 окрашен 16,6 очень интенсивн о окрашен 3.28

Результаты ГХ-МС анализа показывают, что основу конденсата составляет пластификатор и продукты его разложения (спирт и фталевый ангидрид). В таблице ] показано изменение содержания ДОФ и цвета конденсата с течением времени старения. Интенсивность окраски зависит от содержания продуктов окисления. Содержание ДОФ определяется с одной стороны поступлением пластификатора из материала оболочки в конденсат, а с другой - скоростью его разложения.

Обнаруженные в конденсате продукты разложения ДОФ возникают в результате деструкции пластификатора в присутствии HCl. Так как соляная кислота является непременным продуктом разложения ПВХ, то скорость деструкции пластификатора напрямую связана с дегидрохлорированием

об- ■ -

¡1 о

СН,- СН,-СН,-СН, -СН, — СИ,

I I

ОН С,Н.

Для выявления причин значительного отличия прочностных характеристик оболочек кабелей АКВБбШв и КВБбШв (рисунок 15), выполненных из пластиката марки 0-40 рецептуры ОМ-40, проведен анализ состава пластиката, не подвергавшегося старению методом ВЭЖХ (рисунок 16). Обнаружено, что, несмотря на одинаковую рецептуру, оболочка кабеля АКВБбШв содержит 2 фенольных антиоксиданта, а в оболочке кабеля КВБбШв присутствует этиленоксид (оксиран). Оксиран не является антиоксидантом, рекомендованным для ПВХ пластикатов. Остальные ингредиенты пластикатов совпадают. Таким образом, замена производителем ПВХ пластиката фенольных антиоксидантов этиленоксидом является причиной изменения прочностных характеристик материала и приводит к усилению деструкционных процессов пластификаторов.

,hW

24-

21-

18

15-

12- Vil ч Л jSP*

9 2- 0-40

1Q0

400 500 600

200 300 t, час

Рис. 15 Зависимость разрывной прочности (ар) от времени старения (t): 1 - АКВБбШв; 2 - КВБбШв

высокой

Сравнение результатов, полученных для образцов гибких кабелей с изоляцией и оболочкой из ТЭП (производства Германии) с результатами, полученными на образцах контрольных кабелей с оболочкой и изоляцией из ПВХ пластиката показывают, что ТЭП более устойчивы к тепловому старению в отношении как механических, так и электрических характеристик. В тоже время, применение ТЭП в качестве заменителя ПВХ пластикатов стоимостью материала и экономической

ограничено более целесообразностью.

В работе также проведено старение кабелей OLFLEX CLASSIC 110 и OLFLEX CLASSIC 110 СУ с оплеткой из медных луженых проволок, изоляция и оболочка которых выполнена из ПВХ пластиката европейского производства.

а)

о—»U

Рис. 16 Хроматограммы материала оболочки кабелей: а) КВБбШВ; б) АКВБбШв

При старении кабелей образования конденсата не обнаружено. Результаты измерения механических свойств в ходе теплового старения показывают, что зависимость прочности и удлинения от времени старения (рисунки 17; 18) имеет одинаковый характер для обеих рассмотренных марок и качественно не отличается от поведения оболочки не бронированного кабеля российского производства. Количественные отличия связаны с различием состава пластиката.

32-

28-

cn ^ s 24-

x о" 20- KL j й

16- Ш/

12-

Г. 400

200-

0 200

400 600 t, час

800 1000 1200

Рис 17 Зависимость разрывной прочности ар ПВХ оболочки от времени старения t: 1 -ÖLFLEX CLASSIC CY, кабель с оплеткой, 2 -ÖLFLEX CLASSIC, кабель без оплетки

0 400 ООО 1200

t, час

Рис. 18 Зависимость относительного удлинения при разрыве е ПВХ оболочки от времени старения t: 1 -OLFLEX CLASSIC 110 CY, кабель с оплеткой, 2 - OLFLEX CLASSIC 110, кабель без оплетки

Таким образом, оплетка в конструкции кабеля не создает барьера для диффузии пластификатора. Полученные данные позволили предложить новые конструкции защитного покрова, в которых броня из стальных оцинкованных лент заменена на броню из стальных оцинкованных перфорированных лент, или на оплетку из волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. На эти разработки получены патенты РФ на полезную модель.

Внедрение новых конструкций защитного покрова не требует значительных затрат, так как не вносит значительных изменений в технологический процесс производства кабельных изделий. При промышленном производстве перфорированных стальных лент удорожание кабельных изделий связано только с повышением цены лент вследствие перфорации, а технологическая цепочка производства бронированного кабеля не меняется. При использовании волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена требуется замена операции обмотки на оплетку. При этом могут быть использованы имеющиеся на кабельном производстве оплеточные машины. Рыночная стоимость волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена пока неизвестна, но по оценкам производителей не будет превышать стоимость полиэтилена более чем на 50%. В результате, стоимость защитного покрова с использованием волокон ниже стоимости защитного покрова со стальными лентами. В любом случае, применение новых конструкций защитного покрова приведет к снижению веса кабельных изделий без ухудшения защитных свойств.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Исследованные марки ТЭП являются более устойчивыми к тепловому старению, чем ПВХ пластикаты и могут быть рекомендованы в качестве материалов изоляции и оболочки, при условии экономической целесообразности.

