КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ ШАХТНЫЙ

Полезная модель относится к кабельной отрасли электротехнической промышленности, может быть использована в горнодобывающей отрасли и предназначена для стационарной и подвижной прокладки на открытом воздухе, а так же для присоединения к электрической сети шахтного бурильного инструмента, передвижных машин, механизмов или электроустановок, работающих в очистных и подготовительных забоях шахт и рудников. Могут применяться в условиях с тропическим климатом. Кабели предназначены для работы на напряжение 660 В или 1140 В (0,6/1 кВ) переменного тока частотой 50 Гц на основных жилах, при этом напряжение вспомогательных жил 220 В переменного тока частотой 50 Гц, и на напряжение 3300 В (1,8/3 кВ) переменного тока частотой 50 Гц на основных жилах, при этом напряжение вспомогательных жил 380 В переменного тока частотой 50 Гц.
Из предшествующего уровня техники известен наиболее близкий аналог (прототип) - кабель силовой гибкий, содержащий три основные токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из резины и электропроводящим эластичным экраном из резины, одну жилу заземления и три либо шесть изолированных вспомогательных жил, причем вспомогательные жилы скручены в группу, три основные изолированные экранированные жилы и группа из вспомогательных жил скручены вокруг жилы заземления, а поверх скрученных жил содержится резиновая оболочка, либо каждая жила заземления скручена с двумя вспомогательными жилами в группу, три основные изолированные экранированные жилы и три группы из вспомогательных жил и жилы заземления скручены вокруг полимерного жгута, а поверх скрученных жил содержится резиновая оболочка, либо вспомогательные жилы скручены в группы по три, три основные жилы и три группы вспомогательных жил скручены вокруг жилы заземления, а поверх скрученных жил содержится резиновая оболочка, либо одну жилу заземления и пять изолированных вспомогательных жил, скрученных в группу вокруг полимерного жгута, причем поверх скрученной группы из вспомогательных жил содержится скрепляющая обмотка, три основные изолированные экранированные жилы и группа из вспомогательных жил с обмоткой скручены вокруг жилы заземления с заполнением междужильного пространства жгутами из синтетических нитей, а поверх скрученных жил содержится двухслойная резиновая оболочка, упрочненная между слоями синтетическими нитями (патент RU №149930 «Силовой гибкий шахтный кабель (варианты)», М.кл. Н01В 7/18, опубликованный 27.01.2015).
Недостатком данной конструкции является недостаточная механическая стойкость наружной оболочки кабеля.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала шахтных кабелей, работающих в широком диапазоне рабочего напряжения от 1140 В до 6000 В и обладающих высокой эксплуатационной надежностью за счет использования в конструкции кабеля наружной оболочки из термопластичного полиуретана с повышенными физико-механическими характеристиками.
3
Данная задача достигается за счет того, что кабель силовой шахтный гибкий содержит три основные медные изолированные резиной токопроводящие жилы, экранированные полупроводящей резиной, изолированные вспомогательные жилы, неизолированную жилу заземления и наружную оболочку, при этом наружная оболочка кабеля выполнена из термопластичного полиуретана на основе полиэстера с пределом прочности не менее 35 МРа, прочностью на разрыв не менее 130 Н/мм, относительным удлинением при разрыве не менее 660%, твердостью по Шору не менее 85, стойкостью к истиранию не менее 35 мм.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение надежности работы кабеля и увеличение срока его эксплуатации.
Шахтные силовые кабели вследствие большой протяженности и тяжелых условий эксплуатации относятся к наиболее легкоуязвимым и опасным элементам подземных электрических сетей. Постоянно перемещаясь по забоям вслед за машинами, они подвергаются частым повреждениям от ударов породой, наездов техники с раздавливанием изоляции, испытывают ударные нагрузки, циклические нагрузки, обрывы токопроводящих жил, действие растягивающих усилий и нахождение под действием агрессивных сред. На их долю приходится 40% аварий. Высокая повреждаемость кабеля является одной из основных причин взрывной рудничной атмосферы, возникновения пожара или поражения электрическим током. В связи с этим к шахтным кабелям предъявляются высокие требования в эксплуатации, при этом, в конструкции кабеля очень важную роль играет наружная оболочка, обеспечивающая защиту изоляции и токопроводящих жил кабеля от внешних повреждающих факторов. Необходимо, чтобы наружная оболочка для выполнения своих функций обладала отличной устойчивостью к истиранию, высокой эластичностью, высокими усилиями на растяжение и на разрыв, маслобензостойкостью, стойкостью к надрезам, стойкостью к изменениям температуры в широком диапазоне с сохранением своих свойств. Кабель с наружной оболочкой из термопластичного полиуретана на основе полиэстера выдерживает очень «жесткие» условия эксплуатации в шахтах и забоях, наружная оболочка из этого материала обладает повышенной устойчивостью к надрезам и растяжениям. Там, где оболочка обычного кабеля под нагрузкой или из-за перегрева легко деформируется и «расходиться» - этот материал остается в полностью рабочем состоянии. Кроме того, он обладает особой стойкостью к воздействию ультрафиолета и озона. В таблице приведены сравнительные характеристики резины и термопластичного полиуретана.
