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1、煤矿井下供电设计Gao sun bin说明：本设计思路的内容主要参考：1.煤炭工业出版社1995年版煤炭电工手册（修订本）（以下简称手册）第二分册2.煤炭工业部1998年制定煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则（以下简称细则）3.煤炭工业部1992年制定煤矿安全规程（以下简称规程）4.煤炭工业部1994年制定煤炭工业矿井设计规范（以下简称规范）井下供电设备的特殊工作条件井下空气中含有易燃易爆的瓦斯和煤尘设备对地泄漏电流可能引爆电雷管井下空间狭窄人体易触电冒顶、片帮事故可损害电缆等电气设备井下的条件使设备易受潮有些硐室、巷道温度高，设备散热条件差采掘设备移动、启动频繁常产生短时过载为防出水事故
2、，排水设备对供电要求高井下停电可导致水淹、瓦斯聚集井下供电的要求严格遵守煤炭部颁发的煤矿安全规程及煤炭工业矿井设计规范中有关的规定注意安全可靠、经济合理性供电设计的三项工作绘制供电系统图：CAD短路计算与开关整定制作供电设计说明书供电设计的步骤一采区、工作面概况二选择变压器三拟订供电系统图四选择高压配电装置五选择高压电缆六选择低压开关、起动器七选择低压电缆八短路电流计算九高压开关保护装置整定十低压开关和移变高馈保护装置整定十一绘制供电系统图和机电设备布置图采区、工作面概况整理基本资料：采区、工作面地质条件采煤方法、巷道布置以及机电设备容量、分布情况采区变电所及采掘工作面配电点位置绘制工作面巷道
3、布置图采区（工作面）供电设计变压器选择 ；校验电缆的截面、芯数、长度回路短路电流计算开关选型、整定变压器选择选型：高压为6kV、10kV时可选用矿用型动力变压器一次侧为1140V以下时应选用防爆型干式变压器台数：中央变电所动力变压器一般设两台（主排水泵为低压时）照明变压器只设一台变压器选择视在功率计算公式（见手册下册348页）式中：负荷总的视在功率，kVA：设备（不含备用）额定功率之和 ，kW：负荷的加权平均功率因数变压器选择 ：需用系数（借助于统计数据，由概率理论导出的，由额定功率求取工作负荷的系数）：负荷系数，因一组用电设备中的备用电设备未必全能在满负荷下运行，表示工作着的用电设备的实际所
4、需功率与全部用电设备容量比值：同时工作系数，因各用电设备不同时工作，故以其表示在最大负荷时，工作着的用电设备的容量与全部用电设备总容量的比值：同时工作设备的加权平均效率，它反映各用电设备的平均功率损耗，即各用电设备的功率与效率的乘积之和与总功率之比：电网效率，它反映给该组用电设备供电的线路在输送功率时，所产生的线路功率损耗占输送功率的比值，对井下供电线路，一般取0.90.95变压器选择 ：需用系数（取0.31），按以下两种情况计算：A：单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面（见手册下册348页）：最大电动机的功率，kW变压器选择 ：需用系数（取0.31），按以下两种情况计算：B：自移
5、式支架，各用电设备按一定顺序起动的机械化采煤工作面(综采)（见手册下册348页）：最大电动机的功率，kW井下用电设备的需用系数及平均功率因数表（见（见手册手册下册下册348348页）页）井下负荷名称需用系数平均功率因数综采工作面0.4+0.60.7一般机组工作面0.286+0.7140.6 0.7炮采工作面(缓倾斜层)0.4 0.50.6炮采工作面(急倾斜煤层)0.5 0.60.7掘进工作面0.3 0.40.6架线电机车0.45 0.650.9蓄电池电机车0.80.9输送机0.50.7井底车场无主排水设备0.6 0.70.7有主排水设备0.6 0.70.7变压器选择视在功率计算公式（见手册下册
6、348页） ：同时系数一个变压器供给二个及以上工作面的电力负荷时需考虑同时系数：当供给二个工作面时取0.95当供给三个以上工作面时取0.9拟订供电系统图 确保供电可靠，力求设备最省尽可能由一台变压器向一个生产环节或工作面的机械供电 采区变电所前是否设置进线断路器双回路供电检漏继电器容量大的设备就近电源局扇的三专供电、闭锁系统高压配电装置选择（一）按电气参数选择的原则：型式应符合规程以及在国标矿山电力装置设计规范中的有关规定额定电压应与井下高压网络的额定电压等级相符，即设备的额定电压不应小于其装设处的额定电压 开关柜组合方式及一次、二次线路方案断流容量的校验高压配电装置选择（二）断流容量， MV
