هنگام انتخاب کابل ماینینگ، چه قطعات ضروری را باید در نظر بگیرید؟

چرا انتخاب کابل معدنی بیش از مهندسی کابل استاندارد نیاز دارد؟

محیط های معدنی یکی از سخت ترین تنظیمات الکتریکی و مکانیکی روی زمین هستند. معادن زیرزمینی، عملیات روباز و کارخانه‌های فرآوری سطحی همگی شرایطی را تحمیل می‌کنند که کابل‌های معمولی را ظرف چند ماه از بین می‌برد - یا باعث خرابی‌های فاجعه‌باری می‌شود که زندگی را به خطر می‌اندازد. کابل ماینینگ دسته ای تخصصی از کابل های برق و کنترل است که برای زنده ماندن از سوء استفاده مداوم مکانیکی، اتمسفرهای انفجاری، قرار گرفتن در معرض آب و گل، نوسانات شدید دما و خمش مداوم تحت بار طراحی شده است. انتخاب صحیح به معنای درک هر لایه از ساختار کابل و چگونگی کمک هر بخش به ایمنی و عمر مفید است. بخش‌های زیر اجزای حیاتی را که باید قبل از تعیین هر کابل ماینینگ ارزیابی شوند، بررسی می‌کند.

مواد هادی و ساخت و ساز

هادی هسته الکتریکی هر کابل است و در کاربردهای معدنی ساخت آن تاثیر مستقیمی بر عملکرد و دوام دارد. مس ماده رسانای استاندارد برای کابل‌های معدن است، زیرا رسانایی عالی، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر سخت شدن کار تحت خمش مکرر است - آلومینیوم خاصیت نمی‌تواند در مقاطع عرضی برابر با هم مطابقت داشته باشد. با این حال، نحوه رشته مس به همان اندازه مهم است.

کابل‌های ماینینگ معمولاً از هادی‌های رشته‌ای ریز یا طناب‌دار استفاده می‌کنند که به جای متمرکز کردن آن در چند سیم بزرگ، تنش مکانیکی را در بسیاری از سیم‌ها توزیع می‌کند. این امر عمر خستگی را در کاربردهای کابل پیچی، دنباله دار یا فستونی که کابل به طور مکرر در طول عمر خود به طور مکرر سیم پیچ و باز می شود، بهبود می بخشد. سطح مقطع هادی نیز باید با در نظر گرفتن افت ولتاژ و ظرفیت جریان خطا انتخاب شود، با در نظر گرفتن کابل اغلب بسیار طولانی بین منابع تغذیه سطحی و تجهیزات زیرزمینی.

پارامترهای هادی کلیدی برای تعیین:

• درجه خلوص مس - زمین سخت الکترولیتی (ETP) یا مس بدون اکسیژن برای حداکثر رسانایی
• کلاس رشته - کلاس 5 یا کلاس 6 برای برنامه های کاربردی انعطاف پذیر بر اساس IEC 60228
• قلع‌بندی - هادی‌های با روکش قلع در برابر خوردگی در محیط‌های زیرزمینی با رطوبت بالا مقاومت می‌کنند.
• سطح مقطع - اندازه بار واقعی، دمای محیط و افت ولتاژ مجاز

سیستم عایق و عملکرد دی الکتریک

لایه عایق هر هادی را احاطه کرده است و باید استحکام دی الکتریک قابل اعتماد را در طول عمر مفیدی که در سالهای استفاده سخت اندازه گیری می شود حفظ کند. در کابل های معدن، لاستیک EPDM (اتیلن پروپیلن دی ان مونومر) پرمصرف ترین ماده عایق است زیرا ترکیبی برجسته از انعطاف پذیری در دماهای پایین، استحکام دی الکتریک بالا، مقاومت عالی در برابر رطوبت و ازن، و عملکرد حرارتی خوب تا دمای 90 درجه سانتیگراد را به طور مداوم ارائه می دهد.

EPR (لاستیک اتیلن پروپیلن) جایگزینی نزدیک با خواص مشابه است. هر دو ماده انعطاف پذیری خود را بسیار کمتر از نقطه انجماد حفظ می کنند - یک ویژگی مهم برای کابل های مورد استفاده در عملیات سطح آب و هوای سرد یا بخش های زیرزمینی یخچال. پلی اتیلن متقاطع (XLPE) گاهی اوقات برای کابل های فیدر ماینینگ با ولتاژ بالاتر که درجه حرارتی بالاتر از 90 درجه سانتیگراد مورد نیاز است استفاده می شود، اما به طور کلی انعطاف پذیری کمتری نسبت به EPDM دارد و برای کاربردهای خمش مداوم کمتر مناسب است.

