Кабели ICEA S-75-381 на 8 kV: минимальное сечение жил, экранирование и правила применения EPDM/PUR

Согласно стандарту ANSI/ICEA S-75-381 / NEMA WC 58, минимальное сечение фазной токопроводящей жилы для передвижного шахтного кабеля на напряжение 8,000 V составляет 4 AWG (21.2 mm²). Неэкранированные контрольные жилы малого сечения, такие как 1.0 mm² или 1.5 mm², по стандарту не могут быть рассчитаны на номинальное напряжение 8 kV. При напряжении 8 kV каждая фаза требует полупроводящих экранов, стенки изоляции из этиленпропиленовой резины (EPR) толщиной 3.8 mm и металлического экрана.

Закупщик горнодобывающего предприятия из Южной Америки недавно запросил у нас расчет стоимости многожильного медного кабеля Class 5 с изоляцией EPDM и полиуретановой (PUR/TPU) наружной оболочкой на номинальное напряжение 8 kV по стандарту ICEA S-75-381. Подобные запросы возникают, когда в закупочной ведомости смешиваются сечения низковольтных контрольных жил и стандарт на шахтные силовые кабели среднего напряжения. Это также случается, когда напряжение контрольного заводского испытания электрической прочности ошибочно принимают за длительное рабочее напряжение системы.

Почему контрольные жилы малого сечения противоречат требованиям ICEA S-75-381 на 8 kV

In ANSI/ICEA S-75-381 / NEMA WC 58, передвижные кабели на номинальное напряжение свыше 2,000 V представляют собой трехфазные экранированные силовые гибкие шахтные кабели. Основной конструкцией является экранированный гибкий шахтный кабель Type SHD-GC. Приложение переменного напряжения 8,000 V AC к метрическим контрольным жилам малого сечения (таким как 1.0 mm² или 1.5 mm²) создает четыре прямых инженерных противоречия со стандартом:

• Минимальный диаметр жилы и напряженность электрического поля: медная жила сечением 1.0 mm² имеет диаметр всего около 1.3 mm. При межфазном напряжении 8 kV такой малый радиус кривизны концентрирует радиальную напряженность электрического поля у поверхности проводника. Чтобы удерживать диэлектрическую нагрузку в безопасных пределах для изоляции из этиленпропиленовой резины (EPR), стандарт ICEA S-75-381 устанавливает строгие минимальные сечения жил. Серия Type SHD-GC начинается с 6 AWG (13.3 mm²) для классов 2 kV и 5 kV и с 4 AWG (21.2 mm²) для класса 8 kV.
• Обязательное трехслойное экранирование фаз: каждая фазная жила на 8 kV по ICEA S-75-381 требует экрана по жиле из экструдированного полупроводящего эластомера или полупроводящей ленты. Поверх этого экрана накладывается стенка изоляции из EPR на 90 °C толщиной 0.150 in (3.8 mm) и полупроводящий экран по изоляции. Конструкцию фазной жилы завершает комбинированный оплеточный экран из луженой меди и текстильной нити с плотностью перекрытия не менее 60 %. Экструзия полупроводящих экранов и стенки EPR среднего напряжения толщиной 3.8 mm поверх тонкого провода 1.0 mm² механически и электрически нецелесообразна.
• Триада силовых жил (3P + 2G + 1GC): стандартные шахтные кабели на 8 kV не скручиваются из шести одинаковых изолированных жил. Вместо этого три экранированные фазные жилы собираются в триаду. Два неизолированных заземляющих проводника стренговой скрутки из луженой меди располагаются в двух внешних межжильных промежутках в непосредственном контакте с фазными экранами. Один желтый контрольный проводник контроля целостности заземления (10, 8 или 6 AWG) с изоляцией из полипропилена или EPR занимает третий промежуток.
• Стойкость к растяжению и барабанной намотке: передвижные шахтные кабели должны выдерживать динамическое тяговое усилие и многократные изгибы на направляющих роликах. Медные жилы малого сечения 1.0 mm² не обладают механическим сечением, необходимым для несения тяжелых экранов и оболочек среднего напряжения без специального грузонесущего элемента.

