張先枚

(上海煤科院測試中心，上海201401)

0 引言

煤礦用移動類軟電纜(即礦用橡套軟電纜)主要用于煤礦井下各種移動采煤機(jī)械設(shè)備的電源連接線，是工作環(huán)境最惡劣的電纜之一。

首先，煤礦井下電纜移動的使用，除了經(jīng)受拉伸、彎曲的機(jī)械作用外，還隨時有被下落的巖石、煤塊沖砸，或被巖石、煤塊和其它裝備、材料壓住、壓扁而造成損壞或電氣短路的危險(xiǎn)。這就要求其具有良好的機(jī)械性能，能夠抗沖擊、抗擠壓。

其次，煤礦井下極其潮濕，經(jīng)常有流水存在，電纜直接與礦工接觸。電纜應(yīng)具有良好的電氣絕緣性能和實(shí)現(xiàn)可靠靈敏保護(hù)的結(jié)構(gòu)，確保在發(fā)生電氣故障的瞬間，切斷電源，防止事故發(fā)生和擴(kuò)大。

第三，煤礦井下往往有瓦斯和煤塵，容易發(fā)生燃燒，甚至爆炸，故電纜應(yīng)阻燃。

第四，井下作業(yè)空間極其狹小，電纜搬運(yùn)條件差，電纜應(yīng)盡可能做得直徑小重量輕，以利于使用、維修。

由于世界各地煤炭的資源、開采歷史和技術(shù)水平等的明顯差異，煤礦用移動類軟電纜一般執(zhí)行各自的國家標(biāo)準(zhǔn)，尚無通行的國際標(biāo)準(zhǔn)可依。我國現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是 GB/T 12972.1～12972.10—2008《礦用橡套軟電纜》。1999年國家煤炭工業(yè)局從我國煤礦生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，發(fā)布煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT 818.1～818.14—1999《煤礦用阻燃電纜》，并于 2009 年換版更名為 MT 818.1～818.13—2009《煤礦用電纜》。

MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)在強(qiáng)化電纜阻燃性能考核力度的同時，擴(kuò)大了移動類軟電纜的型號、規(guī)格，并將移動類軟電纜的額定電壓升至8.7/10 kV。該標(biāo)準(zhǔn)自2010年7月1日實(shí)施以來，遇到一些涉及移動類軟電纜結(jié)構(gòu)和性能規(guī)定的問題，其中比較突出的有電纜外徑、絕緣厚度和導(dǎo)體直流電阻。

1 電纜外徑問題

為滿足煤礦井下防爆要求，實(shí)現(xiàn)電纜與電氣設(shè)備連接處的密封，煤礦用移動類軟電纜的標(biāo)準(zhǔn)均有“電纜外徑”的規(guī)定。這里所說的外徑問題主要指“電纜實(shí)際直徑小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定”的情況。解決外徑問題當(dāng)年作為MT 818標(biāo)準(zhǔn)換版的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，邀請多家電纜生產(chǎn)廠家參與，就電纜直徑的相關(guān)問題進(jìn)行了反復(fù)討論，各相關(guān)廠家依據(jù)一致認(rèn)可的直徑計(jì)算公式分別進(jìn)行了測算。實(shí)事求是地講，與MT 818—1999標(biāo)準(zhǔn)相比，新版在這方面已經(jīng)有了相當(dāng)大的進(jìn)步。但仍有部分廠家反映電纜外徑達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值，其主要原因是第4芯直徑偏小。

在煤礦用移動類軟電纜中，地線芯、監(jiān)視線芯、輔助線芯和控制線芯成纜單元等往往作為第4芯與三根動力線芯絞合成纜。第4芯直徑的大小直接影響電纜成纜直徑，進(jìn)而影響電纜的外徑，其對應(yīng)關(guān)系見表1。以MYP-0.66/1.14型3×50+1×16電纜為例，其最小外徑規(guī)定為46.5 mm，當(dāng)?shù)?芯(地線)直徑與動力線芯直徑的比值從1.00降低到0.483，電纜直徑將減小約4 mm，其影響之大可見一斑。

