超大截面煤礦用移動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金屬屏蔽軟電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)制造工藝。
關(guān)鍵詞：超大截面煤礦用移動金屬屏蔽軟電纜；結(jié)構(gòu)；工藝
l 引 言
近年來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，因此，煤礦用電纜的質(zhì)量越來越受到人們的重視。超大截面煤礦用移動金屬屏蔽軟電纜就是應(yīng)市場的要求而開發(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了多個生產(chǎn)廠家未果的情況下，與我廠協(xié)商制造大長度、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(jù)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(guī)格定為：MYPTJ一3．6／6 kV 3×185+3×70／3+2×25+1×2．5，經(jīng)用戶同意后簽訂了訂貨合同。該電纜有三大特點：一是電纜截面特大，其外徑為80~89 mm；二是電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，芯數(shù)多；三是長度長，重量重，超出了現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力。目前，國內(nèi)的電纜廠還無能力生產(chǎn)該類型的電纜產(chǎn)品，如果依賴進(jìn)口，則價格太高，因此，我廠決定試制該產(chǎn)品，以滿足市場的需要，同時，也可擴大國內(nèi)電纜品種，為打入國際市場做好準(zhǔn)備。
2 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的分析
2．1 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析
圖1 超大截面煤礦用移動金屬屏蔽軟電纜的結(jié)構(gòu)
根據(jù)所訂的電纜型號規(guī)格，設(shè)計了相應(yīng)的電纜結(jié)構(gòu)(見圖1)，并分析如下：
(1)導(dǎo)體。導(dǎo)體采用軟銅線，其性能應(yīng)符合GB／T3956—1997第5種軟導(dǎo)體的要求，表面應(yīng)光潔，無油污，無尖端凸起或其它損壞絕緣的缺陷。
(2)導(dǎo)體屏蔽。為防止因?qū)w表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電現(xiàn)象，同時因為動力線芯截面太大，為防止動力線芯導(dǎo)體在擠制絕緣層和屏蔽層時松股，導(dǎo)體屏蔽采用先繞包半導(dǎo)電布帶再擠包半導(dǎo)電屏蔽層的組合屏蔽形式。
(3)絕緣層。根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)，確定了電纜的絕緣厚度和20。C時的絕緣電阻，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(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層起著均勻電場、吸附游離雜質(zhì)，以及屏蔽外電場的作用。設(shè)計過程中，考慮以上因素后，動力線芯的絕緣屏蔽層設(shè)計為繞包半導(dǎo)電布帶和金屬／纖維編織屏蔽相結(jié)合的屏蔽形式，金屬編織層還可兼作地線。
(5)輔助線芯。由以下幾種組成：
1)輔助地線。該電纜采用金屬編織兼作地線的形式，如金屬編織層總截面達(dá)不到電纜地線截面的要求，允許采用輔助地線，因此，增加一根截面積為10 mm。的輔助裸銅線，以加大地線的截面。
2)控制線芯?？刂凭€芯由鍍錫導(dǎo)體擠絕緣后再繞包聚酯薄膜帶，以增加線芯間的相對滑移。
3)監(jiān)視線芯。監(jiān)視線芯擠制絕緣層后，再繞包一層聚酯薄膜帶，以防止在編織時銅線扎壞絕緣；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(yīng)達(dá)到88 。
(6)護套。根據(jù)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(nèi)護套和聚氨酯外護套的組合護套結(jié)構(gòu)。
2．2 纜芯排列
在纜芯的排列形式上，采用輔助地線位于纜芯中心位置，2根控制線芯和1根監(jiān)視線芯分別放置于3根動力線芯的邊隙中，這樣的電纜結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定，電場分布均勻。在3根動力線芯邊隙中增加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，而且可以節(jié)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(jù)電纜電壓等級及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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，同時考慮9O^。C的導(dǎo)體長期工作溫度，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(yīng)符GB／T7594的規(guī)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?？捎米鞯V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，還有開始使用不久的聚氨酯。通過對這四種材料性能的綜合比較(見表1)，結(jié)合現(xiàn)有工藝對材料擠出的要求，本著大膽使用新材料的目的，選擇了氯丁橡膠為內(nèi)護套，聚氨酯為外護套的組合護套形式。
3 電纜的主要性能
允許長期工作溫度為90℃超大截面煤礦用移動金屬屏蔽軟電纜的主要性能見表2。 表1 四種材料性能的比較  
表2 礦用移動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。
4 關(guān)鍵工序的工藝制造及質(zhì)量保證
該電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實際生產(chǎn)制造過程比較煩瑣。因此應(yīng)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)量控制作過詳細(xì)的論述，這里只簡單對關(guān)鍵問題作一說明，其它不再贅述：
(1)導(dǎo)體外先繞包半導(dǎo)電布帶，既可起到導(dǎo)體屏蔽的作用，又可防止導(dǎo)體松股，但繞包后的導(dǎo)體在擠制導(dǎo)體半導(dǎo)電屏蔽層時會有一定的難度，所以要求包帶平整、無皺折，擠制半導(dǎo)電屏蔽層時，應(yīng)調(diào)整好模芯、模套間距，以減小徑向壓力，保證半導(dǎo)電屏蔽層擠出的連續(xù)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，芯數(shù)多，這就使成纜難度加大，在成纜過程中，要求放線盤張力均勻，包帶連續(xù)、平整、緊實，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(jié)束語
該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安全性高，主要性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，有很強的市場競爭力，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。該產(chǎn)品已通過河南省經(jīng)貿(mào)委和科技廳組織的鑒定，完全可以替代進(jìn)口。