ضخامت عایق باید با درجه ولتاژ مدار مطابقت داشته باشد. استانداردهای کابل معدن - از جمله الزامات MSHA (اداره ایمنی و سلامت معدن) در ایالات متحده، AS/NZS 2802 در استرالیا، و IEC 60502 در سطح بین المللی - حداقل ضخامت عایق را برای هر کلاس ولتاژ مشخص می کند. تعیین عایق بالاتر از ولتاژ مدار واقعی، حاشیه ایمنی بیشتری را فراهم می کند و به افزایش عمر مفید کمک می کند.

هادی های زمین و بررسی زمین

اتصال زمین مناسب در کابل‌های استخراج اختیاری نیست - این یک نیاز ایمنی است. مقررات استخراج تقریباً در هر حوزه قضایی ایجاب می‌کند که کابل‌های قابل حمل و دنباله‌ای که تجهیزات سیار را تأمین می‌کنند، شامل هادی‌های زمین اختصاصی باشند که یک مسیر بازگشت با امپدانس کم برای جریان خطا فراهم می‌کنند. این تضمین می کند که اگر یک خطای فاز به زمین رخ دهد، رله یا فیوز محافظ به اندازه کافی سریع عمل می کند تا از باقی ماندن ولتاژ لمسی کشنده روی قاب تجهیزات جلوگیری کند.

بسیاری از طرح‌های کابل ماینینگ از یک رسانای کنترل زمین یا هدایتگر استفاده می‌کنند - یک هادی اضافی کوچک که توسط سیستم نظارت بر تداوم زمین (GCM) برای بررسی سالم بودن مسیر زمین قبل و در حین کار استفاده می‌شود. اگر هادی زمین خراب باشد، GCM مدار را قبل از استفاده از تجهیزات قطع می کند. این ویژگی برای کابل‌های دنباله‌دار در معدنچیان پیوسته، ماشین‌های شاتل، و سایر تجهیزات صورت در بسیاری از استانداردهای استخراج ذغال سنگ زیرزمینی و سنگ سخت اجباری است.

ترتیبات هادی زمین که معمولا در کابل های معدن یافت می شود:

• هادی های زمین متقارن: سه هادی زمین که به طور متقارن در اطراف هسته های قدرت قرار گرفته اند، امپدانس متعادل و تقارن مکانیکی را برای کاربردهای چرخاندن فراهم می کنند.
• زمین مونتاژ تک: یک هادی زمین بزرگتر در مرکز کابل یا لایه بیرونی - ساده تر اما متعادل تر برای خم شدن
• خلبان چک زمینی: یک هادی عایق با قطر کوچک که فقط برای مدارهای نظارت بر تداوم استفاده می شود

پوشش مواد و حفاظت مکانیکی

غلاف بیرونی خط دفاعی اولیه کابل در برابر سوء استفاده فیزیکی از محیط معدن است. باید در برابر برش، سایش، خرد شدن، آلودگی روغن، حمله شیمیایی و اشعه ماوراء بنفش - اغلب به طور همزمان، مقاومت کند. انتخاب ترکیب پوششی تقریباً از هر متغیر طراحی دیگری تأثیر بیشتری بر عمر مفید میدان دارد.

علاوه بر انتخاب مواد، ضخامت غلاف یک پارامتر حیاتی است. غلاف‌های ضخیم‌تر حفاظت مکانیکی بهتری را ارائه می‌کنند، اما وزن را افزایش داده و انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهند. تعادل بهینه به خطرات مکانیکی خاص نصب بستگی دارد - کابلی که روی سطوح سنگی کشیده می‌شود به غلاف ضخیم‌تر و محکم‌تری نسبت به کابلی که در سیستم فستون کابلی آویزان است نیاز دارد.

سازگاری با بازدارندگی شعله و ضد انفجار

آتش سوزی و انفجار فاجعه بارترین خطرات را در معادن زیرزمینی نشان می دهد. هم معادن زغال سنگ (که در آن متان و گرد و غبار زغال سنگ اتمسفر انفجاری ایجاد می کنند) و هم معادن سنگ سخت (که گازهای انفجاری در آنها باقی می ماند) به کابل هایی نیاز دارند که در صورت احتراق شعله پخش نمی شود. این یک الزام قانونی غیرقابل مذاکره است، نه ترجیح عملکرد.