表1 成纜線芯直徑對照表

大家知道，移動類軟電纜使用中可能反復(fù)彎曲，為保持電纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并避免各線芯所受的應(yīng)力不均，應(yīng)盡可能使纜芯中各線芯的直徑相同。在英國標(biāo)準(zhǔn)BS 6708中就有第4芯“應(yīng)附加一層絕緣以使其最終直徑和動力線芯相同”的規(guī)定。GB/T 12972標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采煤機(jī)電纜控制纜芯的橡皮包覆層厚度“應(yīng)使包覆直徑與動力線芯直徑相似”(見GB/T 12972.1 中5.4.2 b)款)。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)?shù)?芯直徑為動力線芯直徑的80%左右時，線芯受力不均的問題將不突出，可以實(shí)現(xiàn)有效的電纜中央填充，同時電纜成品直徑也較小(與“第4芯直徑與動力線芯直徑相同”比)。所以MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)在地線芯、監(jiān)視線芯、輔助線芯和控制線芯成纜單元等作為第4芯與三根動力線芯絞合成纜的規(guī)定中，均有第4芯“外徑不小于動力線芯直徑的75%”要求(見MT 818.1中5.4.2 a)款、5.4.3 b)款和5.4.4 b)款)。

目前我們經(jīng)?？梢钥吹?3+1)芯結(jié)構(gòu)的移動類軟電纜中第4芯直徑偏小的情況，不少廠家自覺或不自覺地忽略了MT 818—2009的相關(guān)規(guī)定。這既造成線芯受力不均，容易導(dǎo)致地線芯、監(jiān)視線芯、輔助線芯或控制線芯的斷芯，同時不符合MT 818關(guān)于“纜芯中央無線芯時應(yīng)填充”的規(guī)定(見MT 818.1中5.4.5)。尤其是纜芯不填充或填充不足將無法達(dá)到成品電纜的抗沖擊性能和抗擠壓性能，并使井下潮氣更容易進(jìn)入電纜內(nèi)部，引起絕緣性能的下降，直接影響電纜的安全使用。

除了第4芯直徑偏小外，電纜導(dǎo)體絞合結(jié)構(gòu)變動(例如采用一次束絞結(jié)構(gòu))、絞向改變(例如采用同向絞合)和屏蔽層厚度減薄等也會減小電纜的直徑，但它們對直徑的影響小于第4芯直徑。

2 絕緣厚度

MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)中移動類軟電纜的絕緣厚度是一個引起議論較多的問題，在討論之前有兩點(diǎn)希望引起大家的注意:

眾所周知，由于移動使用要求和煤礦井下嚴(yán)酷的工作環(huán)境，從安全角度的需要考慮，煤礦用移動類軟電纜的絕緣應(yīng)該比GB/T 12706標(biāo)準(zhǔn)中乙丙橡皮絕緣電纜的規(guī)定厚。因?yàn)镚B/T 12706標(biāo)準(zhǔn)中的各種電纜均為“固定安裝”，即使采用第5種軟銅導(dǎo)體的乙丙橡皮絕緣電纜，其柔軟性能也只是為了適應(yīng)復(fù)雜狹窄條件下的安裝敷設(shè)需要，這與煤礦用移動類軟電纜的工作條件是有明顯不同的。

其次，在MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)中，除第3部分中額定電壓0.66/1.14 kV的采煤機(jī)屏蔽監(jiān)視加強(qiáng)型橡套軟電纜的8個規(guī)格外，所有移動類軟電纜的絕緣厚度與國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 12972.1～12972.10—2008的規(guī)定完全相同。

2.1 額定電壓8.7/10 kV電纜的絕緣厚度

額定電壓8.7/10 kV移動類軟電纜絕緣厚度的確定，經(jīng)歷了長時間的討論，涉及到許多問題，其中有如下兩方面的考慮:

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中，額定電壓3.6/6 kV和6/10 kV的煤礦用移動類軟電纜絕緣厚度已經(jīng)確定，額定電壓8.7/10 kV的絕緣厚度應(yīng)與之相協(xié)調(diào)，絕不能低于額定電壓6/10kV電纜的規(guī)定，只有這樣才易讓煤礦用戶接受。

另外，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》“井下各級配電電壓和各種電氣設(shè)備的額定電壓等級”“高壓不超過10000 V”的規(guī)定(見第 448條)，煤礦井下的Uo——動力線芯與“地”(金屬屏蔽或周圍介質(zhì))之間的電壓有效值，即使考慮了常規(guī)允許的10%正偏差，一般也不會超過6600 V。MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)將電纜的額定電壓提高到8.7/10 kV，是為了滿足某些用戶的特殊要求和可能出現(xiàn)的極端惡劣工作條件。因此，照搬BS 6708等國外標(biāo)準(zhǔn)采用更厚的絕緣厚度規(guī)定似乎也沒有必要，而且絕緣加厚將導(dǎo)致電纜的直徑和重量增加，影響井下使用。

