第三章 矿山供电线路

1、第三章 矿山供电线路供电线路的任务是输送和分配电能。按线路结构不同，供电线路分架空线路和电缆线路两大类。架空线路与电缆线路相比，具有投资费用低、发现故障容易、维护检修方便等优点，因而被广泛应用。只有在特殊条件下，如高压线路通过居民区和建筑物稠密区，架空线敷设有困难或室内、井下不能使用架空线时，才采用电缆线路。第一节 架空线路一、架空线路的结构由于架空线路受自然条件（如风、雪、雷、电等）影响较大，因而，架空线路应具有机械强度高、抗腐蚀能力强、绝缘性能好等特点。架空线路主要由导线、绝缘子、金具、电杆、横担、拉线以及避雷线等部分组成，如图3-1所示。 图3-1 架空线路的结构 a-低压杆塔;b-高压

2、杆塔1-导线；2-针式绝缘子；3-横担；4-电杆；5-悬式绝缘子；6-线夹；7-避雷线；8-斜撑1.导线导线按其有无绝缘分绝缘导线和裸导线两种，按结构可分为单股导线和多股绞线，架空线路一般采用多股裸绞线。绞线按材料又可分为铜绞线、铝绞线、钢绞线和钢芯铝绞线等。铜绞线( TJ )：导电性能好，机械强度高，耐腐蚀，易焊接。但较贵重，一般只用于腐蚀严重的地区。铝绞线(LJ)：导电性能较好，质轻，价格低，机械强度较差，不耐腐蚀。一般用在10 kV及以下线路。钢绞线(GJ)：导电性能差，易生锈，但其机械强度高。只用于小功率的架空线路，或作避雷线与接地装置的地线。为避免生锈常用镀锌钢绞线。钢芯铝绞线(LG

3、J )：用钢线和铝线绞合而成，集中了钢绞线和铝绞线的优点。其芯部是几股钢线用以增强机械强度，其外围是铝线用以导电。钢芯铝绞线型号中的截面是指其铝线部分的截面积。这种绞线又分为轻型、一般型和加强型等几种，以适应不同输电线路的要求。其结构如图3-2所示。工矿企业10 kV及以下配电线路常采用铝绞线，机械强度要求高的配电线路和35 kV及以上的送电线路上一般采用钢芯铝绞线。图3-2钢心铝绞线的结构1-钢质心线；2-铝质导线2.电杆电杆也称为杆塔，其作用是支撑架空导线，使导线和大地之间保持一定距离，以确保人身和架空线路的安全。因此，要求电杆必须具有足够的机械强度。电杆按材料的不同可分为木杆、水泥杆和铁

4、塔。其中，水泥杆由钢筋混凝土制成，具有经久耐用、造价低、维修量小等优点，被广泛应用在35kV以下的架空线路中。铁塔由型钢加工而成，具有机械强度高、使用年限长的特点，但它的结构复杂、造价高，故多用于跨越距离大及110kV以上的高压架空线路。根据电杆在架空线路中的作用和装设位置的不同，电杆又分为多种类型。图3-3所示为各种电杆在不同位置时的示意图。图3-3各种杆塔在架空线路上的应用1-终端塔杆； 2-分支杆；3-转角杆；4-直线杆、5-分段杆；6-跨越杆终端杆：用于线路的始端和终端，承受沿线路方向的拉力和导线的重力。耐张杆：用于线路直线段、数根直线杆之间，能承受沿线路方向的拉力，断线时能限制事故范

5、围，架线施工中可在两耐张杆之间紧线。因此，电杆机械强度较直线杆大。直线杆：用于线路的直线段，起支撑导线的作用，不承受沿线路方向的导线拉力，断线时不能限制事故范围。分支杆：用于线路的分支处，承受分支线路方向的导线拉力和杆上导线的重力。其特点同耐张杆。转角杆：用于线路转弯处，其特点与耐张杆相同，转角的角度通常为30°、45°、60°、90°等。 跨越杆：用于河流、道路、山谷等跨越处的两侧，其特点是跨距大、电杆高、受力大。3.拉线拉线的作用是为了平衡电杆各方向上的拉力，用于稳固电杆、防止电杆倾倒。其结构如图3-4所示。电杆由拉线包箍、拉线绝缘子、花兰螺栓、拉线

