铁矿低压电缆选型设计

许火浩

(五矿矿业(安徽)工程设计有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引言

电缆是电气设备的电力传输的载体，合理的选型是电气设备安全、可靠运行的前提和保障。电力电缆根据用途、使用环境不同，产品型号与规格有数千种，由于各种电力电缆采用不同的结构形式和材料制成，其工作电压和使用条件也就不同。下面从电缆型号与截面两方面论述电缆选型的方法，并在实际选型设计中计算说明。

1 电缆型号的选择

——导体材料的选择：导电材料通常有电工铜、铝(含电工铝合金)等，铜在导电性、机械性、延展性等多方面优于铝。铝因易氧化、接头端子工艺复杂，容易留下隐患，而矿山重要电源回路应使用铜芯电缆。为保障矿山供电安全可靠，矿山低压电缆应选择铜芯电缆。

——电缆芯数的选择：多芯电缆的缆芯包括相线、中性线、保护接地线，我们可依据设备用电情况和接地系统来选择电缆芯数，如接三相电机的电缆由于负载三相平衡，N线可省略。矿山常用的接地系统如TN-C-S系统在电源侧N线与PE线共用，而在负荷侧N与PE线分开， IT系统不宜引出中性线(N)。我们应根据实际需要选择电缆芯数，而多芯电缆在一些情况下(如为减小弯曲半径等)宜用多根单芯电缆代替。

——电缆绝缘水平选择：电力电缆的额定电压U0/U，U0指的是缆芯对地的额定电压，应满足所在电力系统中性点接地方式及其运行要求水平,U指的是缆芯之间的额定电压，应等于或大于系统的标称电压。矿山常用低电压等级有1kV、0.66kV、0.38/0.22kV等,推荐选择0.6/1kV绝缘水平。

——绝缘材料、护套和铠装及外护层的选择：电缆根据绝缘材料大体可分为塑料绝缘电缆，橡皮绝缘电缆等。其中塑料绝缘电缆常见的有交联聚乙烯绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆，前者更耐高温，而且不含卤素，更环保。井上一般固定用电回路选择YJV或VV电缆，推荐使用前者。有消防要求的根据规范使用阻燃或耐火电缆，井下电缆根据国家安全监管总局新要求必须为阻燃电缆。橡皮绝缘电缆不仅适用于固定敷设回路，也可用于定期移动的固定敷设回路，其中橡皮绝缘橡皮护套软电缆还可用于移动设备供电回路。铠装常见的有钢带、细钢丝和粗钢丝，外护套常见有橡套、聚乙烯护套、聚氯乙烯护套，其选择取决于敷设方式及所处的敷设环境。

2 电缆截面的选择

2.1 电缆相线截面的选择

电缆相线截面选择是电缆选择的核心也是难点，选择方法一般按照以下六个步骤进行[3]：

(1)按长期允许载流量选择电缆截面：电缆的长期允许载流量取决于电缆的材质、敷设方式及土壤热阻系数、环境温度等因素。为了保证电缆的使用寿命，运行中的电缆导体温度不应超过其规定的长期允许工作温度。因此，必须满足:

Imax≤KI0。

式中 Imax——通过电缆的最大持续电流，A；I0——在基准情况下电缆的载流量，A；K——电缆长期允许载流量的总校正系数。

电缆敷设方式不同，会导致电缆热量散发程度不同，使电缆长期运行载流量异于正常时候载流量。须根据实际敷设方式乘以校正系数K1加以校正。

当电缆并列运行时，尤其当电缆间距小时，由于热量不易散发，导致电缆长期运行载流量小于正常时候载流量，须乘以校正系数K2加以校正。

电缆敷设处环境温度不同时，会导致电缆长期允许载流量的改变，电缆载流量须乘以校正系数K3加以校正。

土壤热阻系数、电缆沟内通风等对载流量的影响，须乘以校正系数K4加以校正。

各校正系数计算可参考配电手册，总校正系数K=K1×K2×K3×K4。

(2)按经济电流选择电缆截面：选择电缆时应考虑电缆的初始投资CI，同时也应考虑电缆在寿命期的运行成本CJ。而电缆的总成本CT=CI+CJ。截面越大，CI增加，但CJ减小。所以存在一个最优的电缆截面使得CT最小，查相关电缆的经济电流范围可得出最优截面，也可以借助经济电流密度曲线求取经济截面。