2. Уретановые и олефиновые ТЭП могут использоваться в конструкциях кабелей при любых сочетаниях, так как не приводят к ускорению процессов старения друг друга.

3. Показано, что на процесс старения низковольтных кабелей могут оказывать влияние элементы конструкции.

4. Показано, что наличие брони из стальных оцинкованных лент приводит к образованию конденсата, состоящего из пластификатора и продуктов его разложения, и к ускорению процесса старения кабеля.

5. В негорючих кабелях наличие брони ускоряет переход оболочки в хрупкое состояние.

6. Разложение пластификатора зависит от количества HCl и происходит тем быстрее, чем интенсивнее процесс разложения ПВХ.

7. Показано, что название рецептуры ПВХ пластиката не гарантирует его однозначного состава по важнейшим ингредиентам.

8. Предложены две новые конструкции защитного покрова, позволяющие обеспечить равновесность процесса диффузии пластификатора и замедлить старение бронированного кабеля с ПВХ изоляцией и оболочкой. Получены два патента на полезную модель.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Аннснмова O.A. Влияние степени полимеризации на электрические свойства полиэтилена низкого давления. // Новые материалы. Создание, структура, свойства: Труды VII Всероссийской школы-семинара с международным участием - Томск, 2007 - С.36-39;

2. Анненков Ю.М., Ким B.C., Аннснмова O.A. Исследование возможности применения сверхвысокомолекулярного полиэтилена в кабельной промышленности // Современные техника и технологии: Труды XIV Международной научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых - Томск, 2008 - С. 337-339.

3. Ниязов Н.К., Аннснмова O.A., Ким B.C. Новые материалы для повышения надежности и экологичности кабельных изделий: Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: Материалы Всероссийской научно-технической конференции - Томск, 2008 - С. 240 - 242.

4. Аннснмова O.A. Особенности теплового старения силовых и контрольных кабелей с ПВХ изоляцией // Наука. Технологии. Инновации: Труды Всероссийской научной конференции молодых ученых - Новосибирск, 2008-С. 43-45.

5. Аннснмова O.A., Аникеенко В.М., Ким B.C. О влиянии стальной брони на старение ПВХ изоляции кабелей // Журнал «Кабель-news», 2008 -№10-С. 60-66.

6. Аннснмова O.A. Особенности теплового старения ПВХ пластикатов // Тинчуринские чтения: Труды IV международная молодежная научная конференция - Казань, 2009 - С. 180 - 184.

7. Ким B.C., Аниснмова O.A., Аникеенко В.М., Анненков Ю.М. Исследование влияния стальной брони кабеля на изменение механических свойств кабельного ПВХ пластиката при тепловом старении // Известия Томского политехнического университета, 2009. - Т.314 - № 4. - С. 98-102.

8. Аниснмова O.A., Анненков Ю.М. Увеличение срока службы кабельных изделий // Современные техника и технология: Труды XV Международная научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых - Томск, 2009 - С. 362-364.

9. Anisimova O.A., Annenkov Yu.M. The influence of cable armor on thermal aging of the plasticized PVC // XV International Scientific and Practical Conference of Students, Post-graduates and Young Scientists "Modern Techniques and Technologies" - Томск, 2009 - С. 63-65.

10. Ким B.C., Аниснмова O.A., Аникеенко B.M. Новая конструкция защитного покрова типа БбШв для повышения ресурса бронированного кабеля // Журнал «Кабель-news», 2009 - №6 - С. 34 - 36.

11. Ким B.C., Аниснмова O.A., Шатова Е.В., Иванова H.A. Исследование теплового старения контрольных кабелей с ПВХ оболочкой типа нг - LS // Известия ВУЗов «Электромеханика», 2009 - №6 - С. 86-90.

12. Ким B.C., Аниснмова O.A. О тепловом старении полимеров в конструкции кабеля // Электромеханические преобразователи энергии: Труды IV международной научно-технической конференции - Томск, 2009 - С. 437440.

13. Ким B.C., Шатова Е.В., Иванова H.A., Аниснмова O.A. Исследование теплового старения кабелей с ПВХ оболочкой // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы IV Международной научно-технической конференции - Томск, 2009 - С. 437 - 440.

14. Шатова Е.В., Аниснмова O.A. Исследование химического состава продуктов разложения кабельных ПВХ пластикатов методами хроматографии // Наука. Технологии. Инновации: Труды Всероссийской научной конференции молодых ученых - Новосибирск, 2009 -С. 256-258.

15. Пронина О.В., Аниснмова O.A. Исследование влияния оплетки на старение ПВХ оболочки кабелей марки ÖLFLEX // Наука. Технологии. Инновации: Труды Всероссийской научной конференции молодых ученых -Новосибирск, 2009 - С. 223-224.

16. Козобина Л.А., Аниснмова O.A. Исследование влияния теплового старения на механические свойства ТЭП оболочки кабелей марки ÖLFLEX И Наука. Технологии. Инновации: Труды Всероссийской научной конференции молодых ученых - Новосибирск, 2009 - С. 183-184.

