《矿用电缆学习》-学习情境一、任务1

学习情境一安装维修矿用电缆任务1选择矿用电缆山西煤炭职业技术学院机电工程系矿山机电专业教研室煤矿电工一、矿用低压电缆的选择技能点（1）给出不同类型的各类电缆对其进行识别（2）能正确选择电缆的型号、额定参数、长度、截面。知识点(1) 矿用电缆的特点、结构、分类及使用场所(2) 矿用电缆的选型德育点学会辩证唯物主义观点去选择电缆，扬长避短，用其所长。电缆的基本组成、作用1各类电缆的特点与使用2电缆型号、额定参数及选用3一、矿用低压电缆的选择一、电缆的基本组成

按作用分：动力芯线3芯、接地芯线1芯、控制芯线多芯1、导电芯线：按材料分：铜芯、铝芯2、绝缘层：按作用分：相间绝缘、对地绝缘

按材料分：油浸纸（井下淘汰、塑料、橡胶3、保护层：按作用分：内护层（保护相间绝缘）外护层（保护对地绝缘）按材料分：铅包（内护层），橡套、钢铠及其外被层4、屏蔽层：按作用分：导体屏蔽（防电晕）绝缘屏蔽（防爆）金属屏蔽（防电磁干扰）按材料分：半导电材料（导体屏蔽和绝缘屏蔽）、铜带或铜丝矿用电缆组成图（a）MY-0.38/0.66型橡套电缆（b）MYP-0.66/1.14型屏蔽橡套电缆（c）MYPTJ-6/10型高压屏蔽监视电缆1-主芯线；2-接地芯线；3-相间绝缘；4-导线屏蔽；5-绝缘屏蔽（内屏蔽）；6-统包绝缘；7-绝缘屏蔽（外屏蔽）；8-监视芯线；9-橡胶护套一、电缆的基本组成二、各类电缆的特点与使用塑料铠装电缆矿用屏蔽电缆二、各类电缆的特点与使用塑料铠装电缆特点：坚固耐用，不易敷设使用：向井下固定设备输电矿用橡套电缆特点：容易敷设，容易受伤使用：向井下移动设备输电矿用屏蔽电缆特点：增加绝缘屏蔽，与检漏保护配合实现超前断电使用：有爆炸危险的工作面三、电缆型号、额定参数及选用三、电缆型号、额定参数及选用1．型号电缆的型号组成顺序及含义