6、地盘和拉线等组成。拉线的断面大小取决于电杆所受作用力的大小。图3-4拉线结构1-杆塔；2-拉线包箍；3-上把；4-拉线绝缘子；5-中把；6-花兰螺栓；7-下把；8-拉线地盘4.横担横担安装在电杆的上部，用于固定绝缘子及导线，使导线保持一定的距离，以防止风吹导线或其他作用力使导线产生摆动而造成相间短路。根据横担质材的不同，可分为铁质横担和瓷质横担2种。铁横担具有经久耐用、机械强度高的特点而被广泛应用;瓷横担具有绝缘性能好和节省钢材的特点，多应用于高压输电线路上。5.绝缘子绝缘子又称瓷瓶.它不仅用于固定导线，又是导线和横担之间的绝缘物，因而要求它不仅具有很好的电气绝缘性能，而且还要具有较高的机械强

7、度，以保证绝缘子在各种气象条件下不破裂。绝缘子按电压不同可分为高压绝缘子和低压绝缘子;按结构和作用的不同又可分为针式绝缘子、蝶式绝缘子和旋式绝缘子。其外形结构如图3-5所示。 （a） （b） (c) (d) (e)图3-5 绝缘子外形结构a-低压针式绝缘子;b-高压针式绝缘子;c-蝶式绝缘子;d-悬式绝缘子;e-拉紧绝缘子6.夹金具在架设、安装架空线路时，用于连接和固定导线、横担、绝缘子以及紧固和调整拉线所用到的各种金属附件统称为金具，如穿心螺钉、L型抱箍、花兰螺栓等;另外还有悬垂线夹、耐张线夹以及防止(风吹)导线产生振动用的护线条、防振锤等。二、架空线路的敷设1、敷设路径的选择 选择架空线路

8、的敷设路径时必须考虑以下原则： 1）选取线路短、转角少、交叉跨越少的路径； 2）交通运输要方便，以利于施工和维护； 3）尽量避开河洼和雨水冲刷地带及有爆炸危险、化学腐蚀、工业污秽、易发生机械损伤的地区； 4）应与建筑物保持一定的安全距离，禁止跨越易燃屋顶的建筑物，避开起重机械频繁活动地区； 5）应与工矿企业厂（场）区和生活区的规划协调，在矿区尽量避开煤田，少压煤；6）妥善处理与通信线路的平行接近问题，考虑其干扰和安全的影响。2、线路的敷设1）档距与弧垂架空线路的档距是指同一线路上两相邻电杆之间的水平距离。导线的弧垂是指架空线路的最低点与两端电杆导线悬挂点的垂直距离。如图3-6所示。图3-6 架

9、空线路的档距与弧垂线路档距的大小与电杆的高度、导线的型号与截面、线路的电压等级和线路所通过的地区有关，一般3 kV10 kV线路在城区为40 m50 m，在郊区为50m100 m；低压线路在城区30 m50m，在郊区40m60 m。导线的弧垂不宜过大和过小。如弧垂过大，在风吹摆动时容易引起导线碰线短路和导致与其他设施的安全间距不够，影响运行安全。弧垂过小，将使导线受拉应力过大降低导线的机械强度安全系数，严重时可能将导线拉断。还有，导线受外界温度的变化或导线荷载的变化都将导致导线长度发生变化，而导线长度的微小变化，会导致导线的拉应力和弧垂很大的变化。因此，为了保证线路运行安全、可靠和经济合理，架

