毕业设计（论文）：东源公司羊场煤矿井下采区供电设备及供电线路设计 44页

摘要矿井采区供电是否安全可靠和经济合理，将直接关系到每一位井下工人的人身安全和矿井的可持续发展，特别是在现代化的矿井生产中，随着生产规模的不断扩大和新煤层的不断勘探，为了满足生产发展的需要，本次设计根据新采区的实际情况,对其所需设备及供电线路等进行了设计，本设计是以东源公司羊场煤矿井下采区供电为对象，在遵照《煤矿安全规程》、《矿山供电》、《矿井供电》等矿井相关书籍的前提下进行设计的，根据新采区的实际情况，在相关技术员的指导下，深入生产现场，并查阅了有关设计资料、规程、规定，听取和收录了现场相关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了设计计算。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，并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，并对其进行了整定和校验，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 ABSTRACTwhetherthepowersupplyofapitcollectareaissafeandthriftyornotisaffectworkers’personsafetyandthepit’scontinueddevelopdirectly,especiallyinthecontemporarypit’sproduce.Alongwiththescaleofproductioniswiderandwiderandtheexplorationofthenewcoalbedismoreandmoreprofoundly.Inordertocontenttheneedoftheproduction’sdevelop.Thisdesignisonthebasisoftherealitysituationofthenewminingarea.Wehavemadeadesignonalltheequipmentandthepowersupplyline.Thedesign’stargetisthepowersupplyofEasternCoalCauseCompanyYangChang.Andthisdesigniscarriedoutbythepremiseof<>,<>,<>andsoon.Andthisdesigniscoincidewiththerealitysituationofthenewminingarea.Beforemakingitwelookedaroundthesitesituationroadsomeconcernedbooks,rules,andformulate.Whenwemadeitwelistentotheguideofconcernedtechnicianandlistentoandtakedowntheideasandexperienceofthepresenttechnician.Besideswehavemadeaplanoftheequipmentaswellasitstype.Wefullythinkoftherationalityofitstechniqueandeconomyaswellasitsreliabilityofsafety.Weusenewtechnologynewproduceandtakesomeadvancedmeasurestoreducethewastageofelectricenergyincreaseproduceefficiency.Besideswehaveexpoundedtheprocessofchoosingpowersupplyequipment’stypeandtheirplanningprocesssuchastransformer,electriccableswitchandsoon.Weproofreadandcorrectedthem,relatedtheprincipleoftheelectriccableandelectricequipment’sdecideaswellastheprincipleofsafeguardequipment’schoosingproofreadingandcorrecting. [Keywords]:pitpowersupply;thechooseofelectriccable;theprotectionunderthepit目录1采区设计原始资料……………………………………………………………………………11.1全矿概貌…………………………………………………………………………………11.2采区资料……………………………………………………………………………………12采区变电所的变压器选择…………………………………………………………………22.1采区负荷计算………………………………………………………………………………22.2变压器容量计算……………………………………………………………………………32.3变压器的型号、容量、台数的确定…………………………………………………………33采区变电所及工作面配电所位置的确定………………………………………………53.1采区变电所位置…………………………………………………………………………53.2工作面配电点的位置……………………………………………………………………54采区供电系统的拟定…………………………………………………………………………64.1拟定供电系统的原则………………………………………………………………………64.2按照采区供电系统的拟定原则确定供电系………………………………………………65采区低压电缆的选择…………………………………………………………………………85.1电缆选择原则………………………………………………………………………………85.2电缆型号的确定……………………………………………………………………………85.3电缆长度的确定……………………………………………………………………………85.4低压电缆截面的选择………………………………………………………………………85.5.