超大截面煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜的研制
 
摘要：本文主要闡述了超大截面煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜的結構設計和生產(chǎn)制造工藝。
關(guān)鍵詞：超大截面煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜；結構；工藝
l 引 言
近年來(lái)煤礦重大惡性事故屢有發(fā)生，煤礦安全已被列為國家安全生產(chǎn)的重點(diǎn)，因此，煤礦用電纜的質(zhì)量越來(lái)越受到人們的重視。超大截面煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜就是應市場(chǎng)的要求而開(kāi)發(fā)研制的。2002年9月山西晉城亞美大寧能源有限公司在咨詢(xún)了多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家未果的情況下，與我廠(chǎng)協(xié)商制造大長(cháng)度、電壓等級為3．6／6 kV、特大功率的煤礦電纜，用于變壓器與井下電器之間的連接。根據用電器的功率，需匹配截面為 185 cm 的電纜。我們把電纜的型號規格定為：MYPTJ一3．6／6 kV 3×185+3×70／3+2×25+1×2．5，經(jīng)用戶(hù)同意后簽訂了訂貨合同。該電纜有三大特點(diǎn)：一是電纜截面特大，其外徑為80~89 mm；二是電纜結構復雜，芯數多；三是長(cháng)度長(cháng)，重量重，超出了現有設備的生產(chǎn)能力。目前，國內的電纜廠(chǎng)還無(wú)能力生產(chǎn)該類(lèi)型的電纜產(chǎn)品，如果依賴(lài)進(jìn)口，則價(jià)格太高，因此，我廠(chǎng)決定試制該產(chǎn)品，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需要，同時(shí)，也可擴大國內電纜品種，為打入國際市場(chǎng)做好準備。
2 電纜結構設計和材料的分析
2．1 電纜結構設計與分析
圖1 超大截面煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜的結構
根據所訂的電纜型號規格，設計了相應的電纜結構(見(jiàn)圖1)，并分析如下：
(1)導體。導體采用軟銅線(xiàn)，其性能應符合GB／T3956—1997第5種軟導體的要求，表面應光潔，無(wú)油污，無(wú)尖端凸起或其它損壞絕緣的缺陷。
(2)導體屏蔽。為防止因導體表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電現象，同時(shí)因為動(dòng)力線(xiàn)芯截面太大，為防止動(dòng)力線(xiàn)芯導體在擠制絕緣層和屏蔽層時(shí)松股，導體屏蔽采用先繞包半導電布帶再擠包半導電屏蔽層的組合屏蔽形式。
(3)絕緣層。根據電纜額定電壓，選擇了適用于高電壓等級的乙丙橡膠作為電纜的絕緣材料，并參照MT 818．6—1999標準，確定了電纜的絕緣厚度和20。C時(shí)的絕緣電阻，以保證成品電纜能經(jīng)受11 kV 工頻電壓試驗5 min，電纜不擊穿。
(4)絕緣屏蔽層。電纜導體屏蔽層和絕緣屏蔽層起著(zhù)均勻電場(chǎng)、吸附游離雜質(zhì)，以及屏蔽外電場(chǎng)的作用。設計過(guò)程中，考慮以上因素后，動(dòng)力線(xiàn)芯的絕緣屏蔽層設計為繞包半導電布帶和金屬／纖維編織屏蔽相結合的屏蔽形式，金屬編織層還可兼作地線(xiàn)。
(5)輔助線(xiàn)芯。由以下幾種組成：
1)輔助地線(xiàn)。該電纜采用金屬編織兼作地線(xiàn)的形式，如金屬編織層總截面達不到電纜地線(xiàn)截面的要求，允許采用輔助地線(xiàn)，因此，增加一根截面積為10 mm。的輔助裸銅線(xiàn)，以加大地線(xiàn)的截面。