10、空线路的弧垂在架空线路的设计和施工中应给子足够的重视。2）导线的在电杆上的排列方式三相四线制的低压线路，一般水平排列。电杆上的零线应靠近电杆，如线路附近有建筑物，应尽量设在靠近建筑物侧。零线不应高于相线，路灯线不应高于其他相线和零线。高压配电线路与低压配电线路同杆架设时，低压配电线路应架设在下方。三相三线制的线路的导线，可水平排列也可只角形排列；多回路线路的导线，易采用二角、水平混合排列或垂直排列。3）导线的线间距离导线的线间距离取决于线路的档距、电压等级、绝缘子的类型和电杆的杆型等因素。架空导线的线间距离不应小于表3-1所列数值。表3-1 架空电力线路导线间的最小距离注：3 kV以下线路，靠

11、近电杆两侧导线间的水平距离不应小于0.5m。4）横担的长度与间距铁横担一般采用65×65×6角钢，其长度与间距取决于线间距离、安装方式和导线根数等因素。当导线间距为400m时的低压四线制线路横担长一般为1400m，五线制横担长为1 800m。第二节 矿用电缆一、矿用电缆的定义及分类矿用电缆是由一根或多根相互绝缘的导电线芯置于密封护套中、外部缠包保护覆盖层的绝缘导线，用于煤矿地面和井下传输、分配电能或传送电信号。煤矿井下常用电缆主要是铠装电缆、塑料电缆和矿用橡套软电缆。铠装电缆和塑料电缆主要用于井下干线式供电或向固定、半固定设备供电，矿用橡套软电缆主要用于向移动设备供电。二、

12、矿用铠装电缆矿用铠装电缆由芯线、分相绝缘层、统包绝缘层、铅护套、内衬层、铠装层和外被层构成，如图3-7所示，一般用于井下高压供电。（a）钢带铠装纸绝缘电缆 （b）单圆钢丝铠装纸绝缘电缆1-导电芯线；2-分相绝缘层；3-填充物；4-统包绝缘层；5-铅护套；6、7-内衬层；8-铠装层；9-外被层图3-7 铠装电缆结构示意图矿用铠装电缆有3根导电芯线，分为铝芯和铜芯两种，常用多根细铝丝或细铜丝绞合而成。其中，铝芯电缆的抗拉强度较低，在受到外力冲击时，芯线极易受到损坏，故在井下的使用范围受到了限制。分相绝缘层就是在每根导电芯线的外面缠包浸有电缆油的绝缘纸带或其它绝缘材料，以保证各芯线之间的相互绝缘。有

13、的电缆还会在三相芯线中间加装浸有电缆油的麻芯或麻绳等填充物，以进一步增强相间绝缘，并起到减小电缆弯曲时相间芯线相互摩擦的作用。在对各相芯线进行绝缘后，还需在三相芯线的外面进行统一的绝缘包扎，俗称统包绝缘。在统包绝缘层的外部再包一层无缝的铅皮，称为铅护套。铅护套可以防止绝缘纸带或麻芯中的电缆油外漏，还可以防止井下水气的浸入，起到保护绝缘强度的作用。此外，铅护套还和它外面的铠装层一起用作铠装电缆的接地线。除铅包护套以外，还有一种采用铝护套的铠装电缆，即铝包电缆。但由于铝具有较强的易氧化作用，加上铝在井下遇到酸性或碱性环境时易发生化学腐蚀，从而增大铝包电阻，因而，煤矿安全规程规定：“井下严禁使用铝包

14、电缆”。为保护铅护套不受化学腐蚀、保护电缆绝缘芯线使其免受铠装层的摩擦损伤，在铅护套的外部又加有内衬层，它一般由电缆沥青或塑料带构成。铠装层用来提高电缆承受外力冲击和拉力的机械强度。铠装层有钢带铠装和钢丝铠装两种，需要根据电缆的敷设环境及工作条件来选用不同的铠装结构。铠装电缆的分相绝缘及统包绝缘采用浸有电缆油的绝缘纸带进行绝缘的，就是油浸铠装电缆。由于其内部浸渍的电缆油在一定条件下可以在铅护套内流动，一旦电缆作长距离垂直或较大倾斜度敷设，则电缆中的绝缘油就会逐渐集中到电缆的下部，从而不仅会使电缆上部的绝缘性能下降，还会造成电缆下部油压增大、接线头密封困难，甚至出现滴油。一旦滴油聚焦而且受潮，则