采区电缆热稳定校验……………………………………………………………………156采区高压电缆的选择………………………………………………………………………186.1选择原则……………………………………………………………………………………186.2选择步骤……………………………………………………………………………………187采区低压控制电器的选择…………………………………………………………………227.1电器选择按照下列一般原则……………………………………………………………227.2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………………………228低压保护装置的选择和整定………………………………………………………………248.1低压电网短路保护装置整定细则规定…………………………………………………248.2保护装置的整定与校验……………………………………………………………………249高压配电箱的选择和整定………………………………………………………………30 9.1高压配电箱的选择原则……………………………………………………………………309.2高压配电箱的选择…………………………………………………………………………309.3高压配电箱的整定和灵敏度的校验……………………………………………………3110井下漏电保护装置的选择………………………………………………………………3210.1井下漏电保护装置的作用…………………………………………………………………3210.2漏电保护装置的选择………………………………………………………………………3210.3井下漏电保护装置的要求…………………………………………………………………3210.4井下检漏保护装置的整定…………………………………………………………………3211井下保护接地系统…………………………………………………………………………34设计总结……………………………………………………………………………………………36致谢………………………………………………………………………………………………37参考文献……………………………………………………………………………………………38 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计1采区设计原始资料1.1全矿概貌1.1.1地质储量1527.56万吨；1.1.2矿井生产能力：设计能力45万t/年，实际数45万t/年；1.1.3年工作日：300天，日工作小时：14小时；1.1.4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。1.2采区资料1.2.1本矿井属低沼气矿井，采区倾角23°～28°.1.2.2采煤方法：一般采用长壁后退式采煤方法，以炮采为主。1.2.3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。1.2.4煤炭运输系统：工作面落煤经溜槽到1T（吨）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。1.2.5采区通风：新鲜风流由＋1800副斜井进风——→+1660运输大巷——→轨道下山——→采区工作面——→采区回风巷——→人行上山——→+1400回风平峒——→通风机房。1.2.6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。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计2采区变电所的变压器选择2.1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2-1、表2-2所示:表2-1采区电气设备技术特征采区设备额定容量Pe(KW)额定电压Uc(V)额定电流Ie(A)额定起动电流IQe(A)功率因数cosφ效率ηj设备名称设备型号上山绞车JT1600/12241106601212420.860.93电动翻车器J02-5.5-65.56606.639.6照明1.2127煤电钻MZ2-121.21279540.790.795回柱绞车JB3160M-81166014.5870.840.885喷浆机YB112M-45.56607.1460.80.85局部扇风机BKY60-5.55.56606.3440.80.85耙斗装岩机P-15BⅡ1166012.173.60.820.84序号名称型号规格单位使用数量回采掘进合计1煤电钻MSZ-12台4------42电动翻车器FDZ-11T台2------23回柱绞车JH-8台2------24耙斗装岩机P-15BII台------225喷浆机FHP-20A台------226局部扇风机JBT51-2台4487电瓶车CDXA1-2.5台224表2-2采区机械设备配备表39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计2.2变压器容量计算：2.2.1+1660水平绞车变电所变压器容量：ST1=∑Pe1×Kde×Ks/cosφWm=111.2×0.4×1/0.6=74.13KVA式中：cosφWm——加权平均功率因素，根据《煤矿电工学》P191表7-4查倾斜炮采工作面，取cosφWm=0.6；Kde——需要系数，根据《煤矿电工学》P191表7-4查倾斜炮采工作面，取Kde=0.4；Ks——组间同时系数，取值参照《煤矿电工学》P191，当供给一个工作面时取1，当供给个工作面时取0.95供给3个及以上工作面时取0.9，所以Ks分别取Ks1=1,Ks2=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=111.2kw1.2——负荷系数一般取1.22.2..2+1524水平采区变电所变压器容量:ST2=∑Pe2×Kde×Ks/cosφWm=143.8×0.5×0.9/0.6=107.848KVA式中：cosφWm——加权平均功率因素，根据《煤矿电工学》P191表7-4查倾斜炮采工作面，取cosφWm=0.6；Kde——需要系数，根据《煤矿电工学》P191表7-4查倾斜炮采工作面，取Kde=0.5；∑Pe2　