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第七章 电缆线路与电缆截面的选择 一、电缆线路（第七章 第二节） 在矿井井下除架线电机车外均采用电缆线路。 电力电缆按绝缘材料可分为橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆、油浸纸绝缘电缆三种。目前油浸纸绝缘电缆在煤矿已很少使用，故不讲。 1.矿用橡套电缆 橡胶绝缘电缆也称橡套电缆。橡套电缆因结构和材料不同可分为普通橡套电缆和矿用橡套电缆等多种类型；矿用橡套电缆又分为屏蔽型和非屏蔽型两种。 1）非屏蔽型矿用橡套电缆 其结构如图7-8所示，与普通橡套电缆相同，只是其护套采用氯丁橡胶制成。氯丁橡胶同样可燃，但它燃烧时产生的氯化氢气体不助燃，并能将火焰包围起来使之与空气隔离，很快熄灭。故其适于在易燃易爆的场所使用。 图7-8 矿用非屏蔽型橡套电缆的结构 2）屏蔽型矿用橡套电缆 屏蔽型矿用橡套电缆的主要结构与其它橡套电缆基本相同，只是在其导电芯线橡胶绝缘层外又包了一层屏蔽层。屏蔽层有半导电橡胶或铜丝尼龙编织网两种。图7-9为国产煤矿用低压屏蔽电缆的结构图，其垫芯1用导电橡胶制成，接地裸芯线6与导电橡胶紧密接触连为一体。 在屏蔽电缆中，由于各屏蔽层都是接地的，所以当任一主芯线绝缘破坏时，首先通过屏蔽层接地造成接地故障，使漏电保护装置动作提前切断电源。这样可以防止发生严重的相间短路故障，引起电缆放炮，又可防止漏电火花或短路电弧外露引起易燃易爆物的燃烧和爆炸。所以，屏蔽电缆特别适用于向有爆炸危险的场所和移动频繁的电气设备供电。 在煤矿井下的综采工作面和综掘工作面常采用移动变电站供电，为了保证安全，向移动变电站供电的高压电缆必须采用如图7-10所示的煤矿用移动屏蔽监视型橡套电缆。 图中1为电缆的导电芯线，在其外绕包的导电胶布带2起均匀电场的作用。在内绝缘3外，包有由铜丝尼龙网做成的分相屏蔽层4，然后通过分相绝缘5将三相分开。各分相屏蔽层连接在一起作为电缆的接地芯线。在分相绝缘5外又统包了一层导电胶布带6，作为总的屏蔽层。电缆中的三根监视线10，经导电橡胶与总屏蔽层紧密接触。 三根监视线连接在一起与接地线之间构成监视保护层。当监视线与接地线之间因电缆受到损伤绝缘下降或发生断线故障时，均可使控制它的高压配电箱跳闸，起到监视保护作用。 橡套电缆柔软性好，容易弯曲，便于移动和敷设，因此适用于向移动设备供电，且敷设时的垂直落差不受限制。 煤矿企业常用橡套电缆的型号及用途见表7-6所示。 表7-6 煤矿常用橡套电缆 型 号 电 缆 名 称 额定电压，V 芯 数 标称截面，mm2 主 要 用 途 MZ MZP 煤矿用电钻电缆 煤矿用屏蔽电钻电缆 0.3/0.5 4～5 2.5，4 电钻、照明设备 MC 采煤机橡套软电缆 0.38/0.66 16～50 采煤机、掘进机及类似设备 MCP 采煤机屏蔽橡套软电缆 0.38/0.66 0.66/1.14 1.9/3.3 16～50 35～95 35～95 MCPT 采煤机金属屏蔽橡套软电缆 1.9/3.3 35～95 MCPTJ 采煤机金属屏蔽监视型橡套软电缆 0.66/1.14 1.9/3.3 16～95 35～95 MY 煤矿用移动橡套软电缆 0.38/0.66 4～95 移动采煤设备及类似设备 MYP 煤矿用移动屏蔽橡套软电缆 0.38/0.66 0.66/1.14 3.6/6 4～95 10～95 16～50 MYPT 煤矿用移动金属屏蔽橡套软电缆 1.9/3.3 3.6/6 35～95 16～50 MYPTJ 煤矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆 3.6/6 9 25～50 移动变电站及类似设备 注 M-煤矿用阻燃；Z-电钻；C-采掘机用；P-屏蔽；T-金属；J-监视。 2．塑料绝缘电缆 常用塑料绝缘电力电缆有交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆和聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆两种。塑料绝缘电缆导电芯线也分铜芯和铝芯、有铠装和无铠装、有屏蔽层和无屏蔽层、有外被层和无外被层等几种。