磴槽煤矿309采区供电设计说明书

　　磴槽煤矿309采区供电设计

　　[摘要]：随着生产规模的扩大和新煤层的勘探，为了满足生产发展的需要，根据新采区的实际情况,对其所需设备及供电线路等进行设计，本设计阐述了采区供电系统中各用电设备的选型及其计算过程，如变压器、电缆、开关的选择等，并对其进行整定和校验，设计中比较详细地叙述了矿用电缆及电气设备的选定原则以及井下各种保护装置的选择和整定。

　　[关键词]： 矿山供电 矿井电缆选择 井下保护

　　目录

　　前言---------------------------------------------------------------------------------4

　　设计原始资料------------------------------------------------------------------------5

　　1 采区变电所变压器的选择-----------------------------------------------------6

　　1.1 采区负荷计算----------------------------------------------------------------6

　　1.2 变压器容量计算--------------------------------------------------------------7

　　1.3 变压器的型号、容量、台数的确定---------------------------------------7

　　2 采区变电所及工作面配电点位置的确定---------------------------------------8

　　2.1 采区变电所位置--------------------------------------------------------------8

　　2.2 工作面配电点的位置---------------------------------------------------------8

　　3 采区供电系统的确定---------------------------------------------------------9

　　3.1 供电系统的拟定原则---------------------------------------------------------9

　　3.2 按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图--------------------------------10

　　4 采区低压电缆的选择---------------------------------------------------------11

　　4.1 电缆长度的确定--------------------------------------------------------------11

　　4.2 电缆型号的确定--------------------------------------------------------------11

　　4.3 电缆选择原则----------------------------------------------------------------11

　　4.4 电缆截面的选择--------------------------------------------------------------11

　　4.5 采区电缆热稳定校验---------------------------------------------------------16

　　5 采区高压电缆的选择---------------------------------------------------------19

　　5.1 选择原则---------------------------------------------------------------------19

　　5.2 选择步骤---------------------------------------------------------------------19

　　6 采区低压控制电器的选择-----------------------------------------------------22

　　6.1 低压控制电器的选择---------------------------------------------------------22

　　6.2 开关选择结果----------------------------------------------------------------22

　　7 低压保护装置选择与整定---------------------------------------------------- 24

　　7.1 保护装置整定细则------------------------------------------------------------24

　　7.2 保护装置的整定与校验-------------------------------------------------------24

　　8 高压配电箱的选择与整定---------------------------------------------------29

　　8.1 高压配电箱的选择原则 ----------------------------------------------------29

　　8.2 高压配电箱的选择----------------------------------------------------------29

　　8.3 高压配电箱的整定与灵敏度校验--------------------------------------------30

　　9 静下漏电保护装置的选择与整定--------------------------------------------31

　　9.1 井下漏电保护装置的作用---------------------------------------------------31

　　9.2 井下漏电保护装置的要求---------------------------------------------------31

　　9.3井下漏电保护装置的整定----------------------------------------------------31

　　10 井下保护接地系统-----------------------------------------------------------33

　　设计总结----------------------------------------------------------------------------35

　　设计参考资料------------------------------------------------------------------------36

　　前言

　　短暂的学习生活就要结束，按照学校的安排，到磴槽煤矿收集采区供电设计所需的原始资料，并根据采区的实际情况进行采区供电设计。

　　本设计是以磴槽煤矿井下采区供电为对象在遵照《煤矿安全规程》、《矿山供电》、《煤矿井下供电设计指导》、《矿井供电》的前提下进行的，根据新采区的实际情况，在老师和单位技术员的指导下，并深入生产现场，查阅了有关设计资料、规程、规定、规范，听取并收录了现场许多技术员的意见及经验，对采区所需设备的型号及供电线路等进行设计计算。设计时充分考虑到技术经济的合理，安全的可靠，采用新技术、新产品，积极采取相应措施减少电能损耗，提高生产效率。

　　设计原始资料

　　一 全矿概貌

　　1、地质储量1527.56万吨;

　　2、矿井生产能力：设计能力50万t/年，实际数51万t/年;

　　3、年工作日：300天，日工作小时：14小时;

　　4、矿井电压等级及供电情况：该矿井供电电源进线采用双回路电源电压为35KV，变电所内设有630KVA,10/6.3变压器两台和400KVA，10/0.4变压器两台，承担井下和地面低压用电负荷。用两条高压电缆下井，电压等级均为6KV，经中央变电所供给采区变电所。

　　二 采区资料

　　1. 采区巷道及其设备布置：

　　采区布置及机械配备平面图，采区布置剖面图。本矿井属低沼气矿井，采区倾角23°～28°，采区内分4个区段，区段斜长平均为42m，工作面长150m，采区煤层与北走向，南翼的走向长35m,北翼的走向长50m。

