礦用電纜截面積選擇與校驗(yàn)

鞏煒

摘 要：礦用電纜導(dǎo)線截面的選擇是井下供電設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵內(nèi)容，選擇合適的電纜導(dǎo)線截面，可以使設(shè)備電壓正常、高效運(yùn)行，過(guò)流保護(hù)動(dòng)作靈敏度校驗(yàn)容易滿足要求，為煤礦供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，電纜選型也是工程技術(shù)人員所應(yīng)掌握的一個(gè)基本技能。

關(guān)鍵詞：礦用電纜 截面積 選擇 校驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（b）-0042-03

隨著煤炭生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化程度的不斷提高，煤礦生產(chǎn)設(shè)備逐步向復(fù)雜化、多樣化邁進(jìn)，煤礦設(shè)備的可靠運(yùn)行對(duì)生產(chǎn)效益的提高起著決定性作用，因此，礦井設(shè)備的選型顯得尤為重要，合理、準(zhǔn)確的選型可以為設(shè)備安全可靠運(yùn)行提供基本保障，該文對(duì)礦用電纜的截面積選擇方法做出了介紹。

1 電纜選用的基本要求

礦用電纜由于其使用環(huán)境的復(fù)雜性，基于其所敷設(shè)的位置、傾角、作用等因素，必須滿足一些基本要求，這些要求是電纜選型必須遵從的基本原則，大體有以下幾條。

（1）電纜實(shí)際敷設(shè)地點(diǎn)的水平差應(yīng)與規(guī)定的電纜允許敷設(shè)水平差相適應(yīng)。

（2）電纜應(yīng)帶有供保護(hù)接地用的足夠截面的導(dǎo)體。

（3）嚴(yán)禁采用鋁包電纜。

（4）必須選用經(jīng)檢驗(yàn)合格并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的阻燃電纜。

（5）電纜主線芯的截面應(yīng)滿足供電線路負(fù)荷的要求。

（6）對(duì)固定敷設(shè)的高壓電纜要求。

①在立井井筒或傾角45°其以上的井巷內(nèi)，應(yīng)采用聚氯乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

②在水平巷道或傾角45°以下的井巷內(nèi)，應(yīng)采用聚氯乙烯絕緣鋼帶或細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜、交聯(lián)乙烯鋼帶或細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

③在進(jìn)風(fēng)斜井、井底車場(chǎng)及其附近、中央變電所至采區(qū)變電所之間，可以采用鋁芯電纜；其他地點(diǎn)必須采用銅芯電纜。

④固定敷設(shè)的低壓電纜，應(yīng)采用MW鎧裝或非鎧裝電纜或?qū)?yīng)電壓等級(jí)的移動(dòng)橡套軟電纜。

⑤非固定敷設(shè)的高低壓電纜，必須采用符合Mr818標(biāo)準(zhǔn)的橡套軟電纜。移動(dòng)式和手持式電氣設(shè)備應(yīng)使用專用橡套電纜。

⑥照明、通信、信號(hào)和控制用的電纜，應(yīng)采用鎧裝通信電纜、橡套電纜或M型塑料電力電纜。

⑦低壓電纜不應(yīng)采用鋁芯，采區(qū)低壓電纜嚴(yán)禁采用鋁芯。

2 電纜截面積選擇方法

通常井下電纜線路的截面選擇步驟大體如以下幾點(diǎn)。

（1）計(jì)算線路最大長(zhǎng)時(shí)電流。

（2）按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選導(dǎo)線截面。

（3）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度允許最小截面。

（4）校驗(yàn)允許的電壓損失。

2.1 線路最大長(zhǎng)時(shí)電流的計(jì)算

線路最大長(zhǎng)時(shí)電流即指電纜線路所帶負(fù)荷最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流，假設(shè)電纜線路所帶最大負(fù)荷功率為Pmax（kW），則最大電流計(jì)算方法如下：

由于 Pmax=UNImaxcosφ （1）

則

Imax=Pmax/（UNcosφ）=1/（UNcosφ）×Pmax （2）

設(shè)：K=1/（UNcosφ），

則 Imax=K×Pmax （3）

式中：

Pmax為電纜線路所帶最大負(fù)荷功率，單位kW；

UN為電纜線路的額定電壓，單位kV；

Imax為電纜線路最大負(fù)荷電流，單位A；

cosφ為電纜線路所帶最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)；

K為電纜線路最大電流對(duì)應(yīng)的功率系數(shù)；

通過(guò)計(jì)算，功率系數(shù)取值大體（如表1）。

對(duì)于煤礦井下設(shè)備，cosφ一般取0.75～0.8，所以當(dāng)額定電壓UN確定后，便可以計(jì)算出K的值，然后根據(jù)線路的最大負(fù)荷功率Pmax與K的乘積，便可以計(jì)算出線路最大負(fù)荷電流。

