采煤機(jī)變頻裝置用電纜的研制

朱峰林，李萬(wàn)松，李 兵，葉 磊

(安徽凌宇電纜科技有限公司，安徽 無(wú)為238371)

0 引言

采煤機(jī)具有啟停頻繁、變速?gòu)?fù)雜等特點(diǎn)，引入變頻系統(tǒng)后能夠?qū)Σ擅簷C(jī)進(jìn)行較大范圍的控制和調(diào)節(jié)，使得采煤機(jī)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，控制更加精確，但與之相連接的普通采煤機(jī)電纜往往會(huì)發(fā)生控制失靈的現(xiàn)象。采煤機(jī)電纜用于采煤機(jī)的動(dòng)力電源連接和控制信號(hào)傳輸，隨著采煤機(jī)前后左右來(lái)回移動(dòng)，電纜經(jīng)受?chē)?yán)重的拖拉、彎曲和扭轉(zhuǎn)，以及可能的煤塊或落石的沖擊，工況復(fù)雜，因此對(duì)電纜的安全性能和功能性要求更高?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12972—2008和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT 818—2009均是針對(duì)傳統(tǒng)采煤機(jī)電纜，沒(méi)有涉及到變頻裝置用采煤機(jī)電纜。

本文將介紹我公司采煤機(jī)變頻裝置用電纜的研制情況，詳述其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝及測(cè)試性能。

1 性能要求

采煤機(jī)電纜是采煤機(jī)關(guān)鍵配件之一，它要兼顧采煤機(jī)的主供電和遠(yuǎn)程控制兩大功能。在引入變頻系統(tǒng)后，它除了應(yīng)符合傳統(tǒng)采煤機(jī)電纜性能要求外，還必須滿足變頻系統(tǒng)條件下的使用功能:變頻調(diào)速系統(tǒng)的整流和逆變電子組件產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)電磁輻射、傳導(dǎo)和感應(yīng)耦合對(duì)電纜及周邊元器件產(chǎn)生干擾和破壞作用，對(duì)采煤機(jī)電纜最突出的表現(xiàn)在于高次諧波疊加造成電纜地線芯產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流;由于地線芯外無(wú)絕緣層，直接通過(guò)半導(dǎo)電層與護(hù)套層接觸，易導(dǎo)致護(hù)套表面的感應(yīng)電過(guò)大，使得井下?lián)炻├^電器判斷電纜漏電而進(jìn)行漏電保護(hù)，斷電停機(jī);對(duì)控制線芯產(chǎn)生信號(hào)干擾，造成控制線芯出錯(cuò)，無(wú)法開(kāi)機(jī)或誤動(dòng)作。因此，采煤機(jī)電纜應(yīng)當(dāng)具備抑制諧波和抗干擾能力，要求電纜控制線芯屏蔽和總屏蔽在工頻(50 Hz)條件下的理想屏蔽系數(shù)應(yīng)不大于0.8。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為MCVFP 1.9/3.3kV 3×150+3×70/3+3×6采煤機(jī)變頻裝置用電纜結(jié)構(gòu)示意圖。

2.1 導(dǎo)體

動(dòng)力線芯導(dǎo)體采用鍍錫軟銅導(dǎo)體，性能符合GB/T 3956—2008第6類導(dǎo)體的要求，股線復(fù)絞時(shí)絞合方向相同，最外層絞合節(jié)距倍數(shù)控制在10～12，以提高電纜柔軟性和抗彎曲性能。

為了保證電纜整體結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)稱，將地線芯導(dǎo)體束絞在控制線芯外，兼做控制線芯屏蔽。

圖1 采煤機(jī)變頻裝置用電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

為了提高控制線芯壽命，防止線芯斷裂，導(dǎo)體中心采用高強(qiáng)度滌綸纖維材料加強(qiáng)，六類鍍錫銅絲分層纏繞在該纖維上，纏繞節(jié)距倍數(shù)控制在3～5，這種方式生產(chǎn)的控制導(dǎo)體類似于彈簧，其特點(diǎn)是抗拉、耐彎曲、柔軟性好、電氣性穩(wěn)定。

2.2 絕緣

控制線芯絕緣和動(dòng)力線芯絕緣采用三元乙丙橡皮，機(jī)械物理性能符合XJ－30A絕緣要求，抗張強(qiáng)度達(dá)到6.5 N/mm以上，三元乙丙橡皮絕緣具有優(yōu)異的電氣性能和熱老化性能，可以保證導(dǎo)體能夠長(zhǎng)期在90℃條件下運(yùn)行。

2.3 屏蔽層

由于采煤機(jī)電纜在使用過(guò)程中需要反復(fù)彎曲，其屏蔽結(jié)構(gòu)應(yīng)保證電纜具有足夠的柔軟性，還要不降低屏蔽效果和彎曲性能，所以采用總屏蔽和分屏蔽雙層結(jié)構(gòu)，分屏蔽均勻緊密束絞在控制線芯的絕緣層外，可有效抑制外界對(duì)控制線芯的干擾，還可作為短路電流的通道，起到接地保護(hù)作用?？偲帘尾捎缅冨a銅絲和鋼絲先混合束絞后均勻緊密纏繞在內(nèi)護(hù)套層表面，這不僅能增強(qiáng)電纜的抗拉性能，在外護(hù)套損壞時(shí)對(duì)內(nèi)層機(jī)構(gòu)起保護(hù)作用，還可保持電纜整體的彎曲性能，同時(shí)還具有良好的接地保護(hù)作用。

