Раздел 5. Водопроводные и электротехнические материалы

Потребление электроэнергии в медицинской лаборатории очень велико, поэтому прокладка проводов и электрических цепей является довольно сложной.

Провода и кабели — это проволочные изделия, предназначенные для передачи электрической (магнитной) энергии и информации, а также для реализации преобразования электромагнитной энергии. В широком смысле провода и кабели также сокращенно называют кабелями; в узком смысле кабель означает изолированный кабель, который можно определить как сборку, состоящую из следующих частей: одной или нескольких изолированных жил вместе с их соответствующими возможными покрытиями, общего защитного слоя и внешней оболочки; кабель также может иметь дополнительные неизолированные проводники.

По области применения их можно разделить на голые проводники, изолированные провода, термостойкие провода, экранированные провода, силовые кабели, контрольные кабели, кабели связи, радиочастотные кабели и т. д.

По материалу их можно разделить на провода с поливинилхлоридной изоляцией, гибкие провода с поливинилхлоридной изоляцией, гибкие провода с изоляцией из бутирилполивинилхлоридной смеси, провода с резиновой изоляцией, пластиковые провода с алюминиевой жилой для непосредственного подземного залегания в сельском хозяйстве, гибкие провода с резиновой изоляцией и хлопчатобумажной оплеткой, провода с поливинилхлоридной изоляцией и нейлоновой оболочкой, гибкие провода с поливинилхлоридной изоляцией для силовых и осветительных сетей и т. д.

Кабельные лотки подходят для воздушной прокладки силовых и контрольных кабелей внутри и снаружи помещений на обычных промышленных и горнодобывающих предприятиях, а также могут использоваться внутри и снаружи помещений такими ведомствами, как телекоммуникации, радио и телевидение.

Изделия из проводов и кабелей в основном делятся на следующие три крупные категории.

I. Изолированные проводники

Провод, у которого слой непроводящего материала, такого как смола, пластик, силиконовая резина, ПВХ и т. д., равномерно и герметично обернут вокруг внешней части проводника с образованием изоляционного слоя, который предотвращает контакт проводника с внешней средой и возникновение таких инцидентов, как утечка тока, короткое замыкание и поражение электрическим током, называется изолированным проводником, как показано на рис. 8-49.

Распространенные провода для электрооборудования включают пластиковые провода (BV, BLV, BVR, BVVB, BLVVB и т. д.).

1. Ниже приведены несколько часто используемых типов изолированных проводников

1.1 Обозначения моделей проводников с резиновой изоляцией: BLX — провод с алюминиевой жилой и резиновой изоляцией; BX — провод с медной жилой и резиновой изоляцией.

1.2 Обозначения моделей проводников с поливинилхлоридной изоляцией (пластиковых проводов): BLV — пластиковый провод с алюминиевой жилой; BV — пластиковый провод с медной жилой.

1.3 Обозначения моделей резиновых кабелей: YHC — тяжелый кабель с резиновой оболочкой; NYHF — буксируемый кабель с неопреновой оболочкой для сельскохозяйственного использования.

Проводники с резиновой изоляцией выпускаются с медными или алюминиевыми жилами, в одножильном, двухжильном или многожильном исполнении. Они используются для внутренней проводки, рабочее напряжение обычно не превышает 500 В.

2. Обозначения моделей и области применения

2.1 R обозначает мягкую медную проволоку, V — поливинилхлоридную изоляцию, S — витую пару, B — плоский тип, P — экранирование.

2.2 RV — одножильный гибкий провод с поливинилхлоридной изоляцией, максимальная рабочая температура 65 ℃, минимальная рабочая температура -15 ℃, рабочее напряжение переменного тока 250 В, постоянного тока 500 В; используется в качестве внутренней проводки приборов и оборудования.