17. Иванова H.A., Аниснмова O.A. Влияние типа антиоксидантов на изменение механических свойств кабельных ПВХ-лластикатов при тепловом старении // Тинчуринские чтения: Труды IV международная молодежная научная конференция - Казань, 2010 - С. 47-49.

18. Липатова O.A., Ким B.C., Анненков Ю.М. Особенности старения ПВХ-пластикатов в конструкции кабеля // Электрическая изоляция 2010: Труды

V Международной научно-технической конференции - Санкт - Петербург, 2010 -С. 154- 157.

19. Анисимова O.A., Анненков Ю.М., Ким B.C., Коваль O.E. О применимости сверхвысокомолекулярного полиэтилена в конструкции кабельных изделий // Электрическая изоляция 2010: Труды V Международной научно-технической конференции-Санкт-Петербург, 2010-С. 151 -153.

20. Анисимова O.A., Ким B.C., Аникеенко В.М., «Силовой кабель» Патент на полезную модель № 85258 от 06.04.09

21. Анисимова O.A., Ким B.C., Аникеенко В.М., «Силовой кабель (варианты)» Патент на полезную модель № 95167 от 08.02.10

22. Ким B.C., Анисимова O.A., Шатова Е.В., Флеминг И.В. Исследование продуктов теплового старения ПВХ оболочки бронированных кабелей методом высокоэффективной жидкостной хроматографии// Известия Вузов «Проблемы энергетики» 2010 -№ 3-4/1 - С. 103-107

Подписано к печати 03.11.2010. Тираж 100 экз. Кол-во стр. 18 . Заказ №40-10 Бумага офсетная. Формат А-5. Печать RISO Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбх» Лицензия Серия ПД № 12-0092 от 03.05.2001г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 046 тел. (3822) 56-44-54

Введение.

Оглавление

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1 Кабельные изделия.

1.1 Классификация, условия эксплуатации и назначение элементов конструкции кабельных изделий.

1.2 Кабельные изделия с защитными покровами.

2 Материалы, применяемые для изготовления кабельных изделий .2.1 Требования, предъявляемые к полимерным материалам в конструкции кабельных изделий.

2.2 Состав и характеристика кабельных ПВХ пластикатов и ТЭП.

3. Технология производства и методы испытаний КИ

3.1 Влияние технологических процессов на структуру полимерного материала.

3.2 Методы испытаний механических и электрических свойств кабельных изделий.

4 Старение полимерных материалов.

4.1 Термическое старение полимерных композиций.

4.2 Химические реакции при тепловом старении.

4.3 Влияние конструкции кабельного изделия на процессы старения изоляции и оболочки.

Глава 2 Методическая часть

2.1' Исследуемые марки кабельных изделий и полимерных материалов.

2.2 Методика проведения ускоренного теплового старения образцов.

2.3 Испытание механических свойств.5,

2.4 Испытание электрических свойств.-.'.

2.5 Жидкостная хроматография.

2.6 Газовая хромато-масс-спекторметрия.62'

ГЛАВА 3 Старение термоэластопластов в конструкции кабелей

3.1 Поведение ТЭП в конструкции кабелей при термическом старении.

3.1.1 Измерение потери массы кабелей с изоляцией и оболочкой из термоэластопластов.

3.1.2 Исследование изменения механических свойств оболочки кабеля, выполненной из термоэластопластов, в процессе теплового старения.

3.1.3 Исследование изменения электрических свойств изоляции токопроводящей жилы кабеля, выполненной из ТЭП, при тепловом старении.

3.2 Сравнительный анализ процесса старения термоэластопластов в конструкции гибких кабелей.

ГЛАВА 4 Старение кабелей с ПВХ оболочкой и изоляцией

4.1 Факторы, влияющие на термическое старение ПВХ пластикатов.

4.2 Особенности термического старения ПВХ пластикатов в присутствии брони из стальных оцинкованных лент в конструкции кабельных изделий.

4.3 Исследование старения образцов кабеля с ПВХ оболочкой и изоляцией и оплеткой из медных луженых проволок.

4.4 Исследование влияния состава пластиката на механические свойства и старение.

4.5 Рекомендации по изменению конструкции кабелей с целью улучшения их эксплуатационных характеристик;.

I

Актуальность темы.

Одними из самых распространенных кабельных изделий являются кабели на низкое напряжение [1]. От их эксплуатационных характеристик зависит работа электротехнического оборудования практически во всех отраслях промышленности. Существующие методы определения качества и надежности кабельного изделия базируются на определении надежности самого слабого материала в его конструкции - полимера. Традиционно, свойства материалов исследуются на лаборатЪрно изготовленных образцах [2]. Между тем, поведение полимерных материалов при' эксплуатации зависит от конструкции кабеля. В рамках существующих на сегодняшний день методик испытаний невозможно учесть влияние элементов конструкции. |

В частности, исследования электрического старения кабелей высокого напряжения ОАО «ВНИИКП» (Всероссийский научно-исследовательский институт кабельной промышленности) показали, что для учета влияния технологических факторов, старение изоляции необходимо проводить на образцах кабельных изделий. В настоящее время ОАО «ВНИИКП» проводит разработку оборудования и методики испытаний высоковольтных кабелей [3, 4].

