礦用電纜截面積選擇與校驗

鞏煒

摘 要：礦用電纜導線截面的選擇是井下供電設計計算的關鍵內容，選擇合適的電纜導線截面，可以使設備電壓正常、高效運行，過流保護動作靈敏度校驗容易滿足要求，為煤礦供電系統的安全可靠運行打下堅實基礎。因此，電纜選型也是工程技術人員所應掌握的一個基本技能。

關鍵詞：礦用電纜 截面積 選擇 校驗

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0042-03

隨著煤炭生產機械化、自動化程度的不斷提高，煤礦生產設備逐步向復雜化、多樣化邁進，煤礦設備的可靠運行對生產效益的提高起著決定性作用，因此，礦井設備的選型顯得尤為重要，合理、準確的選型可以為設備安全可靠運行提供基本保障，該文對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境的復雜性，基于其所敷設的位置、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）電纜實際敷設地點的水平差應與規定的電纜允許敷設水平差相適應。

（2）電纜應帶有供保護接地用的足夠截面的導體。

（3）嚴禁采用鋁包電纜。

（4）必須選用經檢驗合格并取得煤礦礦用產品安全標志的阻燃電纜。

（5）電纜主線芯的截面應滿足供電線路負荷的要求。

（6）對固定敷設的高壓電纜要求。

①在立井井筒或傾角45°其以上的井巷內，應采用聚氯乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜、交聯聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。

②在水平巷道或傾角45°以下的井巷內，應采用聚氯乙烯絕緣鋼帶或細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜、交聯乙烯鋼帶或細鋼絲鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。

③在進風斜井、井底車場及其附近、中央變電所至采區變電所之間，可以采用鋁芯電纜；其他地點必須采用銅芯電纜。

④固定敷設的低壓電纜，應采用MW鎧裝或非鎧裝電纜或對應電壓等級的移動橡套軟電纜。

⑤非固定敷設的高低壓電纜，必須采用符合Mr818標準的橡套軟電纜。移動式和手持式電氣設備應使用專用橡套電纜。

⑥照明、通信、信號和控制用的電纜，應采用鎧裝通信電纜、橡套電纜或M型塑料電力電纜。

⑦低壓電纜不應采用鋁芯，采區低壓電纜嚴禁采用鋁芯。

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。

（1）計算線路最大長時電流。

（2）按長時允許電流初選導線截面。

（3）校驗機械強度允許最小截面。

（4）校驗允許的電壓損失。

2.1 線路最大長時電流的計算

線路最大長時電流即指電纜線路所帶負荷最大時所對應的電流，假設電纜線路所帶最大負荷功率為Pmax（kW），則最大電流計算方法如下：

由于 Pmax=UNImaxcosφ （1）

則

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

設：K=1/（UNcosφ），

則 Imax=K×Pmax （3）

式中：

Pmax為電纜線路所帶最大負荷功率，單位kW；

UN為電纜線路的額定電壓，單位kV；

Imax為電纜線路最大負荷電流，單位A；

cosφ為電纜線路所帶最大負荷時的功率因數；

K為電纜線路最大電流對應的功率系數；

通過計算，功率系數取值大體（如表1）。

對于煤礦井下設備，cosφ一般取0.75～0.8，所以當額定電壓UN確定后，便可以計算出K的值，然后根據線路的最大負荷功率Pmax與K的乘積，便可以計算出線路最大負荷電流。

2.2 按長時允許電流初選導線截面

為了使導線在正常運行時溫度不超過其長時允許溫度，導線的長時允許電流應不小于流過導線的最大長時工作電流。即：

Ip>Ica

式中：

Ip為標準環境溫度（一般為25 ℃）時，電纜線路長時允許電流，單位A；

Ica為電纜線路最大長時電流，單位A；

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

Ica的值一般取式（3）中的Imax，可由2.1中線路最大長時電流的計算方法算出，然后依據Ip>Ica的原則對導線截面積進行初選。

3 電纜截面積的校驗

通過電纜長時最大電流與電纜長時允許電流的比較，再通過查表即可初步選擇出電纜的截面積，但是要真正滿足實際選型要求，還必須對電纜的機械強度和電壓降落進行校驗，合格后才是最終的型號。

3.1 機械強度校驗

電纜在工作面和巷道中敷設，難免會受到外部機械力的作用，截面太小的電纜容易出現斷線、護套破裂、絕緣損壞現象。礦用橡套電纜應符合表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

輸電線路通過電流時，將產生電壓損失，所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術差值，為了保證電壓質量，從變壓器出口處至電動機的線路電壓損失應不大于線路的允許電壓損失。

3.2.1 電壓損耗的計算方法

（1）線路等效電路圖。

在交流供電系統中，電纜線路存在阻抗，阻抗由電阻和電抗組成，電流流過阻抗時，在阻抗兩端產生的電壓差稱為電壓降。電壓損耗指電壓降得代數值。一般用百分數表示。（如圖1）

U末-U初=ΔU=I×ZL

式中：

U末為電纜靠近負荷側末端電壓，單位V；

U初為電纜靠近變壓器側始端電壓，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為電纜線路長度，單位km；

（2）電壓降向量圖。

以線路末端電壓UOA為基準值，假設其初相為零，Φ為電壓UOA與負荷電流I的相位差，cosΦ即為負荷的功率因數，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，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），若設電流有效值為IOA，用有效值表示為：

ΔU=I×

按圖2換算成長度，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

井下變壓器的二次側額定電壓1.05UN，電動機的允許最低電壓為0.95UN，因此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過10%UN。考慮到變壓器的電壓損失通常不超過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5%UN，因此，當計算出電壓損耗ΔUΦ時，通過下式進行校驗：

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，重新校驗。

4 結語

電纜截面積的選擇是煤礦生產過程中所面臨的一個最為基本也尤為重要的環節，電纜的合理選型不僅有利于降低成本提高經濟效益，更重要的是可以為安全生產打下堅實基礎，因此，電纜選型也是工程技術人員所應掌握的一個基本技能。

參考文獻

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[2] 張釗，胡大偉，古德強.電線電纜的載流量計算和敷設方式選擇[J].現代建筑電氣，2013（11）：148-151.

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