目前，我國額定電壓3.6/6 kV及以上煤礦用移動類軟電纜的絕緣厚度和一些國外標(biāo)準(zhǔn)中同類產(chǎn)品的規(guī)定列于表2。

表2 絕緣標(biāo)稱厚度對照表

上述情況表明，MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于煤礦用移動類軟電纜絕緣厚度的規(guī)定應(yīng)該講是可行的，盡管存在進(jìn)一步探討的空間。調(diào)整和優(yōu)化煤礦用移動類軟電纜的絕緣厚度，特別是額定電壓3.6/6 kV及以上電纜的絕緣厚度，既要考慮現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和煤礦用戶的使用習(xí)慣，還受制于國內(nèi)電纜行業(yè)絕緣膠料加工的工藝水平，作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在這方面的話語權(quán)相對有限。

2.2 額定電壓0.66/1.14 kV電纜絕緣厚度

有生產(chǎn)廠家提出:MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)中同為移動類軟電纜 MCP-0.66/1.14 型和 MYP-0.66/1.14型與 MCPT-0.66/1.14 和 MCPTJ-0.66/1.14 型的絕緣厚度不完全相同，這是否意味著生產(chǎn)廠家在起草額定電壓0.66/1.14 kV煤礦用移動類軟電纜的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，絕緣厚度可以有兩種選擇?

在 MT 818—1999 標(biāo)準(zhǔn)中，MCP-0.66/1.14 型和MYP-0.66/1.14型移動類軟電纜的絕緣材料為天然/丁苯橡皮，其厚度規(guī)定執(zhí)行國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn);而MCPT-0.66/1.14 和 MCPTJ-0.66/1.14 型電纜絕緣材料為乙丙橡皮，其厚度等同英國標(biāo)準(zhǔn)BS 6708。當(dāng)時兩者絕緣厚度有差異很正常。

起草MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)時，效仿通用橡套電纜的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5013，絕緣淘汰了天然/丁苯橡皮，改用乙丙橡皮XJ-30 A，而電纜的絕緣厚度仍按GB 12972沒有變動，就出現(xiàn)了上面提到的所謂“問題”。但是，金屬屏蔽的采煤機(jī)電纜與非金屬屏蔽的采煤機(jī)電纜和移動電纜在結(jié)構(gòu)、使用場合和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)上都各不相同，一般不會也不應(yīng)該發(fā)生混淆現(xiàn)象。

如今，既然“問題”被提出來了，建議生產(chǎn)廠家在起草企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，電纜絕緣厚度的選定應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品的不同名稱、結(jié)構(gòu)和用途，嚴(yán)格按與 MT 818—2009中相對應(yīng)部分的規(guī)定執(zhí)行，以維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)肅統(tǒng)一。

3 導(dǎo)體直流電阻

3.1 控制線芯的導(dǎo)體直流電阻

采煤機(jī)橡套軟電纜的控制線芯，多數(shù)情況下需要先單獨(dú)絞合成纜，然后再與動力線芯一起成纜，同時標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定控制線芯單獨(dú)成纜的絞合節(jié)徑比不大于8，這樣控制線芯的絞合系數(shù)就比其它線芯至少增大2%。加上近年來電纜生產(chǎn)廠家為解決采煤機(jī)電纜控制線芯斷線問題采取的某些工藝和結(jié)構(gòu)措施(例如:縮小控制線芯成纜節(jié)徑比等)，致使成品控制線芯導(dǎo)體直流電阻偏高甚至超標(biāo)的問題突出。MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)明確控制線芯導(dǎo)體直流電阻的規(guī)定勢在必行，具體指標(biāo)借鑒英國標(biāo)準(zhǔn)BS 6708。

3.2 金屬編織地線的導(dǎo)體直流電阻

在煤礦用移動類軟電纜中金屬編織屏蔽層兼作地線的日見增多，常識告訴我們編織勢必造成導(dǎo)體直流電阻的明顯增大。MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了電纜的規(guī)格范圍，地線的截面隨之增大，在國內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)廠家現(xiàn)有編織設(shè)備條件下，為達(dá)到覆蓋率規(guī)定，實(shí)際生產(chǎn)中使用小節(jié)徑比編織的幾率增大。這樣編織對直流電阻影響問題更加突出。

為此，MT 818—2009以GB/T 3956標(biāo)準(zhǔn)中第5種導(dǎo)體為基礎(chǔ)，考慮到標(biāo)準(zhǔn)允許情況下可能出現(xiàn)的編織絞合系數(shù)，規(guī)定了金屬編織地線的導(dǎo)體直流電阻(見 MT 818.6 中4.1 和 MT 818.7 中4.1)。這些指標(biāo)是最低要求:生產(chǎn)廠家使用合格材料在正常工藝情況下，只要編織銅線的實(shí)際截面不小于標(biāo)稱值，地線直流電阻就可以合格!同時根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，參照國外煤礦用橡套電纜增加了一種新的地線芯放置方式——動力線芯絕緣的外面和動力線芯的間隙之中的組合(見 MT 818.1 中5.4.4 f)款)。

