高压、低压电缆的选择 高低压电缆同沟敷设

高压、低压电缆的选择

第一节 矿用电缆

矿用电缆具有安全可靠、不占空间、不受外界影响等优点，特别适用于有火灾和瓦斯煤尘爆炸危险、潮湿和底下淋水、空间狭窄和人机拥挤的井下输电；在地面工业广场内，主副井钢丝绳空间交错，也采用电缆向各主要设备输电，电缆成为矿井供电系统的大动脉。但是矿用电缆与架空线路相比具有投资大、查找故障困难、维护检修不便等缺点，加之岩石冒落、机械压砸等原因容易产生短路、漏电，引发瓦斯煤尘爆炸、设备烧毁和人身触电事故。因此必须正确地选择、安装、使用和精心维护矿用电缆。

一、矿用电缆的型号及含义

举例说明，例如，ZQ20表示油浸纸绝缘铜芯铅包裸双钢带铠装电缆。VLV33表示聚氯乙烯绝缘铝芯聚氯乙烯护套细钢丝铠装聚乙烯外护套；YJQ02表示交联聚乙烯绝缘铅包聚氯乙烯护套铜芯电缆。又如，MYPJ—3。6/6—3*35—3*16—3*2。5表示矿用移动屏蔽监视橡套电缆，额定电压为3。6KV[]/6KV，三芯动力线、每芯截面为35mm2，一芯接地线、芯线截面为16mm2，三薪监视线、每芯截面为2。5 mm2。

第二节 高、低压电缆的选择原则、方法

一、选择电缆截面的一般原则

为了做到供电上的安全、可靠、经济和技术合理，导线截面应按下列原则确定：

（1）按长时允许负荷电流选择导线截面。使导线在最大负荷下长时工作而不过热，即不超过其长时允许温度。

（2）按允许电压损失选择导线截面。使受电端有足够的电压以保证供电质量。

（3）按经济电流密度选择导线截面。使输电线路的年运行费用最低，达到经济供电的目的。

（4）按机械强度选择导线截面。避免在运行或安装过程中断线，或因受砸压而损坏，以保证供电的安全运行。

（5）按短路时的热稳定条件选择导线截面。时导线通过短路电流时不致超过其短时允许温度。

二、选择电缆截面的方法

（1）低压电缆截面的选择方法

对于负荷电流大、线路长的干线电缆，其电压损失是主要矛盾，因此应按正常工作时的允许电压损失初选其截面。对于经常移动的橡套电缆支线，应按机械强度初选其截面。对于电流虽然较大，但是线路较短，又不经常移动的电缆，应按长时允许电流初选其截面。初选出的电缆截面还应按其它条件进行校验。在校验时由于低压电网短路电流较小，保护装置一般又瞬时动作，所以短路时的热稳定性一般均满足要求，可不必考虑。但是当采用熔断器保护时，熔体的额定电流应与电缆截面相配合，否则会使电缆过热。对于干线电缆，不必校验机械强度。低压电缆一般不按经济电流密度选择截面。因为低压线路短、年利用小时数较小，对供电经济影响不大。

（2）高压电缆截面的选择方法

由于电缆的散热条件差，高压线路短路电流又大，因此短时间大的短路电流通过时，会使电缆芯线的温度超过其绝缘材料的短时允许温度，而受到损坏。所以高压电缆必须考虑短路时的热稳定性。一般高压电缆的截面按经济电流密度选择，按长时允许电流、允许电压损失和短路时的热稳定条件校验。因为高压电缆不经常移动，而且多为铠装电缆，其本身机械强度较高，所以高压电缆不必校验机械强度。

第三节 低压电缆的选择

低压电缆又分为支线和干线两种。支线是指启动器到电动机的电缆，向单台电动机供电；干线是指分路开关到启动器的电缆，向多台电动机供电。低压电缆的选择就是确定各低压电缆的型号、芯线数、长度和截面等。

一 、电缆型号、芯线数和长度的确定

1、低压电缆型号的选择

电缆的型号主要依据其电压等级、用途和敷设场所等条件来决定。煤矿井下所选电缆的型号必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。矿用低压电缆

