Кабели управления шахтные

Кабели управления шахтные: конструкция, классификация и применение

Шахтные кабели управления представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи сигналов управления, контроля, измерения и связи в условиях подземных горных выработок. Их ключевая задача – обеспечение бесперебойной и безопасной работы систем автоматики, телемеханики, сигнализации, а также дистанционного управления сложным шахтным оборудованием: комбайнами, конвейерами, подъемными машинами, вентиляторами главного проветривания и другими критически важными механизмами. Отказ таких систем из-за неисправности кабеля может привести к технологическим сбоям, остановке производства или создать угрозу безопасности персонала.

Эксплуатационные условия и предъявляемые требования

Условия эксплуатации в угольных и рудных шахтах относятся к категории экстремальных, что формирует комплекс жестких требований к кабелям управления:

• Пожароопасность: Наличие метана, угольной пыли и других горючих веществ требует от кабелей высокой устойчивости к возгоранию и распространению пламени. Кабели должны быть нераспространяющими горение, с пониженным дымо- и газовыделением.
• Механические воздействия: Возможны удары, сдавливание породой, истирание о конструкции крепи, динамические нагрузки при перемещении оборудования.
• Влажность и затопление: Постоянно высокий уровень влажности, наличие агрессивных шахтных вод (часто с кислой или щелочной средой) требуют надежной гидроизоляции.
• Электрические помехи: Близость силовых линий, работа мощного электрооборудования создают электромагнитные поля, что диктует необходимость экранирования для защиты слаботочных сигналов.
• Температурный режим: Рабочий диапазон температур в выработках может быть широким, а для кабелей, прокладываемых на поверхности или в околоствольных дворах, добавляется воздействие отрицательных температур при монтаже и хранении.

Конструктивные особенности шахтных кабелей управления

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию для соответствия указанным требованиям.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из медной проволоки, как правило, мягкой (класс гибкости 5 по ГОСТ 22483). Сечение жил обычно лежит в диапазоне от 0.75 до 2.5 мм² для большинства задач управления. Для повышенной гибкости (кабели для подвижного присоединения) жилы могут быть выполнены из тонких проволок, скрученных в пучок.

2. Изоляция жил

Выполняется из полимерных композиций на основе поливинилхлорида (ПВХ) или сшитого полиэтилена (СПЭ). Современные изоляционные материалы для шахтных кабелей являются самозатухающими, обладают низким дымовыделением и галоген-фри свойствами (при горении не выделяют коррозионно-активные газы). Изоляция жил имеет стандартную цветовую маркировку для облегчения монтажа и обслуживания.

3. Скрутка и поясная изоляция

Изолированные жилы скручиваются в сердечник с определенным шагом. Для защиты от взаимных помех и обеспечения симметрии пар/четверок в кабелях связи, жилы могут скручиваться группами. Поверх скрученного сердечника часто накладывается слой поясной изоляции (из полимерной пленки или тальцированного скотча) для сохранения формы и дополнительной изоляции.

4. Экранирование

Обязательный элемент для большинства шахтных кабелей управления. Выполняется в виде оплетки из медных луженых проволок, алюмополимерной ленты с дренажной проволокой или комбинации этих методов. Экран выполняет две ключевые функции: защита передаваемых сигналов от внешних электромагнитных помех и предотвращение излучения собственных помех от кабеля.

5. Оболочка

Внешний защитный слой, определяющий многие эксплуатационные свойства кабеля. Изготавливается из специальных марок ПВХ-пластиката, полиуретана (PU) или резины. Шахтная оболочка обладает повышенной механической прочностью, маслобензостойкостью, устойчивостью к грибкам и плесени, а также не распространяет горение. Часто имеет черный цвет и может содержать рельефную маркировку с названием кабеля, ГОСТом/ТУ и метражом.

Классификация и основные марки кабелей

Классификация шахтных кабелей управления может проводиться по нескольким признакам: гибкости, наличию экрана, материалу оболочки, назначению. В России и странах СНГ основная номенклатура регламентируется ГОСТами и Техническими Условиями (ТУ).