Для кабелей низкого напряжения основной причиной ухудшения свойств является тепловое старение. Считается, что при тепловом старении определяющую роль играет химическая структура полимера и состав полимерной композиции [5]. При этом подразумевается, что конструкция кабеля и технология переработки полимеров на процессы теплового I старения оказывают незначительное влияние и ими можно пренебречь.

Существующие стандарты не учитывают длительного повышения температуры окружающей среды. Таких, например, как летом 2010 года, когда средняя температура почти во всей европейской части России превышала 30°С в течении нескольких месяцев. Между тем, при длительном тепловом старении в изоляции и оболочке кабеля происходят различные процессы, скорость протекания которых не может не зависеть от геометрических размеров и конструкции кабеля. Нельзя также I исключать возможность взаимного влияния материалов изоляции и оболочки друг на друга. Исследованию степени влияния конструкционных особенностей кабелей низкого напряжения на процесс теплового старения полимерных материалов посвящена данная работа. Учет этих факторов позволит предложить пути повышения качества и улучшения t эксплуатационных характеристик кабельных изделий.

Для низковольтных кабелей основным материалом изоляции и оболочки являются ПВХ пластикаты. В то же время в кабельной промышленности сегодня активно внедряются термоэластопласты, свойства которых изучены недостаточно. Поэтому для исследования выбраны марки низковольтных кабелей, изоляция и оболочка которых

I изготовлена из ПВХ пластикатов марок И-13 А, 0-40, ИЛИ 13-32, НПО 30I

32, а также из термоэластопластов Elastolan, Hifax (уретановые) и Santopren (олефиновый).

На основании изложенного, тема настоящей работы «влияние конструкции кабельных изделий на процесс теплового старения полимерных материалов» является безусловно актуальной.

Объект исследования - кабели с поливинилхлоридной изоляцией' и оболочкой КВВГ 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв 4 х 2,5 -0,66; АКВВГ 4 х 2,5 -0,66; АКВБбШв 4 х 2,5 -0,66; КВВГ нг - LS 4 х 2,5 - 0,66; КВБбШв нг -LS 4 х 2,5 -0,66; OLFLEX CLASSIC 110 4G1,0; OLFLEX CLASSIC 110 CY 7G1,5, отличающиеся между собой одним конструктивным элементом и I маркой пластиката и кабели с изоляцией и оболочкой из термоэластопластов различных типов: OLFLEX 440Р 2X1,0; OLFLEX 500Р 3G1,0; OLFLEX ROBUST 200 2X1,0. '

Предмет исследования — изменение свойств полимерных материалов в процессе теплового старения кабельных изделий.

Цель работы

Целью данной работы является исследование влияния элементов конструкции кабельных изделий на тепловое старение полимерных материалов.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

1. Провести выбор кабельных изделий наиболее показательных с точки зрения цели работы. ,

2. Оценить влияние металлических элементов конструкции кабеля на изменение механических характеристик полимерных материалов кабелей в процессе теплового старения.

3. Исследовать взаимное влияние полимерных элементов конструкции кабелей при тепловом старении.

4. Исследовать влияние структуры и состава полимерных материалов на процессы теплового старения.

5. Разработать рекомендации по улучшению эксплуатационных I характеристик кабельных изделий (КИ).

Научная новизна результатов работы

1. Впервые, показано, что наличие стальной брони в кабелях с ПВХ изоляцией и оболочкой ускоряет процесс старения кабельных изделий.

2. Предложен новый механизм теплового старения ПВХ оболочки кабелей в присутствии брони из стальных лент, который заключается в изменении направления диффузии пластификатора и характеризуется образованием конденсата паров пластификатора между лентами брони и оболочкой кабеля.

3. Показано, что ускоренный переход в хрупкое состояние ПВХ пластиката типа нг-ЬБ при тепловом старении происходит из-за высокого содержания мелкодисперсных частиц антипирена.

4. Исследования физико-механических и электрических свойств термоэластопластов разного типа свидетельствуют, что совмещение в конструкции кабеля уретановых и олефиновых термоэластопластов не приводит к изменению характерного для них механизма старения.

5. На основании анализа данных газовой хромато-масс-спектрометрии впервые установлено, что деструкция молекул пластификатора каталитически усиливается продуктами дегидрохлорирования ПВХ.

Практическая значимость работы

1. Для предотвращения ускоренного старения бронированных I кабелей ю ПВХ изоляцией и оболочкой, предложена новая конструкция защитного покрова, в которой броня выполняется из двух стальных оцинкованных перфорированных лент, позволяя сохранить равновесность процессов диффузии и испарения пластификатора (патент на полезную модель № 85258 от 06.04.09 «Силовой кабель», Анисимова O.A., Ким B.C.,

I 1

Аникеенко В.М.).

