Кабели шахтные с пластмассовой изоляцией

Кабели шахтные с пластмассовой изоляцией: конструкция, типы, применение и нормативная база

Шахтные кабели с пластмассовой изоляцией представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для эксплуатации в условиях подземных горных выработок угольных, рудных и сланцевых шахт, классифицируемых как взрывоопасные зоны. Их основное функциональное назначение – передача и распределение электрической энергии, питание стационарных, передвижных и переносных механизмов, а также организация освещения и сигнализации. Ключевым отличием от кабелей общего назначения является обязательное соответствие повышенным требованиям пожарной и взрывобезопасности, механической прочности и устойчивости к агрессивной шахтной среде.

Особенности эксплуатационных условий и предъявляемые требования

Условия эксплуатации в шахтах относятся к категории экстремальных, что формирует специфический набор требований к кабельной продукции:

• Взрывобезопасность: Конструкция кабеля должна исключать возможность воспламенения взрывоопасной рудничной атмосферы (метановоздушной или угольной пыли) при коротком замыкании, перегрузке или механическом повреждении.
• Пожаростойкость и малодымность: Изоляционные и защитные материалы должны обладать пониженной горючестью, не поддерживать горение при удалении источника огня и выделять минимальное количество дыма и токсичных газообразных продуктов (галогенов) при термическом разложении.
• Механическая прочность: Устойчивость к растяжению, сдавливанию, истиранию, многократным изгибам и ударам, что обусловлено движением техники, обрушением породы, натяжением при перемотке.
• Гигроскопичность и стойкость к агрессивной среде: Защита от воздействия высокой влажности, рудничных вод (часто с повышенной кислотностью или щелочностью), углеводородных масел, смазочных материалов.
• Электрическая надежность: Стабильность изоляционных свойств в условиях постоянной влажности и механических нагрузок.

Конструктивные элементы шахтных кабелей с пластмассовой изоляцией

Конструкция таких кабелей является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из медной проволоки, обладающей высокой электропроводностью, гибкостью и коррозионной стойкостью. Жилы могут быть однопроволочными (для стационарной прокладки) и многопроволочными (для гибких подключений к передвижным механизмам). Класс гибкости обычно не ниже 3-5. Сечения жил стандартизированы и соответствуют рядам от 1.0 мм² до 150 мм² и более, в зависимости от назначения кабеля.

2. Изоляция жил

Выполняется из композиций на основе поливинилхлорида (ПВХ) или сшитого полиэтилена (СПЭ). В современных кабелях для шахт, опасных по газу и пыли, преимущественно применяются специальные термоэластопласты или безгалогенные композиции на основе этиленвинилацетата (EVA), полиолефинов с минеральными наполнителями. Эти материалы обеспечивают необходимые диэлектрические свойства, гибкость, а главное – нераспространение горения и низкое дымовыделение.

3. Поясная изоляция и заполнитель

Поверх изолированных жил часто накладывается слой изоляционного материала (поясная изоляция), а пространство между жилами заполняется жгутом из негорючего материала (например, резиновой смеси или мелонаполненного ПВХ). Это придает кабелю круглую форму, повышает механическую и электрическую стабильность.

4. Экран (при наличии)

В кабелях на напряжение 3 кВ и выше, а также в кабелях для питания частотно-регулируемых приводов обязательным элементом является экран. Он выполняется в виде медной ленты, оплетки из медных проволок или их комбинации. Экран выравнивает электрическое поле, защищает от внешних электромагнитных помех и обеспечивает безопасность при повреждении изоляции.

5. Оболочка

Внешний защитный слой, определяющий многие эксплуатационные свойства кабеля. Для шахтных кабелей используются материалы с повышенной механической прочностью, маслостойкостью и нераспространением горения: специальные поливинилхлоридные пластикаты (ПВХ), полиуретан (ПУ), термоэластопласты. Оболочка может иметь отличительную расцветку (часто оранжевую) и рельефную маркировку.

6. Армирующие элементы

Для повышения сопротивления растяжению в конструкцию гибких кабелей (например, для проходческих комбайнов) вводятся силовые элементы – плетеные или витые синтетические нити (арамид, полиэфир) или тонкие стальные тросики, расположенные под оболочкой.

Классификация и основные типы кабелей

Классификация шахтных кабелей осуществляется по нескольким ключевым признакам: области применения, номинальному напряжению, гибкости и конструктивным особенностям.

Таблица 1. Основные типы шахтных кабелей с пластмассовой изоляцией и их характеристики

Тип кабеля (пример обозначения по ГОСТ/ТУ)	Назначение и область применения	Номинальное напряжение, кВ	Ключевые конструктивные особенности
КШВЭ, КШВГЭ	Питание стационарных установок, магистральная и участковая разводка в подземных выработках. Наиболее распространенный тип для сетей до 1 кВ и 6 кВ.	0.66/1; 1.8/3; 3.6/6	Медные жилы, изоляция и оболочка из ПВХ или безгалогенных композиций. Наличие экрана (индекс «Э») для напряжений 3 кВ и выше. Броня из стальных оцинкованных проволок (индекс «В» в КШВГЭ) для повышенной механической защиты.
КГЭШ, КГШЭС	Питание передвижных горных механизмов: проходческие комбайны, скребковые конвейеры, погрузочные машины. Высокая гибкость.	0.38/0.66; 0.66/1; 1.8/3	Многопроволочные жилы высокой гибкости (класс 4-5). Изоляция и оболочка из резины или специальных термоэластопластов. Наличие экрана. Армирующие элементы для стойкости к растяжению. Оболочка маслостойкая, нераспространяющая горение.
КШП, КШПЭ	Питание подземного освещения, сигнализации, аппаратуры управления (цепи контроля).	0.38/0.66	Небольшие сечения жил (1.5-4 мм²). Может иметь плоскую форму для удобства крепления. Оболочка из негорючего ПВХ.
КШМ, КШМЭ	Подключение шахтных машин (буровых станков, врубовых машин). Умеренная гибкость.	0.38/0.66; 0.66/1	Жилы класса гибкости 3-4. Усиленная, стойкая к истиранию оболочка (часто полиуретановая).