2.3 RVB: параллельный скрученный гибкий провод (плоский), похож на голый телефонный провод, часто используемый в домах, за исключением того, что его жилы такие же, как жилы RVV; две жилы параллельно обернуты в оболочку, обычно в одной оболочке две жилы. 2.4 RVS: парно-скрученный гибкий провод, изготавливается простым разделением мягких жил RVB и попарным скручиванием их вместе. Обычно два провода скручены вместе.

2.5 RVSP: экранированный провод на основе витой пары.

2.6 RVVB: гибкий провод с поливинилхлоридной оболочкой (плоский тип), стандарт GB/T 5023.5-2008/IEC 60227-5:2003. 2.7 RVV: многопроволочный гибкий провод, то есть его жилы состоят из нескольких скрученных медных проволок. Провод RVV является наиболее часто используемым кабелем в системах слабого тока; количество его жил не фиксировано — может быть как одна жила, так и несколько — а снаружи дополнительно расположена защитная оболочка. При этом особых требований к взаимному расположению жил не предъявляется.

2.8 RVVP: гибкий кабель с медными жилами, поливинилхлоридной изоляцией, экранирующим слоем и поливинилхлоридной оболочкой, также называемый помехозащищенным гибким кабелем для электрических соединений, номинальное напряжение 250 В/450 В.

2.9 BVVR представляет собой гибкий провод с медной жилой, поливинилхлоридной изоляцией и поливинилхлоридной оболочкой, имеющий внешний защитный слой; BVR — это гибкий провод с медной жилой и поливинилхлоридной изоляцией, у которого имеется только изоляционный слой и отсутствует внешняя защитная оболочка. Так называемый провод с двойной пластиковой изоляцией относится к серии BVV: первая буква V обозначает поливинилхлоридную изоляцию, а вторая V — поливинилхлоридную оболочку, тогда как серия BV относится к проводам с одинарной пластиковой изоляцией.

Рис. 8-49 Изолированный проводник

II. Силовые кабели

Основная характеристика данной категории продукции заключается в следующем: снаружи токопроводника наносится методом экструзии (обмотки) изоляционный слой (как у воздушных изолированных кабелей), либо несколько жил скручиваются вместе и соответствуют фазному, нулевому и заземляющему проводам энергосистемы (как у воздушных изолированных кабелей с количеством жил более двух), либо дополнительно устраивается оболочечный слой (как у проводов и кабелей в пластиковой или резиновой оболочке). Основные технологические операции производства включают волочение проволоки, скручивание жил, экструзию (обмотку) изоляции, скручивание кабеля, бронирование и экструзию защитного слоя; сочетание технологических этапов у разных типов продукции в определенной степени отличается. Изделия данной категории в основном используются для передачи электрической энергии сильного тока в линиях генерации, распределения, передачи, преобразования и подачи электроэнергии, они рассчитаны на прохождение больших токов (от нескольких десятков ампер до нескольких тысяч ампер) и работу при высоких напряжениях (от 220 В до 500 кВ и выше).

1. Классификация по классу напряжения

По классу напряжения силовые кабели делятся на кабели среднего и низкого напряжения (35 кВ и ниже), кабели высокого напряжения (выше 110 кВ), кабели сверхвысокого напряжения (275–800 кВ) и кабели ультравысокого напряжения (1000 кВ и выше). Кроме того, по типу протекающего тока их можно разделить на кабели переменного тока и кабели постоянного тока.

2. Классификация по изоляционному материалу

2.1 Силовые кабели с маслопропитанной бумажной изоляцией: силовые кабели, изоляция которых выполнена из пропитанной маслом бумаги. Они имеют самую длительную историю практического применения. Такие кабели безопасны и надежны, отличаются длительным сроком службы и невысокой стоимостью. Их основной недостаток — наличие ограничений на прокладку из-за перепада высот трассы. После разработки нестекающей пропитанной бумажной изоляции проблема ограничений по перепаду высот была решена, что позволило кабелям с маслопропитанной бумажной изоляцией и далее широко использоваться в энергетике.