2. Для предотвращения ускоренного старения бронированных кабелей с ПВХ изоляцией и оболочкой, предложена новая конструкция I защитного покрова, в которой броня выполнена в виде оплетки из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена, позволяющего сохранить равновесность процессов диффузии и испарения пластификатора (патент на полезную модель № 95167 от 08.02.10 «Силовой кабель (варианты)», Анисимова O.A., Ким B.C. Аникеенко В.М.).

3. Для повышения качества и улучшения эксплуатационных характеристик низковольтных кабелей доказана необходимость учета влияния элементов конструкции на процессы старения в, ходе эксплуатации кабеля.

4. Показано, что название рецептуры ПВХ пластиката не гарантирует его однозначного > состава по важнейшим ингредиентам. Поэтому, для повышения качества изделий на кабельном предприятии предложено I проводить входной контроль полимерных материалов не только по I механическим и электрическим свойствам, но и определять состав полимерной композиции.

Практическая значимость подтверждается актом внедрения результатов на ЗАО «Томсккабель».

Положения, выносимые на защиту:

1. Совместное использование уретановых (Е1а81:о1ап) и олефиновых (1Мах? 8ап1оргепе) ТЭП в конструкции кабеля не изменяет механизма старения характерного для данного вида ТЭП.

2. Броня из стальных лент в конструкции кабеля с ПВХ изоляцией и оболочкой при тепловом старении создает условия для конденсации паров пластификатора между броней и оболочкой, что приводит к градиентному распределению пластификатора и зарождению трещин в оболочке.

3. Наличие брони из стальных лент в конструкции негорючих кабелей с ПВХ изоляцией и оболочкой при тепловом старении ускоряет переход оболочки в хрупкое состояние из-за изменения локальной структуры оболочки при миграции мелкодисперсной фазы антипирена.

4. Скорость деструкции пластификатора (ДОФ) определяется количеством молекул НС1 и непосредственно связана с разложением молекул ПВХ.

Личный вклад

Большая часть методической подготовки и планирования экспериментов проведена автором самостоятельно. Основная часть экспериментальной работы, а также анализ и интерпретация полученных результатов выполнены лично автором. Автор также принимала непосредственное участие в разработке и оформлении патентов на полезные модели.

Достоверность полученных результатов

Степень достоверности полученных автором результатов определяется: в экспериментальных исследованиях — использованием I современных сертифицированных методик измерения, оценкой величины ошибок измерений, сопоставлением с экспериментами других авторов, существующими представлениями о старении полимерных материалов; в теоретических проработках - созданием моделей, опирающихся на общепринятые представления в области физико-химии полимеров и материаловедения. Автор защищает механизмы и природу, обнаруженных лично и в соавторстве новых эффектов и явлений в многокомпонентных полимерных материалах и конструкциях. 1

Апробация работы Результаты работы докладывались на следующих конференциях, семинарах и школах: VII Региональная студенческая научно-практическая конференция «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (Томск, 2007); XIV Международная научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2008); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008); IV-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения» (Казань, 2009); IV международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (Томск, 2009); V Международная научно-техническая конференция «Электрическая изоляция 2010» (Санкт - Петербург, 2010).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том ^исле 3 статьи в журналах из перечня ВАК, включая 2 ¡патента на полезную модель.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и 4 приложений. Основной текст диссертации изложен на 133 станицах, работа проиллюстрирована 41 рисунками и 11 таблицами, список цитируемой литературы состоит из 115 наименований.

Заключение

1. Исследованные марки ТЭП являются более устойчивыми к тепловому старению, чем ПВХ пластикаты и могут быть рекомендованы в качестве материалов изоляции и оболочки, при условии экономической целесообразности. I

2. Уретановые и олефиновые ТЭП могут использоваться в конструкциях кабелей при любых сочетаниях, так как не приводят к ускорению процессов старения друг друга.

3. Показано, что на процесс старения низковольтных кабелей могут оказывать влияние элементы конструкции. 1

4. Показано, что наличие брони из стальных оцинкованных лент приводит к образованию конденсата, состоящего из пластификатора и продуктов его разложения, и к ускорению процесса старения кабеля

5. В негорючих кабелях наличие брони ускоряет переход оболочки в хрупкое состояние.

6. Разложение пластификатора зависит от количества НС1 и происходит тем быстрее, чем интенсивнее процесс разложения ПВХ

7. Показано, что название рецептуры ПВХ пластиката не гарантирует его однозначного состава по важнейшим ингредиентам.

8. Предложены две новые конструкции защитного покрова и получены два патента полезную модель

1. Кабели и провода. Основы кабельной техники/А.И. Балашов, М.А.Боев, А.С.Ворондов и др. Под ред. И.Б.Пешкова. М.: Энергоатомиздат, 2009 -470с.

2. А.А.Тагер. Физико-химия полимеров. «Химия», М., 1968, 536 с.

3. Образцов Ю.В., Фрик A.A., Сливов A.A. Силовые кабели среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. Факторы качества, Кабели и провода, 1(290), 2005, с. 9-13.

4. Шувалов М.Ю., Овсиенко B.JL, Колосков Д.В. Исследование надежности силовых кабелей среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена, Кабели и провода, 5(306), 2007, с. 24-34.

