采煤机变频装置用电缆的研制

朱峰林，李万松，李 兵，叶 磊

(安徽凌宇电缆科技有限公司，安徽 无为238371)

0 引言

采煤机具有启停频繁、变速复杂等特点，引入变频系统后能够对采煤机进行较大范围的控制和调节，使得采煤机操作相对简单，控制更加精确，但与之相连接的普通采煤机电缆往往会发生控制失灵的现象。采煤机电缆用于采煤机的动力电源连接和控制信号传输，随着采煤机前后左右来回移动，电缆经受严重的拖拉、弯曲和扭转，以及可能的煤块或落石的冲击，工况复杂，因此对电缆的安全性能和功能性要求更高。现行国家标准GB/T 12972—2008和行业标准MT 818—2009均是针对传统采煤机电缆，没有涉及到变频装置用采煤机电缆。

本文将介绍我公司采煤机变频装置用电缆的研制情况，详述其结构设计、制造工艺及测试性能。

1 性能要求

采煤机电缆是采煤机关键配件之一，它要兼顾采煤机的主供电和远程控制两大功能。在引入变频系统后，它除了应符合传统采煤机电缆性能要求外，还必须满足变频系统条件下的使用功能:变频调速系统的整流和逆变电子组件产生的高次谐波通过电磁辐射、传导和感应耦合对电缆及周边元器件产生干扰和破坏作用，对采煤机电缆最突出的表现在于高次谐波叠加造成电缆地线芯产生过电压或过电流;由于地线芯外无绝缘层，直接通过半导电层与护套层接触，易导致护套表面的感应电过大，使得井下捡漏继电器判断电缆漏电而进行漏电保护，断电停机;对控制线芯产生信号干扰，造成控制线芯出错，无法开机或误动作。因此，采煤机电缆应当具备抑制谐波和抗干扰能力，要求电缆控制线芯屏蔽和总屏蔽在工频(50 Hz)条件下的理想屏蔽系数应不大于0.8。

2 结构设计

图1为MCVFP 1.9/3.3kV 3×150+3×70/3+3×6采煤机变频装置用电缆结构示意图。

2.1 导体

动力线芯导体采用镀锡软铜导体，性能符合GB/T 3956—2008第6类导体的要求，股线复绞时绞合方向相同，最外层绞合节距倍数控制在10～12，以提高电缆柔软性和抗弯曲性能。

为了保证电缆整体结构紧凑、对称，将地线芯导体束绞在控制线芯外，兼做控制线芯屏蔽。

图1 采煤机变频装置用电缆结构设计示意图

为了提高控制线芯寿命，防止线芯断裂，导体中心采用高强度涤纶纤维材料加强，六类镀锡铜丝分层缠绕在该纤维上，缠绕节距倍数控制在3～5，这种方式生产的控制导体类似于弹簧，其特点是抗拉、耐弯曲、柔软性好、电气性稳定。

2.2 绝缘

控制线芯绝缘和动力线芯绝缘采用三元乙丙橡皮，机械物理性能符合XJ－30A绝缘要求，抗张强度达到6.5 N/mm以上，三元乙丙橡皮绝缘具有优异的电气性能和热老化性能，可以保证导体能够长期在90℃条件下运行。

2.3 屏蔽层

由于采煤机电缆在使用过程中需要反复弯曲，其屏蔽结构应保证电缆具有足够的柔软性，还要不降低屏蔽效果和弯曲性能，所以采用总屏蔽和分屏蔽双层结构，分屏蔽均匀紧密束绞在控制线芯的绝缘层外，可有效抑制外界对控制线芯的干扰，还可作为短路电流的通道，起到接地保护作用。总屏蔽采用镀锡铜丝和钢丝先混合束绞后均匀紧密缠绕在内护套层表面，这不仅能增强电缆的抗拉性能，在外护套损坏时对内层机构起保护作用，还可保持电缆整体的弯曲性能，同时还具有良好的接地保护作用。

