Вывод: да, но при определенных условиях.

Те, кто работает в электротехнике, вероятно, сталкивались с этой дилеммой: если в кабельном траншее есть вода, можно ли напрямую погружать кабели из СПЭ? Требует ли подводная прокладка дополнительной гидроизоляции?

Ответ таков: сами кабели из СПЭ обладают определенной степенью водостойкости, но возможность их длительного погружения зависит от их конструктивного исполнения и уровня защиты.

Подвержен ли сам изоляционный материал СПЭ повреждению водой?

СПЭ (сшитый полиэтилен) может использоваться во влажной среде благодаря своей молекулярной структуре. В то время как верхний температурный предел для обычного полиэтилена составляет примерно 70°C, СПЭ образует трехмерную сетчатую структуру посредством химического сшивания, значительно увеличивая его кристалличность. Эта плотная структура значительно снижает скорость проникновения молекул воды. При относительной влажности 95% СПЭ поглощает лишь малую долю воды по сравнению с обычным ПЭ.

Другими словами, сам изоляционный слой СПЭ имеет очень низкий коэффициент водопоглощения, что делает его гораздо более надежным, чем ПВХ, в обычных влажных условиях.

Однако «низкое водопоглощение» не означает «отсутствие водопоглощения». Молекулы воды медленно диффундируют и проникают в изоляционный слой. Лабораторные данные показывают, что кабели из СПЭ, погруженные в чистую воду при 25°C на 30 дней, могут испытать снижение сопротивления изоляции до одной десятой или даже меньше от их первоначального значения; если вода содержит соль, снижение может превысить 90%. Это демонстрирует, что сам изоляционный материал не может выдерживать длительное погружение в воду.

Гидроизоляция кабеля зависит не от изоляционного слоя, а от «трехслойной структуры».

Многие заблуждаются: чем плотнее изоляционный слой, тем он водонепроницаемее. На самом деле, гидроизоляция кабеля — это комплексная задача, имеющая примерно три линии обороны изнутри наружу:

Первая линия: водобарьер проводника. Проникновение воды в зазоры проводника — самая неприятная проблема. Высококачественные водонепроницаемые кабели заполняют зазоры проводника водоблокирующей пастой или нитью, которая при контакте с водой расширяется, герметизируя зазоры.

Вторая линия: радиальный водоблокирующий слой. Водоблокирующая лента наматывается поверх изоляционного слоя, также на основе принципа расширения при контакте с водой. Некоторые производители экструдируют алюминиево-пластиковую композитную ленту поверх изоляционного слоя, плюс полиэтиленовую оболочку, используя высокотемпературную сварку для их полного соединения, образуя физический барьер.

Третья и самая сильная линия: металлическая оболочка. Для высоковольтных кабелей (например, 69 кВ и выше) непосредственно применяется металлическая оболочка — такая как горячепрессованная алюминиевая оболочка, свинцовая оболочка или сварная гофрированная алюминиевая оболочка. Металл полностью непроницаем для воды, поэтому радиальная гидроизоляционная способность такого типа кабеля является «абсолютной».

Различные уровни напряжения имеют совершенно разные требования к гидроизоляции. Решения по гидроизоляции для низковольтных кабелей (например, 600 В или 1 кВ) полностью отличаются от решений для высоковольтных кабелей.

Низковольтные и средневольтные кабели: Как правило, достаточно экструдированной внешней оболочки из ПНД плюс водоблокирующей ленты. Оболочки из ПНД имеют плотность более 0,94 г/см³, плотную молекулярную структуру и очень низкий коэффициент проницаемости для водяного пара. Многие кабели для погружных насосов и глубоководных скважин используют эту конструкцию, специально разработанную для длительного погружения в воду.

Высоковольтные и сверхвысоковольтные кабели: Металлическая оболочка обязательна. Алюминиевые и свинцовые оболочки обеспечивают полную герметизацию. Многие подводные кабели за рубежом используют изоляцию из СПЭ с металлической оболочкой, что часто встречается в таких проектах, как ветряные электростанции Северного моря.

Реальные данные испытаний говорят вам: Как долго может прослужить хорошо гидроизолированный кабель из СПЭ после погружения?

Теория — это одно, но фактические данные более убедительны.

Испытание подводных инженерных сооружений: Кабели с изоляцией из СПЭ непрерывно работали в течение 5 лет в 3 метрах воды без существенного ухудшения изоляционных характеристик или увеличения диэлектрических потерь из-за влаги.

Авария с просачиванием воды в туннеле метро: Кабель с радиальной водоблокирующей структурой сохранил более 90% начального сопротивления изоляции после случайного погружения на 24 часа.

Испытание на ускоренное старение: Исследования SINTEF показывают, что кабели из СПЭ практически не образуют водяных деревьев при относительной влажности ниже 70%; для систем с двойными оболочками относительная влажность изоляционного слоя может достигать 70% более чем за 50 лет.