کابل های معدن برای استفاده زیرزمینی باید آزمایش های استاندارد انتشار شعله را پشت سر بگذارند. در ایالات متحده، MSHA به انطباق با 30 CFR قسمت 18 تست مقاومت در برابر شعله نیاز دارد. استانداردهای بین المللی شامل IEC 60332-3 برای پخش شعله بر روی بسته های کابل و IEC 60754 برای محتوای هالوژن در گازهای احتراق است. کابل‌های مورد استفاده در معادن گازدار نیز باید الزامات ضد الکتریسیته ساکن را داشته باشند تا از جرقه‌های ناشی از شارژ سه‌الکتریک غلاف از احتراق متان جلوگیری کنند.

هنگام ارزیابی تاخیر در شعله، دود و گاز سمی خروجی در حین احتراق را نیز در نظر بگیرید. در یک مسیر زیرزمینی محدود، دود متراکم یا دودهای سمی ناشی از سوختن کابل‌ها می‌تواند معدنچیان را قبل از تخلیه ناتوان کند. به همین دلیل، ترکیبات پوششی بدون هالوژن با دود کم (LSZH) به طور فزاینده ای برای کاربردهای معدن زیرزمینی مشخص می شوند، حتی در مواردی که به صراحت اجباری نشده است.

انعطاف پذیری و شعاع خمش برای کاربردهای دینامیک

بسیاری از کابل‌های ماینینگ نصب‌های ثابت نیستند - آنها باید به طور مکرر در طول هر شیفت خم شوند. کابل های دنباله دار برای ماینرهای مداوم و ماشین های شاتل صدها بار در روز کشیده می شوند، سیم پیچ می شوند و صاف می شوند. چرخاندن کابل‌ها روی حلقه‌های کابل روی بیل‌ها و کش‌کش‌ها حتی بیشتر می‌چرخند. طراحی کابل باید بدون خرابی هادی ها، ترک خوردن عایق، یا لایه لایه شدن غلاف، این مورد را در نظر بگیرد.

حداقل شعاع خمش - که معمولاً به صورت مضربی از قطر کلی کابل بیان می شود - محکم ترین منحنی را که کابل می تواند بدون آسیب تحمل کند را تعیین می کند. برای کاربردهای قرقره، شعاع خم دینامیکی در حین کار باید بالاتر از این حداقل در تمام موقعیت های قرقره باقی بماند. طرح‌های کابل‌هایی که برای چرخاندن در نظر گرفته شده‌اند، از هندسه رشته‌ای تخصصی، طول لایه و مواد پرکننده استفاده می‌کنند تا تنش خمشی را تا حد امکان به طور مساوی در سطح مقطع توزیع کنند. صرفاً استفاده از یک کابل استاندارد در یک برنامه چرخشی یک اشتباه رایج و پرهزینه است که منجر به خرابی زودرس می شود.

رتبه بندی ولتاژ، انطباق با استانداردها و گواهینامه

هر کابل ماینینگ باید دارای درجه بندی ولتاژ مشخصی باشد که مطابق با مداری که ارائه می کند - یا فراتر از آن باشد. سیستم های قدرت استخراج معمولاً در 600 ولت، 1000 ولت، 3.3 کیلو ولت، 6.6 کیلو ولت و 11 کیلوولت بسته به نوع تجهیزات و کشور کار می کنند. استفاده از کابل با درجه ولتاژ نامناسب یک خطر ایمنی جدی است، در حالی که مشخصات بیش از حد قابل توجه هزینه و وزن غیر ضروری را اضافه می کند.

فراتر از رتبه بندی ولتاژ، تأیید کنید که کابل دارای تمام گواهینامه های شخص ثالث مورد نیاز برای حوزه قضایی استفاده است. تایید MSHA برای کابل های دنباله دار و قابل حمل در معادن ایالات متحده الزامی است. معادن استرالیا نیاز به انطباق با AS/NZS 2802 و مقررات معدنی ایالتی دارند. عملیات اروپایی باید الزامات قابل اجرا ATEX یا IECEx برای کابل های مورد استفاده در اتمسفرهای بالقوه انفجاری را برآورده کند. این گواهینامه ها تشریفات اداری نیستند - آنها تأیید می کنند که کابل به طور مستقل آزمایش و تأیید شده است تا سطوح عملکرد ایمنی مورد نیاز استانداردها را برآورده کند. خرید کابل های تایید نشده برای کاهش هزینه خطری است که هیچ اپراتور مسئول معدن نباید آن را بپذیرد.