　　2. 采煤方法：

　　一般采用长壁后退式采煤方法，以炮采为主。

　　3. 支护方法：

　　掘进点向上山，石门及全岩巷道，以锚喷为主，工作面采用木支护。

　　4. 煤炭运输系统：

　　工作面落煤经溜槽到1T矿车，由电瓶车运至中部车场翻车器翻入煤仓到下部车场装车，由电机车运到井底车场，再由绞车提到地面。

　　5. 采区通风：

　　新鲜风流由+230副斜井进风——→130运输大巷——→轨道下山——→采区工作面——→采区回风巷——→人行上山——→-330回风平峒——→通风机房。

　　6. 电压等级及主要设备：

　　井下中央变电所的配出电压为6KV，采区主要用电设备采用660V电压，煤电钻和照明采用127V电压，主要设备见采区负荷统计表。

　　1 采区变电所的变压器选择

　　1.1、采区负荷计算：

　　根据巷道、生产机械的布置情况，查《煤矿井下供电设计指导书》和《矿井供电》，查找有关技术数据，列出采区电气设备技术特征如表1-1、表1-2所示。

　　2.2、变压器容量计算：

　　1.+50水平绞车变电所变压器容量：

　　ST1 =∑Pe1×Kx×Kc /cosφpj

　　=111.2×0.4×1/0.6

　　=74.13KVA

　　式中：cosφpj ——加权平均功率因素，根据《煤矿井下供电设计指导》P5表1-2

　　查倾斜炮采工作面，取cosφpj =0.6;

　　Kx——需要系数，参见《设指》表1-2，取Kx=0.4;

　　Kc——采区重合系数，取值参照《教材》P216，分别取Kc1=1,Kc2=0.9;

　　∑Pe1——由+50水平变电所供电的所有电动机额定容量之和;

　　∑Pe1=110+1.2=111.2kw

　　2.-130水平采区变电所变压器容量:

　　ST2 =∑Pe2×Kx×Kc/cosφpj

　　=143.8×0.5×0.9/0.6

　　=107.848KVA

　　式中： cosφpj ——加权平均功率因素，根据《煤矿井下供电设计指导》P5表1-2查倾斜炮采工作面，取cosφpj =0.6;

　　Kx　——需要系数，参见《设指》表1-2，取Kx=0.4;

　　∑Pe2　——由-130水平采区变电所供电的所有电动机额定容量之和;

　　∑Pe2=(5.5+5.5×2+11+4+8+5.5×2+11+1.2×2+8)×2=143.8kw

　　2.2、变压器的型号、容量、台数的确定：

　　根据Ste>St原则，查《设指》P22表2-2选T1型号为 KSJ2-75/6 变压器一台，T2选型号为KSJ2-135/6变压器一台，其技术特征如表1-3所示。

　　表1-3(变压器技术数据)

　　备注：动力变压器T1选KSJ2-75/6,T2选KSJ2-135/6,上表数据查《设指》

　　表2-2，表2-3;

　　2 采区变电所及工作面配电所位置的确定

　　2.1、采区变电所位置：

　　根据采区变电所位置确定原则，采区变电所位置选择要依靠低压供电电压，供电距离，采煤方法，采区巷道布置方式，采煤机械化程度和机械组容量大小等因素确定。

　　2.2、工作面配电点的位置：

　　在工作面附近巷道中设置控制开关和起动器，由这些装置构成的整体就是工作面配电点。它随工作面的推进定期移动。

　　根据掘进配电点至掘进设备的电缆长度，设立：

　　P1配电点：+50中央变电所——﹥人行下山——﹥-130采区变电所——﹥

　　+50水平绞车峒室;

　　P2配电点：-130采区变电所——﹥-130水平中间运输巷掘进配电点;

　　P3配电点：-130采区变电所——﹥-150水平运输巷掘进配电点;

　　P4配电点：-130采区变电所——﹥-130米水平采区配电点;

　　P5配电点：-130采区变电所——﹥-160米水平采区配电点;

　　3 采区供电电缆的确定

　　3.1、拟定原则：

　　采区供电电缆是根据采区机械设备配置图拟定，应符合安全、经济、操作灵活、系统简单、保护完善、便于检修等项要求。

　　原则如下：

　　1) 保证供电可靠，力求减少使用开关、起动器、使用电缆的数量应最少。

　　原则上一台起动器控制一台设备。

　　2) 采区变电所动力变压器多于一台时，应合理分配变压器负荷，通常一台变压器担负一个工作面用电设备。

　　3) 变压器最好不并联运行。

　　4) 采煤机宜采用单独电缆供电，工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电上山及顺槽输送机宜采用干线式供电。

　　5) 配电点起动器在三台以下，一般不设配电点进线自动馈电开关。

　　6) 工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接电缆的截面。

　　7) 供电系统尽量减少回头供电。

　　8) 低沼气矿井、掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电，局部扇风机实行风电沼气闭锁，沼气喷出区域、高压沼气矿井、煤与沼气突出矿井中，所有掘进工作面的局扇机械装设三专(专用变压器、专用开关、专用线路)二闭锁设施即风、电、沼气闭锁。

　　3.2、按照采区供电系统的拟定原则确定供电系统图

　　采区变电所供电系统拟定图如图1所示。

　　4 采区低压电缆的选择

　　4.1、电缆长度的确定：

　　根据采区平面布置图和采区剖面图可知：人行上山倾角为25°。

　　以计算上山绞车的电缆长度为例：

　　从剖面图可知+50中央变电所到+50水平上山绞车硐室的距离为280m。

　　考虑实际施工电缆垂度，取其长度为理论长度的1.05倍，则实际长度为：

　　Ls=L×1.05=294m，取300 m.