2.2 Силовые кабели с пластиковой изоляцией: силовые кабели, изоляционный слой которых изготовлен из пластика, нанесенного методом экструзии. Наиболее часто для изоляции используют поливинилхлорид, полиэтилен и сшитый полиэтилен. Пластиковые кабели имеют простую конструкцию, удобны в производстве и обработке, отличаются малым весом, просты в прокладке и монтаже, а также не имеют ограничений по перепаду высот при прокладке. Благодаря этому они широко применяются в сегменте кабелей среднего и низкого напряжения и демонстрируют тенденцию к вытеснению вязкопропитанных маслобумажных кабелей. Их наиболее существенный недостаток — явление древовидного пробоя изоляции, которое ограничивает использование таких кабелей при более высоких напряжениях.

2.3 Силовые кабели с резиновой изоляцией: их изоляционный слой состоит из резины с добавлением различных технологических компонентов; после тщательной пластикации полученная смесь наносится методом экструзии на токопроводящую жилу и окончательно формируется в процессе нагрева и вулканизации. Резиновая изоляция отличается мягкостью и эластичностью, поэтому такие кабели подходят для эксплуатации в условиях частых перемещений и прокладки с малым радиусом изгиба. Резиновые смеси, обычно используемые для изоляции, включают смеси натурального каучука и бутадиен-стирольного каучука, этиленпропиленовый каучук, бутилкаучук и так далее.

3. Классификация по классу напряжения

3.1 Низковольтные кабели: предназначены для стационарной прокладки на линиях электропередачи и распределения электроэнергии переменного тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 3 кВ и ниже с целью передачи электрической энергии.

3.2 Средне- и низковольтные кабели (обычно 35 кВ и ниже): кабели с поливинилхлоридной изоляцией, кабели с полиэтиленовой изоляцией, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и так далее.

Рис. 8-50 Силовой кабель

3.3 Высоковольтные кабели (обычно 110 кВ и выше): полиэтиленовые кабели и кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и так далее.

3.4 Кабели сверхвысокого напряжения (275–800 кВ).

3.5 Кабели ультравысокого напряжения (1000 кВ и выше).

III. Провода и кабели для электрического оборудования

Основные характеристики этой категории продуктов: большое разнообразие типов и спецификаций, широкий спектр применения, а рабочее напряжение в основном составляет 1 кВ и ниже; для особых случаев постоянно разрабатываются новые продукты, такие как огнестойкие кабели, трудногорючие кабели, кабели с низким дымо- и галогеновыделением / низким дымо- и низким галогеновыделением, кабели, защищенные от термитов и грызунов, маслостойкие, холодостойкие, термостойкие и износостойкие кабели, медицинские, сельскохозяйственные и горные кабели, а также тонкостенные провода.

Новые производные продукты проводов и кабелей возникают в основном из требований различных условий применения и эксплуатационных потребностей, удобства монтажа и снижения стоимости оборудования за счет использования новых или специальных материалов, изменения структуры продукта, повышения технологических требований или объединения продуктов разных видов, как показано на рис. 8-51.

Использование различных материалов, например, для трудногорючих кабелей, кабелей с низким дымо- и галогеновыделением и низким дымо- и низким галогеновыделением, кабелей, защищенных от термитов и грызунов, маслостойких, холодостойких и термостойких кабелей и т. д.;

Изменение структуры продукта, как в случае с огнестойкими кабелями и т. д.;

Повышение технологических требований, как в случае с медицинскими кабелями и т. д.;

Комбинированные продукты, такие как OPGW и т. д.;

Удобство монтажа и снижение стоимости оборудования, например, предварительно собранные ответвительные кабели и т. д.

Распространенные силовые кабели включают пластиковые силовые кабели (включая четыре типа: VV, VLV, VV22, VLV22) и высоко-, средне- и низковольтные кабели из сшитого полиэтилена (включая четыре типа: YJV, YJLV, JYV22, YJLV22 с напряжениями 0,6/1 кВ, 8,7/10 кВ, 26/35 кВ, 66/110 кВ и т. д.). Преимущества: большое поперечное сечение, поддержка передачи электроэнергии на большие расстояния при высоком и сверхвысоком напряжении.