①类别、用途—不标为电力缆向动力设备输电，M为煤矿用向井下输电，K为控制缆连接控制线路，P为信号缆连接信号设备；②导体－不标为铜，L为铝；③绝缘－Z油浸纸，X橡胶，V聚氯乙稀，YJ交联聚乙烯④内护层－Q铅包，L铝包，H橡套，V聚氯乙稀护套⑤结构特征－D不滴流，P干绝缘；⑥外护层或派生—1-2个数字标记铠装层外护套或外被层；0无钢铠或无外被层；1联锁铠装或纤维外被；2双层钢带或聚氯乙烯外套；3细圆钢丝或聚乙烯外套；4粗圆钢丝---；5皱纹(轧纹)钢带---；6双铝(或铝合金)带---；7铜丝编织---；8钢丝编织---⑦使用场合－TH湿热带，TA干热带；课堂练习说明下列电缆的各项含义及适用场所。MYP-0.38/0.663×4+1×4MCP-0.66/1.143×50+1×10MCPYJB-0.66/1.143×95+3×1.5+3×1.5MCPTJ-1.9/3.33×150+1×70+1×10MVV22-0.6/13×240MYJV32-1.8/33×300MYJV42--3.6/63×50三、电缆型号、额定参数及选用2.额定参数电缆的额定电压：电缆的额定电压是电缆设计和电缆性能试验用的基准电压用U0／U表示，单位为kV。U0表示任一主绝缘导体和“地”(即金属屏蔽、金属套或周围介质)之间的电压有效值.U表示多芯电缆或单芯电缆系统任意两相导体之间的电压有效值。电缆的额定电压≥所接电网的额定电压。电缆的长时允许电流：是指电缆绝缘最高允许温度下对应的允许电流。电缆长时允许电流≥所通过的长时负荷电流1.井下电网由井下电缆连接的系统称之为井下电网，如图所示。电网分类：1）按照电压高低分为高压电网（＞1140v）、低压电网（≤1140v），图中从地面变电所到采区变电所隔爆变压器T进线侧均为高压电网，隔爆变压器T二次侧出线所接均为低压电网；2）按照电流的种类又分为交流电网（井下动力用）和直流电网（牵引电机车用），图中由变流设备出线端所接电网即为直流电网，其他均为交流电网；3）按照母线（输入或输出的公共连接线）类型又分为单母线（一条母线）、单母线分段式（一条母线分为两段）和双母线（两条母线）电网，如图中的地面变电所、井下中央变电所和采区变电所的6（10）kV母线即为单母线分段式（两段母线之间有母线联络开关，简称母联），其他均为单母线；4）按照接线方式分为干线式电网（一条干线可以引出多条支线）和辐射式电网（一条母线可以引出多条支线），如图中向喷雾泵和小绞车输电的运输机斜巷和轨道斜巷电缆为干线式电网外，其他均为辐射式电网。三、电缆型号、额定参数及选用地面变电所到井下中央变电所的电缆一般经副井井筒下井，中央变电所到采区变电所的电缆一般经井下大巷和采区斜巷敷设，采区变电所到移动变电站的电缆一般由采区斜巷到工作面平巷，移动变电站到工作面配电点的电缆在工作面平巷敷设，工作面配电点到工作面负荷的电缆由工作面平巷到工作面。由于该系统将地面变电所的6（10）kV高压送到工作面平巷的移动变电站，属于深井供电系统。三、电缆型号、额定参数及选用三、电缆型号、额定参数及选用3.选型根据电网电压、负荷的大小及使用场所选择电缆型号、截面、长度1）按使用场所选择类型：向井下变电所输电采用铠装电缆；其中经＞30度的井巷采用粗钢丝铠装、＜30度井巷采用钢带铠装；向移动设备输电选择矿用橡套电缆；向工作面设备输电选择矿用屏蔽橡套电缆。（1）支线电缆选型支线是指从电动机的控制开关（如电磁启动器）到电动机的供电电缆，由于井下低压电动机大多为非固定敷设，故选择矿用橡套铜芯电缆（表1-2）。采区由于有瓦斯煤尘爆炸危险，故选择非金属屏蔽橡套电缆，且严禁采用铝芯，如MYP型；其中向移动或手持式设备供电选择专用电缆，如向采煤机供电选择MCP型采掘专用电缆，向煤电钻供电选择MZ型煤电钻专用电缆。三、电缆型号、额定参数及选用3.选型（2）干线电缆选型干线是指从配电开关（如自动馈电开关）到电动机控制开关（如电磁起动器）的配电电缆，其中向工作面配电点供电电缆经45°以下的巷道敷设，由于属于半固定敷设，可选择矿用钢带铠装或细钢丝铠装塑料电缆，如MVV32型；也可选择矿用橡套电缆，如MY型、MYP型。（3）高压电缆选型向井下变电所采用矿用塑料铠装电缆（经＞30度的井巷采用粗钢丝铠装、＜30度井巷采用钢带铠装）；向移动变电站供电选择矿用高压屏蔽橡套电缆。三、电缆型号、额定参数及选用3.选型2）选额定电压：电缆U≥电网UN。根据电缆额定电压大于等于实际工作电压确定，即U≥UN（1-1）式中：U——电缆任意两相导体之间的电压有效值，kV；UN——电缆所接电网额定电压，kV。U0≥UE（1-2）式中：U0——电缆主绝缘导体和“地”之间的电压有效值，kV；UE——电缆所接电网对地电压，kV。如三相中性点不接地系统中的660v电网，选择额定电压为0.38/0.66电缆。三、电缆型号、额定参数及选用3.选型3）选电缆长度就地控制(控制按钮在启动器上)的支线电缆长度，一般取5m～10m。干线电缆长度按照所敷设井巷的长度Lh乘以电缆悬垂时的弯曲系数确定，即：L=k×Lh（1-3）式中：k——弯曲系数，铠装电缆取1.05，软电缆取1.1。工作面移动设备（如采掘机、煤电钻）的电缆长度要考虑机头3～5m的活动余量。每根电缆两端和有中间接头的两端还要考虑各留8～10m的余量。三、电缆型号、额定参数及选用3.选型3）选电缆长度就地控制(控制按钮在启动器上)的支线电缆长度，一般取5m～10m。干线电缆长度按照所敷设井巷的长度Lh乘以电缆悬垂时的弯曲系数确定，即：L=k×Lh（1-3）式中：k——弯曲系数，铠装电缆取1.05，软电缆取1.1。工作面移动设备（如采掘机、煤电钻）的电缆长度要考虑机头3～5m的活动余量。每根电缆两端和有中间接头的两端还要考虑各留8～10m的余量。4）选电缆芯数一般橡套电缆选择4芯、铠装电缆选择3芯；但电动机远方控制(控制按钮在被控设备上)的电缆选择7芯、远方联锁控制的电缆选择9芯以上。三、电缆型号、额定参数及选用3）选电缆主芯线截面（1）支线电缆主芯线截面选择因支线供电电流小，电缆截面较小，电缆长度较短，但强度较低。对于电动机功率较小（660v电网＜55kW，1140v电网＜95kW）支线须按照满足机械强度的最小截面选择，即选取截面大于下表所给机械强度要求最小截面。