Основные марки шахтных кабелей управления и их характеристики

Марка кабеля	Ключевые особенности	Количество жил / сечение, мм²	Основное назначение
КГЭШ (Кабель Гибкий, с Экраном, Шахтный)	Резиновая изоляция и оболочка, экран из медной оплетки. Обладает высокой гибкостью и влагостойкостью.	4-61 / 0.75-2.5	Подвижное присоединение шахтных машин и механизмов, участки с повышенной вибрацией.
КВВШ (Кабель с Виниловой изоляцией и оболочкой, Шахтный)	Изоляция и оболочка из ПВХ-пластиката. Может иметь экран (КВВШэ). Более жесткий, чем КГЭШ.	2-61 / 0.75-2.5	Стационарная прокладка в тоннелях, по стенам выработок, в кабельных каналах для систем АСУ ТП.
КПВШ (Кабель с Полиэтиленовой изоляцией, Виниловой оболочкой, Шахтный)	Изоляция из сшитого полиэтилена, оболочка из ПВХ. Обладает улучшенными электрическими характеристиками.	2-44 / 0.75-2.5	Цепи управления и контроля с повышенными требованиями к стабильности параметров изоляции.
КШВГ (Кабель Шахтный, с Виниловой изоляцией, Водонепроницаемый, Гибкий)	Специальная конструкция с герметизацией жил, часто с гидрофобным заполнением. Высокая стойкость к затоплению.	2-19 / 0.75-1.5	Участки с постоянным обводнением, прокладка в водонасыщенных грунтах или прямом контакте с шахтной водой.
КШМЭ (Кабель Шахтный, Монтажный, Экранированный)	Мелкопроволочные жилы, тонкая оболочка. Высокая гибкость.	2-14 / 0.35-0.75	Внутриблочный монтаж шкафов управления, подключение датчиков на подвижных узлах оборудования.

Нормативная база и стандарты

Производство и применение шахтных кабелей управления строго регламентировано. Основополагающими документами являются:

• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60079-0:2007): «Изделия электротехнические для взрывоопасных газовых сред. Часть 0. Общие требования». Определяет требования к оборудованию, включая кабели, для использования во взрывоопасных средах.
• ГОСТ 31565-2012 (МЭК 60332-1-2:2004): «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности». Испытания на нераспространение горения для одиночного кабеля.
• ГОСТ Р МЭК 60331-21-2005: «Испытания на огнестойкость».
• Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах» (Приказ Ростехнадзора № 550): Непосредственно предписывают типы и условия применения кабельной продукции в шахтах.
• Серия ТУ 16.К71-XXX-2006: Конкретные технические условия на каждую марку кабеля, детализирующие конструктивные и электрические параметры.

Кабели, предназначенные для использования во взрывоопасных зонах, должны иметь сертификат соответствия ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» и маркировку взрывозащиты (например, Ex ia I Ma).

Принципы выбора и прокладки кабелей управления

Выбор конкретной марки кабеля осуществляется на основе технического задания проекта с учетом следующих факторов:

• Характер прокладки: Стационарная (КВВШ, КПВШ) или подвижная/гибкая (КГЭШ, КШМЭ).
• Уровень взрывоопасности зоны: Определяет необходимость и степень взрывозащиты, тип маркировки.
• Наличие электромагнитных помех: Обязательность применения экранированных марок (КВВШэ, КГЭШ).
• Условия окружающей среды: Влажность, химическая агрессивность, риск механических повреждений (определяет материал и толщину оболочки).
• Электрические параметры: Необходимое количество проводников, их сечение (исходя из тока нагрузки и потерь напряжения), рабочее напряжение (обычно 380/660 В переменного тока или до 1000 В постоянного).