Сравнение сечения жил, конструкции скрутки, экранирования фаз, схемы расположения жил и вариантов оболочки для кабелей ICEA S-75-381 Type SHD-GC на 8 kV, комбинированных кабелей Type SHD-PCG и низковольтных контрольных кабелей EPDM/PUR

Сравнительная матрица — текстовая версия

Для каждого критерия ниже значения приведены в следующем порядке: Type SHD-GC (8 kV); Type SHD-PCG (2–5 kV); шланговый кабель управления (0.6/1 kV).

• Трехфазное силовое питание 8 kV: да; нет; нет.
• Контрольные жилы малого сечения (1.0 mm²): нет; ограниченно; да.
• Минимальное сечение силовой жилы: 4 AWG (21.2 mm²); 2/0 AWG (67.4 mm²); 0.5–1.0 mm².
• Полупроводящий и оплеточный экран фазы: да; да; нет.
• Изоляция жил из EPR / EPDM на 90 °C: да; да; да.
• Термореактивная оболочка CPE или тяжелая оболочка TPU: да; да; да.

Что стандарт ICEA S-75-381 предписывает для передвижных шахтных кабелей на 8 kV

Когда мобильная горная машина или фидер подстанции работает от трехфазной сети переменного тока 8,000 V AC, конструкция кабеля соответствует стандартным параметрам, представленным на нашей странице экранированный гибкий шахтный кабель Type SHD-GC:

• Классы номинального напряжения: 2,000 V, 5,000 V, 8,000 V, 15,000 V и 25,000 V при 100 % уровне изоляции.
• Диапазон сечений жил на 8 kV: от 4 AWG до 500 kcmil для трех экранированных фазных жил. Типовая допустимая токовая нагрузка на открытом воздухе составляет от 122 A (4 AWG) и 211 A (1/0 AWG) до 536 A (500 kcmil) при температуре жилы +90 °C и температуре окружающей среды 40 °C.
• Наименьший стандартный типоразмер на 8 kV (3 × 4 AWG): три фазные жилы стренговой скрутки из луженой меди сечением 4 AWG (259 проволок), две неизолированные заземляющие жилы из луженой меди 8 AWG и одна контрольная жила контроля заземления 8 AWG. В кабеле применяется стенка изоляции из EPR толщиной 0.150 in (3.8 mm) и наружная оболочка из термореактивного хлорированного полиэтилена (CPE) толщиной 0.205 in (5.2 mm). Типовой номинальный наружный диаметр составляет 1.94 in (49.3 mm), а типовая масса — 2,308 lb/kft (3,435 kg/km).
• Основа конструкции токопроводящих жил: отожженная луженая медь стренговой скрутки по ASTM B172 и ASTM B33 (от 133 до 1,221 проволок в зависимости от размера AWG/kcmil). Метрическая пучковая скрутка IEC 60228:2023 Class 5 применяется в европейских контрольных кабелях и кабелях по стандартам IEC, но не в стандартных силовых жилах по ICEA S-75-381.
• Температурные пределы и радиус изгиба: максимальная длительная температура жилы +90 °C (в сухих или влажных условиях), температура аварийной перегрузки +130 °C, температура короткого замыкания +250 °C и минимальная рабочая температура −40 °C. Минимальный радиус изгиба составляет 12 × OD для кабелей на 8 kV – 25 kV по сравнению с 8 × OD для классов 2 kV и 5 kV.
• Требования по испытаниям на нераспространение горения: кабели для подземных и открытых горных работ испытываются на огнестойкость и нераспространение горения по требованиям MSHA 30 CFR Part 7 и проходят вертикальные испытания пламенем по CSA C22.2 No. 96 FT1 / FT4.

Для более подробного изучения вопросов заземления, контроля целостности заземления и расчета падения напряжения ознакомьтесь с нашим руководством Шахтные кабели ICEA S-75-381: руководство по Type W, G-GC и SHD-GC и Кабели Type SHD-GC 8kV, 15kV и 25kV: токовая нагрузка и потери.

