煤矿下井电缆截面的选择计算分析

【摘 要】煤矿下井电缆应采用铜芯阻燃电缆，电缆截面应按安全载流量、经济电流密度及热稳定性选择电缆截面，按电压损失进行校验。

【关键词】经济电流密度；电缆截面；允许载流量；电压损失

【Abstract】 underground copper cable should be used in coal mine fire resistant cables， cable cross-sections should be safe carrying capacity， economical current density and thermal stability of choosing cable cross-sections， validate the voltage loss.

【Key Words】 economical current density cable cross-sections allowed ampacity； voltage loss

根據《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）中有关规定：“煤矿井下主变电所应有两回及以上电缆供电；电缆截面的选择，应在任一回路停止供电时，其余回路仍可保证全部负荷用电”。为此，下井电缆截面的选择至关重要。

1电缆类型选择

（1）下井电缆必须选用有煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。电缆应采用铜芯，严禁采用铝包电缆；

（2）在立井井筒，钻孔套管或倾角为45°及以上井巷中敷设的下井电缆，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缆；

（3）在水平巷道或倾角在45°以下井巷中敷设的电缆，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、交联聚乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电缆；

2下井电缆安装及敷设

（1）下井电缆宜敷设在副立井井筒内，并应安装在维修方便的位置。斜井及平硐应敷设在人行道侧。当条件限制必须由主井敷设电缆时，在箕斗提升的立井中的电缆水平段应有防止箕斗落煤砸伤电缆的措施，垂直段可不设置防护装置。

（2）立井下井电缆支架，宜固定在井壁上，支架间距不应超过6m。斜井、平硐及大巷中的电缆悬挂点的间距不应超过3m。

（3）电缆在立井井筒中不应有接头。若井筒太深必须有接头时，应将接头设在地面或井下中间水平巷道内（或井筒壁龛内），且不应使接头受力。每一接头处宜留8～10m的余量。

3电缆截面选择规定

下井电缆截面选择分为两类，第一类为主排水泵由井下主（中央）变电所供电，第二类为主排水泵不由井下主（中央）变电所供电，这两种选择的规定如下：

（1）主排水泵由井下主（中央）变电所供电

1）取矿井最大涌水量时井下的总负荷（计算负荷，下同），按一回路不送电，以安全载流量选择电缆截面；

2）取矿井正常涌水量时井下的总负荷，按全部下井电缆送电，以经济电流密度选择电缆截面；

经济电流密度的年最大负荷利用小时数，一般按矿井最大负荷实际工作小时数计算。当排水负荷大于井下其余负荷时，取水泵年运行小时数计算；

3）按电力系统最大运行方式下，下井电缆首端即地面变电所母线（如下井回路接有电抗器时，应为电抗器的负荷端）发生三相短路时的热稳定性要求选择电缆截面；

4）取上述三者中截面最大者作为下井电缆截面，并应按正常涌水量时全部下井电缆送电及最大涌水量时一回路不送电，分别校验电压损失。

（2）主排水泵不由井下主（中央）变电所供电

1）按一回路不送电，其余回路担负井下其供电范围内总负荷的供电，以安全载流量选择电缆截面；

2）其余同主排水泵由井下主（中央）变电所供电时②-④款的要求。

4电缆截面选择计算

下面以神华大雁集团公司第三煤矿下井电缆截面选择为例，具体选择过程如下。

（1）计算依据

第三煤矿井下采用6kV供电，经统计，井下电力负荷为：

正常涌水量时，工作设备功率9992.84kW；计算有功功率5921.30kW；计算无功功率5821.29kVar；计算视在功率8303.57kVA。

最大涌水量时，工作设备功率10442.84kW；计算有功功率6281.30kW；计算无功功率6091.29kVar；计算视在功率8749.78kVA。

主排水泵由井下主变电所供电。

（2）井筒电缆选择及敷设

第三煤矿井下设有综采工作面1个，综掘工作面2个。根据矿井开拓布置、井上下电力负荷分布及供电电缆的安全管理等情况，设计确定矿井下井电缆沿副立井井筒敷设至井下主变电所，电缆选用MYJV42型煤矿交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

（3）选择计算过程

1）取矿井最大涌水量时井下的总负荷，按一回不送电，以安全载流量选择电缆截面

式中：I —— 负荷计算电流，A；

S —— 井下总负荷视在功率，kVA；

U —— 额定电压，kV；

查表后，选用MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤矿交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆三回，其中二回同时工作，一回备用，其长时允许载流量为462×2=924A>841.97A，三回电缆长度均为900m。

2）取矿井正常涌水量井下的总负荷，按全部下井电缆送电，以经济电流密度选择电缆截面

按全部下井电缆送电，则每回下井电缆视在功率为8303.57/3=2767.86kVA。

式中：A —— 经济截面，mm2；

J —— 经济电流密度，A/mm2；

经计算，三回下井電缆选用MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤矿交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

3）按电力系统最大运行方式下，下井电缆首端即工业场地35 kV地面变电所母线发生三相短路时的热稳定性要求选择电缆截面：

设短路电流的假想作用时间tJ=0.5s，则最小热稳定截面为：

式中：Smin—— 电缆允许最小截面，mm2；

Qt —— 短路电流的热效应，kA·s；

c —— 热稳定系数；

4）取上述三者中截面最大者作为下井电缆截面，并应按正常涌水量时全部下井电缆送电及最大涌水量时一回路不送电，分别校验电压损失。

根据以上计算，按MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤矿交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆进行电压损失校验：

正常涌水量时全部下井电缆送电：

最大涌水量时一回路不送电：

经计算，下井电缆线路电压损失均满足要求。

（4）选择结果

经以上计算，第三煤矿井下主变电所选用三回下井电缆，下井电缆型号及规格均为MYJV42-6/10kV-3×185mm2型煤矿交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆，线路长度均为900m；当一回电缆线路故障时，其余两回电缆线路可保证井下全部负荷用电要求。

5结语

本文就煤矿下井电缆截面选择进行了设计，可以看出，下井电缆截面选择及校验过程较复杂，需考虑矿井的正常、最大涌水量时的井下总负荷及井下主排水泵供电方式，按安全载流量、经济电流密度、电压损失及热稳定性选择及校验电缆截面，以保证井下安全用电需求。

参考文献：

[1]煤炭工业矿井设计规范（GB50215-2005）.

[2]煤矿井下供配电设计规范（50417-2007）.

[3]顾永辉，范廷瓒等.煤矿电工手册（修订本）第二分册，矿井供电（上）.

[4]顾永辉，范廷瓒等.煤矿电工手册（修订本）第二分册，矿井供电（下）.

[5]任元会，卞铠生，姚家祎.工业与民用配电设计手册（第三版）.

作者简介：涂焕雨（1979-），女，2006年毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业，现就职于神华大雁集团勘测设计公司从事机电设计工作，现任机电设计室主任。