Прокладка должна осуществляться в соответствии с ПУЭ (Глава 2.1, 7.3) и отраслевыми правилами. Крепление кабелей на несущих тросах, в лотках или коробах должно исключать их провисание и повреждение. При пересечении с силовыми линиями угол должен быть по возможности близок к 90°, а расстояние – максимальным. Экраны кабелей управления подлежат обязательному заземлению с одной стороны (как правило, со стороны источника сигнала) для предотвращения образования контуров заземления и наведения токов.

Тенденции и развитие

Современное развитие шахтных кабелей управления идет по пути:

• Повышения пожарной безопасности: Внедрение безгалогенных, огнестойких материалов (с сохранением работоспособности в течение 90-180 минут при пожаре).
• Улучшения экологических показателей: Использование материалов с низкой токсичностью продуктов горения.
• Интеграции функций: Создание комбинированных кабелей «сигнал+питание» или «сигнал+оптоволокно» для упрощения инфраструктуры и снижения затрат на монтаж.
• Повышения долговечности: Разработка оболочек с повышенной стойкостью к абразивному износу, маслам и многократным изгибам.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями КГЭШ и КВВШ?

КГЭШ имеет резиновую изоляцию и оболочку, что обеспечивает ему исключительную гибкость и стойкость к многократным изгибам, вибрации. Он предназначен в первую очередь для подвижного присоединения. КВВШ с ПВХ-изоляцией и оболочкой более жесткий и дешевый, предназначен для стационарной прокладки. Резина КГЭШ, как правило, имеет лучшую влагостойкость, но современные ПВХ-компаунды для КВВШ также обеспечивают высокий уровень защиты.

Обязательно ли использовать экранированные кабели управления в шахте?

В большинстве случаев – да. Силовое оборудование в шахтах (приводы, преобразователи частоты) создает значительные электромагнитные помехи. Экранирование (оплетка или лента) защищает слаботочные цепи управления и измерения от этих помех, гарантируя корректную работу систем автоматики и предотвращая ложные срабатывания. Требование об использовании экранированных кабелей часто прямо прописано в проектной документации и инструкциях к чувствительному оборудованию.

Как правильно заземлить экран шахтного кабеля управления?

Экран должен быть заземлен, как правило, только с одной стороны – со стороны источника сигнала или управляющего устройства (например, в шкафу управления). Это предотвращает протекание по экрану циркулирующих токов, которые могут сами стать источником помех. Двустороннее заземление экрана допустимо только в случаях, когда это прямо предусмотрено инструкцией на оборудование и при условии обеспечения эквипотенциальности точек заземления, что в протяженных шахтных выработках практически недостижимо. Дренажная жила или проволока экрана должна быть надежно подключена к шине защитного заземления.

Что означает маркировка «нг(A)-HF» на кабеле и обязательна ли она для шахт?

Маркировка «нг(A)-HF» расшифровывается как «не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А, безгалогенный (Halogen Free)». Категория А – наивысшая по тесту на нераспространение горения при плотной групповой прокладке. Индекс HF означает, что изоляционные материалы не содержат галогенов (хлора, фтора и др.), и при горении выделяется минимальное количество коррозионных и токсичных газов. Для современных шахт, особенно с высокой автоматизацией и концентрацией дорогостоящего электронного оборудования, использование кабелей с индексом HF становится стандартом де-факто, так как это повышает безопасность людей и сохранность аппаратуры при пожаре.

Можно ли проложить шахтный кабель управления в одной трассе с силовым кабелем?

Прокладка в одной трассе (лотке, коробе, на одном тросе) допустима, но должна выполняться с соблюдением строгих правил. Кабели управления должны быть отделены от силовых кабелей напряжением выше 1 кВ металлической перегородкой или размещаться на разных полках лотка с расстоянием не менее, чем это предусмотрено ПУЭ (обычно не менее 100 мм). При параллельной прокладке в одной плоскости расстояние между силовыми и контрольными кабелями должно быть не менее 500 мм. Если это расстояние невозможно выдержать, то кабели управления должны быть защищены металлическим кожухом или трубой, либо должны применяться экранированные кабели с правильно заземленным экраном.