　　同理 其他电缆长度亦可计算出来

　　如图2、图3所示。

　　4.2、电缆型号的确定：

　　矿用电缆型号应符合《煤矿安全规程》规定，电钻用UZ型，上山绞车用ZQP20型，装岩机和回柱绞车用UP型，固定支线电缆和移动支线均采用U型。

　　4.3、电缆选择原则：

　　1)、在正常工作时电缆芯线的实际温升不得超过绝缘所允许的温升，否则电缆将因过热而缩短其使用寿命或迅速损坏。橡套电缆允许温升是65°，铠装电缆允许温升是80°，电缆芯线的时间温升决定它所流过的负荷电流，因此，为保证电缆的正常运行，必须保证实际流过电缆的最大长时工作电流不得超过它所允许的负荷电流。

　　2)、正常运行时，电缆网路的实际电压损失必须不大于网路所允许的电压损失。为保证电动机的正常运行，其端电压不得低于额定电压的95%，否则电动机等电气设备将因电压过低而烧毁。所以被选定的电缆必须保证其电压损失不超过允许值。

　　3)、距离电源最远，容量最大的电动机起动时，因起动电流过大而造成电压损失也最大。因此，必须校验大容量电动机起动大，是否能保证其他用电设备所必须的最低电压。即进行起动条件校验。

　　4)、电缆的机械强度应满足要求，特别是对移动设备供电的电缆。采区常移动的橡套电缆支线的截面选择一般按机械强度要求的最小截面选取时即可，不必进行其他项目的校验。对于干线电缆，则必须首先按允许电流及起动条件进行校验。

　　5)、对于低压电缆，由于低压网路短路电流较小，按上述方法选择的电缆截面的热稳定性均能满足其要求，因此可不必再进行短路时的热稳定校验。

　　4.4、低压电缆截面的选择：

　　1.移动支线电缆截面

　　采区常移动的电缆支线的截面选择时考虑有足够的机械强度,根据经验按《设指》表2-23初选支线电缆截面即可.具体如图2所示。

　　2.干线电缆截面的选择：

　　由于干线线路长,电流大,电压损失是主要矛盾,所以干线电缆截面按电压损失计算。

　　采区变电所供电拟定图如图2所示。

　　

 

　　(1) -130水平岩巷掘进配电点

　　根据△UZ值的取值原则,选取配电点中线路最长,容量最大的支线来计算。

　　1) .根据表2-23,11KW耙斗装岩机初选电缆为U-1000 3×16+1×6 100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：

　　△UZ% = Kf×∑Pe×LZ×K%

　　=1×11×100×10-3×0.327

　　=0.36

　　式中： △UZ%——支线电缆中电压损失百分比;

　　Kf——负荷系数,取Kf=1;

　　∑Pe——电动机额定功率,KW;

　　LZ——支线电缆实际长度,KM;

　　K%——千瓦公里负荷电压损失百分数, 查《设指》表2-28,取K%=0.327

　　△ UZ =△UZ%×Ue/100

　　=0.036×660/100

　　=2.4V

　　式中： △UZ——支线电缆中电压损失,V;

　　2) .变压器电压损失为：

　　△UB% =β×(Ur%×cosφpj+Ux%×sinφpj)

　　= 0.80×(2.27×0.6+3.88×0.8)

　　=3.57

　　式中： △UB%——变压器电压损失百分比;

　　β——变压器的负荷系数, β=Stj1/Se=107.848/135=0.80;

　　Se——变压器额定容量,KVA;

　　Stj1——变压器二次侧实际负荷容量之和,KVA. Stj1=107.848 KVA;

　　Se——变压器额定容量,KVA;

　　Ur%——变压器额定负荷时电阻压降百分数, 查《设指》表2-2,取Ur%=2.27;

　　Ux%——变压器额定负荷时电抗压降百分数, 查《设指》表2-2,取Ur%=3.88;

　　cosφpj——加权平均功率因数, 查《设指》表1-2,取cosφpj =0.6,

　　sinφpj=0.8;

　　△UB =△UB%×Ue/100=3.57×660/100=23.56V

　　3) .干线电缆允许电压损失为:

　　△Ugy =△UY-△UZ-△UB

　　=63-2.4-23.56

　　=37.04V

　　式中：△Ugy——干线电缆中允许电压损失,V;

　　△UY——允许电压损失,V, 查《设指》表2-33, Ue=660V时, △UY=63V;

　　△UZ——支线电缆中电压损失,V;

　　△UB——变压器中电压损失,V;