——由+1524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=143.8kw2——电机系数（380V乘以2，660V乘以1.15）；2.3变压器的型号、容量、台数的确定：根据STN>ST原则，（STN——变压器的额定容量；ST——变压器的计算容量），确定变压器型号时，应考虑变压器的使用场所、电压等级和容量等级，还应考虑巷道断面、运输条件、备品配件来源等因素。一般在变电硐室内的动力变压器，选择矿用一般油浸式变压器，+1660水平绞车变电所变压器可以选择KSJ2—75/6型和+1524水平采区变电所变压器可以选择KSJ2—135/6型。但由于矿用一般型油浸式变压器现在井下禁止使用，属于井下淘汰产品，所以选择矿用干式变压器，根据中华人民共和国煤炭工业部制定的《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》P90表19选择：+1660水平绞车变电所变压器T1为KBSG—100/6型一台,+1524水平采区变电所变压器T2为KBSG—200/6型一台。其技术特征如表2-3所示。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计表2－3（变压器技术数据）型号额定容量Se(KVA)额定电压（V）额定电流（A）连接组阻抗电压（％）损耗（W）每相线圈阻抗（Ω）一次二次一次二次UdUrUx空载短路ZRXKBSG—100/610060004009.62144.2Y.Y0/Y.d114.52.503.7460010000.0640.0160.0620KBSG—200/6200600069019.2166.6Y.Y0/Y.d114.52.273.88100014000.09610.01680.0946备注：动力变压器T1选KBSG—100/6,T2选KBSG—200/6,上表数据查中华人民共和国煤炭工业部制定的《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》P90表19和中华人民共和国，通化变压器制造有限公司《矿用隔爆型变压器》使用说明书P9表3.39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计3采区变电所及工作面配电所位置的确定3.1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。3.2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：＋1660中央变电所——﹥人行下山——﹥+1524采区变电所——﹥＋1660水平绞车峒室；P2配电点：+1524采区变电所——﹥+1524水平中间运输巷掘进配电点；P3配电点：+1524采区变电所——﹥+1460水平运输巷掘进配电点；P4配电点：+1524采区变电所——﹥+1524米水平采区配电点；P5配电点：+1524采区变电所——﹥+1400米水平采区配电点；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计4采区供电系统的拟定4.1拟定供电系统的原则：4.1.1在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关、起动器和电缆等设备最少；4.1.2原则上一台起动器只控制一台低压设备；一台高压配电箱只控制一个变压器。当高压配电箱或低压起动器三台及以上时，应设置进线开关；采区为双电源供电时，应设置两台进线高压配电箱。4.1.3当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备；且变压器最好不并联运行；4.1.4对于从变电所向各配电点供电时，可采用辐射式供电，供电线路应走最短的路线，但应注意回采工作面，轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量避免回头供电；4.1.5大容量设备的起动器应靠近配电点的进线端，以减小起动器间电缆的截面；4.1.6低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或采用掘进与采煤工作面分开供电；4.1.7低瓦斯矿井瓦斯喷出区域，掘进工作面的局部通风机都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电；4.1.8局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置低瓦斯矿井。低瓦斯矿井瓦斯喷出区域的所有掘进工作面应装设两闭锁(风电闭锁、瓦斯电闭锁)设施。因此，在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力起动器，或专用的风电闭锁装置。4.1.9局部通风机无论在工作或交接班时，都不准停风。因此要在专用变压器与采区变电所内其他任意一台变压器之间加设联络开关。平时断开，在试验局部通风机线路的漏电保护时，合上联络开关，以防局部通风机停电；4.1.10采区变电所、上山绞车房、水泵房应设照明灯。4.2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。