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35~5016~3510~2516~2516~25调度绞车局部扇风机煤电钻照明设备4~64~64~62.5~4三、电缆型号、额定参数及选用3）选电缆主芯线截面（1）支线电缆主芯线截面选择对电动机功率较大的支线，必须按照电缆的允许电流≥电缆的最大长时工作电流要求选择截面。即Ip≥Ica

(1-4)式中：Ip——电缆的允许持续电流(见表)，A；

Ica——通过电缆的最大长时工作电流，A。支线电缆最大长时工作电流可取电动机的额定电流。如果查不到电动机的额定电流，可按下面的经验公式估算：Ica≈IN≈0.76PN/UN

（1-5）主芯线标称截面(mm2)2.54610162535507095120150矿用橡套电缆允许持续电流2837466385110135173215250295320三、电缆型号、额定参数及选用例1：选择向MLS-170采煤机（660V/170kW）输电电缆，敷设长度150m。解：由于采煤机属于工作面移动设备，故选择采煤机专用屏蔽橡套电缆MCP型，额定电压为采煤机额定电压0.66kV；电缆长度L=1.1×150+5=170m；由于采煤机＞55kW，按允许电流选，IN=0.76×170/0.66=187A，查表选择70mm2截面，允许电流为215A，最后选MCP-0.38/0.66kV-3×70+1×1×35+3×6-170m型。主芯线标称截面(mm2)2.54610162535507095120150矿用橡套电缆允许持续电流2837466385110135173215250295320课堂练习试选择例2中向转载机供电的电缆。代号设备名称UN/VPN/kWIN/AIst/A11喷雾泵660404827612采煤机660170195117013刮板机6602×402×482×27614转载机660404827615乳化液泵6608096552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

35~5016~3510~2516~25

三、电缆型号、额定参数及选用(2)干线电缆主芯线截面选择干线供电电流大，供电距离远，电压损失大。按长时电流初选截面，按正常和启动时电压损失校验。①按照电缆的允许持续电流不小于干线的最大长时工作电流初选截面即满足Ip≥Ica式。其中干线电缆最大长时工作电流可按下式计算：Ica＝Ｋde∑ＰN/√3ＵNcosφwm(1-6)式中：∑PN——电缆所带负荷的额定功率之和，kW；UN——电缆所在电网的额定电压，kV；cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数，由表1-6查取;

Kde——电缆线路所带负荷的需用系数，由表1-6查取,其中综合机械化采煤工作面需用系数按下面经验公式计算：Kde=0.4+0.6PN·max/∑PN(1-7)普通机械化采煤工作面需用系数按下面经验公式计算：Kde=0.286+0.714PNmax/∑PN(1-8)式中：PNmax——所带负荷中容量最大的一台电动机额定功率，kW；∑PN——所带负荷的额定功率之和，kW。例2代号设备名称UN/VPN/kWIN/AIst/A11喷雾泵660404827612采煤机660170195117013刮板机6602×402×482×27614转载机660404827615乳化液泵6608096552普采工作面供电系统如右图，采区巷道布置如下图，工作面长度100m，配电点距离工作面50m，移动变电站距离工作面300m。电气设备技术数据见表。移动变电站为KBSGZY-500kVA/6/0.69KV选择向配电点供电的干线电缆。例2解：1.选型：∵向移动设备供电∴选择MYP型橡套电缆2.选电压：∵设备额定电压为660v，∴选择U0/UN=0.38/0.66kV3.选择电缆长度L1=1.1×（300-50）≈275m例2解：4.选择电缆截面（1）按允许电流初选式中：∑PN=170+3×40=290kWKde=0.286+0.714×Pm/∑PN=0.286+0.714×170/290=0.7∴查表7-8选择95mm2其允许电流250A≈Ica1满足要求，故初选MYP-0.38/0.663×95+1×50-275m代号设备名称UN/VPN/kW11喷雾泵6604012采煤机66017013刮板机6602×4014转载机6604015乳化液泵66080三、电缆型号、额定参数及选用②按正常工作时的干线允许电压损失不小于实际电压损失的要求校验电缆主芯线截面对于辐射式电网，根据所选型号查相应的表1-4或表1-5，取相应型号电缆满足（1-9）式的标称截面：（1-9）式中：A——满足电压损失要求的截面，mm2；Kde——干线需用系数，查表1-6；∑PN——干线所输送的额定功率之和，kw；Lms——干线电缆长度，由（1-3）式求得，m；UN——干线所接电网额定电压，由（1-1）式所定，V；γ——电缆的电导率，查表1-7，m/Ω•mm2；三、电缆型号、额定参数及选用ΔUPms——干线允许的电压损失，按（1-10）式求出，V。△Upms=△UP－△UT－△Ubl（1-10）式中：△UP——电网允许电压损失，≈0.1UN；△Ubl——干线所接支线中输送功率最大、距离最远的支线电压损失，由（1-11）式得；△UT——干线所接变压器电压损失，由（1-12）式求出。

