矿用电缆截面积选择与校验

巩炜

摘 要：矿用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，为煤矿供电系统的安全可靠运行打下坚实基础。因此，电缆选型也是工程技术人员所应掌握的一个基本技能。

关键词：矿用电缆 截面积 选择 校验

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（b）-0042-03

随着煤炭生产机械化、自动化程度的不断提高，煤矿生产设备逐步向复杂化、多样化迈进，煤矿设备的可靠运行对生产效益的提高起着决定性作用，因此，矿井设备的选型显得尤为重要，合理、准确的选型可以为设备安全可靠运行提供基本保障，该文对矿用电缆的截面积选择方法做出了介绍。

1 电缆选用的基本要求

矿用电缆由于其使用环境的复杂性，基于其所敷设的位置、倾角、作用等因素，必须满足一些基本要求，这些要求是电缆选型必须遵从的基本原则，大体有以下几条。

（1）电缆实际敷设地点的水平差应与规定的电缆允许敷设水平差相适应。

（2）电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

（3）严禁采用铝包电缆。

（4）必须选用经检验合格并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。

（5）电缆主线芯的截面应满足供电线路负荷的要求。

（6）对固定敷设的高压电缆要求。

①在立井井筒或倾角45°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45°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、交联乙烯钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

③在进风斜井、井底车场及其附近、中央变电所至采区变电所之间，可以采用铝芯电缆；其他地点必须采用铜芯电缆。

④固定敷设的低压电缆，应采用MW铠装或非铠装电缆或对应电压等级的移动橡套软电缆。

⑤非固定敷设的高低压电缆，必须采用符合Mr818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。

⑥照明、通信、信号和控制用的电缆，应采用铠装通信电缆、橡套电缆或M型塑料电力电缆。

⑦低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。

2 电缆截面积选擇方法

通常井下电缆线路的截面选择步骤大体如以下几点。

（1）计算线路最大长时电流。

（2）按长时允许电流初选导线截面。

（3）校验机械强度允许最小截面。

（4）校验允许的电压损失。

2.1 线路最大长时电流的计算

线路最大长时电流即指电缆线路所带负荷最大时所对应的电流，假设电缆线路所带最大负荷功率为Pmax（kW），则最大电流计算方法如下：

由于 Pmax=UNImaxcosφ （1）

则

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

设：K=1/（UNcosφ），

则 Imax=K×Pmax （3）

式中：

Pmax为电缆线路所带最大负荷功率，单位kW；

UN为电缆线路的额定电压，单位kV；

Imax为电缆线路最大负荷电流，单位A；

cosφ为电缆线路所带最大负荷时的功率因数；

K为电缆线路最大电流对应的功率系数；

通过计算，功率系数取值大体（如表1）。

对于煤矿井下设备，cosφ一般取0.75～0.8，所以当额定电压UN确定后，便可以计算出K的值，然后根据线路的最大负荷功率Pmax与K的乘积，便可以计算出线路最大负荷电流。

2.2 按长时允许电流初选导线截面

为了使导线在正常运行时温度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：

Ip>Ica

式中：

Ip为标准环境温度（一般为25 ℃）时，电缆线路长时允许电流，单位A；

Ica为电缆线路最大长时电流，单位A；

Ip的值可以由查表得出，以矿用移动屏蔽橡套软电缆（MYP）为例，表格（如表2），其他电缆也可通过相应表格查出，此处不再一一列出。

Ica的值一般取式（3）中的Imax，可由2.1中线路最大长时电流的计算方法算出，然后依据Ip>Ica的原则对导线截面积进行初选。

3 电缆截面积的校验

通过电缆长时最大电流与电缆长时允许电流的比较，再通过查表即可初步选择出电缆的截面积，但是要真正满足实际选型要求，还必须对电缆的机械强度和电压降落进行校验，合格后才是最终的型号。

3.1 机械强度校验

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3的要求，以避免在拖拽、碰撞等外力作用下断线、破裂。

3.2 电压损耗校验

输电线路通过电流时，将产生电压损失，所谓电压损失是指输电线路始、末两端电压的算术差值，为了保证电压质量，从变压器出口处至电动机的线路电压损失应不大于线路的允许电压损失。

3.2.1 电压损耗的计算方法

（1）线路等效电路图。

在交流供电系统中，电缆线路存在阻抗，阻抗由电阻和电抗组成，电流流过阻抗时，在阻抗两端产生的电压差称为电压降。电压损耗指电压降得代数值。一般用百分数表示。（如图1）

U末-U初=ΔU=I×ZL

式中：

U末为电缆靠近负荷侧末端电压，单位V；

U初为电缆靠近变压器侧始端电压，单位V；

ΔU为电缆线路电压降，单位V；

I为电缆线路电流，单位A；

Z为电缆线路电抗，Z=，单位Ω/km；

L为电缆线路长度，单位km；

（2）电压降向量图。

以线路末端电压UOA为基准值，假设其初相为零，Φ为电压UOA与负荷电流I的相位差，cosΦ即为负荷的功率因數，电缆有效电阻上的电压UAE与与电流同向，阻抗两端的电压UED与电流方向相差90°，所以电压降向量图（如图2）。

由图2可见，电压降为矢量，电压损耗为AC：

ΔU=UOD-UOA=UAE+UED

而UAE=IR，UED=I×jX，故ΔU=I（R+jX），若设电流有效值为IOA，用有效值表示为：

ΔU=I×

按图2换算成长度，有：

AC=AB+BC，

AB=IOAR×cosΦ，

BC=IOAX×SinΦ，

故电压损失值：

ΔUΦ=IOAR×cosΦ+IOAX×SinΦ

ΔU、ΔUΦ为每相电压降、电压损耗，再乘以就换算成了线电压降和线电压损耗。

3.2.2 基于电压降的截面积校验

井下变压器的二次侧额定电压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10%UN。考虑到变压器的电压损失通常不超过5%UN，故从变压器出口处到线路末端的线路电压损失不得超过5%UN，因此，当计算出电压损耗ΔUΦ时，通过下式进行校验：

ΔUΦ%≤5%

若满足要求，则所选电缆截面积合格，若不满足条件，则增加截面积型号，重新校验。

4 结语

电缆截面积的选择是煤矿生产过程中所面临的一个最为基本也尤为重要的环节，电缆的合理选型不仅有利于降低成本提高经济效益，更重要的是可以为安全生产打下坚实基础，因此，电缆选型也是工程技术人员所应掌握的一个基本技能。

参考文献

[1] GB/T 17737.1-2000 射频电缆第1部分总规范[S].

[2] 张钊，胡大伟，古德强.电线电缆的载流量计算和敷设方式选择[J].现代建筑电气，2013（11）：148-151.

[3] 电力工程电缆设计规范[S].