Politechnika Śląska Gliwice, dn. 27.10.2004 r.
w Gliwicach
Wydział Górnictwa i Geologii
Temat: Górnicze kable i przewody oponowe.
GRUPA 1
Specjalność: EZiZO wzG
Semestr IV
r. akadem. 2004/2005
1. Charakterystyka kabli górniczych i przewodów oponowych.
1.1. Budowa kabli.
Kable składają się z kilku warstw. Należą do nich następujące elementy:
Żyły robocze - służą do przesyłania energii elektrycznej, są izolowane, wykonane z miedzi lub aluminium. Kable elektroenergetyczne (miedziane i aluminiowe) są wykonane zasadniczo jako jedno-, trój-, lub czterożyłowe, natomiast kable sygnalizacyjne (miedziane) jako wielożyłowe (od 2 do 75 żył w kablu). Przekroje żył są znormalizowane. Żyły kabli elektroenergetycznych mają przekrój kołowy, owalny lub sektorowy. Żyły kabli mogą być jedno-, lub wielodrutowe (tzw. linki). Żyły wielodrutowe są droższe ale za to bardziej elastyczne i mniej zawodne, gdyż pęknięcie jednego drutu w takiej żyle nie powoduje przerwy w obwodzie elektrycznym. Giętkość kabli wielożyłowych uzyskuje się przez odpowiednie skręcenie izolowanych żył w tzw. rdzeń.W kablach o izolacji z gumy druty miedziane żył są wykonywane z miedzi miękkiej (wyżarzonej) i pokryte stopem cynowym, gdyż guma oddziaływuje chemicznie na miedź. Żyły kabli wykonuje się również z drutów aluminiowych: żyły o przekroju większym niż 35 mm2 - z aluminium miękkiego, a miękkiego mniejszym przekroju - z aluminium półtwardego.
Izolacja żył - Materiały stosowane na izolację żył to: papier, guma i tworzywa sztuczne (polwinit, polietylen itp.)
Izolacja papierowa - jest wykonana w postaci taśmy z papieru kablowego przesyconego syciwem elektroizolacyjnym (ściekającym lub nieściekającym) w celu polepszenia właściwości di elektrycznych i utrudnieniu procesu zawilgocenia izolacji. Syciwa nieściekające stosuje się do kabli układanych przy dużych różnicach poziomów. Taśmę nawija się spiralnie w warstwy wokół żyły. Izolację papierową stosuje się w kablach elektroenergetycznych o powłoce ołowianej na napięcie znamionowe od 3,6/6 do 23/40 kV.
Izolacja gumowa - jest mieszanką kauczuku syntetycznego, siarki i innych składników. Izolacja ta jest nałożona na żyły co najmniej w dwóch warstwach i owinięta taśmą nagumowaną, dzięki czemu żyły nie zlepiają się i uzyskuje się lepsze właściwości izolcyjne. Kable o izolacji gumowej są stosowane na napięcie do 1 kV, a wyjątkowo w górnictwie do 6 kV.
Izolacja z tworzyw sztucznych - jest wykonywana z polwinitu zmiękczonego tj. plastyfikowanego polichlorku winylu (PVC) lub polietylenu (PE). Polwinity miękkie stosuje się tam gdzie jest wymagana duża giętkość wyrobu. Coraz częściej stosuje się izolację z polietylenu, jednak ze względu na jego wrażliwość na działanie wody i innych zanieczyszczeń wynika potrzeba starannej ochrony kabla przed tymi czynnikami. Stosuje się również polwinit ciepłoodporny i polietylen usieciowany. Ten ostatni ze wzrostem temp. mięknie ale nie topi się.
Wypełnienie - materiał izolacyjny wypełniający szczeliny między izolacją żył a powłoką kabla. Na wypełnienie stosuje się papier, materiały włókniste nasycone olejem i tworzywa sztuczne.
Powłoka - szczelna powłoka chroni izolację kabla przed wilgocią, czynnikami chemicznymi i innymi wpływami zewnętrznymi. Na powłoki stosuje się: ołów, aluminium i tworzywa sztuczne. Ołów jest niekorzystny ze względu na dużą masę. Kable o powłokach aluminiowych mają tę zaletę, że mogą nie mieć pancerza gdyż ich powłoka jest na ogół wystarczająco wytrzymała.
Osłona powłoki - warstwa pod pancerzem chroniąca powłokę przed przecięciemlub zadrapaniem przez ostre krawędzie pancerza. Może być wykonana z materiału włóknstego, polewy ochronnej.