15、绝缘性能下降，使电缆下端接线处容易短路。所以，油浸铠装电缆在敷设时会受到垂直落差的限制。为克服上述油浸铠装电缆的缺点，出现了干绝缘电缆和不滴流电缆。干绝缘电缆就是在电缆成型前先将绝缘油滴干，从而加大了敷设的垂直落差。不滴流电缆采用了特殊的浸渍剂，它不会在电缆的护套内流动，因而敷设条件不受限制。铠装电缆重、敷设和移动不方便、不易弯曲，只适宜敷设在固定使用的场所，用于向固定或半固定电气设备送电。井下常用的铠装电缆见表3-2。表3-2 井下常用铠装电缆的型号、名称及敷设场所型号名称敷设场合ZQ20铜芯油浸纸绝缘铅包裸钢带铠装电缆敷设在倾角45°以下水平巷道中，具有可燃性支架的场所及井下硐室

16、ZPQ20铜芯干绝缘铅包裸钢带铠装电缆敷设于一定范围内的垂直或高落差井巷，需要中间支撑点ZQP30铜芯干绝缘铅包裸细钢丝铠装电缆敷设在倾角45°以上巷道中，垂直高度不大于100m，中间有支撑点ZQD50铜芯干绝缘铅包裸粗钢丝铠装电缆敷设在井筒中，高差在100m以内ZQD30铜芯不滴流铅包裸粗钢丝铠装电缆敷设在垂直或倾角45°以上巷道中，垂直高度不限ZQD50铜芯不滴流铅包裸粗钢丝铠装电缆敷设在井筒中ZLQ20铝芯油浸纸绝缘铅包裸钢带铠装电缆敷设在倾角45°以下水平巷道中，具有可燃性支架的场所及井下硐室ZLQP20铝芯干绝缘铅包裸钢带铠装电缆敷设于一定范围内的垂直或

17、高落差井巷，需要中间支撑点ZLQP30铝芯干绝缘铅包裸细钢丝铠装电缆敷设在倾角45°以上巷道中，垂直高度不大于100m，中间有支撑点ZLQP50铝芯干绝缘铅包裸粗钢丝铠装电缆敷设在井筒中，高差在100m以内ZLQD30铝芯不滴流干绝缘铅包裸细钢丝铠装电缆敷设在垂直或倾角45°以上巷道中ZLQD50铝芯不滴流干绝缘铅包裸粗钢丝铠装电缆同ZQD503、塑料电缆塑料电缆，其芯线绝缘和外护套都是用塑料制成。这种电缆又分为铠装和没有铠装两种。外部有铠装的，使用条件与纸绝缘铠装电缆相同，但垂直落差不受限制。外部没有铠装的，与橡套电缆的使用条件相同。塑料电缆具有重量轻、护套耐腐蚀、绝缘性

18、能好、敷设的水平差不受限制等优点，所以在条件适合时应首先采用。VV、VLV型电缆，因护套未采用铅包，所以专门增设一根接地芯线，即四芯电缆，见表3-3。表3-3 井下常用铠装塑料电缆的型号、名称及敷设场所型号名称敷设场合VV20铜芯聚氯乙烯绝缘及护套裸钢带铠装敷设在倾角45°以上巷道中，垂直高度不大于100m，中间有支撑点VV30铜芯聚氯乙烯绝缘及护套裸细钢丝铠装敷设在倾角45°以上巷道中，垂直高度不限VLV20铝芯聚氯乙烯绝缘及护套裸钢带铠装敷设在倾角45°以上巷道中，垂直高度不大于100m，中间有支撑点，还需符合在井下的使用条件VLV30铝芯聚氯乙烯绝缘及护套裸