　　4) .干线电缆截面确定

　　Agy = Kx×∑Pe×Lgy/(Ue×r×△Ugy×ηpj)

　　=0.7×34×0.6/(660×42.5×37.04×0.8)

　　=17mm2

　　式中：　Agy——干线电缆截面积, mm2;

　　∑Pe——干线电缆所带负荷额定功率之和,KW, ∑Pe=5.5×2+11+4+8=34KW;

　　Lgy——干线电缆实际长度,Km;

　　r——电缆导体芯线的电导率, m/(Ω·mm2)取r=42.5Ω·mm2;

　　∑Pe——允许电压损失,V, 查《设指》表2-33, Ue=660V时, △UY=63V;

　　△Ugy——干线电缆中最大允许电压损失,V;

　　ηpj——加权平均效率,V,取ηpj=0.8;

　　根据计算选择干线电缆为U-1000 3×25 +1×10 600m

　　(2)-130水平向采区配电点的干线电缆：

　　1) .支线电缆电压损失：

　　△UZ% = Kf×∑Pe×LZ×K%

　　=1×11×150×10-3×0.327

　　=0.54

　　△UZ =△UZ%×Ue/100

　　=0.054×660/100

　　=3.564V

　　2) .干线电缆允许电压损失为：

　　△Ugy =△UY-△UZ-△UB

　　=63-3.564-23.56

　　=35.876V

　　3) .干线电缆截面确定：

　　Agy = Kx×∑Pe×Lgy/(Ue×r×△Ugy×ηpj)

　　=0.7×32.4×0.7/(660×42.5×35.876×0.8)

　　=19.7mm2

　　式中：∑Pe——干线电缆所带负荷额定功率之和,KW,

　　∑Pe=5.5×2+11+1.2×2+8=32.4KW;

　　根据计算选择干线电缆为U-1000 3×25+1×10 700m

　　(3) +50绞车房供电计算图如图3 所示。

　　

 

　　向110KW绞车供电的电缆截面的选择：

　　根据所选用KSJ 2-75/6 型变压器, 查《设指》表2-2得, Ur%=2.5,Ux%=3.74;

　　变压器的电压损失为：

　　△UT%=(ST/Se)×(Ur%×cosφpj+Ux%×sinφpj)

　　=(74.13/75)×(2.5×0.6+3.74×0.8)

　　=4.44

　　△UT =△UT%×U2e/100

　　=4.44×400/100

　　=17.76V

　　支线电缆允许电压损失：

　　△Ugy=△UY-△UB=39-17.76=21.24V

　　支线电缆截面确定：

　　Agy = Kx×∑Pe×Lgy/(Ue×r×△Ugy×ηpj)

　　=0.7×110×0.08/(380×42.5×21.24×0.8)

　　=10.5mm2

　　根据计算选用ZQP20-1000 3×25 80m 型电缆.

　　4.5、采区电缆热稳定校验

　　按起动条件校验电缆截面：

　　11KW提升绞车是较大负荷起动，也是采区中容量最大、供电距离较远的用电设备，选择的电缆截面需要按起动条件进行校验。

　　1) 电动机最小起动电压：

　　=457.26V

　　式中: Ue ——电动机额定电压,V;

　　KQ ——电动机最小允许起动转矩MQmin 与额定转矩Me之比值. 查《设指》表2-38,取KQ=1.2;

　　aQ——电动机额定电压下的起动转矩MeQ与额定转矩Me之比值,由电动机技术数据表查得,矿用隔爆电动机aQ= 2.5。

　　2) . 起动时工作机械支路电缆中的电压损失：

　　△UZQ=(×IQ×LZ×cosφQ×103)/(r×AZ)

　　=(×60.3×0.55×103)/(42.5×25)

　　=54V

　　式中: r ——支线电缆芯线导体的电导率,m/(Ω·mm2);

　　LZ——支线电缆实际长度.KM;

　　IQ——电动机实际起动电流,A;

　　IQ=IeQ×UQmin/Ue=87×457.26/660=60.3A;

　　式中: IeQ ——电动机在额定电压下的起动电流,A;

　　UQmin ——电动机最小起动电流,V;查表1-1,取UQmin=87V;

　　Ue ——电动机额定电压,V;

　　AZ　——支线电缆的芯线截面, mm2;

　　cosφQ——电动机起动时的功率因数，估取cosφ=0.55,sinφ=0.84

　　3)、 起动时电缆中的电压损失：

　　△UgQ=(×IgQ×LZ×cosφgQ×103)/(r×AZ)

　　=(×101.1×700×0.57)/(42.5×25)

　　=65V

　　式中: r ——干线电缆芯线导体的电导率,m/(Ω·mm2);

　　LZ ——干线电缆实际长度,Km;

　　AZ——支线电缆的芯线截面, mm2;

　　IgQ——干线电缆中实际实际起动电流,A;

　　IgQ=

　　=

　　=101.1A

　　中: ∑Ii——其余电动机正常工作电流，A;