Pancerz - stosowany jest w celu ochrony kabla przed uszkodzeniami mechanicznymi. Wykonany jest on z drutów płaskich lub okrągłych, lub taśm stalowych nawiniętych spiralnie na osłonę powłoki kabla. Pancerz z drutów zwiększa również wytrzymałość kabla na działanie sił rozciągających.
Osłona zewnętrzna - chroni kabel (pancerz lub powłokę) przed szkodliwym wpływem czynników chemicznych i wilgoci. Najczęściej jest to osłona włóknista lub z tworzyw sztucznych. Osłonę z tworzyw sztucznych stanowi najczęściej wytłoczona warstwa polwinitu o grubości zależnej od średnicy kabla pod powłoką.
Elementy dodatkowe:
Żyła ochronna - (żo) jest to izolowana żyła w kablu wyróżniona barwą zielono-żółtą, wymagana przez określone środki ochrony przeciwporażeniowej.
Żyła powrotna - jest bezwzględnie wymagana w kablach elektroenergetycznych o izolacji z tworzyw sztucznych na napięcie znamionowe 3,6/6 kV i wyższe. Jest to warstwa metaliczna z drutów lub taśm miedzianych, nałożonych współosiowo na przewodzący ekran niemetaliczny. Służy ona do przewodzenia prądów zakłóceniowych, tj. zwarciowych i wyrównawczych w układzie wielofazowym. Chroni ona przed porażeniem w wypadku uszkodzenia powłoki i izolacji kabla.
Żyła probiercza - (żp) jest to izolowana żyła umieszczona zazwyczaj w wielodrutowej żyle roboczej, przeznaczona do pomiarów, sygnalizacji lub innego rodzaju obsługi urządzenia elektrycznego.
Izolacja ośrodka - jest stosowana w kablach wielożyłowych o budowie rdzeniowej. Izoluje ona dodatkowo żyły kabla od metalowej powłoki.
Ekrany - ( na żyle, na izolacji żył) są stosowane w kablach elektroenergetycznych na napięcie znamionowe powyżej 10 kV do 30 kV. Ekran na żyle wyrównuje i zmniejsza naprężenie elektryczne w pobliżu żyły, wykonany jest np. z warstwy papieru półprzewodzącego. Ekran na izolacji żył powoduje równomierny rozkład pola elektrycznego wokół każdej z żył i ograniczenie jego natężenia (zmniejsza możliwość przebicia kabla)oraz chroni [przed wpływem zewnętrznych pól elektrycznych, wykonuje się go np. z papieru metalizowanego.
1.2. Wymagania w zakresie konstrukcji kabli górniczych i przewodów oponowych:
Konstrukcja minimalizująca możliwość wydostania się napięcia na zewnątrz oraz wykluczająca powstanie zwarcia międzyprzewodowego wewnątrz kabla.
Odporność osłon i opon zewnętrznych na rozprzestrzenianie płomienia.
Odpowiednio małe wydzielanie dymu podczas palenia.
Odporność kabli na typowe narażenia mechaniczne takie jak np.: zgniatanie, uderzenia oraz występowanie sił tnących i miażdżących.
Stosowanie materiałów o odpowiednio wysokich parametrach mechanicznych i elektroizolacyjnych oraz odpornych na podwyższone temperatury pracy.
Budowa zapobiegająca wnikaniu oraz migracji w kablu wody.
Zdolność kabla do przenoszenia osiowych sił rozciągających.