Испытания на маслостойкость проводились на образцах оболочки по ГОСТ 20799 в среде индустриального масла И-40А или И-50А в течении 24 ч при температуре (100±2)°С. Отклонение прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве до и после воздействия масла было менее 40%. Данный полимер обладает супер способностью растягиваться (коэффициент удлинения 660%), при этом его прочность не менее 35 МРа. Кроме того, у полимера очень высокая стойкость к надрезу, то есть если при надрезе обычный материал может разойтись, то термопластичный полиуретан не даст разрезу дальше расползаться по кабелю. Ни один полимер не способен выдержать таких жестких условий. Кроме того, технические характеристики оболочки из термопластичного полиуретана остаются стабильными в течение длительного времени (то есть материал практически не стареет) в отличие, например, от стандартных резиновых оболочек, которые с течением времени теряют эластичность и недолговечны.
3
Таким образом, наружная оболочка кабеля, изготовленная из термопластичного полиуретана с указанными характеристиками (пределом прочности не менее 35 МРа, прочностью на разрыв не менее 130 Н/мм, относительным удлинением при разрыве не менее 660%), твердостью по Шору не менее 85, стойкостью к истиранию не менее 35 мм) обладает высокой упругостью, устойчивостью к разрывам, превосходной стойкостью к истиранию, высокой стойкостью к гидролизу и окислению, хорошей устойчивостью к растворителям и свету, что в совокупности обеспечивает силовой шахтный кабель очень высокой надежностью при эксплуатации, увеличивает срок эксплуатации и решает поставленную техническую задачу.
Токопроводящие жилы и жила заземления кабеля, предназначенного для работы в районах с тропическим климатом изготавливаются из медной проволоки луженой оловом или свинцово-оловянистым сплавом. На токопроводящие жилы кабеля дополнительно может быть наложен разделительный слой в виде синтетической пленки для исключения залипания резины. Жила заземления выполняется неизолированной, но на нее и на вспомогательные жилы может быть дополнительно наложен экран из электропроводящей резины. Вспомогательные жилы кабеля располагаются либо в межфазном пространстве основных жил, либо к центре кабеля. При этом возможны различные варианты взаимного расположения и скрутки основных жил с вспомогательными жилами и жилой заземления. Так, если кабель содержит более одной вспомогательной жилы, то они скручиваются в группы. Группа из двух вспомогательных жил скручивается с жилой заземления, при этом жила заземления может быть расщеплена на три, а скрутка всех жил (основных, групп из вспомогательных жил и жилы заземления) производится вокруг сердечника, выполненного из резиновой смеси на основе синтетических нитей. Сердечник может быть выполнен профилированным. Группы из трех вспомогательных жил и основные жилы скручены вокруг жилы заземления. Группа из пяти или шести вспомогательных жил скручена вокруг резинового сердечника на основе синтетических нитей, затем эти группы скручиваются с основными токопроводящими жилами вокруг жилы заземления. В этой конструкции кабеля также могут использоваться упрочняющие жгуты из электропроводящей резины на основе синтетических нитей. Поверх скрутки группы вспомогательных жил наложена прорезиненная тканевая лента или лента из нетканого полотна или синтетической пленки и/или общий экран из электропроводящей резины. Поверх всех скрученных жил наложены или синтетическая пленка или нетканое полотно или ленты из электропроводящего материала методом обмотки или внутренний экран из электропроводящей резины. Наличие скрутки жил вокруг профилированного сердечника из электропроводящей резины на основе этиленпропиленового каучука или резины с синтетическими нитями увеличивает гибкость и прочность кабеля на разрыв и растяжение. Изоляция одно или двухслойная из этиленпропиленовой резины с высокой электрической и термической стойкостью позволяет выдерживать длительно-допустимую температуру на токопроводящих жилах (90°С), электрическое сопротивление изоляции основных жил - не менее 100 Мом/км. Благодаря высоким термомеханическим характеристикам теплостойкой резины изгиб кабеля (в том числе термодинамическая нагрузка) вызывает незначительные механические напряженности слоев изоляции, что в свою очередь, не провоцирует неравномерного распределения электрической напряженности в толщине изоляции и увеличивает стойкость кабеля к электрическим и механическим нагрузкам. Внутренний слой наружной оболочки кабеля или однослойная оболочка проникают в свободное пространство между изолированными (экранированными) жилами, образуя междужильное заполнение. Однослойная наружная оболочка может быть выполнена с оптико-волоконным модулем. В случаях изготовления кабеля с мониторинговой жилой или в сочетании оптико-волоконного модуля с мониторинговой жилой, или с упрочняющим слоем и оптико-волоконным модулем наружная оболочка выполняется только в двухслойном варианте. Наружная оболочка силового шахтного кабеля выполнена из термопластичного полиуретана и может быть выполнена в люминесцентном варианте.
Изготовление кабеля осуществляется на базе известного кабельного оборудования и стандартных технологий. Процесс изготовления включает такие операции, как волочение медной проволоки на волочильных машинах, скрутку токопроводящих жил на крутильных машинах для скрутки токопроводящих жил, наложение резиновой изоляции на агрегатах непрерывной вулканизации, изготовление профилированного сердечника на экструзионной линии Л-50, общую скрутку основных экранированных и вспомогательных жил с жилой заземления на крутильных машинах для общей скрутки, оплетка производится на оплеточных машинах, наложение мониторинговой жилы на крутильной машине, наложение оболочек на агрегатах непрерывной вулканизации. Конструкция кабеля по заявляемой полезной модели успешно опробована и изготавливается на предприятии ООО «Камский кабель».