其适用场所与前述同类电缆相同。 MYJV系列煤矿用交联聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套电力电缆 聚氯乙烯护套具有抗酸碱、耐腐蚀、质量轻、敷设垂直落差不受限制等优点，所以条件适合时应尽量采用。交联聚乙烯绝缘电缆允许温升高、介电性能优良、耐热性好，故在一般情况下应优先选用交联聚乙烯绝缘电缆。 塑料绝缘阻燃电力电缆具有不易燃烧或燃烧后电缆的延燃仅局限在一定范围的特点，适用于易燃易爆的场所使用。塑料绝缘阻燃电缆按电缆结构和阻燃原理不同，目前分为一般型阻燃电缆和隔氧层阻燃电缆两大类。塑料绝缘阻燃电缆按电缆燃烧时释放出的烟雾和卤素浓度减少的程度，又分为一般型、低烟低卤型和低烟无卤型三种。 一般型阻燃电缆是在普通塑料绝缘电缆的基础上，将不阻燃的护套改为阻燃护套，将不阻燃的无纺色布带改为阻燃的玻璃布；隔氧层阻燃电缆是在电缆绝缘材料或线芯绝缘与护套间填充无嗅、无毒、无卤的金属氢氧化物。金属氢氧化物在电缆燃烧时能析出其质量40左右的水分，并形成一个不熔不燃的氧化铝硬壳，阻断内绝缘有机物与外界热氧反应通道，达到电缆阻燃自熄的目的。 塑料电缆的型号含义为M为煤矿用阻燃；V为聚氯乙烯；Y为聚乙烯；YJ为交联聚乙烯。 3.电缆的连接 井下电缆与电缆连接要用防爆接线盒，严禁用电缆芯线直接连接，外缠胶布，这叫做“鸡爪子”。综采工作面使用的高压屏蔽监视型橡套软电缆可使用专用的快速插拔式防爆接线盒连接。 电缆与设备要通过设备上的接线喇叭口连接，喇叭口密封圈、压圈完好，电缆外护套应进入接线盒内壁12厘米，严禁剥掉外护套直接用三相导线进入喇叭口，这叫做“羊尾巴”。井下严禁“鸡爪子”、“羊尾巴”。外护套破损的橡套电缆，在井下可用冷补法修补，在地面可采用热补法修补。 电缆与电缆芯线的连接有绑扎法、连接管压接法、锡焊法。电缆芯线与设备采用螺栓压接或专用接线头连接。 三、矿用电缆的监察 防止电缆漏电和短路着火是井下电缆监察的重点，要从电缆的选用、敷设、吊挂以及电缆的连接几个方面进行现场检查。 一电缆的选用 1必须选用经检验合格的，并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。严禁采用铝包电缆。 2电缆实际敷设地点的水平差，应与电缆规定的允许敷设水平差相适应。 3电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体，即保证作保护接地用的电缆芯线，其电阻值应不超过规定值。用于移动式和手持式电气设备的电缆芯线的电阻值、作保护接地用的电缆芯线的电阻值，都不得超过1 Ω；其他电气设备用的电缆、作保护接地用的电缆芯线电阻值，不得超过2Ω。 4铝芯电缆①在进风斜井、井底车场及其附近、井下中央变电所至采区变电所之间的电缆可采用铝芯电缆，其他地点的电缆必须采用铜芯电缆。②采区低压电缆严禁采用铝芯电缆。③发现铝芯电缆的接线盒温度较高时，必须停电处理。④接地线不得使用铝芯电缆。 5固定敷设的高压电缆①在立井井筒或倾角45o及其以上的井巷内，应采用聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆，交联聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆。②在水平巷道或倾角45o以下的井巷内，应采用聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆，交联聚氯乙烯钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆。 6非固定敷设的高压电缆必须采用符合MT818标准的橡套软电缆。 7低压动力电缆①固定敷设的电缆应采用MVV铠装或非铠装电缆，或对应电压等级的移动橡套软电缆。②非固定敷设的低压电缆，必须采用符合MT818标准的橡套软电缆。移动式和手持式电气设备应使用专用橡套电缆。③照明、通信、信号和控制用电缆应采用铠装或非铠装通信电缆、橡套电缆或MVV型塑力缆。 二敷设与悬挂电缆 1总回风巷和专用回风巷中不应敷设电缆。用机械提升的进风倾斜井巷不包括输送机上、下山和使用木支架的立井井筒中不应敷设电缆，但在个别情况下，对电缆有可靠保护措施的，不受此限。 