煤礦下井電纜截面的選擇計(jì)算分析

【摘 要】煤礦下井電纜應(yīng)采用銅芯阻燃電纜，電纜截面應(yīng)按安全載流量、經(jīng)濟(jì)電流密度及熱穩(wěn)定性選擇電纜截面，按電壓損失進(jìn)行校驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】經(jīng)濟(jì)電流密度；電纜截面；允許載流量；電壓損失

【Abstract】 underground copper cable should be used in coal mine fire resistant cables， cable cross-sections should be safe carrying capacity， economical current density and thermal stability of choosing cable cross-sections， validate the voltage loss.

【Key Words】 economical current density cable cross-sections allowed ampacity； voltage loss

根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50215-2005）中有關(guān)規(guī)定：“煤礦井下主變電所應(yīng)有兩回及以上電纜供電；電纜截面的選擇，應(yīng)在任一回路停止供電時(shí)，其余回路仍可保證全部負(fù)荷用電”。為此，下井電纜截面的選擇至關(guān)重要。

1電纜類型選擇

（1）下井電纜必須選用有煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的阻燃電纜。電纜應(yīng)采用銅芯，嚴(yán)禁采用鋁包電纜；

（2）在立井井筒，鉆孔套管或傾角為45°及以上井巷中敷設(shè)的下井電纜，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)套電纜；

（3）在水平巷道或傾角在45°以下井巷中敷設(shè)的電纜，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)聚乙烯絕緣鋼帶或細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電纜；

2下井電纜安裝及敷設(shè)

（1）下井電纜宜敷設(shè)在副立井井筒內(nèi)，并應(yīng)安裝在維修方便的位置。斜井及平硐應(yīng)敷設(shè)在人行道側(cè)。當(dāng)條件限制必須由主井敷設(shè)電纜時(shí)，在箕斗提升的立井中的電纜水平段應(yīng)有防止箕斗落煤砸傷電纜的措施，垂直段可不設(shè)置防護(hù)裝置。

（2）立井下井電纜支架，宜固定在井壁上，支架間距不應(yīng)超過6m。斜井、平硐及大巷中的電纜懸掛點(diǎn)的間距不應(yīng)超過3m。

（3）電纜在立井井筒中不應(yīng)有接頭。若井筒太深必須有接頭時(shí)，應(yīng)將接頭設(shè)在地面或井下中間水平巷道內(nèi)（或井筒壁龕內(nèi)），且不應(yīng)使接頭受力。每一接頭處宜留8～10m的余量。

3電纜截面選擇規(guī)定

下井電纜截面選擇分為兩類，第一類為主排水泵由井下主（中央）變電所供電，第二類為主排水泵不由井下主（中央）變電所供電，這兩種選擇的規(guī)定如下：

（1）主排水泵由井下主（中央）變電所供電

1）取礦井最大涌水量時(shí)井下的總負(fù)荷（計(jì)算負(fù)荷，下同），按一回路不送電，以安全載流量選擇電纜截面；

2）取礦井正常涌水量時(shí)井下的總負(fù)荷，按全部下井電纜送電，以經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面；

經(jīng)濟(jì)電流密度的年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，一般按礦井最大負(fù)荷實(shí)際工作小時(shí)數(shù)計(jì)算。當(dāng)排水負(fù)荷大于井下其余負(fù)荷時(shí)，取水泵年運(yùn)行小時(shí)數(shù)計(jì)算；

3）按電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，下井電纜首端即地面變電所母線（如下井回路接有電抗器時(shí)，應(yīng)為電抗器的負(fù)荷端）發(fā)生三相短路時(shí)的熱穩(wěn)定性要求選擇電纜截面；

4）取上述三者中截面最大者作為下井電纜截面，并應(yīng)按正常涌水量時(shí)全部下井電纜送電及最大涌水量時(shí)一回路不送電，分別校驗(yàn)電壓損失。

（2）主排水泵不由井下主（中央）變電所供電

1）按一回路不送電，其余回路擔(dān)負(fù)井下其供電范圍內(nèi)總負(fù)荷的供電，以安全載流量選擇電纜截面；

2）其余同主排水泵由井下主（中央）變電所供電時(shí)②-④款的要求。

4電纜截面選擇計(jì)算

下面以神華大雁集團(tuán)公司第三煤礦下井電纜截面選擇為例，具體選擇過程如下。

（1）計(jì)算依據(jù)