3.3 采煤機(jī)金屬屏蔽橡套軟電纜的地線及其與屏蔽層并聯(lián)的直流電阻

目前相當(dāng)部分的國產(chǎn)采煤機(jī)金屬屏蔽橡套軟電纜的金屬屏蔽層編織所用銅線，未采用MT 818.4—2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“絞線”結(jié)構(gòu)，而是按常規(guī)方式使用“并線”結(jié)構(gòu)。顯而易見這種變動，會帶來電纜尺寸減小、重量減輕和成本下降等諸多好處，但其對產(chǎn)品使用可能帶來的負(fù)面影響，生產(chǎn)廠家和用戶還是需要作出評估。

起草和修訂MT 818.4的初衷是為了實(shí)現(xiàn)英國進(jìn)口采煤機(jī)電纜的國產(chǎn)化，預(yù)定的目標(biāo)是替代進(jìn)口電纜用于國外引進(jìn)的采煤機(jī)組?；谶@種考慮，除表面標(biāo)志色條和擴(kuò)大規(guī)格外，MT 818.4等同采用了BS 6708關(guān)于采煤機(jī)金屬屏蔽橡套軟電纜的各項(xiàng)規(guī)定，MT 818.4的四個產(chǎn)品型號分別對應(yīng)于英國標(biāo)準(zhǔn)BS 6708中的7型、7S型、307型和307S型電纜，其中對金屬編織結(jié)構(gòu)作了明確規(guī)定(見MT 818.4中4.2.6)。

采煤機(jī)金屬屏蔽橡套軟電纜的裸地線與金屬編織屏蔽層是直接接觸的，相當(dāng)于地線截面的“增大”，所以BS 6708標(biāo)準(zhǔn)是以“地線芯導(dǎo)體與屏蔽層并聯(lián)直流電阻”來考核地線芯，同時在附錄中給出了這些電纜金屬編織屏蔽層的導(dǎo)體截面和地線芯與屏蔽層并聯(lián)的短路電流的具體值。作為替代進(jìn)口這些都是我們必須考慮的。

在起草 MT 818.4—2009過程中，發(fā)現(xiàn) BS 6708:1998標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“地線芯導(dǎo)體與屏蔽層并聯(lián)直流電阻”的規(guī)定值，存在某些不盡合理的地方(如:相同結(jié)構(gòu)相同規(guī)格的1.9/3.3 kV電纜的電阻值大于0.66/1.14 kV電纜)。但是鑒于當(dāng)時缺乏試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，況且在某些特定情況下BS 6708的規(guī)定仍存在“客觀的”合理性(如:動力線芯同為95 mm2的 MCPT-0.66/1.14 型電纜和 MCPT-1.9/3.3型電纜的地線標(biāo)稱截面均為50 mm2，它們的金屬編織層選用相同編織銅線時，為達(dá)到規(guī)定的覆蓋率，MCPT-0.66/1.14 的編織節(jié)徑比將大于 MCPT-1.9/3.3，于是就會出現(xiàn)1.9/3.3 kV 電纜阻值大于0.66/1.14 kV電纜的情況)。所以MT 818.4—2009照搬BS 6708的“地線芯導(dǎo)體與屏蔽層并聯(lián)直流電阻”規(guī)定，未作改動。

4 結(jié)束語

以上就是關(guān)于MT 818—2009標(biāo)準(zhǔn)中涉及移動類軟電纜的外徑、絕緣厚度和導(dǎo)體直流電阻等問題的相關(guān)情況簡介和初步分析及個人的建議、意見，如有不當(dāng)之處請指正。

［1］GB/T 3956—2008電纜的導(dǎo)體［S］.

［2］GB/T 5013—2008額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣電纜［S］.

［3］GB/T 12706—2008額定電壓1 kV到35 kV擠包絕緣電力電纜及附件［S］.

［4］GB/T 12972—2008礦用橡套軟電纜［S］.

［5］王春江主編.電線電纜手冊(第1冊)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［6］煤礦安全規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

［7］BS 6708:1998 Flexible cables for use at mines and quarries［S］.

［8］ICEA S-75-381/NEMA WC 58—2005 Portable and Power Feeder Cables for Use in Mines and Similar Applications［S］.

［9］AS/NZS 1802:2003 Electric cables—Reeling and trailing—For underground coal mining［S］.