Рис. 8-51 Кабель для электрического оборудования

В соответствии с соответствующими положениями национального Кодекса по электрическому проектированию гражданских зданий и других нормативных документов все провода должны прокладываться в трубах; в настоящее время широко используются два типа труб.

IV. Трубы из ПВХ

Их полное название — «изоляционные электрические трубы для строительных целей», стандарт реализации JG 3050-1998. Проще говоря, это разновидность белых жестких пластиковых труб из ПВХ, антикоррозионных и герметичных труб, используемых для прокладки электрических проводов. В настоящее время в качестве «электрических труб» широко используются гофрированные трубы из ПЭ; они отличаются хорошим качеством, низкой ценой, привлекательным внешним видом и удобством использования.

Если строго следовать национальным требованиям, придется использовать трубы из углеродистой стали. Однако их стоимость будет слишком высокой. Поэтому в реальных проектах при внутренних отделочных работах в основном используют трубы из ПВХ; это позволяет сэкономить затраты с одной стороны, а с другой — трубы из ПВХ относительно удобны в монтаже, как показано на рис. 8-52.

Рис. 8-52 Труба из ПВХ

V. Трубы из углеродистой стали

Защитная труба для проводов и кабелей, изготовленная из сварной стальной трубы материала Q235, обычно выпускается с радиусом изгиба R=6D. Чем больше значение R, тем более пологий изгиб и тем легче протягивать провода при монтаже электропроводки. При соединении углеродистой стальной кабельной трубы с прямой трубой стык защищают соединительной муфтой, после чего трубу и кабелепровод соединяют сваркой; это делается для того, чтобы предотвратить повреждение стыка при электросварке и тем самым защитить провода и кабели внутри. Стандартные типоразмеры изделия: от DN20 до DN150. Труба применяется в обычных внутренних помещениях, а также в местах с высокой температурой, повышенной запыленностью, вибрацией и пожарной опасностью. Допускается ее эксплуатация во влажных помещениях. Запрещено использовать трубу в особо влажных зонах, местах с коррозионным воздействием кислот, щелочей или солей, а также во взрывоопасных помещениях. Рабочая температура окружающей среды составляет от -15 ℃ до +40 ℃. Кабелепровод обладает отличными механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью и прочностью на давление: его рабочее давление превышает 2,5 МПа. Поверхность кабелепровода гладкая, сопротивление потоку жидкости невелико, на ней не образуется накипь и не создаются благоприятные условия для размножения микроорганизмов. Коэффициент теплового расширения материала небольшой, труба не дает усадки и не деформируется. Монтаж и соединение изделия выполняются традиционными методами. Эпоксидное пластиковое покрытие кабелепровода эффективно предотвращает коррозию металлических трубопроводов при транспортировке воды, подземной прокладке и воздействии кислот, щелочей и солей; срок службы трубы может превышать 50 лет, как показано на рис. 8-53.

Рис. 8-53 Углеродистая стальная кабельная труба

VI. Трубы для водоснабжения

При отделочных работах в медицинской лаборатории система водоснабжения и водоотведения лаборатории относится к внутренним скрытым работам и занимает значительную часть всего проекта; кроме того, к качеству ее монтажа предъявляются высокие требования, поскольку при возникновении неисправности это может вызвать целый ряд повторных работ. Поэтому требованиям к материалам для систем водоснабжения и водоотведения уделяется особое внимание.