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计5采区低压电缆的选择5.1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300m.同理其他电缆长度亦可计算出来如图2、图3所示。5.2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。5.3电缆选择原则：5.3.1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。5.3.2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。5.3.3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。5.3.4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。5.3.5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。5.4低压电缆截面的选择：5.4.1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,根据相关资料初选支线电缆截面即可.具体如图2所示。5.4.2干线电缆截面的选择：39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计由于干线线路长,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。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计5.4.3+1524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。5.4.3.1.根据图2,11KW耙斗装岩机初选电缆为U-10003×16+1×6100m,用负荷矩电压损失计算支线电缆电压损失：(由于耙斗机容量最大，距离最远，所以若它计算合格，则其它支线均合格)。△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,m；K%——千瓦公里负荷电压损失百分数,取K%=0.327△UZ=△UZ%×Ue/100=0.36×660/100=24V支线电缆电压损失为；△UZ=24V式中：△UZ——支线电缆中电压损失,V；5.4.3.2.变压器电压损失为：△UB%=β×(Ur%×cosφpj+Ux%×sinφpj)=0.54×(0.85×0.6+3.88×0.8)≈2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=107.848/200≈0.54；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=107.848KVA；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,查中华人民共和国，通化变压器制造有限公司《矿用隔爆型变压器》使用说明书P9表3.取Ur%=.85；Ux%——变压器额定负荷时电抗压降百分数,查查中华人民共和国，通化变压器制造有限公司《矿用隔爆型变压器》使用说明书P9表3.取UX%=3.909；cosφpj——加权平均功率因数,取cosφpj=0.7,sinφpj=0.8；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计△UB=△UB%×Ue/100=2×660/100=13.2V变压器电压损失为：△UB=13.2V5.4.3.3干线电缆允许电压损失为:△Ugy=△UY-△UZ-△UB=63-2-13.2=47.8V干线电缆允许电压损失为:△Ugy=47.8V式中：△Ugy——干线电缆中允许电压损失,V；△UY——允许电压损失,V,对于380V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=400-0.95×380=39V对于660V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=690-0.95×660=63V对于1140V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=1200-0.95×1140=117V因为Ue=660V,所以△UY=63V；△UZ——支线电缆中电压损失,V；△UB——变压器中电压损失,V；5.4.3.4干线电缆截面确定Agy=Kx×∑Pe×Lgy×10³/(Ue×r×△Ugy×ηpj)=0.7×34×600×10³/(660×42.5×47.8×0.8)=13.3mm2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；△Ugy——干线电缆中最大允许电压损失,V；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计ηpj——加权平均效率,V,取ηpj=0.8；根据计算选择干线电缆为U-10003×16+1×10600m。但考虑到尽可能提高供电质量，选用U-10003×25+1×10600m。5.4.4+1524水平向采区配电点的干线电缆：5.4.4.1支线电缆电压损失：(由于回柱绞车容量最大，距离最远，所以若它计算合格，则其它支线均合格)。