Кабели шахтные

Кабели шахтные: классификация, конструкция, применение и нормативная база

Шахтные кабели представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для эксплуатации в условиях подземных горных выработок, включая шахты, рудники и тоннели. Их основное отличие от кабелей общего назначения заключается в повышенных требованиях к безопасности, механической прочности, гибкости и устойчивости к агрессивным внешним факторам, характерным для горнодобывающей промышленности. К таким факторам относятся: повышенная влажность, наличие взрывоопасных газов и пыли (метан, угольная пыль), возможность обрушения породы, механические воздействия (растяжение, сдавливание, истирание), а также ограниченность пространства для монтажа и обслуживания.

Классификация и маркировка шахтных кабелей

Классификация шахтных кабелей осуществляется по нескольким ключевым признакам: область применения, номинальное напряжение, гибкость, материал оболочки и изоляции, наличие экрана и брони.

• По области применения:
  • Силовые кабели: Для питания стационарных и передвижных установок (проходческие комбайны, конвейеры, насосы, вентиляторы). Примеры: КГЭ, КГШВ, КГШВЭ.
  • Кабели управления и контроля: Для систем сигнализации, дистанционного управления, контроля технологических процессов. Примеры: КГВЭВ, КГВЭВнг.
  • Гибкие шахтные кабели (ГШ): Специальный класс для питания передвижных механизмов с частыми перегибами и перемещениями. Примеры: ГШ-3х35+1х10+1х10, ГШ-2х4.
• По номинальному напряжению: 660 В, 1140 В, 3000 В, 6000 В и выше. Наиболее распространены кабели на напряжения до 1140 В для питания механизмов и до 6000 В для питания главных подстанций и высоковольтных двигателей.
• По материалу изоляции и оболочки:
  • Резиновая изоляция и оболочка: Обеспечивает высокую гибкость и влагостойкость (КГ, КГЭ).
  • ПВХ (виниловая) изоляция и оболочка: Хорошие диэлектрические и механические свойства, нераспространение горения (КГШВ, КГШВЭ).
  • Специальные резиновые смеси: Повышенная стойкость к истиранию, маслобензостойкость (ГШ).
• По конструктивным особенностям:
  • Экранированные (Э): Имеют экран из медных проволок или проводящей резины для защиты от электромагнитных помех и обеспечения безопасности при пробое изоляции.
  • Бронированные: С броней из стальных оцинкованных проволок или лент для защиты от механических повреждений.
  • Небронированные гибкие: Для подвижного присоединения.

Маркировка кабелей осуществляется буквенно-цифровым кодом. Пример расшифровки марки КГШВЭ 3х70+1х10+4х2.5:

• К – кабель,
• Г – гибкий,
• Ш – шахтный,
• В – изоляция жил из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ),
• Э – экранированный,
• 3х70 – три силовые жилы сечением 70 мм²,
• 1х10 – одна жила заземления сечением 10 мм²,
• 4х2.5 – четыре жилы контроля или управления сечением 2.5 мм².