的型号，一般按下列原则确定：

（1）支线一律采用阻燃橡套电缆。1140V设备及采掘工作面的660V和380V设备，必须用分相屏阻燃橡套电缆；移动式和手持式电气设备，应使用专用的橡套电缆。

（2）固定敷设的干线应采用铠状或非铠装聚氯乙烯绝缘电缆；对与半固定敷设的干线电缆，为了移动方便一般选用阻燃橡套电缆，也可选用上述铠装电缆或聚氯乙烯绝缘电缆。

（3）采区低压电缆严禁采用铝芯和铝包电缆。

（4）电缆应带有供保护接地用的足够截面导体。

（5）照明、通信和控制用电缆，固定敷设时应采用铠装电缆、阻燃橡套电缆或矿用塑料电缆；非固定敷设时应采用阻燃橡套电缆。

2、确定电缆的芯线数目

（1）干线用的铠装电缆选三芯电缆，非铠装选四芯电缆。

（2）支线用电缆就地控制时，一般采用四芯电缆；远方控制和连锁控制时，应根据控制要求增加控制芯线的根数；注意电缆中的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其他用途。

（3）信号电缆芯线根数要按控制、信号、通信系统的需要决定，并留有备用芯线。

3、确定电缆长度

就地控制的支线电缆长度，一般取5m-10m。其他电缆因吊挂敷设时会出现弯曲，所以电缆的实际长度L应按下式计算：

L=Km×Lm（3—1）

式中Lm—电缆敷设路径的长度，m；

Km—电缆弯曲系数，橡套电缆取1.1，铠装电缆取1.05。

为了便于安装维护和便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下两点：

（1）移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m—5m余量。

（2）当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m余量。

即确定了综采工作面的低压用电缆的干线、支线长度：

干线选用敷设500m即

L=Km×Lm=500×1.1=550m

支线选用敷设200m即

L=Km×Lm=200×1.1=220m

二、低压电缆主芯线截面的选择

低压电缆主芯线截面必须满足以下几个条件：

（1）正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。

（2）正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在额定电压的95%—105%范围内，个别特别远的电动机端电压允许偏移8%—10%。

（3）距离远、功率大的电动机在重载情况下应保证能正常启动，并保证其启动器有足够的吸持电压。

（4）所选电缆截面必须满足机械强度的要求。

按上述条件选择低压电缆主芯线的截面时,支线电缆一般按机械强度的最小截面初选,按允许持续电流校验后,即可确定下来.选干线电缆截面时,如干线电缆不长,应先按电缆的允许持续电流初选；当干线电缆较长时，应先按正常时的允许电压损失初选。然后，再按其他条件校验。

1、支线电缆的截面选择

根据综采工作面设备的主要技术数据来计算选取：采煤机、刮板输送机、乳化液泵站、带式输送机、安全液压绞车、转载机、破碎机、喷雾泵等的电缆截面。

根据公式I=W/U 可得：

采煤机的电流I=183 A

刮板输送机的电流I=96.49 A

乳化液泵站I=65.79 A

带式输送机I=65.79 A

安全液压绞车I=19.3 A

转载机I=96.49 A

破碎机I=96.49 A

喷雾泵I=35.09 A

矿用橡套电缆允许持续电流表3—1

表3—1矿用橡套电缆允许持续电流

经以上计算得出工作面的用电设备电流值，查表3—1，满足设备的电缆允许持续电流，再经查煤矿电工学表7—7验证最后确定此工作面的用电设备的电缆截面如下表3—2

表3—2工作面用电设备的电缆截面积

2、干线的电缆截面选择（按长时允许持续电流选择）

电缆的长时允许持续电流Ip应不小于通过电缆的最大长时各种电流Ica。即

Ip≥Ica（3—2）

式中Ip—电缆的长时允许持续电流，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。干线电缆最大长时工作电流可按下式计算：

Ica=Kde（3—3）

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，V

Kde—电缆线路所带负荷的需用系数，

Фwn—电缆所带负荷的加权平均功率因数，

即 干线电缆的截面为：

Ica= Kde

=0.58×

=431 A

根据上面计算所得的结果查煤矿电工学第七章表7—10（1KV—6KV三芯塑料绝缘电缆允许持续电流）可以确定该工作面的干线电缆选用截面面积为240 mm2的三芯塑料绝缘电缆。