5. Павлов H.H. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. М.-Химия, 1982, 224 с.

6. Алиев, И.И. Кабельные изделия: Справочник 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 2004. - 230 с.

7. Белорусов Н.И., Саакян (А.Е., Яковлева А.И. Электрические кабели, провода и шнуры: справочник / Под общ. ред. Н.И.Белоруссова. 5-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 563 с.I

8. ГОСТ 1508-78. Кабели контрольные с резиновой и пластмассовой изоляцией.

9. ГОСТ 16442-80. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия.

10. ГОСТ 22483-77. Жилы токопроводящие медные и алюминиевые для кабелей, проводов и шнуров. Основные параметры. Технические требования.

11. Белоруссов, Н.И. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988 540 с.

12. Проводниковые материалы. Сборник под ред. Казарновского Л.Ш., М.: Энергия, 1970-450 с.

13. ГОСТ 15845 80 Изделия кабельные. Термины и определения.

14. Справочник «Кабели, провода и шнуры». Издательство ВНИИКП всеми томах 2002 год.1

15. ГОСТ 7006-72. Покровы защитные кабелей. Конструкция и типы, технические требования и методы испытаний.

16. ГОСТ 5960 72 Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей.

17. ГОСТ Р МЭК 60811-1-1-98 (2003) Общие методы испытаний материалов изоляции и оболочек электрических кабелей, измерение толщины и наружных размеров, методы определения механических свойств.

18. ГОСТ Р МЭК 60811-2-1-2006 Общие методы испытаний материалов изоляции и оболочек электрических и оптических кабелей.

19. Инновации в области полимерных материалов для кабельной индустрии. Р.И. Аблеев, Р.Н. Гимаев, Вестник Башкирского университета. 2008. Т.13№1.

20. Аблеев Р.И., Гимаев Р.Н. Применение полимерных материалов в кабельной промышленности, «Полиуретановые технологии», №4 (17), 2008, 14-18 с.

21. Технические свойства полимерных материалов: Уч.-справ. Пос./ В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко, Ю.В.Крыжановская. -СПб., Изд-во «Профессия», 2003. 240с.22. www.plastinfo.ru

22. Барашков О.К. Технический уровень кабельного пластиката,выпускаемого в России. Kaбeль-news №12-1 декабрь 2008 январь 2009,51.55 с.

23. С.Е.Мамбиш, Карбонатные наполнители фирмы ОМУА в поливинилхлориде. Часть 2. Карбонаты в пластифицированном поливинилхлориде. Пластические массы, №2, 2008, 5 10 с.

24. Р. С. Барштейн, Физико-химические основы пластификации полимеров, М.: Химия 1982г. 389с.

25. Барштейн Р. С., Кирилович В. И., Носовский Ю. Е., Пластификаторы для полимеров, М.: Химия 1982г. 487с.

26. Энциклопедия полимеров, т. 2, М., 1974г. 390с.

27. Свойства ПВХ пластикатов, Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков, www.tradecable.ru. 1I29. www.rfa-engineering.ru ПВХ компоненты и оборудование.

28. Фойгт П., Стабилизация синтетических полимеров против действия света и тепла, пер. с нем., Л., 1972, с. 59-420.31. www.upackgroup.ru.I

29. Полимерные стабилизаторы. Информация bpc group, chemical technologies.

30. В. Оничко, Интернет журнал «Полимеры деньги», №5 (№13) / октябрь/2005.

31. Нильсен Л. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. Пер. с англ. П.Г. Бабаевского. М.Химия, 1978, 312 с.

32. Гукепшева Л.М., Тхакахов Р.Б., Бегретов М.М., Тхакахов Э.Р. Влияние концентрации и степени измельчения антипиреннаполнителя наIфизические свойства ПВХ композиций. Пластические массы, №6, 2006, с. 13-14.

33. Аблеев Р.И., Актуальные проблемы в разработке и производстве негорючих полимерных компаундов для кабельной индустрии. Кабель-news № 6-7, июнь-июль, 64-69с.37. www.junker-mk.com.

34. Свойства и применение термоэластопластов. Тематический обзор. Н.В. Вострякова, Ф.А. Галил-Оглы. М. 1979, 49с.I

35. Термоэластопласты. Под редакцией В.В. Моисеева, М. Химия, 1985, 130 с.

36. Р.И. Аблеев, Р.Н. Гимаев, Современные полимерные материалы для кабельной промышленности // КАБЕЛБ-news. № 12 1 декабрь - январь 2009. с. 61-65.

37. Coran A.Y., Patel R.P. Thermoplastic elastomers based on dynamically vulcanized elastomer-thermoplastic blends. New York: Hanser/Gadner, 1996. 540 p.i42. http://www.polymery.ru.43. http://www.extrudert.com/termoelastoplasti.html.i

38. Основы кабельной техники, Учебное пособие для вузов. Под ред. В.А. Привезенцева. Изд-е 2-е, перераб. И доп. М., «Энергия», 1975, 471с.

39. V. Babrauskas, Mechanisms and modes for ignition of low-voltage, PVC-insulated electrotechnical products, Fire and materials, 2006, 30,151 -174 p.