Конструкция шахтного кабеля

Конструкция шахтного кабеля является многослойной и сложной, каждый элемент которой выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медных проволок высокой чистоты (медь марки ММ или МС). Для гибких кабелей (ГШ, КГ) жила имеет класс гибкости 4 или 5 по ГОСТ 22483, что достигается большим количеством тонких проволок. Для кабелей, предназначенных для стационарной прокладки, может использоваться жила класса 2.
• Изоляция жил: Выполняется из резины на основе бутадиен-каучука (типа РТИ-1, РТИ-2) или из светостабилизированного ПВХ пластиката. Цветовая маркировка изоляции жил соответствует стандартам: для заземления – желто-зеленый цвет, для нейтрали – голубой, для фазных – другие цвета.
• Экран: В экранированных кабелях поверх изолированных жил накладывается полупроводящий слой (экран) из проводящей резины или полимерного материала. Поверх него наложена оплетка из медных луженых проволок или медной фольги. Экран обеспечивает равномерное распределение электрического поля, защиту от внешних помех и, главное, мгновенное срабатывание устройств защитного отключения (УЗО) при пробое изоляции на землю.
• Поясная изоляция: Представляет собой общий слой изоляционного материала, скрепляющий скрученные жилы в единый сердечник.
• Оболочка: Наружный защитный слой. Для шахтных условий применяются специальные материалы: маслостойкая, не поддерживающая горение резина (например, на основе хлоропрена) или ПВХ пластикат с пониженной горючестью (индекс «нг»). Оболочка имеет яркую окраску (обычно оранжевую или красную) для высокой видимости в условиях слабой освещенности.
• Броня: Применяется в кабелях для стационарной прокладки в местах с повышенным риском механических повреждений. Представляет собой оплетку из оцинкованных стальных проволок или стальных лент. Поверх брони может накладываться защитный покров из волокнистых материалов или ПВХ.

Нормативные требования и стандарты

Производство и испытание шахтных кабелей регламентируется строгими национальными и международными стандартами, а также правилами безопасности в угольной промышленности.

• ГОСТ 31565-2012 (МЭК 60079-0:2011): Основной стандарт, устанавливающий общие требования к кабелям взрывозащищенным. Определяет требования к конструкции, маркировке и испытаниям.
• ГОСТ Р МЭК 60079-7-2013: Устанавливает требования к оборудованию с видом взрывозащиты «повышенная безопасia» (Ex e), что часто применяется к кабельным вводам и соединениям.
• Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ): Содержат прямые указания на типы кабелей, допустимые к применению в различных выработках (например, § 291, § 292 ПБ).
• Требования к пожарной безопасности: Кабели должны соответствовать категориям по нераспространению горения (нг), пониженному дымо- и газовыделению (LS), безгалогенные (HF).

Обязательные испытания включают:

• Электрические испытания на пробой изоляции повышенным напряжением.
• Испытания на стойкость к распространению горения (одиночное и групповое горение).
• Механические испытания на гибкость, растяжение, раздавливание, удар.
• Испытания на стойкость к циклическому перегибу (для гибких кабелей).
• Испытания на стойкость к воздействию масел, соляного тумана, температуры.

Таблица: Сравнительные характеристики основных марок шахтных кабелей

Марка кабеля	Назначение	Напряжение, В	Основные материалы	Ключевые особенности	Область применения в шахте
ГШ (ГШВ, ГШЭ)	Питание передвижных горных машин (комбайны, крепи, электровозы)	до 1140	Медь, спец. резина	Высокая гибкость, маслобензостойкость, стойкость к истиранию и многократным перегибам. Может иметь экран.	Очистные и проходческие забои, штреки.
КГЭ	Питание стационарных и передвижных механизмов	до 6000	Медь, резина	Гибкий, с резиновой изоляцией и оболочкой. Влагостойкий.	Стационарная и подвижная прокладка по выработкам.
КГШВ, КГШВЭ	Питание стационарных и передвижных механизмов, освещение	до 3000	Медь, ПВХ	ПВХ изоляция и оболочка, нераспространение горения (нг). Экранированная версия (Э) для цепей с УЗО.	Штреки, уклоны, околоствольные дворы, освещение.
КГВЭВ, КГВЭВнг	Цепи управления, контроля, сигнализации	до 660	Медь, ПВХ	Многожильный, экранированный, с медной оплеткой. Оболочка ПВХ нг-LS.	Системы АСУ ТП, диспетчеризации, сигнализации.
ЦСБ, ЦСБн	Стационарная прокладка для питания мощных стационарных потребителей	6000 — 10000	Медь, бумажная пропитанная изоляция, свинцовая оболочка, броня	Высокая надежность, броня из стальных лент, герметичная свинцовая оболочка.	Главные воздухоподающие и откаточные выработки, стволы шахт.