7、A ：由高开保护的最大三相短路电流计算的短路容量应小于矿用高开的额定断流容量非矿用高开井下使用应取额定断流容量折半：工作电压，kV：三相最大稳态短路电流，kA井下高压电缆的选型与计算井下高压电缆的选型与敷设要求（参考规程）向移变供电的高压电缆，应选用矿用监视型高压双屏蔽橡套电缆 井下高压电缆的截面选择按允许持续电流选择截面井下高压电缆的截面校验按经济电流密度选择截面按短路时的热稳定性校验按正常负荷和发生事故时的电压损失校验井下高压电缆的截面选择下井主电缆的截面选择条件考虑一回停止供电时其它下井主电缆应满足最大涌水量时的需要：按允许持续电流选择考虑在正常涌水量，全部电缆投入运行时的需要：按经济电
8、流密度选择校验地面变电所母线（或下井电抗器的负荷端）发生三相短路时的热稳定性校验正常负荷时的电压损失校验当一回路发生事故时的电压损失井下高压电缆的截面选择供采区变电所及单台设备电缆的截面选择按允许持续电流选择：采区以最大持续负荷电流计算；单台设备以额定电流计算校验电缆首端（即馈出变电所母线）发生三相短路时的热稳定性校验正常负荷时的电压损失校验当一电缆发生事故时的电压损失井下高压电缆的截面选择按允许持续电流选择（同低压部分）：空气温度为25时电缆允许载流量，A：环境温度校正系数， 25时取1，温度越高值越小，温度越低值越大：通过电缆的最大持续工作电流，A井下高压电缆的截面选择按经济电流密度选择（
9、见手册下册P349）：通过电缆的最大持续工作电流，A：同时工作电缆的根数（不考虑损坏）：经济电流密度，A/mm2井下高压电缆的截面选择按经济电流密度选择（见手册下册P349）年最大负荷利用小时（h）经济电流密度（A/mm2）铜芯电缆铝芯电缆100030002.51.93300050002.251.73500021.54井下高压电缆的截面选择按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见手册下册P350）：三相最大稳态短路电流，A：短路电流作用的假想时间，s：热稳定系数井下高压电缆的截面选择假想时间t的选取：电力系统容量超过150MVA，瞬时动作的井下中央变电所井下可取0.25s地
10、面馈出为0.5s时，井下中央变电所可取0.65s按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见手册下册P350）井下高压电缆的截面选择导体种类铜铝电缆种类有中间接头油浸纸绝缘有中间接头油浸纸绝缘允许最高温度()120250120200热稳定系数93.415960.490按电缆短路时的热稳定性1）热稳定系数法，适用于纸绝缘电缆（见手册下册P350）额定电压310(KV) 井下高压电缆的截面选择按电缆短路时的热稳定性2）电缆的允许短路电流法，适用于交联聚乙烯电缆（见手册下册P350）线芯长期允许工作温度610KV电缆不得超过9035KV不得超过80 （聚乙烯为70 ）线芯短期过载温度
11、不得超过130 ，短期过载温度下运行时间全年不得超过100h线芯短路温度不得超过250 （聚乙烯为130 ），持续时间最长不超过2s井下高压电缆的截面选择按电缆的电压损失校验电缆截面（见手册下册P352）公式同低压部分电压损失不得超过10%计算应从地面变电所算起至采区变电所母线止低压防爆开关选择依据规程，进入采区巷道的用电设备均需采用防爆型满足额定电流、额定电压的要求馈电用总开关和母线的分断开关局部通风机、一般设备、远方控制和集中闭锁控制的开关煤电钻用的变压器开关应选用综合保护器需控制正、反转机械的开关采区低压电缆选择低压电缆的型号及电压等级，要在符合规程的前提下，根据实际用电设备的要求、电缆
