超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆的研制

超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆的研制
 
摘要：本文主要阐述了超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆的结构设计和生产制造工艺。
关键词：超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆；结构；工艺
l 引 言
近年来煤矿重大恶性事故屡有发生，煤矿安全已被列为国家安全生产的重点，因此，煤矿用电缆的质量越来越受到人们的重视。超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆就是应市场的要求而开发研制的。2002年9月山西晋城亚美大宁能源有限公司在咨询了多个生产厂家未果的情况下，与我厂协商制造大长度、电压等级为3．6／6 kV、特大功率的煤矿电缆，用于变压器与井下电器之间的连接。根据用电器的功率，需匹配截面为 185 cm 的电缆。我们把电缆的型号规格定为：MYPTJ一3．6／6 kV 3×185+3×70／3+2×25+1×2．5，经用户同意后签订了订货合同。该电缆有三大特点：一是电缆截面特大，其外径为80~89 mm；二是电缆结构复杂，芯数多；三是长度长，重量重，超出了现有设备的生产能力。目前，国内的电缆厂还无能力生产该类型的电缆产品，如果依赖进口，则价格太高，因此，我厂决定试制该产品，以满足市场的需要，同时，也可扩大国内电缆品种，为打入国际市场做好准备。
2 电缆结构设计和材料的分析
2．1 电缆结构设计与分析
图1 超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆的结构
根据所订的电缆型号规格，设计了相应的电缆结构(见图1)，并分析如下：
(1)导体。导体采用软铜线，其性能应符合GB／T3956—1997第5种软导体的要求，表面应光洁，无油污，无尖端凸起或其它损坏绝缘的缺陷。
(2)导体屏蔽。为防止因导体表面不光滑、不圆整而引起的尖端放电现象，同时因为动力线芯截面太大，为防止动力线芯导体在挤制绝缘层和屏蔽层时松股，导体屏蔽采用先绕包半导电布带再挤包半导电屏蔽层的组合屏蔽形式。
(3)绝缘层。根据电缆额定电压，选择了适用于高电压等级的乙丙橡胶作为电缆的绝缘材料，并参照MT 818．6—1999标准，确定了电缆的绝缘厚度和20。C时的绝缘电阻，以保证成品电缆能经受11 kV 工频电压试验5 min，电缆不击穿。
(4)绝缘屏蔽层。电缆导体屏蔽层和绝缘屏蔽层起着均匀电场、吸附游离杂质，以及屏蔽外电场的作用。设计过程中，考虑以上因素后，动力线芯的绝缘屏蔽层设计为绕包半导电布带和金属／纤维编织屏蔽相结合的屏蔽形式，金属编织层还可兼作地线。
(5)辅助线芯。由以下几种组成：
1)辅助地线。该电缆采用金属编织兼作地线的形式，如金属编织层总截面达不到电缆地线截面的要求，允许采用辅助地线，因此，增加一根截面积为10 mm。的辅助裸铜线，以加大地线的截面。
2)控制线芯。控制线芯由镀锡导体挤绝缘后再绕包聚酯薄膜带，以增加线芯间的相对滑移。
3)监视线芯。监视线芯挤制绝缘层后，再绕包一层聚酯薄膜带，以防止在编织时铜线扎坏绝缘；为防止外部信号干扰，绝缘屏蔽采用金属／纤维编织，编织覆盖率应达到88 。
(6)护套。根据使用环境和条件，为使电缆具有优异的机械性能和阻燃性能，电缆采用红色阻燃氯丁内护套和聚氨酯外护套的组合护套结构。
2．2 缆芯排列
在缆芯的排列形式上，采用辅助地线位于缆芯中心位置，2根控制线芯和1根监视线芯分别放置于3根动力线芯的边隙中，这样的电缆结构合理、稳定，电场分布均匀。在3根动力线芯边隙中增加6根填充条，填充条的使用不仅可使缆芯圆整，改善电缆电缆外观，而且可以节约护套胶的用量，从而降低产品成本，提高经济效益。
2．3 主要材料的选用
(1)绝缘层。根据电缆电压等级及相关标准对电缆绝缘电阻的要求，必须选择体积电阻不小于1O¹³～1O¹⁴Ω·m 的材料，同时考虑9O^。C的导体长期工作温度，要求材料的耐热老化性能优良，因此，选用了电气性能优异的乙丙绝缘橡胶，其性能应符GB／T7594的规定。
(2)护套。煤矿用电缆对护套的机械性能和阻燃性能要求较高，它不仅要求电缆护套具有阻燃、耐磨、抗砸、抗撕裂的性能，而且要求电缆的弯曲性能优良。可用作矿用电缆护套的材料很多，如：氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯和氯丁橡胶，还有开始使用不久的聚氨酯。通过对这四种材料性能的综合比较(见表1)，结合现有工艺对材料挤出的要求，本着大胆使用新材料的目的，选择了氯丁橡胶为内护套，聚氨酯为外护套的组合护套形式。
3 电缆的主要性能
允许长期工作温度为90℃超大截面煤矿用移动金属屏蔽软电缆的主要性能见表2。 表1 四种材料性能的比较  
表2 矿用移动金属屏蔽软电缆的主要性能
 
注：工频电压5 min试验要求不击穿，该产品均通过。
4 关键工序的工艺制造及质量保证
该电缆结构复杂，实际生产制造过程比较烦琐。因此应特别注重关键工序的质量控制。在相关的论文中，都曾对各工序的质量控制作过详细的论述，这里只简单对关键问题作一说明，其它不再赘述：
(1)导体外先绕包半导电布带，既可起到导体屏蔽的作用，又可防止导体松股，但绕包后的导体在挤制导体半导电屏蔽层时会有一定的难度，所以要求包带平整、无皱折，挤制半导电屏蔽层时，应调整好模芯、模套间距，以减小径向压力，保证半导电屏蔽层挤出的连续性。
(2)成缆的好坏将直接影响到电缆的质量。由于该电缆结构复杂，芯数多，这就使成缆难度加大，在成缆过程中，要求放线盘张力均匀，包带连续、平整、紧实，重叠率为15 ～25 ，以使成缆缆芯圆整，杜绝缆芯的蛇形、松股、跳股等质量缺陷的发生。
5 结束语
该产品结构设计合理，安全性高，主要性能指标达到国际先进水平，有很强的市场竞争力，具有良好的经济效益和社会效益。该产品已通过河南省经贸委和科技厅组织的鉴定，完全可以替代进口。