三、按允许电压损失校验电缆截面

如果电缆截面按其他条件已经选出，此时需按电压损失的条件校验电缆截面。效验时需按式（3—6）计算出整个低压电网的电压损失，然后按式（3—4）进行效验。如效验后不满足，可采取如下措施：

（1）加大电缆截面，一般家大干线电缆的截面；

（2）分散负荷，即增加电缆的根数；

（3）更换大容量的变压器，以减小变压器的电压损失；

（4）移动变电所的位置，使其靠近工作面；

（5）调整变压器的分接头，此方法在设计中不考虑。

正常工作时，采区低压电网的总电压损失ΔU应不大于低压电网的允许电压损失ΔUp，即

ΔU≤ΔUp（3—4）

（1）低压电网的允许电压损失

按要求，正常工作时应保证供电网所有电动机的端电压不低于额定电压的95%。为了保证用点设备的供电质量，低压电网的允许电压损失为

ΔUp=U2NT-0.95×UN（3—5）

式中ΔUp—低压电网的允许电压的损失，V；

U2NT—变压器二次侧额定电压，V；

由式（3—5）可求得：

对于380V电网ΔUp=400-0.95×380=39V；

对于660V电网ΔUp=660-0.95×380=63V；

对于1140V电网 ΔUp=1140-0.95×380=117V；

（2）综采工作面的低压电网电压损失

采区低压电网的电压损失包括变压器的电压损失两部分。线路一般有包括干线和支线两部分。因此，全部低压电网的总电压损失ΔU应用

ΔU=ΔUT+ΔUms+ΔUbl（3—6）

式中ΔUT—变压器的电压损失，V；

ΔUms—干线电缆的电压损失，V；

ΔUbl—支线电缆的电压损失，V；

（3）变压器的电压损失ΔUt为

ΔUT=（Ur%×cosФwn+Ux%×sinФwn）（3—7）

从以上查得：Ur%=6；Ux%=1.5；cosФwn=0.7；sinФwn=0.71；

代入上式（3—7）

ΔUT=（Ur%×cosФwn+Ux%×sinФwn）

=（6×0.7+1.5×0.71）

=53.7 V；

(4)干线电缆的电压损失ΔUms

ΔUms=（3—8）

式中Pc—干线电缆所带负荷的计算功率值,KW；

UN—干线电缆线路所在电网的额定电压，V；

Lms、Ams—干线电缆的长度、m，主芯线截面积，mm2；

Υsc—干线电缆导体的电导率，m/Ω.mm2；

电缆的电导率经查《煤矿电工学》第七章表7—11（电缆的电导率）确定，查得本电缆的电导率Υsc=42.5 m/Ω.mm2；

而：

Pc=Kde×∑PN（3—9）

又从式(2—2)可得：

需用系数Kde==0.58

即： 干线电缆所带负荷的计算功率值

Pc= Kde×∑PN=0.58×850=493 KW。

同上查《煤矿电工学》表7—11确定：干线电缆导体的电导率 Υsc=42.5m/Ω.mm2；

从上式（3—1）得：干线电缆的长度Lms=550 m；

又由以上选取的干线电缆截面可知：主芯线截面积 Ams=240 mm2；

代入上式（3—8）得：

ΔUms===23.3 V；

（5）支线电缆的电压损失ΔUbl（选用用电设备功率最大的计算）

在此设计综采工作面采煤机所用的功率最大，此选取采煤机

ΔUbl=（3—10）

式中Lbl、Abl—支线电缆的长度、m，截面面积、mm2；

Υsc—支线电缆导体的电导率（查下表3—8），m/Ω.mm2；

Pbl—支线电缆所带负荷的计算功率值（可近似取额定功率）

同上查《煤矿电工学》表7—11确定支线电缆导体的电导率

Υsc=42.5 m/Ω.mm2；

从上式（3—1）得：支线电缆的长度 Lbl=220 m；

又由以上选取采煤机的电缆的截面可知：主芯线截面积 Ams=70mm2；

其额定功率 300KW 即 Pbl=300KW；

代入上式（3—10）得：

ΔUbl===19.46 V；

把以上计算得出的：

变压器的电压损失ΔUT=53.7；

干线电缆的电压损失 ΔUms=23.3；

支线电缆的电压损失 ΔUbl=19.46；

代入上式（3—6）ΔU=ΔUT+ΔUms+ΔUbl式中

ΔU=ΔUT+ΔUms+ΔUbl

=53.7+23.3+19.46

=96.46 V <ΔUp=117 V。

根据正常工作时，采区低压电网的总电压损失ΔU应不大于低压电网的允许电压损失ΔUp，即