12、的用途和敷设场所等情况加以确定 固定敷设的动力电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚氯乙烯绝缘电缆或不燃性橡胶电缆移动式和手持式设备应使用专用的不燃性橡胶电缆采区低压电缆选择选择使用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆低压电缆严禁采用铝芯动力用橡套软电缆一般选用四芯信号电缆要按控制、信号、通信系统需求决定，并留有备用芯线橡胶电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼做其他用途一.）电缆截面选择初选：正常工作负荷电流应电缆允许持续电流 校验：正常运行时，回路的电压损失应额定电压的7%10%距采区变电所最远、容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等）启动时端电压应额定电压的75%电缆末端的最小两相短路
13、电流应馈电开关整定电流值的1.5倍电缆截面初选（一）按允许持续电流（见手册下册370页）：空气温度为25时电缆允许载流量，A：环境温度校正系数， 25时取1，温度越高值越小，温度越低值越大：用电设备持续工作电流，A结论：井下低温条件下电缆可承担高于允许载流量的持续工作电流电缆截面初选（二）用电设备持续工作电流的计算：两台及以下：取额定电流之和（额定电流计算公式）采掘机械：取小时容量三台及以上：使用需用系数计算， 、 的取值、含义同变压器， 为持续工作电流，A （见手册下册370页）正常运行时回路电压损失校验回路总的电压损失（参考手册下册371页）：变压器电压损失：每段低压电缆电压损失正常运行时
14、回路电压损失校验回路总的电压损失需满足：10kV时，电压损失1000V6kV时，电压损失600V3.3kV时，电压损失265V1140V时，电压损失117V660V时，电压损失63V380V时，电压损失39V正常运行时回路电压损失计算（一）变压器电压损失（见手册下册371页）：变压器负荷的功率因数及相对应的正弦值：变压器二次侧额定电压，V正常运行时回路电压损失计算（一）变压器电压损失（见手册下册371页）：变压器的负荷系数：正常运行时变压器低压侧的负荷电流，A：变压器低压侧的额定电流，A正常运行时回路电压损失计算（一）变压器电压损失（见手册下册371页）：所计算的电力负荷总的视在功率，kW：变
15、压器的额定容量，kVA ：变压器的负荷系数正常运行时回路电压损失计算（一）变压器电压损失（见手册下册371页）：变压器短路损耗，W ：变压器额定容量，kW ：变压器在额定负荷时电阻压降百分数，%正常运行时回路电压损失计算（一）变压器电压损失（见手册下册371页）：变压器阻抗压降百分数，% ：变压器电阻压降百分数，%：变压器在额定负荷时电抗压降百分数，% 正常运行时回路电压损失计算（二）各段低压电缆电压损失绝对值（见手册下册371页）：该段电缆的工作电流，A：该段电缆的实际长度，km：该段电缆单位长度的电阻和电抗，/km：该段电缆所带负荷的加权平均功率因数及其正弦值正常运行时回路电压损失计算（二
16、）各段低压电缆电压损失绝对值（见手册下册371页）：该段电缆所带负荷的需用系数，A：该电缆所带负荷的加权平均功率因数的正切值：该段电缆所带负荷的额定功率之和，kW：电网的额定电压，V回路起动时端电压校验距采区变电所最远、容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等）启动时起动时端电压应不小于额定电压的75%回路起动时端电压损失计算（一）电机实际起动电流（见手册下册377页）：变压器二次侧额定电压，V即回路中相有效电阻之和，即回路中相电抗之和，回路起动时端电压损失计算（一）：变压器相电阻、相电抗， ，（参考计算公式）：低压电缆的有效电阻， 即各段低压电缆的电阻之和：低压电缆的有效电阻， 即各段低压
17、电缆的电阻之和回路起动时端电压损失计算（一）：电动机起动有效电阻，（见手册下册378页）：电动机相起动阻抗，：电动机额定电压，V：电动机起动功率因数及其正弦值：电动机额定起动电流，A回路起动时端电压损失计算（二）电机实际起动时端电压（见手册下册381页）保护开关对末端短路电流校验电缆末端的最小两相短路电流应馈电开关整定电流值的1.5倍电缆末端的最小两相短路电流应熔体额定电流的47倍见低压开关整定部分电压损失、短路电流不满足要求时加大电缆截面减少低压电缆线路长度，如采用移变换用大容量变压器或采用变压器并联在支线增设分段保护开关采用相敏保护或软起动等新技术以提高灵敏度二.）电缆芯线根数的选择动力用
