マイニングケーブルを選択する際に考慮しなければならない重要な部品は何ですか?

マイニングケーブルの選択に標準ケーブルエンジニアリング以上のものが求められる理由

採掘環境は、地球上で最も電気的および機械的に要求の厳しい環境の 1 つです。地下鉱山、露天掘り作業、地表処理工場ではすべて、通常のケーブルが数か月以内に破壊されるか、生命を危険にさらす壊滅的な障害を引き起こす条件が課せられます。 マイニングケーブル は、絶え間ない機械的酷使、爆発性雰囲気、水や泥への曝露、極端な温度変動、負荷がかかった状態での継続的な屈曲に耐えるように設計された、特殊なカテゴリの電源および制御ケーブルです。正しく選択することは、ケーブル構造のすべての層と、各部品が安全性と耐用年数にどのように寄与するかを理解することを意味します。次のセクションでは、採掘ケーブルを指定する前に評価する必要がある重要なコンポーネントを詳しく説明します。

導体の材質と構造

導体はケーブルの電気の中心であり、鉱山用途ではその構造が性能と耐久性の両方に直接影響します。銅は、その優れた導電性、柔軟性、繰り返し曲げによる加工硬化に対する耐性により、鉱山ケーブルの標準的な導体材料です。この特性は、同等の断面ではアルミニウムには匹敵しません。ただし、銅をより線にする方法も同様に重要です。

鉱山ケーブルでは通常、細かく撚られた導体またはロープレイ撚り導体が使用され、機械的応力が少数の大きなワイヤに集中するのではなく、多くの個々のワイヤに分散されます。これにより、耐用年数を通じてケーブルが繰り返し巻き取られたり巻き戻されたりする巻き取りケーブル、トレーリングケーブル、またはフェストゥーンケーブル用途での疲労寿命が大幅に向上します。導体断面積は、地表電源と地下設備の間で非常に長いケーブルが配線されることが多いことを考慮して、電圧降下と故障電流容量を考慮して選択する必要もあります。

指定する主要な導体パラメータ:

• 銅純度グレード - 電解タフピッチ (ETP) または無酸素銅で最大限の導電率を実現
• より線クラス — IEC 60228 に準拠した柔軟なアプリケーション向けのクラス 5 またはクラス 6
• 錫メッキ — 錫コーティングされた導体は、高湿度の地下環境での腐食に耐えます。
• 断面積 — 実際の負荷、周囲温度、許容電圧降下に応じたサイズ

絶縁システムと誘電性能

絶縁層は各導体を囲み、長年の過酷な使用で測定される耐用年数全体にわたって信頼性の高い絶縁耐力を維持する必要があります。鉱山ケーブルでは、EPDM (エチレン プロピレン ジエン モノマー) ゴムが最も広く使用されている絶縁材料です。これは、低温での柔軟性、高い絶縁耐力、湿気やオゾンに対する優れた耐性、および連続 90°C までの良好な熱性能の優れた組み合わせを備えているためです。

EPR (エチレンプロピレンゴム) は、同様の特性を持つ密接に関連した代替品です。どちらの材料も凝固点をはるかに下回る温度でも柔軟性を維持します。これは、寒冷地での地上作業や地下の冷蔵セクションで使用されるケーブルにとって重要な特性です。架橋ポリエチレン (XLPE) は、90°C を超える熱定格が必要な高電圧鉱山フィーダー ケーブルに使用されることがありますが、一般に EPDM よりも柔軟性が低く、連続的に屈曲する用途にはあまり適していません。

絶縁体の厚さは回路の定格電圧に適合する必要があります。米国の MSHA (鉱山安全衛生局) 要件、オーストラリアの AS/NZS 2802、および国際的な IEC 60502 を含む鉱山ケーブル規格では、各電圧クラスの最小絶縁厚さが指定されています。実際の回路電圧より高い絶縁定格を指定すると、追加の安全マージンが提供され、耐用年数の延長に役立ちます。

接地導体と接地検査導体

採掘ケーブルの適切な接地はオプションではなく、生命の安全を確保するための要件です。事実上すべての管轄区域の鉱業規制では、モバイル機器に供給する可搬ケーブルや引き込みケーブルには、故障電流の低インピーダンスの戻り経路を提供する専用の接地導体を含めることが義務付けられています。これにより、相対地絡故障が発生した場合に、保護リレーまたはヒューズが十分に迅速に動作し、致命的な接触電圧が機器フレームに持続するのを防ぐことができます。

多くの鉱山ケーブル設計には、接地チェックまたはパイロット導体も組み込まれています。これは、接地経路が動作前および動作中に損傷していないことを確認するために、接地導通監視 (GCM) システムによって使用される小さな追加の導体です。接地線が断線した場合、GCM は機器を使用する前に回路の電源を遮断します。この機能は、多くの地下石炭および硬岩採掘規格において、連続採掘機、シャトルカー、およびその他の切羽設備のケーブルを引き付けるために必須です。