△UZ%=Kf×∑Pe×LZ×K%=1×11×150×10-3×0.327=0.54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,m；K%——千瓦公里负荷电压损失百分数,取K%=0.327△UZ=△UZ%×Ue/100=0.054×660/100=3.564V支线电缆电压损失为；△UZ=3.564V5.4.4.2干线电缆允许电压损失为：△Ugy=△UY-△UZ-△UB=63-3.564-13.2=46.236V式中：变压器电压损失为：△UB=13.2V(前面已经计算过，这里不在计算)△UY——允许电压损失,V,对于380V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=400-0.95×380=39V对于660V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=690-0.95×660=63V对于1140V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=1200-0.95×1140=117V因为Ue=660V,所以△UY=63V；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计5.4.4.3干线电缆截面确定：Agy=Kx×∑Pe×Lgy×10³/(Ue×r×△Ugy×ηpj)=0.7×32.4×700×10³/(660×42.5×46.236×0.8)=15.3mm2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-10003×16+1×10600m。但考虑到尽可能提高供电质量，选用U-10003×25+1×10700m。5.4.5+1660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KBSG—100/6型变压器,39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计查中华人民共和国煤炭工业部制定的《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》P90表19得,Ur%=1.00,Ux%=3.873；5.4.5.1变压器的电压损失为：△UT%=(ST/Se)×(Ur%×cosφpj+Ux%×sinφpj)=(74.13/100)×(1.00×0.7+3.873×0.8)≈2.30△UT=△UT%×U2e/100　　=2.30×400/100=9.2V变压器的电压损失为：△UT=9.2V5.4.5.2支线电缆允许电压损失：△Ugy=△UY-△UB=39-9.2=29.8V式中：△Ugy——z支线电缆中允许电压损失,V；△UY——允许电压损失,V,对于380V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=400-0.95×380=39V对于660V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=690-0.95×660=63V对于1140V系统；△Ugy=U2NT-0.95×UN=1200-0.95×1140=117V因为Ue=380V,所以△UY=39V；5.4.5.3支线电缆截面确定：Agy=Kx×∑Pe×Lgy×10³/(Ue×r×△Ugy×ηpj)=0.7×110×145×10³/(380×42.5×29.8×0.8)=30.7mm2根据计算选择干线电缆为ZQP20-10003×35145m。但考虑到尽可能提高供电质量，选用ZQP20-10003×50145m。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,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；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计△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；5.5.采区电缆热稳定校验按启动时的电压损失校验电缆截面：由于电动机启动电流大。启动时低压电网中的电压损失比正常工作时的电压损失大得多。因此，必须满足电动机和电磁启动器的启动条件，否则无法启动。一般只校验供电功率最大、供电距离最远的干线，如该干线满足启动要求，则其他干线必能满足启动要求。11KW回柱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即可。5.5.1确定电动机的最小启动电压UQmin满足电动机最小启动转矩所需要的最小启动电压UQmin，可根据电动机的转矩正比于其电压的平方求出：UQmin=×Ue=×660=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《矿山供电》附录11,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。（矿用隔爆型电动机一般可取2-2.5）。5.5.2计算起动时工作机械支路电缆中的电压损失：按启动时电压损失最大的一条支线计算，即：△UZQ=×IQ×LZ×cosφQ）/（r×AZ）=（×60.3×100×0.7）/(42.5×25)=6.88V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.m；IQ——电动机实际起动电流,A；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=0.7,sinφ=0.80IQ=IeQ×UQmin/Ue=87×457.26/660=60.3A；IeQ——电动机在额定电压下的起动电流,A；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计UQmin——电动机最小起动电流,V;查表1-1,取UQmin=87V；　5.5.3启动时干线电缆的电压损失：按干线所带电动机中最大一台启动，其它正常工作条件计算，即：△UgQ=LZ/r×AZ×（×IgQ×cosφgQ+Kde.re×∑N.Pe×103）=700/25×42.5(×101.1×0.57+0.8×21.4×103）=82.85V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,m；AZ——支线电缆的芯线截面,mm2；Kde.re——除启动电动机外，干线中其它用电设备的需用系数，取；Kde.re0.8∑N.Pe——32.4-11=21.4KW中:32.4——干线电缆所带总功率,KW：11——回柱绞车,KW;21.4——干线所带电动机中除最大一台电动机外，其它电动机功率之和,KW。