2溜放煤、矸、材料的溜道等地点中严禁敷设电缆。 3电缆必须悬挂①在水平巷道或倾角30o以下的井巷中，电缆应用吊钩悬挂；②在立井井筒或倾角30o及其以上的井巷中，电缆应用夹子、卡箍或其他夹持装置进行敷设。夹持装置应能承担电缆重量，并不得损坏电缆。 4水平巷道或倾斜井巷中悬挂的电缆应有适当的弛度，并在承受意外重力时能自由坠落。其悬挂高度应使电缆在有矿车掉道时不致受撞击；在电缆坠落时，不致落在轨道或输送机上。 5电缆悬挂点的间距在水平巷道或倾斜井巷内不得超过3m；在立井井筒内不得超过6m。 6沿钻孔敷设的电缆必须绑紧在钢丝绳上，钻孔必须加装套管。 7电缆不应悬挂在压风管或水管上，不得遭受淋水或滴水。在电缆上严禁悬挂任何物件。如果电缆同压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。在有瓦斯抽放管路的巷道内，电缆包括通信、信号电缆必须与瓦斯抽放管路分挂在巷道两侧。电缆同风筒等易燃物品应分挂在巷道的两侧，否则相互之间应保持0.3m以上的距离。盘圈或盘8字形的电缆不得带电，但给采、掘机组供电的电缆不受此限。 8敷设电缆的最小允许弯曲半径，应符合如下规定①油浸纸绝缘电力电缆的弯曲半径，应不小于电缆外径的15倍。②交联聚乙烯绝缘电力电缆的弯曲半径，应不小于电缆外径15倍。③矿用铠装电话电缆的弯曲半径，应不小于电缆外径的12.5倍。④聚氯乙烯绝缘电力电缆的弯曲半径，应不小于电缆外径的10倍。⑤橡套电缆的弯曲半径应不小于电缆外径的6倍。9井筒和巷道内的通信和信号电缆，应同电力电缆分挂在井巷两侧，如果受条件所限①在井筒内，应敷设在距电力电缆0.3m以外的地方；②在巷道内，应敷设在电力电缆的上方0．1m以上的地方。 10高、低压电力电缆敷设在巷道同一侧时，高低压电缆相互的间距应大于0.1m；高压电缆之间和低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂。 11井下巷道内的电缆，沿线每隔一定距离，在拐弯或分支点以及连接不同直径电缆的接线盒两端，穿墙电缆的墙的两边都应设置注有编号、用途、电压和截面的标志牌，以便识别。 12立井井筒中所用的电缆，中间不得有接头。如果因井筒太深需设接头时，应将接头设在中间水平巷道内，以便检修维护。运行中因故需要增设接头而又无中间水平巷道可利用时，可在井筒中设置接线盒，但应妥善放置在托架上，不应使接头承力。 13硐室内和木支架的井巷中敷设的电缆，必须将黄麻外皮剥除，并应定期在铠装层上加涂防锈油漆。电缆穿过墙壁部分，应用套管保护，并严密封堵管口。 14硐室内电缆应沿墙壁悬挂或敷设在电缆沟内，电缆沟应做成5％的坡度，以防积水。 15电缆进出硐室穿过墙垛时，为使电缆不受顶板压力的影响，必须用钢管保护，并严密封堵管口；通过底板引向机器的电缆也应用钢管保护，并严密封堵管口。 16移动式机械如采煤机、装岩机、耙斗机、电钻等用的电缆要妥善保护，避免被机器撞击、砸压、炮崩和工具损伤。在工作面悬挂电缆可用木楔子。 17电缆在运行中要定期检查，注意电缆的绝缘电阻及温升，观察电缆的悬挂状态是否会受到机械损坏；经常观察电缆连接处的情况，发现问题要及时处理。 18电缆、接线盒、终端盒在敷设和运行中都不应受很大的拉力。 三电缆连接 1电缆同电气设备的连接，必须使用与电气设备防爆类型各种矿用防爆型、矿用一般型等相符的接线盒。 2电缆芯线必须使用齿形压线板卡爪或线鼻子同电气设备进行连接。 3不同型电缆例如，纸绝缘电缆、橡胶电缆或塑料电 缆之间不得直接连接，必须用符合要求的接线盒、连接器或母线盒进行连接。 4同型电缆之间连接时，除按不同型电缆之间的连接方法进行连接外，还可直接连接，但必须符合下列规定①纸绝缘电缆必须使用符合要求的电缆接线盒连接，高压纸绝缘电缆接线盒必须灌注绝缘充填物。②橡胶电缆的连接包括绝缘、护套已损坏的橡胶电缆的修补必须使用硫化热补或同热补有 同等效能的冷补，在地面热补或冷补后的橡胶电缆，必须进行浸水耐压试验，合格后方可下井使用。③塑料电缆的连接处的机械强度以及电气、防潮密封、老化等性能应符合该型矿用电缆的技术标准要求。 5电缆与电缆的连接以及电缆与电气设备的连接，应通过电缆接线盒、插销连接器、母线盒等连接装置，不得有明接头、冷包头和“鸡爪子”、“羊尾巴”。 