40. Техническая информация. Группа BASF.

41. ГОСТ 3345-67. Кабели, провода и шнуры. Метод определенияIэлектрического сопротивления изоляции.

42. ГОСТ 12179-66. Кабели и провода. Методы определения тангенса угла диэлектрических потерь.

43. ГОСТ 12180-69. Методы определения физико-механических характеристик изоляции и оболочек.

44. ГОСТ 12182-66. Методы проверки механических свойств кабелей и проводов.

45. ГОСТ 7229-67. Кабели, провода и шнуры, метод определения электрического сопротивления токопроводящей жилы.

46. Городецкий С.С., Лакерник P.M. Испытания кабелей и проводов. Уч.пособие для техникумов. М. «Энергия», 1971.

47. Meysebug С.М. Werkstoffe и. Korrosion, 1967, Bd 18, N5, s.411 - 419.

48. ГОСТ 9.710 84 Старение полимерных материалов. Термины и определения.

49. Сажин Б.И., Электрические свойства полимеров Издание 3, М., 1986 г., 224 с.

50. Ушаков В.Я., Электрическое старение и ресурс монолитной полимерной изоляции. М., Энергоатомиздат,,1988, 152 с.I

51. Мещанов Г.И., Шувалов М.Ю., Каменский М.К., Образцов Ю.В., Овсиенко B.JI. Кабели на напряжение 10 500 кВ: состояние и перспективы развития (анализ, прогноз, исследования), Кабели и провода, 5(312), 2008, 32-38 с.

52. ГОСТ 16336-77 Композиции полиэтилена для кабельной промышленности.59. www/sk-ps.ru К.Ю. Караванов Технические характеристики изоляционных материалов, применяемых для изоляции кабелей (проводов).

53. Struik L.C.E. Amer.Chem.Soc., Polymer Prep., 1976, vol.17, N1, р/ 142143.

54. Старение и стабилизация полимеров: сборник статей / Под ред. А. С. Кузьминского. —М. : Химия, 1966. — 210 с.

55. Nedjar М., Beroual A., Boubakeur A. Infuence of thermal aging on the electrical properties of poly(vinyl chloride). Journal of Applied Polymer Science, v. 102, 2006, 4728 — 4733 p.

56. Nedjar M., Boubakeur A., Beroual A., Bournane M. Thermal aging ofipolyvinyl chloride used in electrical insulation. Ann. Chim. Sci. Mat., v. 28, 2003, c. 97 104.

57. Armstrong RW, Mason J,Kumar A, Hall JE. Thermally induced failure of low-voltage electrical rionmetallic-sheathed cable insulation. Fire Technology 1999; c. 263-275.

58. Минскер K.C. Старение и стабилизация полимеров на основе винилхлорида; Академия наук СССР (АН СССР), Институт химической физики им. Н. Н. Семенова (ИХФ). — М. : Наука, 1982. — 272 с.

59. G.Wypych, PVC degradation and stabilization, ChemTec Puplishing, 2008, 409p.

60. Н.Грасси, Дж.Скотт, Деструкция и стабилизация полимеров, Москва «Мир», 1988, 247 с.

61. Данные центральной лаборатории ОАО «Саянскхимпром», 1998 2006

62. РД 16. К 00-006-99 Определение показателей долговечности кабелей и проводов с оболочкой и изоляцией на основе поливинилхлорида.

63. Шах В. Справочное руководство по испытаниям пластмасс и анализу причин их разрушения/ пер.с англ. под ред. Малкина А .Я. СПб: Научные основы и технологии, 2009, 732 с.

64. Симон Гай ер, Гунтман Рюб, Александр Гайсслер, Михаэль Гуйенот. К вопросу о старении. Kunststoffe Пластмассы. Сентябрь 2008, 2-5 с.

65. Ковригин JI.А. Технологические и эксплуатационные дефекты в изоляции кабелей/ Кабель-news, №10, 2008, 58-60 с.

66. V.Emanuelson, M.Simonson, T.Gevert, The affect of accelerated ageing of building wires., Fire and materials, 2007, 31, 311 326 p.

67. Kumar NN. Ageing and stabilization of PVC electrical insulation a review. Popular Plastics (India )1982 - 3-9 p.

68. Главный каталог LappGroup, 2009,1024 с.

69. Works specification WN0021800.

70. Works specification WN0012345.

71. Ekelund M., Edin H., Gebbe U.W. Long-term performance of polyvinyl chloride) cables. Part 1: Mechanical and electrical performances. Polymer Degradation and Stability, v. 92, 2007, c. 617 629.

72. Mikiya I., Kazukiyo N. Analysis of degradation mechanism of plasticized

73. PVC under artifcial aging conditions. Polymer Degradation and Stability, v. 92, 2007, c. 260 — 270. 1

74. Emanuelsson V., Simonson M., Gevert T. The efect of accelerated ageing of building wires. Fire and Materials, v. 31, 2007, c. 311 — 326.

75. O.K. Барашков, Некоторые критические замечания относительно методов предсказания сроков службы кабельных ПВХ пластикатов, Кабель-news №9, 2008, с. 50 55.