　　∑Ii =∑Pe/(×Ue×ηpj×cosφpj)

　　=(22×103)/(×660×0.79×0.6)

　　=40.6A

　　cosφgQ——干线电缆在起动条件下的功率因数,

　　cosφgQ =(IQ×cosφQ+∑Ii×cosφpj)/IgQ

　　=(60.3×0.55+40.6×0.6)/101.1

　　=0.57

　　4) . 起动时变压器的电压损失：

　　△UBQ% = (IBQ/IBe)×( Ur% ×cosφBQ+Ux%×sinφBQ )

　　=(101.1/113)×(2.27×0.57+3.88×0.82)

　　=4.004

　　UBQ =△UBQ%×UBe/100

　　=690×4.004/100

　　=27.63V

　　式中: IBQ——起动时变压器的负荷电流,A;

　　IBe ——变压器负荷额定电流,A;

　　UBe——变压器负荷侧额定电压,V;

　　cosφBQ——起动时变压器负荷功率因数;

　　cosφBQ =(IQ×cosφQ+∑Ii×cosφpj)/IgQ

　　=(60.3×0.55+40.6×0.6)/101.1

　　=0.57

　　5) . 起动状态下供电系统中总的电压损失：

　　∑△UQ =△UZQ + △UgQ + △UBQ

　　=54+65+27.63

　　=146.63V

　　6) .检验条件：

　　U2e-∑△UQ =690-146.63=543.37V>457.26V

　　又因为543.5V相对于额定电压的百分数为543.5/660×100%=82.3%，超过磁力起动器吸合线圈要求的电压。所以检验结果可以认为选用25mm2的橡套电缆满足了起动条件。

　　5 采区高压电缆的选择

　　5.1、选择原则：

　　1、按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用的小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。

　　2、按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。

　　3、按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的铝芯电缆时，应该不小于50mm2 。

　　4、按正常负荷及有一条井下电缆发生故障时，分别校验电缆的电缆的电压损失。

　　5、固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定：

　　1) 在立井井筒或倾角45°及其以上的井筒内，应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆，钢丝铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢丝铠装铅包纸绝缘电缆。

　　2) 在水平巷道或倾角45°以下的井巷内，采用钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢带铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆。

　　3) 在进风斜井，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铅芯电缆，其它地点必须采用铜芯电缆。

　　6、移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。

　　5.2、选择步骤：

　　1、按经济电流密度选择电缆截面:

　　A1 =In/nJ

　　=7.2/1×1.73

　　=4.2mm2

　　式中： A——电缆的计算截面, mm2;

　　In——电缆中正常负荷时持续电流，In=SB1/(×Ue) =74.13/( ×6) =7.2A;

　　n——同时工作的电缆根数，n=1;

　　J——经济电流密度，A/mm2,见《设指》表2-18，取J=1.73Amm2;

　　A2 =In/nJ

　　=13.84/1×1.73

　　=7.92 mm2

　　式中： In——电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(×Ue) =143.8/( ×6) =13.84A;

　　由《设指》表2-9查取电缆型号为：L1：ZLQP20-6000 3×50;

　　L2：ZLQP20-6000 3×70。

　　2、校验方法：

　　(1)、按持续允许电流校验电缆截面：

　　KIP=(55.875へ167.5)×10A>Ia=7.2A

　　式中： IP——环境温度为25度时电缆允许载流量,A由《设指》表2-8查取IP=125;

　　K——环境温度不同时载流量的校正系数,由《设指》表2-6查取：

　　0.447≤K≤1.34;

　　Ia——持续工作电流, Ia= SB1/(×Ue) =74.13/(×6) =7.2A ;

　　KIP=(55.875へ167.5)>Ia,符合要求。

　　(2)电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端,取井下主变电所容量为50MVA,则

　　Id(3) = Sd/(×Up)

　　=(50×103)/( ×6.3)

　　=4582.4A

　　Amin = (Id(3)×)/C

　　=(4582.4×)/90

　　=25.46mm2

　　式中： Amin——电缆最小截面, mm2;

　　Id(3)——主变电所母线最大运行方式时的短路电流,A;

　　tj——短路电流作用假想时间,S;对井下开关取0.25S;

　　C ——热稳定系数, 由《设指》表2-10查取C=90;

　　符合要求。

　　(3)、按电压损失校验电缆截面：

　　△U% =KPL/1000

　　=2.498×111.2×0.3/1000

　　=0.08%<7%

　　式中： △U%——电缆电缆中电压损失的百分数;

　　K——兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数, 由《设指》表2-15查取6KV铝芯电缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=2.498;

　　PL——电缆输送的有功功率;

　　7%——允许电压损失百分数;