1. Трубы из PVC-U (непластифицированного поливинилхлорида)

НПВХ (UPVC), также известный как жесткий ПВХ или PVCU, представляет собой аморфную термопластичную смолу, полученную полимеризацией мономеров винилхлорида с добавлением определенных присадок (стабилизаторов, смазок, наполнителей и т. д.). Помимо использования присадок, для придания материалу выраженной практической ценности применяется также метод его модификации смешением с другими смолами. К таким смолам относятся ХПВХ (CPVC), ПЭ (PE), АБС (ABS), ЭВА (EVA), МБС (MBS) и другие. НПВХ отличается высокой вязкостью расплава и низкой текучестью: даже при повышении давления впрыска и температуры расплава его текучесть изменяется незначительно. Кроме того, температура формования смолы очень близка к температуре ее термического разложения, а диапазон температур, пригодных для формования, очень узок, поэтому этот материал относится к трудноформующимся. При отделочных работах в медицинских лабораториях трубы PVC-U могут использоваться в качестве трубопроводов водопроводной воды, как показано на рис. 8-54.

Рис. 8-54 Труба из PVC-U

Свойства труб из PVC-U:

1.1 Небольшой вес, удобство транспортировки, погрузки и разгрузки

Материал труб PVC-U очень легкий, что упрощает транспортировку и строительно-монтажные работы и позволяет снизить трудозатраты.

1.2 Высокая химическая стойкость

Трубы из PVC-U обладают выраженной стойкостью к кислотам, щелочам и коррозии, поэтому отлично подходят для применения в химической промышленности.

1.3 Низкое сопротивление потоку жидкости

Внутренняя поверхность труб PVC-U гладкая и оказывает незначительное сопротивление потоку; коэффициент шероховатости составляет всего 0,009, что ниже показателей других трубных материалов, поэтому при одинаковой скорости потока можно использовать трубы меньшего диаметра.

1.4 Высокая механическая прочность

Трубы из PVC-U обладают отличной стойкостью к гидростатическому давлению, внешнему давлению и ударным нагрузкам, поэтому подходят для устройства трубопроводов в любых условиях эксплуатации.

2. Трубы из PP-R

Трубы PP-R (рандом-сополимер полипропилена) также называют полипропиленовыми трубами III типа, трубами из рандом-сополимера полипропилена или трубами PPR. Трубы PP-R изготавливают из рандом-сополимера полипропилена методом экструзии для получения трубного материала и литья под давлением для изготовления трубных фитингов.

По сравнению с традиционными трубами, такими как чугунные трубы, оцинкованные стальные трубы и цементные трубы, материал труб PPR имеет преимущества в виде экономии энергии и материалов, экологической безопасности, малого веса и высокой прочности, коррозионной стойкости, гладких внутренних стенок, на которых не образуется накипь, простоты монтажа и технического обслуживания, а также длительного срока службы. Он широко используется в системах водоснабжения и водоотведения зданий, городского и сельского водоснабжения и водоотведения, городского газоснабжения, оболочек силовых и оптических кабелей, а также транспортировки промышленных жидкостей, как показано на рис. 8-55.

Рис. 8-55 Трубы PPR

3. Водопроводные трубы из нержавеющей стали

В лаборатории нескольким группам помещений требуется очищенная вода. В настоящее время многие лаборатории, стремясь сократить расходы, в основном используют трубы PPR вместо труб для очищенной воды при проведении строительных работ; однако, строго говоря, это не соответствует нормативам — согласно соответствующим государственным спецификациям, в качестве трубопроводов для очищенной воды необходимо использовать водопроводные трубы из нержавеющей стали. Водопроводные трубы из нержавеющей стали являются лучшим трубным материалом для транспортировки питьевой воды прямого водопотребления. Они отличаются низким уровнем утечек воды, что позволяет экономить ценные водные ресурсы. Для труб водоснабжения выбор изделий из нержавеющей стали наиболее благоприятен для здоровья. При испытаниях в погруженной воде все показатели соответствуют требованиям соответствующих государственных стандартов на питьевую воду. Внутренняя стенка труб из нержавеющей стали гладкая; при длительной эксплуатации на ней не накапливается накипь и она слабо подвержена бактериальному загрязнению, поэтому не стоит беспокоиться об ухудшении качества воды, а также можно полностью исключить ее вторичное загрязнение. Тонкая плотная оксидная пленка, обогащенная хромом, на поверхности нержавеющей стали обеспечивает водопроводным трубам из этого материала хорошую коррозионную стойкость в воде любого качества, включая мягкую; даже при подземной прокладке они демонстрируют превосходную коррозионную стойкость. Данные полевых коррозионных испытаний показывают, что срок службы водопроводных труб из нержавеющей стали может достигать 100 лет, при этом в течение всего жизненного цикла практически не требуется техническое обслуживание, что исключает расходы и неудобства, связанные с заменой труб, а совокупная стоимость эксплуатации является низкой. Все сырье относится к маркам 304, 304L, 316 и 316L, все они соответствуют требованиям стандарта JIS4305. Перечисленные марки отличаются стабильными эксплуатационными характеристиками, высокой прочностью и низким коэффициентом теплового расширения, как показано на рис. 8-56.

