Испытание двухслойной гофрированной кабельной трубы из хлорированного поливинилхлорида и непластифиц

Испытание двухслойной гофрированной кабельной трубы из ХПВХ и НПВХ для силовых кабелей

Введение
Применение защитных труб для прокладки силовых кабелей в грунте является стандартной практикой, обеспечивающей механическую защиту кабелей от внешних воздействий и упрощающей их замену. Особый интерес представляют двухслойные гофрированные трубы, сочетающие преимущества различных материалов. Данная статья посвящена описанию программы испытаний двухслойной гофрированной кабельной трубы, где внешний слой выполнен из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ), а внутренний – из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ). Цель испытаний – комплексная оценка ее соответствия требованиям для защиты силовых кабелей напряжением до 10 кВ.

1. Объекты испытаний
Объектом испытаний являлась двухслойная гофрированная кабельная труба следующей конструкции и характеристик:

• Конструкция: Двухслойная стенка с выраженной кольцевой гофрой.
• Внешний слой: Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ). Предназначен для обеспечения повышенной стойкости к химически агрессивным средам (кислотам, щелочам, солям, углеводородам) и УФ-излучению.
• Внутренний слой: Непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ). Предназначен для обеспечения высокой механической прочности, жесткости и сопротивления сжатию.
• Номинальный наружный диаметр (ОД): 110 мм (типовой размер для прокладки силовых кабелей среднего напряжения).
• Номинальная длина отрезков: Образцы длиной не менее 1 метра для механических испытаний и отрезки длиной 0.5 метра для испытаний на стойкость к химическим веществам и водопоглощение.

2. Область испытаний
Программа испытаний охватывала ключевые характеристики, определяющие пригодность трубы для эксплуатации в условиях подземной прокладки силовых кабелей:

• Механическая прочность при сжатии: Оценка способности трубы воспринимать нагрузки от грунта и временные транспортные нагрузки без недопустимой деформации или разрушения.
• Ударная вязкость при пониженных температурах: Оценка хрупкостных характеристик материала при отрицательных температурах (до -20°C), имитирующих зимние условия.
• Сопротивление растяжению: Определение прочности сварных соединений труб или поведения материала при продольных нагрузках.
• Стойкость к химическим веществам: Проверка устойчивости материала трубы к воздействию реагентов, типично присутствующих в грунтах или используемых для противогололедной обработки.
• Водопоглощение: Определение способности материала впитывать воду, что косвенно влияет на его диэлектрические свойства и долговечность в насыщенной влагой среде.
• Теплостойкость по Вика: Оценка температуры размягчения материала, важная для условий возможного локального нагрева.
• Визуально-измерительный контроль: Оценка качества наружной и внутренней поверхности, геометрии гофра, толщины слоев, цвета.

3. Методы испытаний и испытательное оборудование
Испытания проводились в соответствии с требованиями национальных стандартов (ГОСТ) и международных норм (МЭК), адаптированных для кабельных защитных труб.

3.1. Механическая прочность при сжатии (Сопротивление внешней нагрузке):

• Метод: Образец трубы помещается между двумя параллельными плитами испытательной машины. К нему прикладывается радиальная сжимающая нагрузка с постоянной скоростью нагружения до достижения заданной деформации (обычно 30% от начальной высоты трубы) или до разрушения. Фиксируется нагрузка при заданной деформации и характер разрушения.
• Оборудование: Универсальная испытательная машина с компьютерным управлением, оснащенная динамометром соответствующего диапазона силы (до 50 кН) и плоскими стальными плитами.

3.2. Ударная вязкость при пониженных температурах:

• Метод: Образцы вырезаются из стенки трубы (типа "крюк" или "прямоугольник с надрезом") и кондиционируются при заданной отрицательной температуре (например, -20°C) в течение не менее 2 часов. Испытываются на маятниковом копре путем разрушения ударом свободно падающего маятника. Определяется работа удара, затраченная на разрушение образца.
• Оборудование: Маятниковый копер с охлаждающей камерой (криостатом) или емкостью для хладоносителя (сухой лед + спирт, жидкий азот). Тестер должен обеспечивать энергию удара не менее 15 Дж.

3.3. Сопротивление растяжению (Разрывное усилие):

• Метод: Продольные образцы (размеры согласно стандарту) вырезаются из стенки трубы. Закрепляются в захватах испытательной машины. К образцу прикладывается растягивающее усилие с постоянной скоростью до разрыва. Фиксируется максимальное усилие (разрывное усилие) и относительное удлинение при разрыве.
• Оборудование: Универсальная испытательная машина с компьютерным управлением, оснащенная динамометром и клиновыми захватами.

3.4. Стойкость к химическим веществам:

• Метод: Образцы трубы (или вырезанные пластины материала) полностью погружаются в растворы реагентов (например, 30% H2SO4, 40% NaOH, 10% NaCl, дизельное топливо) на заданное время (обычно 168 часов) при комнатной температуре. После извлечения, промывки и сушки визуально оценивается изменение состояния поверхности (растрескивание, размягчение, набухание). Измеряется изменение массы.
• Оборудование: Химически стойкие емкости (стеклянные или из полипропилена), термостат (при необходимости испытаний при повышенной температуре), аналитические весы.

3.5. Водопоглощение:

• Метод: Образцы выдерживаются в сушильном шкафу при 50°C до постоянной массы, затем взвешиваются (M1). После этого погружаются в дистиллированную воду при температуре (23±2)°C на 24 часа. Образцы извлекают, промокают безворсовой тканью и немедленно взвешивают (M2). Водопоглощение вычисляется как (M2 - M1)/M1 * 100%.
• Оборудование: Сушильный шкаф, аналитические весы, емкости с дистиллированной водой.

3.6. Теплостойкость по Вика:

• Метод: Иглу определенного сечения с нагрузкой прикладывают к поверхности образца материала. Температура в термостате повышается с заданной скоростью. Фиксируется температура, при которой игла проникает в образец на 1 мм.
• Оборудование: Прибор для определения теплостойкости по Вика (Вика-тестер) с блоком нагрева и точным термометром.

3.7. Визуально-измерительный контроль:

• Метод: Внешний и внутренний осмотр трубы на наличие трещин, раковин, посторонних включений, равномерности окраски. Измерение наружного и внутреннего диаметра в нескольких сечениях микрометром или кронциркулем. Измерение толщины стенки и отдельных слоев ультразвуковым толщиномером или микрометром на срезах образцов.
• Оборудование: Линейка, рулетка, кронциркуль, микрометр, ультразвуковой толщиномер, лупа.

Заключение
Проведение описанной комплексной программы испытаний двухслойной гофрированной кабельной трубы из ХПВХ/НПВХ позволит получить объективные данные о ее механических, термических и химико-физических свойствах. Результаты испытаний являются критически важными для подтверждения пригодности данной конструкции трубы для надежной и долговечной защиты силовых кабелей среднего напряжения при подземной прокладке в различных грунтовых условиях. Сочетание химической стойкости ХПВХ и механической прочности НПВХ делает такую двухслойную конструкцию перспективным решением для ответственных трасс.