（1-11）式中：UN为支线电缆线路所在电网的额定电压，kV；Lbl、Abl——支线电缆的长度、截面积，m、mm2；γ——支线电缆导体的电导率，m/Ω·mm2，查表1-7；Pbl——支线电缆所带负荷的计算功率值（可近似取额定功率），kW。按电压损失校验电缆截面(1-12)式中：ST—变压器的计算容量，kVA，由（1-13）式求得：UT2N—变压器二次侧额定电压(按所选变压器的数据)，kV；RT—变压器电阻,Ω，由（1-14）式求得；XT—变压器感抗，Ω，由（1-15）式求得；cosφTwm—变压器的加权平均功率因数角，由（1-16）式求：sinΦTwm—变压器加权平均功率因数角的正弦，sinΦTwm=sin(cosΦwm-1)（1-13）式中:∑Pca—变压器所带各组设备计算功率（由1-17式求出）之和，kW；Ｋs—组间同时系数，当供给一个工作面时取1，供给2个工作面时取0.9，供给3个工作面时取0.85按电压损失校验电缆截面（1-14）式中：ΔPNT——变压器的负载损耗，W，可查表1-8或表1-9；UT·2N——变压器二次侧额定电压，kV，查表1-8或表1-9：STN——变压器的额定容量，kVA；（1-15）式中：ZT——变压器阻抗，Ω，其中Us%为阻抗电压百分数，可查表1-8或表1-9；

（1-16）

式中：cosΦwmi——第i组负荷加权功率因数，由表1-6查取；Pcai——变压器所带成组负荷中第i组计算负荷，由（1-17）式求出Pcai=kdei∑PNi（1-17）例3.按电压损失校验例2所选干线电缆分析：∵欲求得须求得：△Upms=△UP－△UT－△Ubl故：（1）求△UT其中Kde=0.286+0.714PNmax/∑PN=0.286+0.714×170/（170+4×40+80）=0.58代号设备名称UN/VPN/kW11喷雾泵6604012采煤机66017013刮板机6602×4014转载机6604015乳化液泵66080三、电缆型号、额定参数及选用（2）求ΔUbl（损失最大的一条：即采煤机支线）（1-11）式中：UN为支线电缆线路所在电网的额定电压，0.66kV；Lbl、Abl—支线电缆的长度、截面积，由例1求得170m、70mm2；γ—支线电缆导体的电导率，m/Ω·mm2，查表1-7为42.5；Pbl—支线电缆所带负荷的计算功率值，近似取额定功率170kW。（3）求ΔUpms△Upms=△UP－△UT－△Ubl=0.1×660-15.1-14.7=36.2V（4）求干线截面

所选截面95mm2满足电压损失要求。③按启动电压损失校验电缆截面由于启动电流大，电压损失大，但启动时间较短，可忽略其电压质量的要求。但必须满足电动机和磁力启动器启动条件的要求，否则无法启动。一般只校验供电功率最大、供电距离最远的干线。电动机启动时，其端电压Ust应大于其最小起大转矩所需要的最小启动电压Ustmin，即校验合格：Ust≥Ustmin

（1-19）式中：Ustmin——电动机最小启动转矩所需的最小启动电压，V，由（1-20）式求出；Ust——干线所供距离最远、功率最大一台电动机的实际启动电压，V，按（1-21）式求。(1-20)式中：UN——电动机的额定电压，V；