Разрез кабеля Type SHD-GC, показывающий фазные жилы из луженой меди, полупроводящие экраны, изоляцию EPR, комбинированный оплеточный экран и тяжелую наружную оболочку

Может ли шахтный кабель ICEA S-75-381 на 8 kV сочетать изоляцию EPDM или EPR с полиуретановой наружной оболочкой?

Закупщики часто спрашивают, может ли кабель по стандарту ICEA S-75-381 сочетать изоляцию из этиленпропилендиенового каучука (EPDM) или этиленпропиленовой резины (EPR) с наружной оболочкой из термопластичного полиуретана (PUR / TPU):

• Фазная изоляция из EPR / EPDM является стандартной: стандарт ICEA S-75-381 предписывает использование озоностойких термореактивных компаундов EPR / EPDM на 90 °C для фазной изоляции на классы напряжения от 2 kV до 25 kV. Типовая номинальная толщина стенки EPR составляет от 1.8 до 2.4 mm при 2 kV, от 2.8 до 3.0 mm при 5 kV и 3.8 mm (0.150 in) при 8 kV. При напряжениях 15 kV и 25 kV толщина стенки EPR увеличивается до 5.3 mm (0.210 in) и 6.6 mm (0.260 in).
• Термореактивная оболочка CPE в сравнении с термопластичной оболочкой TPU: в стандартных кабелях Type SHD-GC применяется двухслойная особо тяжелая оболочка из термореактивного хлорированного полиэтилена (CPE), армированная кордной сеткой (радиальная толщина стенки от 3.9 до 7.5 mm). Однако поверх экранированных жил по ICEA S-75-381 также может экструдироваться тяжелая наружная оболочка из TPU. Оболочку из TPU выбирают там, где приоритетом является защита от сильных порезов породой, абразивного износа, воздействия масел или высокая заметность цвета оболочки.
• Гибкие шахтные кабели на 8–15 kV в оболочке из TPU: наш светящийся гибкий шахтный кабель SHD-GC LED 8–15 kV в оболочке TPU сочетает фазные жилы с изоляцией EPR и медным оплеточным экраном (3/C + 2G + 1GC) с тяжелой наружной оболочкой из TPU для передвижной эксплуатации при температурах от −40 до +90 °C. В классе напряжения 8 kV типовые исполнения в оболочке TPU включают 3 × 2 AWG + 2 × 8 + 1 × 8 GC (номинальный наружный диаметр OD 52.8 mm, масса 3,950 kg/km, ток 159 A). Более крупный вариант на 8 kV — 3 × 1/0 AWG + 2 × 6 + 1 × 8 GC (номинальный наружный диаметр OD 58.4 mm, масса 5,120 kg/km, ток 211 A).

Горизонтальный ступенчатый разрез кабеля ICEA S-75-381 на 8–15 kV с фазной изоляцией EPR, оплеточными экранами из луженой меди и наружной оболочкой из TPU

Три инженерных решения при смешанной спецификации

Когда в запросе одновременно указаны медные жилы малого сечения Class 5, изоляция EPDM, наружная оболочка PUR и класс напряжения 8 kV по стандарту ICEA S-75-381, уточните, какую из трех задач фактически должен выполнять кабель:

