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。這就要求其具有良好的機械性能，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現(xiàn)可靠靈敏保護的結(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)行各自的國家標準，尚無通行的國際標準可依。我國現(xiàn)行的國家標準是 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)實際出發(fā)，發(fā)布煤炭行業(yè)標準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標準在強化電纜阻燃性能考核力度的同時，擴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。該標準自2010年7月1日實施以來，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準均有“電纜外徑”的規(guī)定。這里所說的外徑問題主要指“電纜實際直徑小于標準規(guī)定”的情況。解決外徑問題當年作為MT 818標準換版的一項重要工作內(nèi)容，邀請多家電纜生產(chǎn)廠家參與，就電纜直徑的相關(guān)問題進行了反復(fù)討論，各相關(guān)廠家依據(jù)一致認可的直徑計算公式分別進行了測算。實事求是地講，與MT 818—1999標準相比，新版在這方面已經(jīng)有了相當大的進步。但仍有部分廠家反映電纜外徑達不到標準規(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?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。在英國標準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標準規(guī)定，采煤機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)驗告訴我們，當?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標準在地線芯、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)常可以看到(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標準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標準中乙丙橡皮絕緣電纜的規(guī)定厚。因為GB/T 12706標準中的各種電纜均為“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標準中，除第3部分中額定電壓0.66/1.14 kV的采煤機屏蔽監(jiān)視加強型橡套軟電纜的8個規(guī)格外，所有移動類軟電纜的絕緣厚度與國家標準 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)行國家標準中，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標準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等國外標準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準中同類產(chǎn)品的規(guī)定列于表2。

表2 絕緣標稱厚度對照表

上述情況表明，MT 818—2009標準中關(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)有國家標準的規(guī)定和煤礦用戶的使用習慣，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)標準在這方面的話語權(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標準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)標準時，絕緣厚度可以有兩種選擇?

在 MT 818—1999 標準中，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)標準;而MCPT-0.66/1.14 和 MCPTJ-0.66/1.14 型電纜絕緣材料為乙丙橡皮，其厚度等同英國標準BS 6708。當時兩者絕緣厚度有差異很正常。

起草MT 818—2009標準時，效仿通用橡套電纜的國家標準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，金屬屏蔽的采煤機電纜與非金屬屏蔽的采煤機電纜和移動電纜在結(jié)構(gòu)、使用場合和執(zhí)行標準上都各不相同，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)標準時，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，嚴格按與 MT 818—2009中相對應(yīng)部分的規(guī)定執(zhí)行，以維護標準的嚴肅統(tǒng)一。

3 導(dǎo)體直流電阻

3.1 控制線芯的導(dǎo)體直流電阻

采煤機橡套軟電纜的控制線芯，多數(shù)情況下需要先單獨絞合成纜，然后再與動力線芯一起成纜，同時標準規(guī)定控制線芯單獨成纜的絞合節(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的問題突出。MT 818—2009標準明確控制線芯導(dǎo)體直流電阻的規(guī)定勢在必行，具體指標借鑒英國標準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標準擴大了電纜的規(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，為達到覆蓋率規(guī)定，實際生產(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標準中第5種導(dǎo)體為基礎(chǔ)，考慮到標準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，只要編織銅線的實際截面不小于標稱值，地線直流電阻就可以合格!同時根據(jù)生產(chǎn)實際，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

目前相當部分的國產(chǎn)采煤機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標準規(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的初衷是為了實現(xiàn)英國進口采煤機電纜的國產(chǎn)化，預(yù)定的目標是替代進口電纜用于國外引進的采煤機組。基于這種考慮，除表面標志色條和擴大規(guī)格外，MT 818.4等同采用了BS 6708關(guān)于采煤機金屬屏蔽橡套軟電纜的各項規(guī)定，MT 818.4的四個產(chǎn)品型號分別對應(yīng)于英國標準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，相當于地線截面的“增大”，所以BS 6708標準是以“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標準中關(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)。但是鑒于當時缺乏試驗驗證數(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標準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］.