鉱山ケーブルで一般的に見られる接地線の配置:

• 対称接地導体: 電源コアの周囲に対称的に配置された 3 本の接地導体により、リール用途にバランスのとれたインピーダンスと機械的対称性を提供します
• 単一のアセンブリアース: ケーブルの中心または外層に 1 つの大きな接地導体 - シンプルですが、屈曲のバランスが悪くなります
• 地上検査パイロット: 導通監視回路のみに使用される小径の絶縁導体

外装材と機械的保護

外側のシースは、鉱山環境での物理的な悪用に対するケーブルの主な防御線です。切断、摩耗、粉砕、油汚染、化学的攻撃、および紫外線放射に対して、多くの場合同時に耐えることが必要です。被覆材の選択は、他のほぼすべての設計変数よりも現場での耐用年数に大きな影響を与えます。

材料の選択に加えて、シースの厚さも重要なパラメータです。シースが厚いと機械的保護は向上しますが、重量が増加して柔軟性が低下します。最適なバランスは、設置時の特定の機械的危険によって異なります。岩肌の上を引きずられるケーブルには、ケーブルフェストゥーンシステムに吊り下げられたケーブルよりも厚くて丈夫なシースが必要です。

難燃性および防爆適合性

火災と爆発は、地下採掘における最も壊滅的なリスクを表します。炭鉱 (メタンと石炭の粉塵が爆発性雰囲気を作り出す場所) と特定のハードロック鉱山 (爆破ガスが残留する場所) では、点火しても火炎が伝播しないケーブルが必要です。これは交渉の余地のない規制要件であり、パフォーマンスの優先事項ではありません。

地下で使用する採掘ケーブルは、標準化された火炎伝播テストに合格する必要があります。米国では、MSHA は 30 CFR Part 18 の難燃性テストへの準拠を義務付けています。国際規格には、ケーブル束の火炎伝播に関する IEC 60332-3 と燃焼ガス中のハロゲン含有量に関する IEC 60754 が含まれます。ガスが多い鉱山で使用されるケーブルは、シースの摩擦帯電によって発生する火花がメタンに点火するのを防ぐため、特定の帯電防止要件も満たさなければなりません。

難燃性を評価する際には、燃焼時の煙や有毒ガスの発生も考慮してください。限られた地下坑道では、燃えるケーブルからの濃煙や有毒ガスが鉱山労働者を避難させる前に行動不能にする可能性があります。このため、明示的に義務付けられていない場合でも、低煙ゼロハロゲン (LSZH) 被覆化合物が地下採掘用途に指定されることが増えています。

動的用途向けの柔軟性と曲げ半径

多くの採掘ケーブルは静的な設置ではなく、シフトごとに繰り返し屈曲する必要があります。継続的な鉱山労働者やシャトルカーの牽引ケーブルは、1 日に何百回も引きずられ、巻き付けられ、まっすぐにされます。シャベルやドラグラインのケーブルリールでケーブルを巻き取る頻度はさらに高くなります。ケーブル設計は、導体の疲労破壊、絶縁体の亀裂、またはシースの剥離を発生させずに、これに対応する必要があります。

最小曲げ半径 (通常、ケーブル全体の直径の倍数で表されます) は、ケーブルが損傷することなく許容できる最もきつい曲線を定義します。リーリング用途の場合、動作中の動的曲げ半径は、すべてのリール位置でこの最小値を超えていなければなりません。巻き取り用のケーブル設計では、特殊な撚線形状、撚り長さ、および充填材を使用して、断面全体に曲げ応力をできるだけ均等に分散します。単に標準のトレーリングケーブルを巻取り用途に使用することは、早期の故障につながるよくある間違いであり、コストが高くつきます。

定格電圧、規格準拠、および認証

すべての採掘ケーブルは、使用する回路に一致する、またはそれを超える、明確に定義された電圧定格を伝送する必要があります。鉱山電力システムは通常、機器の種類や国に応じて 600V、1000V、3.3kV、6.6kV、および 11kV で動作します。不適切な電圧定格のケーブルを使用すると、重大な安全上の問題が発生するだけでなく、大幅な仕様超過により、不必要なコストと重量が増加します。

電圧定格以外にも、ケーブルが使用管轄区域に必要なすべての第三者認証を取得していることを確認してください。 MSHA の承認は、米国の鉱山における引き込みケーブルとポータブル ケーブルに必須です。オーストラリアの鉱山では、AS/NZS 2802 および州の鉱山規制に準拠する必要があります。欧州での事業は、爆発の可能性のある雰囲気で使用されるケーブルに適用される ATEX または IECEx 要件を満たさなければなりません。これらの認証は行政上の手続きではなく、規格が要求する安全性能レベルを満たすためにケーブルが独立してテストおよび検証されていることを確認します。コスト削減のために認証されていないケーブルを購入することは、責任ある鉱山経営者が受け入れるべきリスクです。