• Вариант 1 — Низковольтный шланговый кабель управления с требованием испытания напряжением 8 kV: во многих морских, подводных или промышленных испытательных системах многожильный медный кабель Class 5 (по IEC 60228:2023) имеет изоляцию EPDM и цветную оболочку из PUR. Он работает при напряжении 300/500 V или 0.6/1 kV, тогда как величина 8 kV представляет собой напряжение заводского искрового испытания постоянным током, высоковольтного испытания или кратковременного импульса. В этом случае исключите ссылку на силовой стандарт ICEA S-75-381. Укажите длительное рабочее напряжение U0/U, требуемое испытательное напряжение переменного (AC) или постоянного тока и радиальную толщину изоляции.
• Вариант 2 — Комбинированный гибкий шахтный кабель с силовыми и контрольными жилами: Для некоторых машин требуются три силовые фазные жилы среднего напряжения и вспомогательные контрольные жилы под одной наружной оболочкой. Для такого режима выбирайте комбинированную конструкцию, например экранированный шахтный кабель для очистных забоев Type SHD-PCG 2 kV / 5 kV с контрольной группой или низковольтный переносной шахтный кабель Type G-GC 2 kV. Кабель Type SHD-PCG объединяет три экранированные силовые жилы (от 2/0 AWG до 350 kcmil) с контрольной группой на 600 V (3 × 8 AWG PCG) и жилой заземления. Внутри комбинированного кабеля контрольная группа рассчитана на 600 V, а не на 8 kV.
• Вариант 3 — Полноценный трёхфазный силовой гибкий шахтный кабель на 8 kV: Если цепь подаёт трёхфазное питание 8,000 V AC, выбирайте сечение фазных токопроводящих жил от 4 AWG и выше (например, 2 AWG или 1/0 AWG) в конфигурации 3P + 2G + 1GC. Используйте экранированный гибкий шахтный кабель Type SHD-GC or светящийся гибкий шахтный кабель SHD-GC LED 8–15 kV в оболочке TPU.

Трёхэтапный инженерный алгоритм для согласования спецификаций, сочетающих малые контрольные жилы со стандартами на шахтные кабели среднего напряжения

Алгоритм выбора — текстовая версия

1. Если цепь передаёт трёхфазное питание 8,000 V AC, используйте кабель Type SHD-GC или SHD-GC LED 8 kV: от 4 AWG до 500 kcmil в конфигурации 3P + 2G + 1GC.
2. Если машине требуются силовое питание среднего напряжения и контрольные жилы на 600 V под одной оболочкой, рассмотрите Type SHD-PCG с тремя экранированными фазами, контрольной группой 600 V и жилой заземления.
3. Если значение 8 kV обозначает только заводское испытательное напряжение или импульсный уровень для контрольных жил, укажите гибкий контрольный кабель 0.6/1 kV Class 5 EPDM/PUR и согласуйте испытательное напряжение.

В остальных случаях перед выбором кабеля уточните длительное рабочее напряжение U0/U, ток и применимый стандарт.

Какие данные направить для подбора кабеля под заказ

Чтобы быстро получить техническое заключение и технический паспорт на шахтный или специальный эластомерный кабель, укажите в запросе следующие данные:

• Напряжение и тип сети: Укажите, является ли напряжение (например, 600 V, 2 kV или 8 kV) длительным межфазным переменным напряжением системы AC, номиналом постоянного тока DC или приёмо-сдаточным испытательным напряжением.
• Конфигурация и сечения жил: Уточните, передают ли все жилы сигналы управления или кабель выполнен по схеме с тремя фазными жилами, двумя жилами заземления и одной жилой контроля заземления (3P + 2G + 1GC).
• Стандарт скрутки токопроводящих жил: Подтвердите метрическое сечение в mm² по IEC 60228 Class 5 или североамериканский калибр AWG/kcmil из лужёной меди стренговой скрутки по ASTM B172 / ASTM B33.
• Экранирование: Укажите, требуются ли индивидуальные полупроводящие экраны и металлическая оплётка по фазным жилам, общий экран в виде медной оплётки или неэкранированная изоляция.
• Материалы изоляции и оболочки: Подтвердите изоляцию жил из EPR / EPDM на 90 °C и укажите, должна ли наружная оболочка быть выполнена из реактопластичного CPE или термопластичного полиуретана PUR / TPU (включая требуемый цвет оболочки).
• Условия эксплуатации: Укажите температуру окружающей среды, режим намотки на барабан или буксировки (trailing), минимальный радиус изгиба и требуемую строительную длину на барабане.

Проверьте наши экранированный гибкий шахтный кабель Type SHD-GC и светящийся гибкий шахтный кабель SHD-GC LED 8–15 kV в оболочке TPU, либо свяжитесь с TEBAOFLEX через WhatsApp по номеру +86 185 9591 3361, по электронной почте info@tebaoflex.com или через нашу форму обратной связи.

Часто задаваемые вопросы

Каковы минимальное сечение жилы и требования к экранированию для кабеля на 8 kV по стандарту ICEA S-75-381?