18、橡套软电缆一般选用四芯信号电缆要按控制、信号、通信系统需求决定，并留有备用芯线橡胶电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼做其他用途三.）电缆长度的选择铠装电缆：巷道长度1.05固定敷设的橡套软电缆：巷道长度1.1移动设备用的橡套软电缆：使用长度机头部分的活动长度（35m）回路短路电流计算过电流：流过电气设备的电流超过额定值原因：短路、过负荷、电动机单相运转后果很严重!领导很生气！过流保护：包括短路保护（或称速断保护）、过负荷保护（或称过载保护）、断相保护等短路危害最深回路短路电流计算最大三相短路电流：校验开关设备等的分断能力，短路点选在开关设备等负荷侧的端子上，并按最大运行方式计算最小两
19、相短路电流：校验短路保护装置的灵敏度，短路电选在保护范围的末端，并按最小运行方式计算回路短路电流计算两相短路电流： （见手册下册P856）三相短路电流： （见手册下册P856）其中：变压器二次侧的额定电压127V电网：取133V380V电网：取400V660V电网：取693V1140V电网：取1200V 3.3kV电网：取3.45kV6kV电网：取6.3kV10kV电网：取10.5kV其中：短路回路内一相电抗值的总和：短路回路内一相电阻值的总和其中：折合到变压器二次侧以后高压电缆每相的电阻（65时)、电抗，：高压电缆每公里电阻电抗，/km：井下中央变电所引出的高压电缆的长度，km：变压器的变压
20、比，即变压器一、二次侧额定电压之比其中：变压器每相的电阻、电抗， ：低压电缆的电阻、电抗， ：根据三相短路容量计算的系统电抗， ：地面主变二次侧的额定电压，kV：井下中央变电所母线上的三相短路容量，MVA，或取该变电所高压配电箱的额定断流容量为近似值注意：应当考虑系统阻抗和和高压电缆的阻抗：变压器二次侧出口端短路电流计算对于1140V以上电网短路电流计算高压开关保护装置整定（简单版）井下现有的高压配电箱所装的过电流继电器：一般是瞬时动作的也有反时限的感应式(GL)新型电子式 (DL)微电脑控制的高压开关保护装置整定（简单版）通过开关的最大持续工作电流的计算过负荷保护高压开关保护装置整定（简单版
21、）变压器保护速断保护整定计算值灵敏度高压开关保护装置整定（简单版）电缆保护速断保护整定计算值灵敏度低压过流继电器的整定计算各类保护装置虽然原理不同、结构各异，但其整定计算的原则都差不多采用电磁式过电流脱扣器和限流热继电器的采用电子式过电流保护装置的应用相敏保护原理和负序保护原理的（不需要躲过电动机的起动电流）原则：原则：整定结果按最小两相短路电流进行灵敏度校验整定结果按最小两相短路电流进行灵敏度校验低压开关过载保护过载保护整定计算：（见细则第7条及例题）：电机额定电流之和， A：可靠系数，取1.21.8：所带负荷的持续工作电流， A电机不同时启动时的开关保护短路保护动作电流计算： （见细则第6
22、条）：起动电流最大的电机的起动电流，A！同时起动与实际起动：其余电机额定电流之和， A：需用系数电机不同时启动时的开关保护灵敏度校验： （见细则第7条）：保护末端最小两相短路电流， A：短路保护整定值， A：可靠动作系数电机同时启动的开关保护短路保护计算： （见细则第10条）：取812倍：电机额定电流之和， A：所带负荷的持续工作电流， A电机同时启动的开关保护短路保护及灵敏度校验： （见细则第10条）：保护末端最小两相短路电流， A：可靠动作系数：短路保护整定值， A相敏、负序保护原理型过流保护整定：（见手册下册P948）：电机额定电流之和， A三相短路保护：（见手册下册P948）：取整定电