С другой стороны: В жилом подземном паркинге после 36 часов затопления сопротивление изоляции трехфазного кабеля упало с 2000 МОм до 2,3 МОм. В чем разница? Скорее всего, из-за недостаточной гидроизоляции.

«Водяные деревья» — главный враг кабелей из СПЭ при погружении. При обсуждении вопроса погружения кабелей из СПЭ в воду неизбежно возникает «старение водяных деревьев». Это микроскопическое явление деградации изоляции из СПЭ, вызванное совокупным воздействием влаги и электрического поля.

Процесс образования водяных деревьев примерно следующий: Влага проникает в изоляционный слой через дефекты оболочки. Под воздействием электрического поля молекулы воды соединяются с примесями в изоляционном материале, образуя кислую микросреду. Затем электрическое поле вызывает миграцию ионов, приводя к разрыву молекулярных цепей и образованию крошечных пор, которые медленно расширяются в дендритные каналы водяных деревьев.

После образования водяного дерева прочность изоляции значительно снижается — диэлектрическая прочность канала водяного дерева составляет всего одну десятую или одну пятую от прочности обычного СПЭ. Если водяное дерево продолжает развиваться, оно может трансформироваться в электрическое дерево при перенапряжении, что в конечном итоге приведет к пробою изоляции.

Влияние водяных деревьев на срок службы кабеля очень реально: срок службы кабелей из СПЭ, рассчитанный на 30-40 лет при отсутствии погружения в воду, может сократиться до 5-10 лет при длительном погружении; если вода содержит соль или кислые вещества, срок службы может быть даже менее 3 лет.

Таким образом, гидроизоляция и влагостойкость важны не только для предотвращения коротких замыканий, но и для обеспечения срока службы кабеля.

В каких случаях кабели из СПЭ можно безопасно погружать в воду?

Кабели для погружных насосов и глубоководных скважин: Эти кабели разработаны для длительного погружения в воду. Изоляция из СПЭ в сочетании с оболочкой из ПНД или броней из стальной ленты вполне достаточна. На международном рынке существует даже отдельная категория «погружных кабелей из СПЭ», используемых в дренажных системах, для сточных насосов и насосов для глубоководных скважин.

Подводные кабели: Подводные кабели представляют собой вершину применения гидроизоляции СПЭ. За рубежом успешно используются подводные кабели с изоляцией из СПЭ на 500 кВ на глубинах до 200 метров. Однако подводные кабели имеют специализированные металлические оболочки и коррозионностойкие конструкции, которые не могут быть напрямую заменены обычными кабелями из СПЭ.

Заглубленная прокладка и скопление воды в кабельных траншеях: Это зависит от конкретного изделия. Обычные силовые кабели из СПЭ, как правило, подходят для кратковременного случайного погружения в воду, но длительное погружение не рекомендуется. При выборе ищите степень защиты IPX7 или выше по стандарту IEC 60529, или продукты с маркировкой «водоблокирующие» или «погружные».

Практические советы по прокладке кабеля

Даже если вы используете водонепроницаемые кабели, во время монтажа на месте все равно есть несколько деталей, на которые стоит обратить внимание: Соединения — самое слабое место; независимо от того, насколько хорошо кабель сам по себе гидроизолирован, это бесполезно, если соединения не герметизированы должным образом. Для достижения защиты IP68 необходима сборная водонепроницаемая внешняя оболочка, заполненная герметиком.

Избегайте длительного погружения кабелей — кабельные траншеи должны иметь дренажные отверстия, а кабельные лотки — дождевые навесы; это базовые требования.

Покупайте кабели в соответствии с международными стандартами — IEC 60502-2 (кабели с экструдированной изоляцией на номинальное напряжение от 1 кВ до 30 кВ), IEEE 404 (стандарты кабельных соединений) и AEIC CS8 (средне- и высоковольтные кабели из СПЭ) имеют конкретные требования к влагостойкости. Квалифицированный водонепроницаемый кабель должен пройти испытания под давлением при погружении и испытания на водопроницаемость.

Резюме
Можно ли погружать кабели из сшитого полиэтилена в воду? Да, но это зависит от типа.

Обычные силовые кабели из СПЭ: Кратковременное, случайное погружение в воду допустимо, но длительное погружение не рекомендуется.

Водонепроницаемые кабели из СПЭ: Эти кабели оснащены водоблокирующей структурой, оболочкой из ПНД или металлической оболочкой, специально разработанной для работы в условиях погружения в воду. Используйте их с уверенностью.

Два ключевых момента, которые следует учитывать: во-первых, степень водонепроницаемой конструкции кабеля; во-вторых, качество герметизации соединений.

Наконец, предостережение: профилактика гораздо важнее устранения последствий, когда вода попадает в кабели. Как только в изоляции образуются водяные деревья, производительность кабеля необратимо ухудшается. Сушка удаляет только свободную воду, но микроскопические повреждения, оставленные водяными деревьями, не поддаются ремонту. Поэтому при выборе кабелей не смотрите только на цену; учитывайте также степень водонепроницаемости и конструктивные особенности.