Согласно ANSI/ICEA S-75-381 / NEMA WC 58 (Tables 3-9 to 3-13), минимальное стандартное сечение фазной жилы для кабеля Type SHD-GC на 8,000 V составляет 4 AWG (21.2 mm²). Для этого размера типовая допустимая токовая нагрузка на открытом воздухе равна 122 A при температуре жилы 90 °C. Для классов напряжения 2,000 V и 5,000 V стандартный ряд начинается с 6 AWG (93 A). Каждая фазная жила на 8 kV должна иметь экструдированный полупроводящий экран по жиле, стенку изоляции из EPR толщиной 0.150 in (3.8 mm), полупроводящий экран по изоляции и комбинированный экран в виде оплётки из лужёной меди (плотность перекрытия ≥ 60 %).

Может ли шахтный кабель на 8 kV по ICEA S-75-381 иметь изоляцию из EPDM или EPR и полиуретановую наружную оболочку?

Да. Стандарт ICEA S-75-381 предусматривает реактопластичную резину EPR / EPDM на 90 °C для фазной изоляции во всех классах напряжения от 2 kV до 25 kV. Стандартные кабели Type SHD-GC имеют двухслойную наружную оболочку из реактопластичного CPE (толщина стенки от 3.9 до 7.5 mm). Однако поверх экранированного сердечника с изоляцией EPR может экструдироваться особо прочная наружная оболочка из термопластичного полиуретана (PUR / TPU) специальных цветов или из прозрачного компаунда (как в гибких шахтных кабелях SHD-GC LED 8–15 kV) для защиты от сильного истирания, порезов породой и воздействия масел в диапазоне от −40 °C до +90 °C.

Почему контрольная жила сечением 1.0 mm² Class 5 не может быть рассчитана на 8 kV по стандарту ICEA S-75-381?

Токопроводящая жила 1.0 mm² Class 5 имеет диаметр всего около 1.3 mm. При переменном напряжении 8,000 V AC столь малый радиус создаёт чрезмерную радиальную напряжённость электрического поля, что приводит к коронному разряду и пробою изоляции. Кроме того, стандарт ICEA S-75-381 требует применения фазных жил стренговой скрутки из лужёной меди по ASTM B172 / ASTM B33 с полупроводящими экранами, металлической оплёткой и межфазными жилами заземления и контроля заземления. Малогабаритные кабели 1.0 mm² Class 5 EPDM/PUR изготавливаются как гибкие кабели управления на 300/500 V или 0.6/1 kV, а не как шахтные силовые кабели на 8 kV.

В чём разница между шахтными кабелями Type SHD-GC и Type SHD-PCG?

Type SHD-GC — это специализированный трёхфазный экранированный силовой гибкий шахтный кабель (3P + 2G + 1GC) на напряжение от 2 kV до 25 kV сечением от 6 AWG (или 4 AWG при 8 kV) до 500 kcmil. Type SHD-PCG — это комбинированный гибкий шахтный кабель для очистных забоев на 2 kV или 5 kV. Он объединяет три экранированные силовые фазные жилы (например, 2/0 AWG или 4/0 AWG) и жилу заземления с внутренней контрольной группой на 600 V (обычно 3 × 8 AWG PCG) под одной армированной оболочкой из CPE.

Как температура окружающей среды влияет на допустимую токовую нагрузку кабеля Type SHD-GC на 8 kV?

Стандартные таблицы допустимых токовых нагрузок ICEA S-75-381 для шахтных кабелей с изоляцией EPR на 90 °C уже рассчитаны исходя из температуры окружающего воздуха 40 °C для одиночного кабеля, проложенного открыто. Типовые значения токовой нагрузки на воздухе для 8 kV составляют 122 A для 4 AWG, 159 A для 2 AWG и 211 A для 1/0 AWG. При температуре воздуха 40 °C понижающий температурный коэффициент не требуется, однако для кабелей, работающих в несколько слоёв на кабельном барабане или в закрытых каналах, необходимо применять понижающие коэффициенты из-за ухудшения охлаждения.