76. ГОСТ 12423 66. Пластмассы. Условия кондиционирования иtиспытания образцов.

77. IEC 60811-1-2. Common test methods for insulating and sheath materials of electric and optical cables Part 1-2: Methods for general application - Thermal aging methods.

78. IEC 60811-1-1 Common test methods for insulating and sheath materials of electric and optical cables Part 1-1: Methods for general application -Measurement of thickness and overall dimensions - Tests for determining the mechanical properties. '

79. Паспорт Гб 2.773.172 ПС. Машина разрывная ИР 5040 5.

80. ГОСТ 11262 80. Пластмассы. Методы испытания на растяжение.

81. ГОСТ 14359 69. Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования.

82. Ю.П. Похолков, В.И. Меркулов, А.В, Петров, Физика диэлектриков (область слабых и сильных полей). Лабораторный практикум. Томск:I

83. Издательство ТПУ, 2003 132 с.1.I

84. ГОСТ 6433.1 71. Материалы электроизоляционные твердые. Условия окружающей среды при подготовке образцов и испытании.

85. ГОСТ 6433.2-71. Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения электрического сопротивления при постоянном напряжении.

86. ГОСТ 6433.4-71. Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости при частоте 50 Гц.

87. Б.Г.Беленький, Л.З.Виленчик, Хроматография полимеров. М.: Химия, 1978., 334 с.

88. Винарский В.А. Хроматография Электронный ресурс.: Курс лекций в двух частях: Часть 1. Газовая хроматография. Научно-методический центр1 "Электронная книга БГУ", 2003.

89. О.Б.Рудаков, И.А.Востров, Методы жидкостной хроматографии, Воронеж, Из-во «Водолей», 2004, 528 с.I

90. ГОСТ 17567-81. Хроматография газовая. Термины и определения.I

91. Б.В.Айвазов Введение в хроматографию. М.: Высшая школа, 1983 -240 с.

92. Н.С. Вульфсон, В.Г. Заикин, А.И. Микая Масс-спектрометрия органических соединений. М.: Химия, 1986 312 с.98. http://www.XuMuK.ru.

93. Голынина Н.Г. Новые технологии залог успеха в будущем!, Кабель-news, №6-7, 2007, с. 24-26.100. http://www.ravatek.ru. i

94. Липатов Ю.С., Структура и свойства полиуретанов, Киев, 1970 —t280 с.

95. Рэнби Б., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров. Пер. с англ., М.: Мир, 1978, 675 с.

96. Минскер К.С., Федосеева Г.Т. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида, М.: Химия, 1979, 321 с.

97. Анисимова, O.A., Аникеенко В.М., Ким B.C., О влиянии стальной брони на старение ПВХ изоляции кабелей, Журнал «Кабель-news», №10, ноябрь 2008, с. 60-66.

98. Анисимова O.A., Особенности теплового старения ПВХ пластикатов, IV-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения», апрель 2009, с. 51-52.

99. Анисимова O.A., Аникеенко В.М., Анненков Ю.М., Ким B.C., Исследование влияния стальной брони кабеля на изменение механических свойств кабельного ПВХ пластиката при тепловом старении, Известия ТПУ, т.314, №4, 2009, с. 98 102.

100. Анисимова O.A., Анненков Ю.М., Ким B.C., Особенности старения ПВХ-пластикатов в конструкции кабеля, V Международная научно-техническая конференция «Электрическая изоляция 2010», с! 154 157.

101. Фатоев И.И., Мавланов Б.А., Муродова И.Н. Структура и свойства пластифицированного поливинилхлорида// Пластические массы, №11, 2007, с. 15-17.

102. Иванова H.A., Анисимова O.A., Влияние типа антиоксидантов на изменение механических свойств кабельных ПВХ-пластикатов при тепловом старении, 5-я Межд. молодёжная научная конференция «Тинчуринские чтения», 2010, 47 с.

103. В.М. Ульянов, Э.П. Рыбкин, А.Д. Гуткович, Г.А. Пишин, Поливинилхлорид. М.: Химия, 1992, 288 с.

104. Ким B.C., Анисимова O.A., Шатова Е.В., Иванова H.A., Исследование теплового старения контрольных кабелей с ПВХ оболочкой типа нг LS,I

105. Известия ВУЗов «Электромеханика», №6, 2009 г., с. 86-90.

106. Шатова Е.В., Анисимова O.A., Исследование химического состава продуктов разложения кабельных ПВХ пластикатов методами хроматографии, Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2009, с. 256 258.

107. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности/ И.Н.Андреева, Е.В.Веселовская, Е.И.Наливайко и др. JL: Химия, 1982. -80 с.

108. Производство изделий из полимеров: Учеб. пособие/ В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, М.Л.Кербер, А.Д.Паниматченко. СПб.: Профессия, 2004. - 464 с.

109. Ансимова O.A., Анненков Ю.М., Ким B.C., Коваль O.E., О применимости сверхвысокомолекулярного полиэтилена в конструкции кабельных изделий, V Международная научно-техническая конференция «Электрическая изоляция 2010», с. 151 — 153.1. УМПЬМ!« ьаод