　　故满足要求。

　　因此所选ZLQP20-6000 3×50 的高压电缆符合要求。

　　6 采区低压控制电器的选择

　　6.1、电器选择按照下列一般原则进行：

　　1)按环境要求，采区一律选用隔爆型或隔爆兼本质安全型电器。

　　2)按电器额定参数选择

　　(1) 低压控制电器的额定电流要大于或等于用电设备的持续工作电流，其额定电压也应与电网的额定电压相符合。

　　(2) 控制电器的分断能力，电流应不小于通过它的最大三相短路电流。

　　1) 工作机械对控制的要求选择

　　(1) 工作线路总开关和分路开关一般选用自动馈电开关，如DW80型或新系列的DZKD型自动馈电开关。

　　(2) 不需要远方控制或经常起动的设备，如照明变压器，一般选用手动起动器，如QS型等。

　　(3) 需要远方控制，程控或频繁起动的机械，如采煤机、装岩机、输送机等一般选用QS83系列，DQBH型磁力起动器或新系列隔爆型磁力起动器等。

　　(4) 需要经常正、反转控制的机械，如回柱绞车、调度绞车等，一般选用QC83-80N型或新系列可逆磁力起动器等。

　　2) 开关电器的保护装置，要适应电网和工作机械的保护要求：

　　(1) 变压器二次的总开关要有过电流和漏电保护。

　　(2) 变电所内各分路的配出开关及各配电点的进线开关要有过电流保护。

　　(3) 大型采掘机械，如采煤机组、掘进机组等需要短路保护、过负荷保护，有条件的增设漏电闭锁保护。

　　(4) 一般小型机械，如电钻、局扇、回柱绞车及小功率输送机等需要有短路保护和断相保护。

　　3) 开关电器接线口的数目要满足回路和控制回路接线的要求，其内径应与电缆外径相适应。

　　6.2、据已选定的电缆截面、长度来选择开关、起动器容量及整定计算：

　　1、计算开关的工作电流Ig(以110KW的上山绞车的控制开关为例) Ig =(Kf×Pe×103)/(×Ue×cosφe×ηe)

　　=(0.8×110×103)/(×660×0.86×0.93)

　　=167.17A

　　其余开关的工作电流如表6-1所示。

　　2、开关的选择结果：

　　根据Ig、Ue查P88表2-63《设指》选110KW上山绞车的控制开关选KBZ-200A馈电开关一台。

　　11KW的装岩机控制开关的选择：

　　Ig=(Kf×Pe×103)/(×Ue×cosφe×ηe)

　　=(0.8×11×103)/(×660×0.82×0.84)

　　=11.18A

　　根据Ig、Ue查《设指》P88表2-65选QBZ-80型起动器一台。

　　1.2KW电钻控制开关的选择：

　　S =Pe/cosφe

　　=1.2/0.79

　　=1.52KVA

　　根据S

　　表6-1 (供电系统中各开关的选择和整定值)

　　7 低压保护装置的选择和整定

　　7.1、低压电网短路保护装置整定细则规定：

　　馈出线的电源端均需加装短路保护装置，使用馈电自动开关时，采用过电流继电器;使用手动开关时，采用熔断器，使用磁力起动器时，此阿用限流热继电器或熔断器，对这些保护装置的选择与整定要求如下：

　　1、选择性好：保护装置动作时，保证切除故障部分的电路，其他部分仍能正确工作。

　　2、动作可靠：电动机起动或正常运转时，保护装置不能误动作。当电动机或线路发生短路时，保护装置可靠动作。

　　3、动作迅速：保护范围内发生短路时，保护装置迅速动作，切断被保护的电路，防止事故蔓延，减少故障电流对设备的破坏。

　　4、动作灵敏：在保护范围内发生最小两相短路时，保护装置可靠动作。

　　7.2、保护装置的整定与校验：

　　⒈过流继电器的整定原则：过电流保护装置的动作电流应按最大工作电流整定，在最远点发生两相短路时保护装置应有足够的灵敏度。

　　⒉熔断器熔体额定电流选择的原则是：流过熔体的电流为正常工作电流及尖峰工作电流(电动机的起动电流)时，熔体不熔断;而通过短路电流时，即使是最小的两相短路电流也要及时熔断。

　　㈠、保护装置的整定

　　⑴、以1#馈电开关(KBZ-200)的整定为例：

　　熔断整定：

　　IN。F =IQe+∑Ie

　　=75.9+(1.15×5.5×2+5.5×4+11×3+12×2+10.4×2)

　　=238.86A

　　式中：IQe——被保护干线中最大一台电动机的额定起动电流IQe =6Ie;

　　Ie——电动机的额定电流Ie=1.15 Pe;

　　∑Ie——其余电动机的额定电流之和，A;

　　⑵、以9#耙矸机开关(QBZ810-60)的整定为例：

　　① 熔断整定：I2=6 Ie/2=6×11×1.15/2=37.95A 取I2=40A;

　　②　热继电器的整定：Ir=6Ie=1.15×Pe=1.15×11=12.65A 取Ir=15A;

　　⑶、以16#电钻变压器熔体额定电流即(BZ80-2.5/0.66)的整定为例：

　　IN。F =(1.2～1.4)×{IQe /(1.8～2.5)+εIe｝/KB

　　=1.2×{6×1.15×1.2/2｝+1.2｝/4.96

　　=1.3A

　　式中：KB----变压比;