2)控制線(xiàn)芯。控制線(xiàn)芯由鍍錫導體擠絕緣后再繞包聚酯薄膜帶，以增加線(xiàn)芯間的相對滑移。
3)監視線(xiàn)芯。監視線(xiàn)芯擠制絕緣層后，再繞包一層聚酯薄膜帶，以防止在編織時(shí)銅線(xiàn)扎壞絕緣；為防止外部信號干擾，絕緣屏蔽采用金屬／纖維編織，編織覆蓋率應達到88 。
(6)護套。根據使用環(huán)境和條件，為使電纜具有優(yōu)異的機械性能和阻燃性能，電纜采用紅色阻燃氯丁內護套和聚氨酯外護套的組合護套結構。
2．2 纜芯排列
在纜芯的排列形式上，采用輔助地線(xiàn)位于纜芯中心位置，2根控制線(xiàn)芯和1根監視線(xiàn)芯分別放置于3根動(dòng)力線(xiàn)芯的邊隙中，這樣的電纜結構合理、穩定，電場(chǎng)分布均勻。在3根動(dòng)力線(xiàn)芯邊隙中增加6根填充條，填充條的使用不僅可使纜芯圓整，改善電纜電纜外觀(guān)，而且可以節約護套膠的用量，從而降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟效益。
2．3 主要材料的選用
(1)絕緣層。根據電纜電壓等級及相關(guān)標準對電纜絕緣電阻的要求，必須選擇體積電阻不小于1O¹³～1O¹⁴Ω·m 的材料，同時(shí)考慮9O^。C的導體長(cháng)期工作溫度，要求材料的耐熱老化性能優(yōu)良，因此，選用了電氣性能優(yōu)異的乙丙絕緣橡膠，其性能應符GB／T7594的規定。
(2)護套。煤礦用電纜對護套的機械性能和阻燃性能要求較高，它不僅要求電纜護套具有阻燃、耐磨、抗砸、抗撕裂的性能，而且要求電纜的彎曲性能優(yōu)良。可用作礦用電纜護套的材料很多，如：氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯和氯丁橡膠，還有開(kāi)始使用不久的聚氨酯。通過(guò)對這四種材料性能的綜合比較(見(jiàn)表1)，結合現有工藝對材料擠出的要求，本著(zhù)大膽使用新材料的目的，選擇了氯丁橡膠為內護套，聚氨酯為外護套的組合護套形式。
3 電纜的主要性能
允許長(cháng)期工作溫度為90℃超大截面煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜的主要性能見(jiàn)表2。 表1 四種材料性能的比較  
表2 礦用移動(dòng)金屬屏蔽軟電纜的主要性能
 
注：工頻電壓5 min試驗要求不擊穿，該產(chǎn)品均通過(guò)。
4 關(guān)鍵工序的工藝制造及質(zhì)量保證
該電纜結構復雜，實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程比較煩瑣。因此應特別注重關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制。在相關(guān)的論文中，都曾對各工序的質(zhì)量控制作過(guò)詳細的論述，這里只簡(jiǎn)單對關(guān)鍵問(wèn)題作一說(shuō)明，其它不再贅述：
(1)導體外先繞包半導電布帶，既可起到導體屏蔽的作用，又可防止導體松股，但繞包后的導體在擠制導體半導電屏蔽層時(shí)會(huì )有一定的難度，所以要求包帶平整、無(wú)皺折，擠制半導電屏蔽層時(shí)，應調整好模芯、模套間距，以減小徑向壓力，保證半導電屏蔽層擠出的連續性。
(2)成纜的好壞將直接影響到電纜的質(zhì)量。由于該電纜結構復雜，芯數多，這就使成纜難度加大，在成纜過(guò)程中，要求放線(xiàn)盤(pán)張力均勻，包帶連續、平整、緊實(shí)，重疊率為15 ～25 ，以使成纜纜芯圓整，杜絕纜芯的蛇形、松股、跳股等質(zhì)量缺陷的發(fā)生。
5 結束語(yǔ)
該產(chǎn)品結構設計合理，安全性高，主要性能指標達到國際先進(jìn)水平，有很強的市場(chǎng)競爭力，具有良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。該產(chǎn)品已通過(guò)河南省經(jīng)貿委和科技廳組織的鑒定，完全可以替代進(jìn)口。