6电缆应整体进入电缆引人装置，并用防止电缆拔脱装置压紧。 7高压油浸纸绝缘电缆相互连接用的电缆接线盒中应灌注绝缘充填物。设在平巷井筒或斜巷的接线盒，应放置在托架上或吊起，注意接头不得承力，接线盒上方无淋水。对使用沥青绝缘充填物的电缆接线盒，在其前后10m以内的井巷中，不应有易燃物。如果有易燃物时，应用石棉板等难燃物或不燃物遮盖，以防电缆接线盒爆炸时带火的沥青充填物溅上而引起燃烧。 8井下橡套电缆直接连接时，应按规定采用硫化热补或同硫化热补有同等效能的冷补工艺进行连接，不应有冷接头。井下应急连接或修补橡套电缆时，应采用与热补同等效能的冷浇注工艺，线芯连接采用压接工艺。冷补的电缆在采掘工作面结束后，应进行浸水耐压试验，试验合格的电缆方可继续使用。 二、电缆导线截面的计算（第七章 第四节） 电缆导线截面的选择是井下供电设计计算的关键内容。选择合适的电缆导线截面，可以使设备电压正常、高效运行，过流保护动作灵敏度校验容易满足要求。通常井下电缆线路的截面计算的步骤如下 （1）按长时允许电流初选导线截面； （2）给生产机械供电的支线电缆要校验机械强度允许最小截面；长电缆要校验允许电压损失。 1．按长时允许电流选择导线截面 为了使导线在正常运行时不超过其长时允许温度，导线的长时允许电流应不小于流过导线的最大长时工作电流。即 式中 标准环境温度（一般为25℃）时，导线的长时允许电流（见表7-12）； 导线的最大长时工作电流； 表7-12 电线及电缆在空气中敷设时的载流量 A 导线截面 mm2 聚氯乙烯绝缘铠装电缆 交联聚乙烯绝缘细钢丝铠装电缆 矿用橡套电缆 1kV四芯 6kV三芯 6kV 10kV 1kV 6kV 铜芯 铝芯 铜芯 铝芯 铜芯 铝芯 铜芯 铝芯 铜芯 铜芯 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 30 39 52 70 94 119 149 184 226 260 23 30 40 54 73 92 115 141 174 201 56 73 95 118 148 181 218 251 43 56 73 90 114 143 168 194 211 260 318 367 163 203 246 285 148 180 214 267 324 372 115 140 166 207 251 288 36 46 64 85 113 138 173 215 260 320 53 72 94 121 148 170 205 250 例1试为第五讲例2的采煤工作面选择电缆线路截面。 解在第五讲例2中，计算出工作面负荷的长时最大电流Ica为205A，查表7-12，选取70mm2矿用橡套电缆，其长时允许电流Ip为215A。Ip Ica 满足要求，初选合格。 2.按机械强度校验导线截面 电缆在工作面和巷道中敷设，难免会受到外部机械力的作用，截面太小的电缆容易出现断线、护套破裂、绝缘损坏现象。矿用橡套电缆应符合表7-20的要求，以避免在拖拽、碰撞等外力作用下断线、破裂。 表7-20 橡套电缆满足机械强度的最小截面（mm2） 用电设备名称 最小截面 用电设备名称 最小截面 采煤机组 可弯曲输送机 一般输送机 回柱绞车 装岩机 35～50 16～35 10～25 16～25 16～25 调度绞车 局部扇风机 煤电钻 照明设备 4～6 4～6 4～6 2.5～4 3.按允许电压损失校验导线截面 输电线路通过电流时，将产生电压损失。电压损失过大，会造成电动机电压过低，电动机起动困难，工作电流增大，甚至会因电流过载烧坏电动机。因此，按长时允许电流选择的长电缆截面，还要校验允许电压损失。 1）线路电压损失的计算 所谓电压损失是指输电线路始、末两端电压的算术差值。三相线路的线电压损失为 式中 线路的线电压损失，V； 流过线路的最大长时负荷电流，A； 线路所带负载的功率因数角； 线路每相电阻、电抗，Ω。 式5-12用功率表示时则为 式中 线路所带负荷的有功计算功率，kW；无功计算功率，kvar； 电网的额定电压，kV。 在式5-12和式5-13中，、、cosφ、sinφ 都在负荷计算时得到，需要计算的是。 可用下式计算 式中L 电缆的长度 m； A 电缆导线截面 mm2； 电缆导线的电导率 。