　　其它开关整定情况如表6-1所示。

　　㈡.按短路电流校验：

　　进行两相短路电流计算时,要考虑系统电抗和高压电缆电抗。

　　⑴、系统电抗：

　　每相系统电抗为:

　　XS =UZe2/Sd

　　=0.692/50

　　=0.0095Ω

　　式中： XS——折合至变压器二次侧的系统电抗, Ω/相;

　　UZe2——变压器二次侧额定电压,KV;

　　Sd——电源一次侧母线上的短路容量,MVA, Sd=50 MVA;

　　(2) 高压电缆的阻抗值：

　　ZLQP20-6000 3×50 1000m查表2-52,折算到690V每公里0.0064Ω/相

　　R = R0×L/K2

　　=0.0064×1

　　=0.0064Ω

　　X =X0×L/K2

　　=0.08×1/9.12

　　=0.0014Ω

　　式中： R——高压电缆每相电阻, Ω;

　　X——高压电缆每相电抗, Ω;

　　R0——高压电缆每相每公里电阻, Ω;

　　X0——高压电缆每相每公里电抗, Ω.6~10KV三芯电缆的电抗平均值为：

　　X0=0.08Ω/ Km

　　L——高压电缆长度,Km;

　　K=U1/U2——变压比,即变压器一次侧线路的平均电压U1对二次侧线路的平均电压U2的比值,查表2-51,K=9.1;

　　(3) 变压器电阻及电抗值:

　　RBr=PdU22e/SBe=3070×0.692/135=0.0802Ω

　　XBr=10UxU22e /SBe=10×3.88×0.692/135=0.137Ω

　　式中： RBr 、XBr——分别表示变压器的电阻值和电抗值, Ω;

　　Ux——变压器绕组阻抗压降百分值, Ω,查表2-2,取Ux=3.88Ω;

　　U2e——变压器二次侧额定电压, KV, U2e=0.69 KV;

　　SBe——变压器二次侧额定容量, KVA. SBe=135 KVA;

　　(4) 短路电流计算

　　以D2点为例,查表2-53,U-1000 3×50 20m的

　　R0 =0.38Ω/Km， X0=0.081Ω/Km

　　R= R0×L×1.18=0.38×0.02×1.18=0.009Ω

　　X= X0×L=0.081×0.02=0.002Ω

　　电缆U-1000 3×25 700m 的R0=0.732Ω， X0=0.088Ω

　　R= R0×L×1.18=0.732×0.7×1.18=0.605Ω

　　X= X0×L=0.088×0.7=0.062Ω

　　计算D2一相总电阻和总电抗值：

　　∑R= 0.0064+0.0802+0.009+0.605=0.7Ω

　　∑X= 0.0095+0.0014+0.137+0.002+0.062=0.212Ω

　　短路电流为：

　　8.3、高压配电箱的整定和灵敏度的校验：

　　1、T1的整定

　　Idz =(1.2～1.4) ×(IQD +∑Ie)/(KT×Ki)

　　=[1.3×(660+2.4)]/(9.1×10)

　　=9.46A

　　查《设指》表2-83，取Idz′=11A;

　　式中： Ki——电流互感器的变流比，Ki=50/5=10;

　　1.2～1.4——可靠系数;

　　KT——变压比，KT=6300/690=9.1。

　　灵敏度校验：

　　Id(2)= 2299A

　　Km = Id(2)/(KT×Ki×Idz′)

　　=2299/(9.1×10×11)

　　=2.30>1.5

　　∴ 符合要求。

　　2、T2的整定

　　Idz=(1.2～1.4) ×(IQD +∑Ie)/(KT×Ki)

　　=[1.3×(37.95+49.2)]/(9.1 ×10)

　　=1.25A

　　查《设指》表2-83，取Idz′=5A

　　灵敏度校验：

　　Id(2)= 3750A

　　Km = Id(2)/(KT×Ki×Idz′)

　　=3750/(9.1×10×5)

　　=8.24>1.5

　　∴ 符合要求。

　　9 井下漏电保护装置的选择

　　9.1、井下漏电保护装置的作用：

　　1、工作电表经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。

　　2、接地绝缘电阻降低到危险值或人触及一相导体，或电网一相接地时，能很快的使自动开关跳闸，切断电源，防止触电或漏电事故。

　　3、当人触及电网一相时，可以补偿人身的电容电流，从而减少通过人体的电流，降低触电危险性。当电网一相接地时，也可以减少接地故障电流，防止瓦斯、煤层爆炸。

　　9.2、井下漏电保护装置的要求：

　　1、当电网真的发生可能引起危险的漏电故障时，必须立即将故障电网(或支路)的电源切除，以防止事故范围的扩大。 2、漏电保护与过电流保护、过电压保护一样，都属于继电保护的范围，所以它应该满足全面、安全、可靠、动作灵敏及具有选择性等基本要求。 3、无论电气设备或电网处于什么状态(例如开关合闸前和合闸后，或合闸过程中)，当发生漏电时应能起相应的保护作用，或者是切断电源，或是闭锁送电开关，使之不能对已经漏电的设备和线路送电。