ΔU<=ΔUp

证明上式计算成立，说明上述所选电缆截面合格。

第四节 高压电缆的选择

一、确定高压电缆的型号

与低压电缆相同，也是依据其电压等级、用途和敷设场所等条件决定其型号。所选电缆的型号也必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。矿用高压电缆的型号，一般按下列原则确定：

（1）井下严禁使用铝包电缆；

（2）固定敷设的电缆应选用铠装电缆。在立井井筒或倾角45及其以上的井巷内，应采用钢丝铠装电缆；

（3）电缆实际敷设地点的水平差，应与电缆规定的允许敷设水平差相适应；

（4）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的电缆，可以采用铝芯，其他地点的电缆必须采用铜芯；

（5）硐室内和木支架的井巷中敷设的电缆，应采用裸铠装电缆；或将电缆的黄麻外皮剥除；

（6）用于移动变电站的高压电缆，必须采用监视型屏蔽橡套电缆；

（7）电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

二、高压电缆截面的选择

(1)按经济电流密度计算选定电缆截面,对于输送容量较大,年最大负荷利用小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算.

(2)按最大持续负荷电流校验电缆截面.如果向单台设备供电时,则可按设备的额定电流校验电缆截面.

(3)按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性,一般子电缆首端(即馈出变电所母线)选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的是铝芯电缆时，应该不小于50mm2；

（4）按正常负荷及有进综采工作面的电缆发生故障时，应该校验电缆的电压损失。

（5）固定敷设的高压电缆型号应用于接入移动变电站的电缆应采用监视型屏蔽橡胶电缆。

高压电缆截面，一般按经济电流密度选（年最大负荷利用小时数小于1000h者除外），按长时允许负荷电流、电压损失及热稳定条件进行校验。

三、按经济电流密度选择电缆截面

（1）经济电流密度

导线截面积的大小对电网的运行费用有密切关系。导线截面大，输电损耗小、电费小，但增加了线路的投资，结果使线路年折旧费和维修费用增加；导线截面小，虽然降低了线路投资，但使线路的电能损耗费用增加。所以为了供电的经济性，应选择一个比较合适的导线截面，使全年的电能损耗费、年折旧费和维修费用的总和，即年运行费用为最小。年运行费用最小的导线截面称为经济截面。对应于经济截面的电流密度，称为经济电流密度。因此，按经济电流密度选择电缆的截面，就是按年运行费用最低的原则来确定电缆的截面积。

（2）按经济电流密度选择电缆截面的方法

选择电缆截面时，从《矿山供电》第七章表7—9中查出经济电流密度，然后按下式即可求出经济截面：

Ae=（3—11）

式中Ae—经济截面，mm2；

Im.n—线路正常工作时的最大长时工作电流，A；

Ied—经济电流密度，A/ mm2；

选取标准截面等于或接近而小于Ae的值。

按经济电流密度选择电缆接纳面时，应按正常工作时的最大长时工作电流选择和计算。因为正常运行时，此电缆担负着全工作面的用电设备的负荷，所以正常工作时此电缆的最大长时工作电流为（设井下中央变电所的容量为St=6000KVA）则有:

Im.n===577A

由于以上所用电缆都为铜芯电缆，到综采工作面电缆年最大负荷利用小时数一般为3000—5000小时，查《矿山供电》表7—9得到经济电流密度Ied=2.25A/ mm2；

所以经济截面为

Ae===256 mm2；

（3）按长时允许电流校验电缆截面

此时应按综采工作面最大负荷时（额定工作功率），来校验电缆截面。故此时电缆的最大长时工作电流为：

Ica===577A

查《煤矿电工学》表7—10，256mm2电缆的长时允许电流为513A<577A，符合要求，因此确定选用256 mm2的电缆。

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