2.4 異型硫化半導(dǎo)電橡皮墊芯

在動(dòng)力線芯間隙增加如圖1所示的異型硫化半導(dǎo)電橡皮墊芯，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增大抗扭轉(zhuǎn)力并減小彎曲時(shí)絕緣線芯相互之間的擠壓力。

2.5 外護(hù)套

為了保證電纜的機(jī)械物理性能和阻燃性能，增加與混絞股線的附著力，防止電纜經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間彎曲后鋼絲與護(hù)套分層，外護(hù)套宜采用以氯丁橡膠為基料的阻燃橡皮，以保證機(jī)械物理性能符合XH-21型護(hù)套要求，抗撕裂強(qiáng)度不小于5 N/mm，阻燃性能符合MT 386—2011中的各項(xiàng)燃燒試驗(yàn)要求。

3 工藝控制

該電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)比較繁瑣，因此要特別注重關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制，需要注意:避免因混絞股線質(zhì)量低劣而影響電纜使用壽命;避免因成纜工序控制不好而導(dǎo)致電纜的總屏蔽抑制效果下降;避免擠出護(hù)套時(shí)混絞股線起燈籠狀或護(hù)套擠出后成品收盤(pán)或用戶敷設(shè)時(shí)混絞股線鼓包。

3.1 混絞股線絞合

混絞股線質(zhì)量要求是應(yīng)光滑圓整，整根股線當(dāng)中絕對(duì)不允許存在鋼絲斷頭或毛刺，否則鋼絲硬度大、強(qiáng)度高，頻繁彎曲時(shí)鋼絲很容易刺穿內(nèi)護(hù)套和絕緣層造成絕緣線芯短路。

在混絞股線時(shí)，宜采用正規(guī)絞合，絞合設(shè)備應(yīng)具有退扭功能，不宜采用束絲機(jī)絞合，絞合用模具定型區(qū)長(zhǎng)度要長(zhǎng)，一般不小于20 mm，這是保證絞線質(zhì)量和提高絞線速度的關(guān)鍵。

3.2 成纜

變頻電纜主要的一個(gè)性能就是屏蔽抑制，而電纜偏心現(xiàn)象嚴(yán)重，將導(dǎo)致電纜的電磁屏蔽抑制效果下降。成纜工藝是影響3+3結(jié)構(gòu)變頻電纜對(duì)稱性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了使變頻電纜性能最優(yōu)，要求技術(shù)人員合理設(shè)計(jì)、操作工人技術(shù)嫻熟、生產(chǎn)設(shè)備性能穩(wěn)定。首先，絕緣線芯成纜時(shí)絞合節(jié)距要比同規(guī)格的采煤機(jī)電纜更小一些，電纜的導(dǎo)體、絕緣線芯絞合及繞包帶的繞包方向均應(yīng)同向;其次，成纜時(shí)在纜芯中心添加異型硫化半導(dǎo)電橡皮墊芯，增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所有線芯的放線張力應(yīng)保持均一，保證電纜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和成纜圓整，減小偏心。

3.3 混絞股線纏繞

該道工序是保證護(hù)套在加工過(guò)程中不起燈籠狀，或成品裝盤(pán)和用戶敷設(shè)時(shí)不發(fā)生混絞股線隆起導(dǎo)致護(hù)套鼓包的關(guān)鍵點(diǎn)。在生產(chǎn)加工過(guò)程中需要注意:(1)纏繞時(shí)用的牽引線應(yīng)與待纏繞線芯的外徑相當(dāng)，這樣在線芯上牽引輪時(shí)，可保證前后纏繞的節(jié)距一致，防止成品收盤(pán)或用戶在敷設(shè)時(shí)發(fā)生混絞股線隆起而導(dǎo)致護(hù)套鼓包;(2)混合股線纏繞絞向應(yīng)與線芯成纜方向一致，否則在護(hù)套加工過(guò)程中易發(fā)生混合股線起燈籠狀現(xiàn)象(一般在30～50 m處顯現(xiàn))。

4 性能檢測(cè)

通過(guò)上述產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝控制，我公司試制出了一根MCVFP 1.9/3.3kV 3×150+3×70/3+3×2.5電纜，電纜主要性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 電纜的主要性能測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有變頻裝置用電纜的相關(guān)國(guó)標(biāo)，所以我們?cè)谘兄圃撾娎|的過(guò)程中，制定了相應(yīng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出屏蔽效果良好的電纜結(jié)構(gòu)，配合工藝控制，生產(chǎn)出為用戶所接受的采煤機(jī)變頻裝置用電纜。

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