Особенности монтажа и эксплуатации

Прокладка и эксплуатация шахтных кабелей требуют соблюдения специфических правил, направленных на обеспечение долговечности и безопасности.

• Прокладка: Кабели могут прокладываться стационарно (на лотках, кронштейнах, в подвесках) и подвижно (в гибких подвесках с использованием кабелеукладчиков). Запрещается прокладка кабелей на земле (почве) выработки. Необходимо обеспечить защиту от возможных обрушений, ударов подвижного состава и механизмов.
• Соединение и ответвление: Допускается только с помощью специальных кабельных муфт, соответствующих уровню взрывозащиты и степени защиты IP. Соединение гибких кабелей производится методом вулканизации или с помощью соединительных коробок типа СГШ. Места соединений должны быть доступны для осмотра.
• Защита: Для защиты от перегрузок и коротких замыканий используются взрывобезопасные автоматические выключатели и пускатели. Обязательно применение устройств защитного отключения (УЗО) или систем контроля изоляции (СКИ) в сетях с изолированной нейтралью до 1140 В. Для экранированных кабелей экран должен быть заземлен с двух сторон.
• Техническое обслуживание: Включает регулярный визуальный осмотр на предмет повреждений оболочки, проверку состояния подвесок, измерение сопротивления изоляции мегомметром, контроль температуры в точках подключения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля ГШ от КГШВ?

Кабель ГШ (Гибкий Шахтный) предназначен в первую очередь для тяжелых условий работы с частыми перегибами и перемещениями в забое. Он имеет специальную износостойкую резиновую оболочку. КГШВ – это кабель с ПВХ изоляцией и оболочкой, более универсальный, часто применяемый для стационарной и умеренно-подвижной прокладки, освещения. Его ключевое преимущество – нераспространение горения.

Обязательно ли использовать экранированные кабели в угольных шахтах?

Да, согласно современным правилам безопасности, для питания передвижных и стационарных механизмов в подземных выработках, где возможно выделение метана или угольной пыли, должны применяться экранированные кабели. Это необходимо для обеспечения мгновенного отключения питания при повреждении изоляции и предотвращения искрообразования, способного вызвать взрыв.

Как правильно выбрать сечение шахтного кабеля?

Выбор сечения производится по трем основным критериям: 1) По допустимому длительному току нагрузки (нагреву) с учетом способа прокладки и температуры окружающей среды. 2) По потере напряжения (для обеспечения пуска двигателей и нормальной работы аппаратуры). 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания. Расчеты должны выполняться в соответствии с ПУЭ и отраслевыми методиками.

Можно ли использовать шахтные кабели в других отраслях?

Да, их высокие характеристики по механической прочности, гибкости, влаго- и маслостойкости делают их востребованными в других областях: судостроение, металлургия, тяжелое машиностроение, эксплуатация во влажных и агрессивных средах, включая открытые горные работы.

Что означает маркировка «КГШВЭнг-LS»?

Это маркировка гибкого шахтного кабеля с ПВХ изоляцией, экранированного, с оболочкой из пониженно горючего ПВХ пластиката: КГШВЭ – базовая марка, нг – не распространяющий горение при групповой прокладке, LS (Low Smoke) – с пониженным дымо- и газовыделением при горении.

Заключение

Шахтные кабели являются критически важным элементом инфраструктуры горнодобывающего предприятия, от надежности и правильности выбора которых напрямую зависит безопасность, бесперебойность и экономическая эффективность производства. Их конструкция является результатом учета совокупности экстремальных эксплуатационных факторов. Строгое соответствие нормативной документации, грамотный подбор по параметрам сети и условиям работы, а также квалифицированный монтаж и обслуживание – обязательные условия для создания безопасной и устойчивой системы электроснабжения подземных объектов. Постоянное развитие материалов и технологий приводит к появлению новых, более совершенных типов кабелей, отвечающих растущим требованиям к энергоэффективности и интеллектуализации горных работ.