2.4 异型硫化半导电橡皮垫芯

在动力线芯间隙增加如图1所示的异型硫化半导电橡皮垫芯，以增强结构的稳定性，增大抗扭转力并减小弯曲时绝缘线芯相互之间的挤压力。

2.5 外护套

为了保证电缆的机械物理性能和阻燃性能，增加与混绞股线的附着力，防止电缆经长时间弯曲后钢丝与护套分层，外护套宜采用以氯丁橡胶为基料的阻燃橡皮，以保证机械物理性能符合XH-21型护套要求，抗撕裂强度不小于5 N/mm，阻燃性能符合MT 386—2011中的各项燃烧试验要求。

3 工艺控制

该电缆结构复杂，生产比较繁琐，因此要特别注重关键工序的质量控制，需要注意:避免因混绞股线质量低劣而影响电缆使用寿命;避免因成缆工序控制不好而导致电缆的总屏蔽抑制效果下降;避免挤出护套时混绞股线起灯笼状或护套挤出后成品收盘或用户敷设时混绞股线鼓包。

3.1 混绞股线绞合

混绞股线质量要求是应光滑圆整，整根股线当中绝对不允许存在钢丝断头或毛刺，否则钢丝硬度大、强度高，频繁弯曲时钢丝很容易刺穿内护套和绝缘层造成绝缘线芯短路。

在混绞股线时，宜采用正规绞合，绞合设备应具有退扭功能，不宜采用束丝机绞合，绞合用模具定型区长度要长，一般不小于20 mm，这是保证绞线质量和提高绞线速度的关键。

3.2 成缆

变频电缆主要的一个性能就是屏蔽抑制，而电缆偏心现象严重，将导致电缆的电磁屏蔽抑制效果下降。成缆工艺是影响3+3结构变频电缆对称性的关键环节。为了使变频电缆性能最优，要求技术人员合理设计、操作工人技术娴熟、生产设备性能稳定。首先，绝缘线芯成缆时绞合节距要比同规格的采煤机电缆更小一些，电缆的导体、绝缘线芯绞合及绕包带的绕包方向均应同向;其次，成缆时在缆芯中心添加异型硫化半导电橡皮垫芯，增加其结构稳定性，所有线芯的放线张力应保持均一，保证电缆结构稳定和成缆圆整，减小偏心。

3.3 混绞股线缠绕

该道工序是保证护套在加工过程中不起灯笼状，或成品装盘和用户敷设时不发生混绞股线隆起导致护套鼓包的关键点。在生产加工过程中需要注意:(1)缠绕时用的牵引线应与待缠绕线芯的外径相当，这样在线芯上牵引轮时，可保证前后缠绕的节距一致，防止成品收盘或用户在敷设时发生混绞股线隆起而导致护套鼓包;(2)混合股线缠绕绞向应与线芯成缆方向一致，否则在护套加工过程中易发生混合股线起灯笼状现象(一般在30～50 m处显现)。

4 性能检测

通过上述产品设计和工艺控制，我公司试制出了一根MCVFP 1.9/3.3kV 3×150+3×70/3+3×2.5电缆，电缆主要性能符合企业标准要求，测试结果见表1。

表1 电缆的主要性能测试结果

5 结束语

因为目前还没有变频装置用电缆的相关国标，所以我们在研制该电缆的过程中，制定了相应企业标准，设计出屏蔽效果良好的电缆结构，配合工艺控制，生产出为用户所接受的采煤机变频装置用电缆。

［1］MT 818—2009煤矿用电缆［S］.

［2］金 鑫.变频条件下的采煤机电缆设计与分析［J］.中国科技信息，2012(12):157.

［3］李万松.一种新型采煤机电缆的设计和制造［J］.电线电缆，2010(6):7-9.

［4］郭俭旭.硅橡胶绝缘硅橡胶护套变频器电力电缆的研制，［J］.电线电缆，2011(4):17-19.

［5］张 晖，王清洁，邹叶龙，等.特柔软型钢丝铠装复合电缆设计探讨［J］.现代传输，2013(5):49-50.