K——电动机的最小启动转矩倍数，见表1-10；

α——电动机额定电压时的启动转矩MstN与电动机额定转矩MN之比(α值可查电动机技术数据)，矿用隔爆型电动机一般可取2~2.5

③按启动电压损失校验电缆截面

Ust=UT.2N-ΔUT.st-ΔUms.st-ΔUbl.st(1-21)式中：UT.2N——变压器二次测额定电压，V；

ΔUbl.st——启动时支线的电压损失，V，由（1-22）式求出；

ΔUms.st——启动时干线的电压损失，V，由（1-24）式求出；

ΔUT.st——启动时变压器的电压损失，V，由（1-25）式求出。（1-22）式中：Lbl、Abl、γ——功率最大且最长支线电缆长度m、截面积mm2、电导率m/(Ω．mm2)；

cosΦst——该支线所带电动机启动时功率因数，可查电动机的技术数据，一般取0.5～0.7；

Ist——该支线所带电动机的实际启动启动电压下的启动电流，A；由下式近似求得：Ist=Ist.NUst/UN

（1-1-22）（1-1-22）③按启动电压损失校验电缆截面式中：Lms、Ams、γsc——干线电缆的长度m、截面积mm2、电导率m/(Ω.mm2)；

Ist、cosΦst——与（1-22）式中相同；

Kde.re——除启动电动机外，干线中其他用电设备的需用系数(查表1-6)；

∑PN.re——除启动电动机外，干线中其他用电设备额定功率之和，kW；

UN——用电设备的额定电压，V。（1-25）式中：IT.st——变压器的实际启动电流，A；按（1-26）式求出；

cosΦTst——变压器的实际启动功率因数，按（1-27）式求出；

sinΦTst——变压器启动功率因数角的正弦，sinΦTst=sin(cosΦTst-1)；③按启动电压损失校验电缆截面（1-26）式中：IT.st——变压器的实际启动电流，A；按（1-26）式求出；

cosΦTst——变压器的实际启动功率因数，按（1-27）式求出；

sinΦTst——变压器启动功率因数角的正弦，sinΦTst=sinΦ(cosΦTst-1)；

Ist、cosΦst——最大一台电动机的实际启动电流、启动功率因数(同1-22式)；∑INre、cosΦwm.re——除启动电动机外变压器所带其它电动机的额定电流之和、加权平均功率因数，由（1-16）求出，但启动电动机的功率按0计入。

③按启动电压损失校验电缆截面按电磁启动器的启动要求校验距离最远、功率最大一台电动机启动时，其电磁启动器的启动电压应不小于启动器的最小吸合电压(为线路额定电压UN的0.75倍)。即U2N.T-△UT.st-△Ｕms.st≥0.75UN

（1-28）满足上式即为校验合格，如按正常或启动电压损失校验后不合格，可采取如下措施：加大电缆截面，一般加大干线电缆的截面；分散负荷，即增加电缆的根数；更换大容量的变压器；移动变电所的位置，使其靠近工作面；调整变压器的调压抽头，此方法在设计中不应采用。③按启动电压损失校验电缆截面举例例3.按电动机启动条件校验例2所选干线电缆分析：先电动机启动校验：∵Ust≥Ustmin

需分别求出Ustmin和Ust，而Ust=UT.2N-ΔUT.st-ΔUms.st-ΔUbl.st，因此需先求出各部分启动电压损失。（1）（2）式中（3）式中∑PNre=2×40+40=120kWKde.re=0.286+0.714×（2×40）/120=0.76（4）③按启动电压损失校验电缆截面举例式中（5）Ust=UT.2N-ΔUT.st-ΔUms.st-ΔUbl.st=690-0.16-59.1-86.3=544.4V＞457V∴电动机启动校验合格（6）启动器校验：U2N.T-△UT.st-△Ｕms.st=690-0.16-59.1=630V而启动器最小启动电压为0.75UN=0.75×660=495V，故启动器启动校验合格。代号设备名称UN/VPN/kWIN/AIst/A11喷雾泵660404827612采煤机660170195117013刮板机6602×402×482×27614转载机660404827615乳化液泵6608096552三、电缆型号、额定参数及选用3）选电缆主芯线截面（4）高压电缆主芯线截面选择

高压电缆按照电缆的允许电流≥电缆的最大长时工作电流要求初选截面。Ip≥Ica

(1-4)式中：Ip——电缆的允许持续电流(见表)，A；

Ica——通过电缆的最大长时工作电流，A。Ica＝ＫdeKs∑ＰN/√3ＵNcosφwm