19、细钢丝铠装敷设在倾角45°以上巷道中，垂直高度不大于100m，还需符合在井下的使用条件注：VV-塑料绝缘、塑料护套。其余符合同条件油浸纸绝缘铠装电缆。4、橡套电缆矿用橡套电缆，主要供井下移动电气设备输配电线路之用。根据电压等级、护套的易燃性、结构及用途的不同，矿用橡套电缆有不同的分类方法，如图3-8所示。图3-8矿用橡套电缆的分类方法(1)可延燃、不可延燃橡套电缆图3-9为可延燃矿用橡套电缆截面结构示意图，其中，1是主导线线芯，由多股细铜丝绞合而成；2是导电线芯外面的绝缘橡皮；3是控制或信号线芯；4是半导体布带；5是接地线芯，有时为制造结构需要将其于垫芯6内；6是垫芯，置于各芯线的中

20、心位，起固定线芯和防震的作用；7是电缆护套，用来固定线芯，保护和加强线芯的绝缘性能，进行电缆成形和增加机械强度；8是半导体橡皮。图3-9矿用可延燃橡套电缆的截面结构可延燃橡套电缆与不可延燃橡套电缆（又称阻燃橡套电缆）的区别在于其橡胶护套的易燃性。前者的护套橡胶采用一般橡胶，遇火后可延续燃烧，而且燃烧时分解出的气体有助燃作用；后者的护套橡胶则是在一般橡胶中加入了一定量的氯丁橡胶，遇火助燃时可以燃烧，一旦移去火焰，则不仅自身不会继续燃烧，还会因氯丁橡胶燃烧时产生的不助燃性气体能够隔离周围空气而使其迅速熄灭。由于井下使用可延燃橡套电缆容易引起火灾，因此，煤矿安全规程规定：固定敷设、移动和手持式电气设

21、备的低压橡套动力电缆应采用阻燃（不延燃）电缆；照明、通信、信号和控制用的电缆应采用阻燃电缆或矿用其他电缆。(2)非屏蔽型、屏蔽型、屏蔽监视型橡套电缆非屏蔽型、屏蔽型、屏蔽监视型橡套电缆的截面结构如图3-4所示。 （a）-非屏蔽型 （b）-屏蔽型 （c） 屏蔽监视加强型1-动力线芯导体 2-控制线芯导体 3-绝缘 4-半导电屏蔽层 5-内护套6-监视线芯 7-加强层（兼作地线芯） 8-外护套图3-4非屏蔽型、屏蔽型、屏蔽监视型橡套电缆结构图屏蔽型与非屏蔽型橡套电缆的构造基本相同，其不同点是在每根主线芯的相绝缘护套外包有屏蔽层。屏蔽层主要起继电保护的作用。屏蔽电缆的地线芯常用半导电橡皮挤包。当电缆

22、绝缘层受到外力损坏而引起漏电时，主线芯将首先通过本相屏蔽层与接地线芯接通，形成单相漏电，使漏电继电器迅速动作切断电源，从而可以避免电缆发生两相短路，从而可以起动绝缘监视和漏电保护的作用。屏蔽监视型橡套电缆，是在屏蔽型电缆分相屏蔽外，再外绕一层总屏蔽层构成双屏蔽结构，两屏蔽层之间接入绝缘监视保护装置，用来进一步提高使用安全性。煤矿常用橡套电缆的型号和用途见表3-5。表3-5煤矿常用橡套阻燃电缆的型号和用途型号 名称敷设场合UR矿用橡套阻燃电缆井下电气设备UZF电钻阻燃电缆井下电钻UPF矿用移动屏蔽橡套阻燃电缆井下各种移动电气设备UCF采掘机用橡套阻燃电缆井下各种采煤机及掘进机UCP采掘机用屏蔽橡

