Расчёт и выбор шахтных кабельных сетей

Номер ВЛ или КЛ	Тип провода или кабеля	Длина, м	Расчётный ток нагрузки, IР, А	Выбор сечения, мм2	Предварительно выбранное сечение, мм2	Проверка сечения, мм2	Окончательно принятые сечения с учётом жил заземления и управления
по нагреву	по экономическому фактору	по мех. прочности	по потере напряжения	по пуску и опрокидыванию	по термостойкости
1. Высоковольтные подземные кабели
	ЦСП2Л					-			-		3´150
2. Кабельная сеть ПУПП – 1
	ЭВТ					-					3´95+1´´10+3´4
3. Кабельная сеть ПУПП – 2 и т.д.

4.1. Выбор типа кабеля

4.1.1 Выбор типа бронированного кабеля

Единые технические указания по выбору и применению бронированных кабелей рекомендуют преимущественное применение на поверхности шахт кабелей с алюминиевыми жилами и оболочками, являющихся более дешёвыми. Применение кабелей с медными жилами и свинцовыми оболочками является необходимым в условиях подземных выработок угольных шахт, взрывоопасных производств и в других условиях, технически и экономически обоснованных.

При выборе типа бронированного кабеля целесообразно руководствоваться следующими рекомендациями:

– если для горизонтальной прокладки выбран бронированный кабель с нормальным маслоканифольным пропиточным составом, то разность уровней не должна превышать 15–25 м;

– для вертикальной и наклонной прокладки должны применяться кабели с обеднённым пропиточным составом или с нестекающим составом на основе церезина;

– для вертикальной прокладки должны применяться кабели с проволочной бронёй;

– для прокладки в шахтах должны применяться кабели с негорючим защитным покровом, медными жилами и свинцовой оболочкой;

– для пожароопасных помещений должны применяться голые кабели или покрытые негорючим защитным покровом;

– в условиях наличия опасности механических повреждений при эксплуатации – бронированные кабели;

– в условиях среды с высокой коррозийной активностью – кабели с антикоррозийной защитной оболочкой;

– для прокладки в воде – кабели со свинцовой оболочкой.

В зависимости от области и условий применения по табл. 4.2 следует произвести выбор типа бронированных кабелей, а по табл. 4.3 – количества и сечения жил кабелей, применяемых в подземных выработках шахт.

4.1.2. Выбор типа гибкого и полугибкого кабелей

Для присоединения передвижных механизмов шахт должны применяться специальные шахтные гибкие и полугибкие кабели, кабели с негорючей изоляцией и экранированными жилами.

При выборе типа гибких кабелей необходимо учитывать следующие рекомендации:

– в условиях пологих и наклонных пластов для присоединения электродвигателей комбайнов, конвейеров, лебёдок и других механизмов необходимо применять кабель типа КГЭШ;

– для присоединения очистных комбайнов на крутых пластах применяют кабель с повышенной механической прочностью типа КГЭШУ;

– в сетях, оборудованных устройствами опере­жающего отключения, применяют кабель типа КГВЭУШ;

Таблица 4.2

Область применения бронированных кабелей

Условия применения	Типы рекомендуемых кабелей
при отсутствии опасности механических повреждений и растягивающих усилий	при наличии опасности механических повреждений
1. В подземных выработках шахт
Для горизонтальной прокладки Для вертикальной прокладки	СБн, СБлн, СШв ЦСБн, ЦСШв	СБ2лШв, СБн, СБлн, СБШВ ЦСПн, СПлн, СПШв, СПл
2. Для прокладки в воде
	– –	СКл, АСКл, ОСК, АОСК
3. Для прокладки в блоках
	СГУ, АСГ, АБВГ, АПсВГ, АпвВГ, АПВГ	СГ, АСГ, АВВГ, АПсВГ, АПвВГ, АПВГ
4. Для прокладки на эстакадах
	ААШв, ААБлГ, АВВГ, АВРГ, АНРГ, АПсВГ, АПвВГ, АВАШв, АПШв	ААБлГ, ААБ2лШв,АВВБГ, АВВБбГ, АВРБГ, АНРБГ, АПсВБГ, АПвВБГ
5. Для прокладки во взрывоопасных зонах
а) класса В-1, В-1а	СБГ, СБШв	ВБВ, ВБбШв, ВВБбГ, ВВБГ, НРБГ, СРБГ
б) класса В-1г, В-II	ААШв, ААБлГ, АСБГ, АВВГ, АВРГ, АНРГ	АВБв, АВБбШв, АВВБбГ, АВВБГ, АВРБГ, АНРБГ ААБлГ, АВВБГ,
в) класса В-1б, В-IIа	ААШв, ААГ, АВВГ, АВРГ, АНРГ, АСРГ	АВРБГ, АНРБГ, АСРБГ