Рис. 8-56 Водопроводная труба из нержавеющей стали

VII. Трубы для систем водоотведения

1. Дренажные трубы из ПВХ

При строительстве лабораторий для организации водоотведения на подавляющем большинстве объектов используют трубы из ПВХ. ПВХ — это аббревиатура от поливинилхлорида; его основной компонент — поливинилхлорид, материал, в который вводят дополнительные компоненты для повышения термостойкости, вязкости и пластичности. Верхний слой этой поверхностной пленки выполнен из лака, основной компонент среднего слоя — поливинилхлорид, а нижний слой представляет собой клеевое покрытие с обратной стороны. Производство труб и фитингов завершается такими технологическими процессами, как охлаждение, отверждение, формование, контроль качества и упаковка.

Это синтетический материал, который пользуется большой популярностью и широко применяется в современном мире. По объему глобального потребления он занимает второе место среди всех видов синтетических материалов.

Рис. 8-57 Дренажная труба из ПВХ

Стандартные типоразмеры наиболее распространенных дренажных труб из ПВХ следующие: номинальные наружные диаметры составляют соответственно 32 мм, 40 мм, 50 мм, 75 мм, 90 мм, 110 мм, 125 мм, 160 мм, 180 мм, 200 мм, 250 мм, 315 мм, 400 мм, 500 мм, 630 мм и т. д. Длина труб из непластифицированного ПВХ (PVC-U) обычно составляет 4 м или 6 м, трубы другой длины определяются по договоренности между поставщиком и заказчиком, как показано на рис. 8-57.

2. Трубы из высокопрочного чугуна

В процессе строительства лаборатории строительный подрядчик иногда специально требует от организации-агента по строительству использовать для дренажных труб высокопрочные чугунные трубы с шаровидным графитом. Такая труба сочетает в себе природу чугуна и эксплуатационные свойства стали, откуда и происходит ее название. В высокопрочной чугунной трубе графит существует в шаровидной форме, а его размер обычно соответствует 6–7 классам. С точки зрения качества класс сфероидизации чугунной трубы должен контролироваться на уровне 1–3 классов при степени сфероидизации не менее 80%; благодаря этому механические свойства самого материала значительно улучшаются, что и обеспечивает ему сочетание природы чугуна и свойств стали. После отжига металлографическая структура высокопрочной чугунной трубы представляет собой феррит с небольшим количеством перлита и обладает хорошими механическими свойствами, поэтому ее также называют литой чугунно-стальной трубой. Высокопрочная чугунная труба относится к типу чугунных труб. Она отличается превосходной антикоррозионной стойкостью, хорошей пластичностью, высокой герметизирующей способностью и простотой монтажа, и в основном используется для муниципального водоснабжения, транспортировки газа, транспортировки нефти и т. д. на промышленных и горнодобывающих предприятиях.

На матрице из феррита и перлита распределено определенное количество шаровидного графита; в зависимости от номинального диаметра и различных требований к относительному удлинению пропорции феррита и перлита в структуре матрицы различаются — доля перлита для труб малого диаметра обычно не превышает 20%, а для труб большого диаметра она обычно контролируется на уровне около 25%, как показано на рис. 8-58.

Рис. 8-58 Высокопрочная чугунная труба