23、套电缆井下各种采煤机及掘进机UCPQ千伏级采掘机用屏蔽橡套电缆井下各种采煤机UCPJQ千伏级采掘机用屏蔽加强型橡套电缆井下各种采煤机UGSP高压双屏蔽带监视层的橡套电缆井下高压移动变电站（配电点）UPQ千伏级矿用移动屏蔽橡套电缆胶带机、刮板机、转载机与破碎机UM矿工帽灯橡套阻燃软电缆用于碱、酸性矿灯型号说明：U-矿用；Z-电钻；F-阻燃；P-屏蔽；C-采掘机械；J-加强；Q-千伏级；G-高压；SP-双屏蔽；M-帽灯 井下使用较多的低压屏蔽电缆有4心、7心，高压双屏蔽电缆为UGSP型，它们的结构分别如图3-5和图3-6所示。其主要技术数据见表3-6.图3-5 低压屏蔽电缆结构1-垫心；2-护套；

24、3-主心线；4-绝缘层；5-屏蔽层；6-接地心线；7-控制心线图3-6 UGSP 6KV高压双屏蔽电缆结构L1，L2，L3-电缆主心线；j-监视心线1,10-铜绞线；2,6-导电胶布带；3-内绝缘；4,5-铜丝尼龙网的分相绝缘；7-统包绝缘；8-氯丁胶护套；9-导电橡胶表3-6 矿用橡套电缆和铜心聚氯乙烯电缆主要技术数据注：1、U-矿用；Z-电钻；Y-移动；J-加强；H-普通型；F-非燃型；C-采掘机械用；P-屏蔽；S-双屏蔽；G-高压；Q-千伏级2、VV-聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套；29-内钢带铠装5、矿用电缆的选择矿用电缆的选用参见表3-6。表3-6矿用电缆的选择敷设方式电压等级及使用条件

25、选用电缆名称固定敷设高压立井巷筒或倾角45°及以上的井巷内钢丝铠装不滴流铝包纸绝缘电缆、钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆、钢丝铠装聚氯乙烯绝缘电缆、钢丝铠装铝包纸绝缘电缆在水平巷道或倾角45°及以下的井巷内钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆、钢带铠装聚氯乙烯绝缘电缆、钢带铠装纸绝缘电缆低压铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚氯乙烯绝缘电缆、矿用橡套软电缆照明、信号、通讯和控制用铠装电缆、矿用橡套电缆、矿用塑料电缆移动敷设移动变电站必须采用监视型屏蔽橡套电缆移动式和手提式电气设备分相屏蔽矿用橡套软电缆1140V设备及采掘工作面的660V及380V设备必须使用分相屏蔽矿用橡套电缆照明、信号、通讯和控

26、制用矿用橡胶软电缆备注进风斜井、井底车场及其附近、中央变电所至采区变电所之用的电缆，可以采用铅芯，其他地点必须采用铜芯。采区低压电缆严禁采用铅芯选择确定电缆额定电压时，应考虑系统的运行条件。我国煤矿井下供电系统中性点对地绝缘，发生单相接地故障时，其它两相电压升高倍，在130KV供电系统这种故障可以分为A类、B类和C类三种：A类单相接地运行时间不超过1分钟；B类允许单相短时接地运行，对于挤出型固体绝缘电缆允许运行时间不超过8小时，一年期间总的接地故障运行时间不超过125小时。C类除A、B类以外的故障条件。对于三相系统中使用的电缆，其额定电压（UN）的选择可参照表3-7进行。表3-7矿用电缆额定电

27、压的选择最高系统电压（KV）额定电压（U0, KV）A、B类C类1.20.60.63.31.83.67.23.66.012.06.08.717.58.712.024.012.018.036.018.026.0三、井下电缆的敷设井下电缆敷设要求电缆路径短，维护检修方便，敷设巷道坚固、整洁、无障碍物，电缆运输方便等。1、井下电缆的选择各种型号的矿用电缆的使用环境和敷设方式都有一定的要求，使用时应根据不同的环境特征选择，考虑原则主要是安全、经济和施工方便。选择井下电缆时应遵守下列规定。井下电缆的选用应遵守下列规定：1）电缆敷设地点的水平差应与规定的电缆允许水平差相适应。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）必须选用取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。5）对固定敷设的高压电缆：（1）在立井井筒或倾角为45°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