Продолжение табл.4.2

Условия применения	Типы рекомендуемых кабелей
при отсутствии опасности механических повреждений и растягивающих усилий	при наличии опасности механических повреждений
6. Для прокладки в пожароопасных помещениях
	ААГ, ААШв, АВВГ, АВРГ, АПсВГ, АНРГ, АСРГ	ААБвГ, ААБлГ, АСБлГ, АВВБГ, АВВБГ, АВРБбГ, АпсБбШв, АпвБГ, АВРБГ, АСРБГ
7. Для прокладки в воздухе
В туннелях, каналах, шахтах: а) сухих	ААГ, ААШв, АВВГ, АНРГ, АПвВГ, АПсВГ	ААБлГ, АВВБГ, АВРБГ, АВБбШв, АПсВБГ, АПвВБГ, АВАШв, АПВБГ, АНРБГ
б) сырых	ААШв, АСШв	ААБвГ, ААБ2лШв, ААБлГ, АСБлГ, АСБ2пГ
8. Для прокладки в земле
С низкой коррозийной активностью	а) при отсутствии значительных растягивающих усилий ААШв, ААШп, ААБл, ААБ2л, АВВГ, АПсВГ, АВВБ, АПВБ, АПБбШв, АВАШв, АВРБ, АНРБ	б) при наличии значительных растягивающих усилий ААПЛ, АСПл, ААП2Л
Со средней коррозийной активностью	ААШв, ААШп, ААБл, ААБ2л, АСБ, АСБл, ААШв, ААБв, АСБ2л	ААПл, АСПл, ААП2л
С высокой коррозийной активностью	ААШп, ААШв, ААБ2л, ААБлШв, ААБ2лШп, ААБв, АСБ2лШВ	ААП2лШв, АСП2л

Таблица 4.3

Сечение жил бронированных кабелей

Тип кабеля	Номинальное напряжение, кВ	Количество жил	Сечение жил, мм
	ЦСПн СПлн-В ЦСПШв СПлн СПШв СБн; СБ2лШв	6;10 1;6 6;10 1;6;10 1;6 1;6;10		25¸185 25¸150 25¸185 25¸240 16¸240 6¸240

– для присоединения шахтного бурильного электроинструмента применяют кабели повышенной гибкости типа КОГЭШ, КОГВЭШ;

– для присоединения ПУПП к низковольтным РП участков шахт применяют полугибкие низковольтные кабели типа ЭВТ-1140, допус­кается применение бронированного кабеля типа СБН и гибкого типа КГЭШ;

– для присоединения передвижных подстанций к высоковольтным распределительным пунктам применяют высоковольтный кабель ЭВТ-6000, допускается применение кабеля типа СБН на напряжение 6 кВ;

– для осветительных установок в очистных и подготовитель­ных забоях - кабель типа КГЭШ, а в основных выработках допускается применение бронированных кабелей низкого напряжения;

– для присоединения средств автоматизации и дистанционного управления необходимо применять контрольные гибкие шахтные кабели типа КГШ.