Нормативная документация и маркировка

Производство и применение шахтных кабелей строго регламентируется национальными и межгосударственными стандартами, а также правилами безопасности.

• ГОСТ 31565-2012 (МЭК 60079-0:2011): Основной стандарт, устанавливающий общие технические требования к кабелям взрывозащищенным. Заменяет собой множество устаревших ГОСТов на конкретные марки кабелей.
• Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ): Определяют обязательные к применению типы кабелей для различных зон и механизмов.
• Стандарты МЭК 60079 и EN 50214: Актуальны для кабелей, поставляемых на международный рынок.

Маркировка кабеля включает в себя торговую марку, тип кабеля, номинальное напряжение, количество и сечение жил, год изготовления и длину. Обязательным является наличие на барабане и в сопроводительных документах знака взрывозащиты (Ex), указывающего на соответствие кабеля как компонента взрывозащищенного оборудования.

Критерии выбора и особенности монтажа

Выбор конкретной марки кабеля осуществляется на основе технического задания, включающего:

• Род и величину напряжения в сети.
• Мощность и характер нагрузки (стационарная, передвижная).
• Условия прокладки (подвес, укладка в грунт, в трубах, подверженность растяжению).
• Категорию взрывоопасности зоны (по ПБ или зонам по ПУЭ/МЭК).
• Требования к гибкости и минимальному радиусу изгиба.
• Климатическое исполнение (температурный диапазон, влажность).

Монтаж и соединение шахтных кабелей должны производиться специально обученным персоналом с применением предназначенных для этого комплектующих: взрывобезопасных муфт, концевиков, вводов. Особое внимание уделяется герметизации мест соединений, сохранению целостности экрана и заземляющих жил. Запрещается использование изоленты ПВХ для ремонта изоляции под напряжением.

Тенденции развития и новые материалы

Основные направления развития связаны с повышением безопасности и долговечности:

• Переход на безгалогенные материалы (LSZH — Low Smoke Zero Halogen): Снижение токсичности и коррозионной активности дыма при пожаре.
• Применение полиуретановых (ПУ) оболочек: Обеспечивают исключительную стойкость к истиранию, маслам, многократным перегибам и механическим ударам.
• Совершенствование экранирования: Для обеспечения электромагнитной совместимости мощных преобразователей частоты.
• Повышение пожарной стойкости: Разработка композиций, способных сохранять целостность изоляции и работоспособность в течение заданного времени в условиях открытого огня (огнестойкие кабели).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля КШВГЭ от КГЭШ?

Кабель КШВГЭ предназначен в основном для стационарной прокладки (питание распределительных пунктов, стационарных трансформаторов). Он имеет жилы умеренной гибкости и может быть бронирован. Кабель КГЭШ – гибкий, предназначен для передвижных механизмов. Его жилы имеют высокий класс гибкости (5), а в конструкции присутствуют армирующие элементы. Оболочка КГЭШ, как правило, более стойка к истиранию и маслам.

Обязательно ли наличие экрана в шахтном кабеле на напряжение 0.66/1 кВ?

Для питания силовых стационарных установок на 1 кВ экран может не требоваться, если это не оговорено проектом или правилами для конкретного механизма. Однако для питания частотно-регулируемых электроприводов (VFD) экран является обязательным для снижения электромагнитных помех. Для сетей 3 кВ и выше экран является обязательным элементом по условиям электрической безопасности и выравнивания поля.

Можно ли проложить шахтный кабель в сыром бетонном канале на поверхности?

Да, шахтные кабели с пластмассовой изоляцией и оболочкой, как правило, имеют исполнение по климатическим условиям категории УХЛ (умеренный и холодный климат) и могут прокладываться в земле (траншеях), кабельных каналах, в том числе сырых, при условии отсутствии растягивающих нагрузок. Для агрессивных грунтов рекомендуется дополнительная защита в виде труб.

Какой минимальный радиус изгиба при прокладке для кабеля КГЭШ 3х35+1х10+3х4?

Минимально допустимый радиус изгиба для гибких шахтных кабелей указывается в технических условиях завода-изготовителя. Для кабелей типа КГЭШ с многопроволочными жилами он обычно составляет не менее 6-8 наружных диаметров кабеля. Для точного расчета необходимо знать конкретный конструктивный диаметр кабеля, но в среднем для такого сечения он составит примерно 300-400 мм.

Разрешается ли сращивание шахтных кабелей в подземных выработках?

Сращивание (ремонт) кабелей разрешается, но с соблюдением строгих правил, изложенных в ПБ и инструкциях. Соединение должно производиться с помощью специальных взрывозащищенных кабельных муфт, обеспечивающих тот же уровень защиты, что и сам кабель. Место соединения должно быть доступно для осмотра. Сращивание гибких кабелей, питающих постоянно передвигающиеся механизмы, как правило, не рекомендуется.

Что означает маркировка «Ex e I Mb» на барабане с кабелем?

Данная маркировка свидетельствует о том, что кабель сертифицирован как компонент взрывозащищенного оборудования:

• Ex – знак взрывозащиты.
• e – вид взрывозащиты «повышенная безопасность» (для зон 1, 2).
• I – категория оборудования для подземных выработок шахт.
• Mb – уровень защиты оборудования для применения в рудничной атмосфере.

Это подтверждает, что кабель может применяться в самых опасных условиях – в выработках, опасных по газу (метану) и пыли.