　　9.3、井下检漏保护装置的整定：

　　检漏继电器动作电阻值，是根据保护人身触电的安全确定的。人触电安全电流规定为30mA，在不考虑电网电容情况下，通过人体的电流根据下式计算，即

　　In=3Uq/3Rn+r

　　在给定电网电压下，人体电流30mA计算，则可确定出允许的电网最低对地绝缘电阻值rmin，以井下660V电网为例计算如下：

　　rmin=(3 ×UQ/In)-3×Rn

　　=[(3 ×660/)/30 ×103]-3 ×1000

　　=35000Ω

　　计算检漏继电器的动作电阻值Rdz时，应考虑三相电网对地绝缘电阻值时并联通路，其整定值为：

　　Rdz= rmin/3

　　=35000/3

　　=11700Ω

　　井下低压电网的最低允许对地电阻值及简漏继电器的动作值如表9-1所示。

　　表9-1(对地电阻值及简漏继电器的动作值)

　　电压(V)每相允许最低电阻值(KΩ)动作电阻计算值(KΩ)动作电阻整定值(KΩ)漏电闭锁动作电阻值(KΩ)

　　1274.31.431.1

　　38010.23.43.57

　　6603511.71122

　　114063212040

　　保护660V电网：

　　单相接地漏电电阻：RZ(单)=11 KΩ

　　两相接地漏电电阻：RZ(两)=22 KΩ

　　三相接地漏电电阻：RZ(三)=33 KΩ

　　10 井下保护接地系统

　　井下接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、接地导线和接地引线等组成。

　　所谓保护接地，就是用导体将电气设备正常不带电的金属部分与接地体连接起来，它是预防人体触电的一项重要措施。

　　若没有保护接地，一旦电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体与外壳相碰时，人若触及带电金属外壳，则其它两相对地电容电流全部流过人体，造成人身触电事故。

　　有了保护接地，人体触及带电外壳时，电容电流通过的路径是接地装置和人体形成的并联电路，达到分流作用，使流过人体的电流大大减小。

　　井下各种电气设备虽然都装了单独接地体，但当人体触及带电外壳时，并不能消除触电的危险。为防止不同的电气设备的不同相同时碰壳所带来的危险，就必须采取共同接地线，不同相同时接地时会在共同的接地线上形成较大的短路电流 ，使短路保护可靠动作，切断电源。

　　《煤矿安全规程》规定：矿井总接地网要定期测定，井下接地装置的总接地电阻不得大于2Ω。

　　煤矿井下的共同接地线是利用铠装电缆的金属钢带和橡套电缆的接地芯线，把井下所有接地装置的和移动设备的外壳连接起来后，再与水仓中的主接地极相连，构成井下总接地网。

　　设计总结

　　本设计方案符合《煤矿安全规程》，《煤矿工业设计规范》，根据丰海煤矿309采区现场的实际情况，本着一切从实际出发，应用理论知识指导实践的原则，对采区供电系统进行设计。本设计分为三大部分，第一部分为原始资料，第二部分为设计过程，第三部分为参考资料，设计中着重阐述了采区供电系统中各电气设备的设计过程，如变压器、高压配电箱、综合保护和开关、电缆的选择方法，并对其进行整定和校验。设计中详细叙述了电缆及设备的选择原则和井下供电系统应采取何种保护及其重要性，通俗易懂。在设计过程中，考虑到多方面因数，选用新型产品，应用新技术，充分满足供电的可靠性、安全性、经济性及技术合理性，此设计得到矿里机电副矿长和机电股长的肯定,具有一定的实用价值。

　　通过设计让我对矿山供电系统有了更加深入的了解，让我学会应用煤矿供电理论知识具体解决井下供电的技术问题，让我能熟练的查阅技术资料和各种文献，培养了设备的负荷计算、选型及绘图能力，掌握了采区的设计步骤及采区设备的选型、整定及校验，掌握了井下的技术经济政策及矿井安全的基本知识，让我增强了事业心和责任感，树立了为煤炭事业服务的专业思想，对我以后走向工作岗位，有很大的帮助，今后还要掌握更多更好更全面的矿山专业知识，才能更好的为矿山服务。

　　致谢语

　　在做采区供电设计过程中得到学校老师、丰海煤矿的认真指导和大力支持，并提供大量资料和宝贵意见，在此对他们表示衷心的感谢。

　　引用文献

　　1.张家淳编.煤矿技术操作规程.北京：中华人民共和国煤炭工业部，1988年

　　2.佟熙田、雷芳清编.北京：煤矿井下供电设计指导.煤炭工业出版社，1987年

　　3.刘长岭编.井下电工.北京：中国矿业大学出版社，2002年

　　4.刘兵编. 矿山供电.北京：中国矿业大学出版社，2001年

　　5.骆琳编.煤矿安全规程.北京：国家安全监察局，2011