После выбора типа кабеля следует определить количество жил управления согласно таблице 4.4:

– для дистанционного управления с пульта очистного комбайна;

– для дистанционного управления электродвигателями лавного конвейера;

Таблица 4.4

Количество и сечение жил полугибких и гибких кабелей

Марка кабеля	Количество жил кабеля
силовых и заземляющих	с учётом жил управления
ЭВТ-660-1140	3´16+1´10 3´25+1´10 3´36+1´10 3´50+1´10 3´70+1´10 3´95+1´10	3´16 +1´10+4´2,5 3´25+1´10+4´2,5 3´35+1´10+4´2,5 3´50+1´10+4´4 3´70+1´10+4´4 3´95+1´10+4´4
ЭВТ-6000	3´16+1´10 3´25+1´10 3´35+1´10	3´10+1´10+4´10 3´25+1´10+4´4 3´35+1´10+4´4
КГЭШ-660-1140	3´4+1´2,5 3´6+1´4 3´10+1´6 3´16+1´10 3´25+1´10 3´35+1´10 3´50+1´10 3´70+1´10 3´95+1´10	3´4+1´2,5+3´1,5 3´6+1´4+3´2,5 3´10+1´6+3´2,5 3´16+1´10+3´4 3´25+1´10+3´4 3´35+1´10+3´4 3´50+1´10+3´4 3´70+1´10+3´4 3´95+1´10+3´4
КГЭШУ-660-1140	3´10+1´6+5´2,5 3´16+1´10+5´2,5 3´25+1´10+5´4	3´35+1´10+5´4 3´50+1´10+5´4 3´70+1´10+5´4
КГВЭУШ-660	6´6+1´6+5´1,5 6´10+1´6+5´1,5 6´16´10+5´1,5 6´25+1´10+5´1,5 6´35+1´10+5´1,5	6´50+1´10+5´1,5 6´16+1´10+5´2,5 6´25+1´10+5´2,5 6´35+1´10+5´2,5 6´50+1´10+5´2,5
КОГЭШ-220; КОГВЭШ-660	5´1,5 5´2,5	5´4 5´6

– для дистанционного отключения аварийного выключателя с пульта комбайна;

– для дистанционного и автоматического снятия напряжения с электрооборудования, находящегося на отработанной струе воздуха;

– для дистанционного управления КРУ с пульта, установленного на ПУПП;

– для дистанционного управления другими машинами и механиз­мами.

4.2. Определение расчётных нагрузок кабелей

Расчётные нагрузки при выборе сечений кабелей определяют следующим образом.

1. Для кабелей, питающих одиночные электродвигатели, за расчёт­ный ток принимают номинальный ток электродвигателя из паспортных данных двигателя или определяют по формуле

(4.1)

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт; - номинальное значение коэффициента мощности двигателя; - номинальное напряжение сети, В.

2. Для многодвигательных машин, питающихся от одного пускателя, расчётный ток определяют как сумму номинальных токов двигателей, т.е.:

, (4.2)

где - количество двигателей, подключенных к кабелю.

Для двигателей с водяным охлаждением принимают длительную мощность (режим ), а с воздушным охлаждением – часовую мощность (режим ).

При работе комбайна с барабанным кабелеукладчиком нагрузка на кабель должна быть снижена на 30 % по сравнению с номинальной.

3. Для кабелей, питающих группу электродвигателей, работающих не одновременно, при определении расчётной нагрузки необходимо учитывать коэффициент спроса k_С:

, (4.3)

где - суммарная номинальная мощность электродвигателей, кВт; - средневзвешенный коэффициент мощности.

По формуле (4.3) расчётный ток необходимо определять для кабелей от ПУПП до низковольтного распределительного пункта, а также для проходческих комбайнов и погрузочных машин с многодвигательным приводом.

Величина коэффициента спроса и средневзвешенного коэффи­циента мощности может быть принята такой же, как и при определении мощности участкового трансформатора.

4. Для высоковольтных кабелей от РПП-6 до ПУПП:

(4.4)

где - расчётная мощность ПУПП, кВА; 1,1 - коэффициент резерва.

При приблизительном равенстве расчётной и выбранной мощности подстанции в качестве расчётного тока можно принимать номи­нальный первичный ток ПУПП.

При питании по одному кабелю двух-трёх подстанций ток нагрузки определяют по формуле

. (4.5)

5. Для кабелей от ЦПП до РПП-6:

, (4.6)

где - коэффициент участия в максимуме нагрузки.

При питании РПП-6 двумя кабелями, каждый кабель рассчитывают на полную мощность.

6. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы электроприёмников за расчётный ток принимают длительный ток, который определяют

для кабелей 6 мм² и менее:

(4.7)

для кабелей более 6 мм²:

, (4.8)

где - длительный ток нагрузки; - номинальный ток, соответствующий режиму ПВ; - продолжительность включения в относительных единицах.