2.2 按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選導(dǎo)線截面

為了使導(dǎo)線在正常運(yùn)行時(shí)溫度不超過(guò)其長(zhǎng)時(shí)允許溫度，導(dǎo)線的長(zhǎng)時(shí)允許電流應(yīng)不小于流過(guò)導(dǎo)線的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流。即：

Ip>Ica

式中：

Ip為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（一般為25 ℃）時(shí)，電纜線路長(zhǎng)時(shí)允許電流，單位A；

Ica為電纜線路最大長(zhǎng)時(shí)電流，單位A；

Ip的值可以由查表得出，以礦用移動(dòng)屏蔽橡套軟電纜（MYP）為例，表格（如表2），其他電纜也可通過(guò)相應(yīng)表格查出，此處不再一一列出。

Ica的值一般取式（3）中的Imax，可由2.1中線路最大長(zhǎng)時(shí)電流的計(jì)算方法算出，然后依據(jù)Ip>Ica的原則對(duì)導(dǎo)線截面積進(jìn)行初選。

3 電纜截面積的校驗(yàn)

通過(guò)電纜長(zhǎng)時(shí)最大電流與電纜長(zhǎng)時(shí)允許電流的比較，再通過(guò)查表即可初步選擇出電纜的截面積，但是要真正滿足實(shí)際選型要求，還必須對(duì)電纜的機(jī)械強(qiáng)度和電壓降落進(jìn)行校驗(yàn)，合格后才是最終的型號(hào)。

3.1 機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)

電纜在工作面和巷道中敷設(shè)，難免會(huì)受到外部機(jī)械力的作用，截面太小的電纜容易出現(xiàn)斷線、護(hù)套破裂、絕緣損壞現(xiàn)象。礦用橡套電纜應(yīng)符合表3的要求，以避免在拖拽、碰撞等外力作用下斷線、破裂。

3.2 電壓損耗校驗(yàn)

輸電線路通過(guò)電流時(shí)，將產(chǎn)生電壓損失，所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術(shù)差值，為了保證電壓質(zhì)量，從變壓器出口處至電動(dòng)機(jī)的線路電壓損失應(yīng)不大于線路的允許電壓損失。

3.2.1 電壓損耗的計(jì)算方法

（1）線路等效電路圖。

在交流供電系統(tǒng)中，電纜線路存在阻抗，阻抗由電阻和電抗組成，電流流過(guò)阻抗時(shí)，在阻抗兩端產(chǎn)生的電壓差稱為電壓降。電壓損耗指電壓降得代數(shù)值。一般用百分?jǐn)?shù)表示。（如圖1）

U末-U初=ΔU=I×ZL

式中：

U末為電纜靠近負(fù)荷側(cè)末端電壓，單位V；

U初為電纜靠近變壓器側(cè)始端電壓，單位V；

ΔU為電纜線路電壓降，單位V；

I為電纜線路電流，單位A；

Z為電纜線路電抗，Z=，單位Ω/km；

L為電纜線路長(zhǎng)度，單位km；

（2）電壓降向量圖。

以線路末端電壓UOA為基準(zhǔn)值，假設(shè)其初相為零，Φ為電壓UOA與負(fù)荷電流I的相位差，cosΦ即為負(fù)荷的功率因數(shù)，電纜有效電阻上的電壓UAE與與電流同向，阻抗兩端的電壓UED與電流方向相差90°，所以電壓降向量圖（如圖2）。

由圖2可見(jiàn)，電壓降為矢量，電壓損耗為AC：

ΔU=UOD-UOA=UAE+UED

而UAE=IR，UED=I×jX，故ΔU=I（R+jX），若設(shè)電流有效值為IOA，用有效值表示為：

ΔU=I×

按圖2換算成長(zhǎng)度，有：

AC=AB+BC，

AB=IOAR×cosΦ，

BC=IOAX×SinΦ，

故電壓損失值：

ΔUΦ=IOAR×cosΦ+IOAX×SinΦ

ΔU、ΔUΦ為每相電壓降、電壓損耗，再乘以就換算成了線電壓降和線電壓損耗。

3.2.2 基于電壓降的截面積校驗(yàn)

井下變壓器的二次側(cè)額定電壓1.05UN，電動(dòng)機(jī)的允許最低電壓為0.95UN，因此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過(guò)10%UN?？紤]到變壓器的電壓損失通常不超過(guò)5%UN，故從變壓器出口處到線路末端的線路電壓損失不得超過(guò)5%UN，因此，當(dāng)計(jì)算出電壓損耗ΔUΦ時(shí)，通過(guò)下式進(jìn)行校驗(yàn)：

ΔUΦ%≤5%

若滿足要求，則所選電纜截面積合格，若不滿足條件，則增加截面積型號(hào)，重新校驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

電纜截面積的選擇是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中所面臨的一個(gè)最為基本也尤為重要的環(huán)節(jié)，電纜的合理選型不僅有利于降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是可以為安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，因此，電纜選型也是工程技術(shù)人員所應(yīng)掌握的一個(gè)基本技能。

參考文獻(xiàn)

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