第三煤礦井下采用6kV供電，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，井下電力負(fù)荷為：

正常涌水量時(shí)，工作設(shè)備功率9992.84kW；計(jì)算有功功率5921.30kW；計(jì)算無功功率5821.29kVar；計(jì)算視在功率8303.57kVA。

最大涌水量時(shí)，工作設(shè)備功率10442.84kW；計(jì)算有功功率6281.30kW；計(jì)算無功功率6091.29kVar；計(jì)算視在功率8749.78kVA。

主排水泵由井下主變電所供電。

（2）井筒電纜選擇及敷設(shè)

第三煤礦井下設(shè)有綜采工作面1個(gè)，綜掘工作面2個(gè)。根據(jù)礦井開拓布置、井上下電力負(fù)荷分布及供電電纜的安全管理等情況，設(shè)計(jì)確定礦井下井電纜沿副立井井筒敷設(shè)至井下主變電所，電纜選用MYJV42型煤礦交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

（3）選擇計(jì)算過程

1）取礦井最大涌水量時(shí)井下的總負(fù)荷，按一回不送電，以安全載流量選擇電纜截面

式中：I —— 負(fù)荷計(jì)算電流，A；

S —— 井下總負(fù)荷視在功率，kVA；

U —— 額定電壓，kV；

查表后，選用MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤礦交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜三回，其中二回同時(shí)工作，一回備用，其長時(shí)允許載流量為462×2=924A>841.97A，三回電纜長度均為900m。

2）取礦井正常涌水量井下的總負(fù)荷，按全部下井電纜送電，以經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面

按全部下井電纜送電，則每回下井電纜視在功率為8303.57/3=2767.86kVA。

式中：A —— 經(jīng)濟(jì)截面，mm2；

J —— 經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2；

經(jīng)計(jì)算，三回下井電纜選用MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤礦交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

3）按電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，下井電纜首端即工業(yè)場地35 kV地面變電所母線發(fā)生三相短路時(shí)的熱穩(wěn)定性要求選擇電纜截面：

設(shè)短路電流的假想作用時(shí)間tJ=0.5s，則最小熱穩(wěn)定截面為：

式中：Smin—— 電纜允許最小截面，mm2；

Qt —— 短路電流的熱效應(yīng)，kA·s；

c —— 熱穩(wěn)定系數(shù)；

4）取上述三者中截面最大者作為下井電纜截面，并應(yīng)按正常涌水量時(shí)全部下井電纜送電及最大涌水量時(shí)一回路不送電，分別校驗(yàn)電壓損失。

根據(jù)以上計(jì)算，按MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤礦交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜進(jìn)行電壓損失校驗(yàn)：

正常涌水量時(shí)全部下井電纜送電：

最大涌水量時(shí)一回路不送電：

經(jīng)計(jì)算，下井電纜線路電壓損失均滿足要求。

（4）選擇結(jié)果

經(jīng)以上計(jì)算，第三煤礦井下主變電所選用三回下井電纜，下井電纜型號及規(guī)格均為MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤礦交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，線路長度均為900m；當(dāng)一回電纜線路故障時(shí)，其余兩回電纜線路可保證井下全部負(fù)荷用電要求。

5結(jié)語

本文就煤礦下井電纜截面選擇進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可以看出，下井電纜截面選擇及校驗(yàn)過程較復(fù)雜，需考慮礦井的正常、最大涌水量時(shí)的井下總負(fù)荷及井下主排水泵供電方式，按安全載流量、經(jīng)濟(jì)電流密度、電壓損失及熱穩(wěn)定性選擇及校驗(yàn)電纜截面，以保證井下安全用電需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50215-2005）.

[2]煤礦井下供配電設(shè)計(jì)規(guī)范（50417-2007）.

[3]顧永輝，范廷瓚等.煤礦電工手冊（修訂本）第二分冊，礦井供電（上）.

[4]顧永輝，范廷瓚等.煤礦電工手冊（修訂本）第二分冊，礦井供電（下）.

[5]任元會(huì)，卞鎧生，姚家祎.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊（第三版）.

作者簡介：涂煥雨（1979-），女，2006年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于神華大雁集團(tuán)勘測設(shè)計(jì)公司從事機(jī)電設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)任機(jī)電設(shè)計(jì)室主任。