Sec=Imax/j

式中 Sec——最佳经济截面，mm2；Imax——流过电缆的最大负荷电流，A；j——电缆经济电流密度，A/mm2。

(3)校验其短路时的热稳定性：一般线路采用断路器保护，脱扣器的全分断时间极短,虽然短路电流很大，一般都能符合要求，可不校验。

(4)按照线路允许压降校验电缆截面：三相平衡负荷线路电压损失应不大于线路允许压降

式中 Δu%——线路电压损失百分比，%；Un——标称线电压，kV；R0'、X0'——三相线路单位长度的电阻和电抗，Ω/km；cosφ——功率因素；I——负荷计算电流，A；L——线路长度，km。

其他线路计算方法可参考配电手册。

(5)机械强度校验：对于符合敷设要求的电缆回路，一般都能满足机械强度要求。如不能达到敷设要求，应依据相关规范增大截面。

(6)低压电缆应符合过负荷保护的要求：采用断路器过负荷保护只要满足IC≤Iset1≤IZ，如果使用热继电器或软起器等过负荷保护，其整定值也应满足大于等于IC小于等于IZ要求。如果断路器只是作为短路保护用(上游或下游有过负荷保护)，可不校验。

式中 IC——回路计算电流，A；Iset1——长延时过电流脱扣器整定电流，A；IZ——导体允许持续载流量，A。

综合以上六个条件，将其中最大的截面作为最终结果。

2.2 中性线及保护接地中性线的截面选择

单相两线制电路中，中性线应与相线截面相同。三相四线制配电系统中，中性线的允许载流量不应小于线路中最大的不平衡负荷电流及谐波负荷的总和。PEN导体截面应符合N导体的选择要求外，还应满足PE导体的选择要求，具体计算可参考配电手册。

3 电缆选型设计

某铁矿车间一皮带机回路电缆选型：已知该回路电机额定电压Un=380V，额定功率P=45kW，功率因素cosφ=0.86，电机效率η=94.2%。线路长度L=60m，敷设方式为沿无孔桥架(8根多芯电缆)再穿管。

——选择电缆型号：矿山动力电缆回路一般选用YJV或VV电缆(推荐前者)，电机额定电压380V，电机三相负载平衡，电缆的敷设环境也不需要铠装，所以此次可选YJV-0.6/1kV四芯电缆。

——选择电缆截面。

表1 载流量I0

表2 多回路敷设校正系数K2

对于无孔桥架段，总校正系数为K=K2=0.71,当截面为35 mm2时，KI0=100A≥Imax，刚好满足要求。对于穿管段，截面35mm2时，载流量为122A，符合要求。所以35mm2是按长期允许载流量选择的最小截面积。

(2)按经济条件选择电缆截面：当地电价P取0.5元/kWh，Tmax取4 000h,查经济电流密度曲线得j=1.41A/mm2,代入式(1)中可得Sec=59.8mm2,取相近截面即经济截面为50mm2。

实际上我们可以按允许载流量所选的截面放大1～2级，基本上能接近按经济条件所选择的结果。但是对于一些长期不使用的回路，不宜用经济条件选择截面。

(3)热稳定校验：回路有断路器做短路保护，符合要求。

(4)电压降校验：截面为50mm2时查手册得R0'=0.435Ω/km、X0'=0.080Ω/km，代入式(2)得Δu%=0.9%≤5%，符合压降要求。

(5)机械强度校验：电缆敷设方式为桥架和穿管，满足敷设要求，不需要强度校验。

(6)过负荷保护校验：回路过负荷采用热继电器(整定电流范围85～125A)，符合要求。

(7)保护接地线选择：相导体S=50mm2，PE线截面查手册后取S/2即25mm2。

综上所诉，此回路电缆选择YJV-0.6/1kV 1(3×50+1×25)。

4 结语

经矿方反馈，该回路电缆运行两年无问题，实际应用验证该选型结果合格，所以其他的回路电缆可按上述步骤选择。电缆选择要考虑多方面的因素，如使用环境、敷设方式等，电缆的截面根据上述方法取其最大截面为最优选择，并使用多种方法校验，能节约投资，提高供电系统的安全运行。