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)=40.6A22——实际是21.4KW；取22KW计算。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=0.575.5.4起动时变压器的电压损失：按变压器所带电动机中最大一台启动，其它正常工作条件计算，即：△UBQ%=(IBQ/IBe)×(Ur%×cosφBQ+Ux%×sinφBQ)=(101.1/166)×(0.8×0.57+3.909×0.82)=2.2508UBQ=△UBQ%×UBe/100=690×2.2508/10039 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计=15.53052V≈15.5V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=0.575.5.5起动状态下供电系统中总的电压损失：∑△UQ=△UZQ+△UgQ+△UBQ=6.88+82.85+15.5=105.23V式中:起动时支路电缆中的电压损失；△UZQ=6.88V起动时干路电缆中的电压损失；△UgQ=82.85V起动时变压器的电压损失：△UBQ=15.5V起动状态下供电系统中总的电压损失：∑△UQ==105.23V5.5.6按启动条件检验电缆截面：电动机启动时，其端电压不得小于电动机的最小启动电压；即：Ust≧UQminUst=U2N.T-∑△UQ≧UQminUst=(690-105.23=584.77V)≧457.26V又因为584.77V相对于额定电压的百分数为584.77/660×100%=88.6%，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。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计6采区高压电缆的选择6.1选择原则：6.1.1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。6.1.2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。6.1.3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。6.1.4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。6.1.5固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定：6.1.5.1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。6.1.5.2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。6.1.5.3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。6.1.6移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。6.2选择步骤：凡最大负荷年利用小时数为1000h以上的电缆，都应按经济电流密度选取截面，然后根据敷设方式和环境温度验算其长时电流是否符合要求，以及电压损失及热稳定性；6.2.1表6-1给出了年最大利用小时数Tmax与经济电流密度J的关系；表6-1经济电流密度J（A/mm²）导体材质年最大利用小时Tmax（h）1000-30003000-50005000以上裸导线铜铝（或钢芯缘绞线）钢3.01.650.452.251.150.41.750.90.35电缆铜芯（纸或橡皮绝缘）铝芯2.51.952.251.732.01.54在计算导线及电缆截面时，年最大负荷利用小时一般可根据表6-2确定；39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计表6-2各类负荷的年最大利用小时负荷类型室内照明及生活用电单班制企业两班制企业三班制企业Tmax（h）2000-30001500-22003000-45006000-70006.2.2按经济电流密度选择电缆截面:应先确定Tmax，然后再根据导线材料查出经济电流密度J,按下式算出经济截面A16.2.2.1向1660绞车变压器供电高压L1的电缆选择;A1=In/J=7.2/1.54=4.8mm2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；J——经济电流密度，A/mm2,查表6-1，取J=1.54Amm2；（因为煤矿为三班制工作企业，所以J取1.54）考虑到井口下一步对供电的要求，由《矿山供电》附表5-1查，取L1：ZLQP20-60003×35300m；6.2.2.1向1524变压器供电高压L2的电缆选择;A2=In/J=13.84/1.54=8.99mm2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=SB2/(×Ue)=143.8/(×6)=13.84A；J——经济电流密度，A/mm2,查表6-1，取J=1.54Amm2；（因为煤矿为三班制工作企业，所以J取1.54）考虑到井口下一步对采区供电的改动及要求，由《矿山供电》附表5-1查，取L1：ZLQP20-60003×50；6.2.3校验方法：6.2.3.1按长时允许电流校验电缆截面：39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计正常情况下向1660绞车变压器供电高压L1的电缆电流为;Ia=SB1/(×Ue)=74.13/(×6)=7.2A式中：SB1——变压器所带总负荷;KVA.Ue——高压6KV由于所选35mm2电缆长时允许电流I=100A(查《矿山供电》附表5-1),大于最大工作电流Ia=7.2A，故满足要求。