1.3. Środki techniczne ograniczające zagrożenia wynikające z eksploatacji kabli
Zagrożenie |
Zastosowane środki techniczne |
Możliwość wydostania się napięcia na zewnątrz oraz powstania zwarcia międzyprzewodowego |
Ekrany indywidualne nałożone na izolację żył roboczych |
Możliwość przenoszenia oraz podtrzymywanie przez kabel płomienia |
Stosowanie na osłony trudnopalnego polwinitu |
Narażenia mechaniczne takie jak np.: zgniatanie, uderzenia, skręcanie oraz występowanie sił tnących i miażdżących |
Pancerze z drutów stalowych, ekrany ogólne |
Podwyższona temperatura pracy |
Izolacja z polietylenu usieciowanego (temperatura dopuszczalne długotrwale +90 ºC) |
Migracja w kablu wody |
Taśmy pęczniejące pod wpływem wody umieszczone pod i nad pancerzem lub ekranem ogólnym |
Występowanie osiowych sił rozciągających |
Pancerz z drutów stalowych okrągłych pod osłoną ochronną |
1.4. Symbolika w oznaczeniach kabli
K - kabel o żyłach miedzianych,
A - umieszczone przed K oznacza kabel o żyłach aluminiowych, umieszczone zaś na końcu symbolu oznacza zewnętrzną osłonę włóknistą (AKFtA),
Y - umieszczone po K oznacza izolację polwinitową (KY), a przed K powłokę polwinitową (YAKY),
X - umieszczone po K oznacza izolację polietylenową (YKX), a przed K oznacza powłokę polietylenową (XAKX),
S - umieszczone poi X oznacza izolację z polietylenu usieciowanego (YHAKXS)
c - umieszczone po X oznacza izolację z polietylenu ciepłoodpornego (YHAKXc), a po Y oznacza powłokę z polwinitu ciepłoodpornego (YcHAKXS),
n - umieszczone po X oznacza polietylen o zwiększonej odporności na rozprzestrzenianie się ognia (Xn),
Al - umieszczone przed K oznacza powłokę aluminiową (AlAKY),
G - umieszczone po K oznacza izolację gumową (KG),
Ft - umieszczone po K oznacza opancerzenie taśmami stalowymi (AKYFt)'
Fp - umieszczone po K oznacza opancerzenie drutami stalowymi płaskimi (KFpA), okrągłymi (KFoA),
Fo - umieszczone po K oznacza opancerzenie drutami,
y - umieszczone na końcu symbolu oznacza zewnętyrzną osłonę polwinitową (HAKy),
x - umieszczone na końcu oznacza zewnętrzną osłonę polietylenową (HAKnx),
H - umieszczone na początku symbolu oznacza kabel z żyłami ekranowanymi (YHAKX),
n - umieszczone po K oznacza kabel z syciwem nieściekającym (KnFt),
S - umieszczone po K oznacza kabel sygnalizacyjny,
żo - umieszczone na końcu symbolu oznacza żyłę ochronną (YAKY-żo),
żp - umieszczone na końcu symbolu oznacza kabel z żyłami probierczymi (YAKY-żp).
2. Budowa kabli przedstawionych na laboratorium.
2.1. YHKYekFpyn 3,6/6 kV
YHKYekFpyn - kabel (K) elektroenergetyczny z żyłami miedzianymi w ekranie indywidualnym o polu promieniowym (H), o izolacji polwinitowej (Y), w powłoce polwinitowej (Y) z ekranem ogólnym (ek), opancerzone drutami stalowymi płaskimi (Fp)w osłonie polwinitowej nierozprzestrzeniajacej płomienia (yn)
2.2. OnGc 0,6/1 kV
OnGc przewód elektroenergetyczny o żyłach miedzianych o izolacji z gumy ciepłoodpornej (Gc) i oponie z gumy odpornej na rozprzestrzenianie płomienia (On) z żyłami skręconymi w ośrodek na rdzeniu
2.3. YHKYekFoyn 3,6/6 kV
YHKYekFoyn - kabel (K) elektroenergetyczny z żyłami miedzianymi w ekranie indywidualnym o polu promieniowym (H), o izolacji polwinitowej (Y),w powłoce polwinitowej (Y) z ekranem ogólnym (ek), opancerzony drutami stalowymi okrągłymi (Fo), w osłonie polwinitowej nierozprzestrzeniajacej płomienia (yn)
2.4. YnHSTKY 0,6/1 kV
sygnalizacyjno-telefoniczny (ST) kabel (K) o izolacji polwinitowej (Y) z żyłami ekranowanymi indywidualnie (H), o powłoce polwinitowej nierozprzestrzeniajacej płomienia (Yn)
2.5. YHKYekyn 3,6/6 kV
YHKYekyn - kabel (K) elektroenergetyczny z żyłami miedzianymi w ekranie indywidualnym, o polu promieniowym (H), o izolacji polwinitowej (Y), w powłoce polwinitowej (Y) z ekranem ogólnym (ek), w osłonie polwinitowej nierozprzestrzeniajacej płomienia (yn)
2.6. OnGcn 0,6/1 kV 7-żyłowe
OnGcn — przewód elektroenergetyczny o żyłach miedzianych o izolacji z gumy
ciepłoodpornej z zewnętrzną warstwą trudnopalną (Gcn) i oponie z gumy odpornej na rozprzestrzenianie płomienia (On) z żyłami skręconymi w ośrodek na rdzeniu
5