4.3. Выбор сечения кабелей по нагреву

Для каждого типа кабелей установлена предельно допустимая температура нагрева при нормальной работе в зависимости от класса изоляции. Если температура нагрева будет превышать предельно допустимую, то срок службы кабеля резко сокращается вследствие быстрого старения изоляции. Температура нагрева проводника определяется величиной протекающего тока, активным сопротивлением, температурой окружающей среды и рядом других факторов.

Выбор сечения кабеля по нагреву производят по специальным таблицам, где приводится допустимая величина тока для ка­белей определенной конструкции, при различных температурах окружающей среды.

Выбор сечения кабеля по условиям допустимого нагрева токами нормального режима выполняют в следующем порядке:

– определяют расчётный ток нагрузки кабеля (по формулам (4.1)–(4.8));

– определяют условие и место прокладки кабеля;

– выбирают тип кабеля по табл. 4.2; 4.3; 4.4;

– определяют температуру окружающей среды, которая может быть принята:

при глубине шахты до 100 м………..+15 °С

от 200 до 450 м ………+25 °С

свыше 450 м …………+30 °С

при прокладке в земле ………..…….+15 °С;

– определяют поправочный коэффициент на температуру окружающей среды с учётом допустимой температуры нагрева кабеля:

(4.9)

где - допустимая температура нагрева жил кабеля, °С; - температура, при которой определены допустимые табличные токи нагрузки кабеля, °С; - фактическая температура окружающей среды, °С;

– по таблицам допустимых нагрузок 4.5–4.6 определяют соответствующие токовой нагрузке сечение кабеля, при этом должно соблюдаться условие:

. (4.10)

Таблица 4.5

Длительно допустимые токовые нагрузки на силовые

с медными жилами кабели, бумажной изоляцией

в свинцовой оболочке при температуре 25 °С

Сечение жилы, мм2	Токовые нагрузки (А) на кабели
трёхжильные	четырёхжильные до 1 кВ
до 3 кВ	6 кВ	10 кВ
2,5		– – –	– – – –	– –

Примечание. Допустимый нагрев кабелей с бумажной изоляцией до 1 кВ - 80 °С, 6 кВ - 65 °С, 10 кВ - 60 °С.

Таблица 4.6

Длительно допустимые токовые нагрузки на силовые

шахтные полугибкие и гибкие кабели

при температуре +25 °С

Сечение жилы, мм2	Токовые нагрузки (А) на кабели при допустимом нагреве
ЭВТ-6000 3´(16-36) +1´10 3´ (16-35)+1´(10-4)	ЭВТ-660, 1140 3´(16-120)+1´10; 3´(16-120)+4´4	КГЭШ-660,1140 3´(4-95)+1´(2,5-10); 3´(4-95)+1´ (2,5-10)+3´2,5	КГШЭУ-660, 1140 3´ (10-70)+1´10+ 5´(2,5´4)	КГВЭУШ 6´(6-50)+1´(6-10)+5´1,5; 6´ (16-50)+1´10+5´2,5	КГЭ-6000 3´(10-150)+1´(6-50)+ 1´ (6-10)	КЩГЭШ-220 КОГВЭШ-660 5´(1,5-6)	КПГСН-660 3´(4-50)+1´(2,5-16)+1´(2,5-10)
75 °С	70 °С	75 °С	75 °С	75 °С	75 °С	70 °С	70 °С
1,5	–	–	–	–	–	–		–
2,5	–	–	–	–	–	–		–
	–	–		–	–	–
	–	–		–	76 Ж	–
	–	–			100 Ж		–
		80 Ж					–
		105 Ж					–
							–
	–						–
	–				–		–	–
	–			–	–		–	–
	–		–	–	–		–	–
	–	–	–	–	–		–	–

Примечание. ж - не изготавливаются с жилами для управления.

4.4. Выбор сечения по экономическим факторам

Выбор сечения кабелей также производят по экономической плотности тока, величина которого приводится в табл. 4.7 в зависимости от типа кабеля и числа часов использования максимума нагрузки в год. Сечение кабеля по экономической плотности тока определяют:

S_эк = мм² (4.11)

где i_эк - экономическая плотность тока, А/мм².