注：I——环境温度为25度时电缆允许载流量,查《矿山供电》附表5-1，取I=100A；6.2.3.2按允许电压损失校验导体截面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,则计算电压损失为：△U=PL/DSVe=74.13×300/28.8×35×6=3.68V占额定电压百分数：△U%=3.68/6000×100=0.0613上述计算值小于表6-3中第5项规定的（6%-12%），故满足要求。6.2.3.3验算所选截面的热稳定性Id（3）=Sd/(×Up)=(50×103)/(×6.3)=4582.4A由于煤矿供电一般为无限大系统，短路电流不衰减，假想时间与断路器的动作时间相同，故计算出电缆的最小热稳定截面为：Amin=(Id（3）×)/C=(4582.4×)/90=25.46mm21.5d2′194.97熔断器100A1.95>1.5d3308熔断器20A1.54>1.5d4345熔断器45A7.7>7d5208.02熔断器15A13.8>7d6534.9继电器200A2.67>1.5d6′148.4熔断器50A2.97>1.5d7306.7熔断器40A7.7>7d8328.6熔断器20A16.43>7d92299继电器200A11.49>1.5d10112.8熔断器15A7.52>739 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计9高压配电箱的选择和整定9.1高压配电箱的选择原则：9.1.1配电装置的额定电压应符合井下高压网络的额定电压等级。9.1.2配电装置的额定开断电流应不小于其母线上的三相短路电流。9.1.3配电装置的额定电流应不小于所控设备的额定电流。9.1.4动作稳定性应满足母线上最大三相短路电流的要求。9.2高压配电箱的选择：9.2.1T1负荷长期工作电流：In=Sn/(×Ue)=74.13/(×6)=7.13AUse≥Ux=6kvIse>Ig=7.13ASse≥Sd(3)=50MVA式中：Sn——受控制负荷的计算容量，KVAUe——电网额定电压，KVUse——高压开关额定电压，KVIse——高压开关额定电流，KASse——高压开关铭牌上标示的额定断流容量，KVA根据以上这些计算结果，按《煤矿安全规程》的规定选用，选择矿用隔爆型高压配电装置联合设计组联合设计的BGP9L-6A型隔爆高压真空配电箱。BGP9L-6A其含义如下；B——隔爆G——高压P——配电装置9L——90年代联合设计6——额定电压，KVA——设计序号9.2.2T2负荷长期工作电流：In=Sn/(×Ue)=107.85/(×6)=10.37AUse≥Ux=6kvIse>Ig=10.37ASse≥Sd(3)=50MVA39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计根据以上这些计算结果，按《煤矿安全规程》的规定选用，选择矿用隔爆型高压配电装置联合设计组联合设计的BGP9L-6A型隔爆高压真空配电箱。9.3高压配电箱的整定和灵敏度的校验：9.3.1T1的整定Idz=(1.2～1.4)×（IQD+∑Ie）/(KT×Ki)=[1.3×(660+2.4)]/(9.1×10)=9.46A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)=2299AKm=Id(2)/(KT×Ki×Idz′)=2299/(9.1×10×11)=2.30>1.5符合要求。9.3.2T2的整定Idz=(1.2～1.4)×（IQD+∑Ie）/(KT×Ki)=[1.3×(37.95+49.2)]/(9.1×10)=1.25A取Idz′=5A灵敏度校验：Id(2)=3750AKm=Id(2)/(KT×Ki×Idz′)=3750/(9.1×10×5)=8.24>1.5符合要求。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计10井下漏电保护装置的选择10.1井下漏电保护装置的作用：10.1.1工作电表经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。10.1.2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。10.1.3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。10.2漏电保护装置的选择：因为采区变压器是采用分列运行的，所以可以采用非选择的简漏继电器，采用检漏继电器JY82－3型2台。10.3井下漏电保护装置的要求：10.3.1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。 10.3.2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。 10.3.3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，总之不能对已经漏电的设备和线路送电。10.4井下检漏保护装置的整定：流经人体电流值的大小，与人体电阻的大小有密切关系。人体电阻主要是人体表面皮肤角质层的电阻，它的数值变动很大，与人的皮肤有无损失，以及潮湿等程度有关，通常可达800-1500Ω.由于煤矿井下特别潮湿，劳动强度大，易出汗，因此认为皮肤角质层已经“失去绝缘性能”。