橡胶电缆取43.5，塑料铜芯电缆取48.6，铝芯电缆取28.8。 常用矿用橡套电缆每千米电阻值（R0） 芯数截面 mm2 电缆外径 电阻 65 ℃ Ω/km 载流量 20 ℃ A 标称 mm 最大 mm 3414 20.9 23.0 5.84 35 3616 22.9 25.1 3.90 46 310110 27.8 30.6 2.25 64 316110 30.3 33.3 1.43 85 325116 36.4 40.1 0.920 113 335116 40.5 44.6 0.654 138 350116 45.5 50.1 0.455 173 370125 51.5 55.1 0.321 215 395125 62.1 68.1 0.243 260 3120135 0.190 320 可用下式计算 式中L 电缆的长度 km； 线路每千米电抗，和线路结构有关电缆线路取0.060.08 Ω/km，架空线路取0.30.4 Ω/km。 因为电缆线路的电抗很小（0.060.08 Ω/km），通常情况下可忽略，其电压损失可简化为 例2 已知电缆负荷Ica为205A，cosφ 0.6，Pca 140.6 kW，电缆截面为70mm2，电缆长度为400m，UN0.66kV，试计算其电压损失。 解代入式5-15可得 或 2）线路允许电压损失 井下变压器的二次侧额定电压为1.05UN，电动机的允许最低电压为0.95UN ，因此，变压器和线路的电压损失之和不能超过10UN 。考虑到井下变压器的电压损失通常不超过5UN，则如果从变压器出口处到电动机的线路电压损失不超过5UN，即可满足电动机运行的要求。为计算简便起见，规定从变压器出口处到用电设备（电动机、变压器）的线路允许电压损失为5UN。表5-4为电网额定电压与线路允许电压损失的对照表。 例3 采区上山绞车PN 110 kW，UN 660 V，从采区变电所到绞车房的电缆长400m，试选取电缆截面。 解 1）按长时允许电流初选截面 IN 1.15110126.5A 查表7-12选取35mm2矿用橡套电缆，其长时允许电流Ip为138A。Ip ＞IN 满足要求，初选合格。 2）校验电压损失 代入式5-15 33V，＞ 不合格。增大截面为50mm2，得 ＜校验合格。 练习 采煤机额定功率为300kW，额定电压1.14kV，电缆长450m，试选择电缆截面。解 1.选型号MCP-0.66/1.14 2.按长时允许电流初选截面 采煤机额定电流 IN0.66*300198A 选70mm2，Ip215A＞IN 初选合格 3.校验机械强度 查表7-20，机械强度允许最小截面为35mm2，合格。 4.校验电压损失 57V合格 例4 某采区供电系统局部如图所示，试选择电缆L1和L2的型号与截面。 解 1）选择电缆型号 选择MYP-0.38/0.66型矿用橡套电缆。 2）计算L1的截面 L1的负荷是一台电动机，长时工作电流为 IN 1.15PN1.157586A 查表7-12，选取25mm2，长时允许电流为113A，Ip＞IN 满足要求，初选合格。 电缆的电压损失为 3）计算L2的截面 L2的负荷是多台电动机，长时工作电流为 选取50mm2。长时允许电流为183A，Ip＞Ica 满足要求，初选合格。 电缆的电压损失为 从变压器到电动机的总电压损失为 ＞不合格，把L2的截面增大到70mm2，重新计算电压损失。 约等于，合格。 当从变压器到电动机有多段电缆时，可采用单位长度等电压损失法计算。此方法只适用于电缆。 例5 炮采工作面运输巷配电接线图如下，试选择各段电缆的截面。 解 （1）求电缆总长度 m （2）计算单位长度允许电压损失 V/m 因设备台数较多，取需用系数较小。 （3）计算各段电缆的截面 L1段 mm2 选取70mm2，IP215A。校验长时允许电流 A 因设备台数减少，需用系数增大。 IP＞Ica，合格。 L2段 mm2 选取70 mm2，IP215A。校验长时允许电流 A IP＞Ica，合格。 L3段 mm2 选取50 mm2，IP173A。校验长时允许电流 A IP＞Ica，合格 L4段 mm2 选取35 mm2，IP138A。校验长时允许电流 A IP＞Ica，合格 L5段 mm2 选取25 mm2，IP113A。校验长时允许电流 Ica IN 1.15PN46A IP＞Ica，合格