所以，在研究触电对人体危害时，规定取1000Ω作为人体电阻计算值。我国规定30mA•S为安全值，通过人体的最大安全电流值（交流）为30A。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式中；Uq——相对地电压，V；Rn——人体电阻，Ω；r——电网各相对地绝缘阻值，Ω；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：39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计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10-1（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）1274.31.431.138010.23.43.576603511.71122114063212040保护660V电网：单相接地漏电电阻：RZ(单)=11KΩ两相接地漏电电阻：RZ(两)=22KΩ三相接地漏电电阻：RZ(三)=33KΩ39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计11井下保护接地系统保护接地与短路保护和漏电保护一起构成了井下的三大保护。井下接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、连接导线和接地引线等组成。主接地极装设在井底车场的水仓中。主接地极在主、副水仓中应各设一个，以保证在清理水仓或检修接地极时，有一个主接地极仍起接地作用。主接地极一般采用面积不小于0.75M²,厚度不得小于5mm的钢板制成。除主接地极外，其他用于保护接地的接地极称为局部接地极。为了保证接地系统的可靠性和降低接地电阻，在电气设备集中的地方还必须装设局部接地极。局部接地极可用面积不小于0.6M²，厚度不小于3mm的钢板，放在巷道的水沟中。在无水沟的地方，局部接地极可用直径不小于35mm，长度不小于1.5m的镀锌钢管，垂直打入潮湿的地方。为降低接地电阻钢管上要钻直径不小于5mm的透孔20个以上。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。井下保护接地系统的接地电阻必须定期测量，根据《煤矿安全规程》的规定：接地网上任一保护接地点测得的接地电阻值，不得超过2Ω；每一移动式或电气设备同接地网之间的电缆接地芯线的电阻值，都不得超过1Ω.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。 井下保护接地系统如图5所示。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计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》，根据羊场煤矿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。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，对我以后在工作岗位上，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。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计致谢毕业设计完成了，这是努力付出的结果，也是对所学专业知识的一次综合性应用。在这次的设计过程中，我要感谢我的同事们，得以在他们的帮助和支持下，我的毕业设计才顺利的完成，其实最要感谢的还是那些曾经教我知识、教我做人的老师们，没有他们的教导，也就没有我们的今天，是他们让我在生活中不断的成长起来。这次的设计过程虽说有些艰辛，但总的来说还是比较高兴的，因为从中也学到了不少东西。尤其是在同事们的指导下，我学到的东西更多，对今后的工作大有帮助，我要特别的感谢他们，感谢他们在百忙之中抽出宝贵的时间，对我进行帮助、指导。总之我觉得过多的语言并不能说明什么，关键还是在工作中表现出来才是最真的。最后祝他们工作顺利、身体健康!同时也祝老师们身体健康、工作愉快!感谢你们在百忙之中抽出宝贵的时间，对我的毕业设计进行指导修改。39 中国矿业大学成人教育学院2011届毕业设计参考文献[1]《工矿企业供电》/张学成主编，煤炭工业出版社2010年9月第2次印刷；[2]《矿井供电》/李景恩主编，煤炭工业出版社2006年6月第11次印刷；[3]《煤矿安全规程》/局长路琳，煤炭工业出版社2009年7月第4次印刷；[4]《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》/责任编辑：姜庆乐，煤炭工业出版社2000年4月第3次印刷；[5]《煤矿安全质量标准化标准及考核评分办法》/国家煤矿安全监察局、中国煤炭工业协会制定，煤炭工业出版社2004年4月第1次印刷；[6]《煤矿安全技术操作规程》/山东煤矿安全监察局编制，煤炭工业出版社2004年5月第2次印刷；[7]《矿山通信线路》/雷光裕主编，1984年10月出版；[8]《煤矿电工学》/王红俭、王会森主编，煤炭工业出版社2006年1月第2次印刷；[9]《矿用隔爆型变压器》/通化变压器制造有限公司使用说明书；[10]《工厂供电技术》/陈小虎主编，北京：高等教育出版社2001年12月；[11]《工厂供电》/刘介才，第三版，北京：机械工业出版社，1998；[12]《供电技术》/余建民等，第三版，北京：机械工业出版社，1998；[13]《采掘机械》/陶驰东，北京：煤炭工业出版社，1988；[14]《矿山机械》/程居山，中国矿业出版社，1997；[15]《电工手册》/吕如良，上海：上海科学技术出版社，2000；[16]《电机与变压器》/赵承获，北京：中国劳动出版社，1994；[17]《矿井运输提升》/洪晓华，中国矿业大学出版社，2005；39