23、流的23倍两相短路保护：（见手册下册P948）：取整定电流的2倍相敏、负序保护原理型短路保护及灵敏度校验： （见手册下册P948 ）：三相、两相短路电流， A：三相、两相短路保护整定值， A变压器二次侧保护估算（讲解时忽略）（讲解时忽略）变压器二次侧总的自动馈电开关：变压器二次侧的额定电流，A：考虑电动机起动的可靠系数无确切的负荷资料时可用估算公式：热继电器需要装设过载保护：对容易过载或可能堵转的电动机由于条件繁重而需要限制起动时间的电动机连续运行而又无人看管的设备（如局部通风机等）还需要断相保护热继电器与热元件熔断器（一带而过）（一带而过）熔断器：同一额定电流的熔断器可装有不同额定电流的熔体
24、例如：额定电流为200A的RM10系列熔断器可装设额定电流为100、125、160和200A几种规格的熔体熔体额定电流的选择计算电动机和照明负荷保护（见细则第11条）：可靠系数，取12.5 对照明负荷取1， 取0， 取电流之和 对不常起动和轻载起动的取2.5 对频繁起动和带负荷起动的取1.82：多台电机同时起动且总功率大于其他单台最大者，应取同时起动的电机之和熔体额定电流的选择计算照明变压器和电钻变压器保护（见细则第16条）：变压器变压比380/133V时取2.86660/133V时取4.96：设使用熔体保护所带负荷时的计算值，A熔体最小两相短路电流校验公式（见细则第12条）：熔断系数电流为2
25、00A或电压为127V时取4电流为160A或电压为36V时取5电流为125A时取6.4电流为100A以下时取7熔体最大三相短路电流校验公式（见手册下册P911）：熔断器的极限分断电流， A：保护范围内最大的三相短路电流，A熔断器间选择性配合当上下级都采用熔断器时，其时限配合应满足：（见手册下册P911）1.对熔体的时间误差按50%考虑2.对系统末梢的线路，熔体的时间误差允许按30%考虑分别为上下级熔断器的熔体熔断时间，s高压配电箱的过流整定井下现有的高压配电箱所装的过电流继电器：一般是瞬时动作的也有反时限的新型电子式的变压器保护高压电动机保护高压电缆线路保护变压器保护瞬时动作的过电流继电器短路
26、保护（见手册下册952页并参考细则第13条）：可靠系数：其余电机额定电流之和， A：起动电流最大的电机的起动电流， A：电流互感器变流比变压器保护灵敏度校验：变压器低压侧母线上的最小两相短路电流， A对于Y/Y接线的变压器对于Y/接线的变压器变压器保护电子式的过电流继电器短路保护（见细则第13条）按互感器二次额定电流5A的19倍分级整定：高压配电装置额定电流， A：互感器二次额定电流的倍数变压器保护电子式的过电流继电器过负荷保护（见细则第14条）按变压器额定电流整定：返回系数，一般为0.85：可靠系数，取1.05电磁式的过电流继电器过负荷保护（见细则第14条）按躲过变压器额定电流整定，动作时间
27、为1015s高压电动机保护瞬时动作的过电流继电器（见手册下册P954）：可靠系数：电机的起动电流， A：电流互感器变流比灵敏度校验高压电动机保护过电流继电器两端并联有分流器时：可靠系数：电机的额定电流， A：电流互感器变流比：分流器分流比灵敏度校验（见手册下册P955）高压电动机保护GL型感应式与电子式继电器过负荷保护：接于两相电流时取1 接于两相电流差时取：可靠系数，一般取1.2：返回系数，GL-1316取0.8，其余为0.85动作时间：电机的起动时间，s高压电动机保护GL型感应式继电器短路保护：可靠系数，取1.82动作电流整定值为过负荷保护值的28倍灵敏度校验高压电动机保护电子式继电器短路
28、保护，与过负荷无关时：灵敏度校验高压电缆线路保护瞬时动作的继电器接于相电流时（见手册下册P956）灵敏度校验：线路的最大工作电流，A电机额定电流计算单台电机额定电流计算公式（返回电缆初选）：电机效率两台以内电机额定电流估算鼠笼型电机额定电流，A（见手册下册903页）对于380V电动机：对于660V电动机：鼠笼型电动机的额定容量，kW对于1140V电动机：对于3.3kV电动机：对于6kV电动机：对于10kV电动机：电机额定起动电流估算鼠笼型电机额定起动电流，A（见手册下册903页）可按电动机额定电流的57倍估算（返回电缆初选）绕线型电机额定起动电流，A（见细则5页）可按电动机额定电流的1.5倍估算变压器常规参数计算：变压器相电阻，：变压器的短路损耗，W：变压器二次侧的额定电流，A：变压器额定容量，kVA：变压器二次侧的额定电压，kV变压器常规参数计算：变压器二次侧的额定电流，A：变压器相电抗，：变压器额定容量，kVA：变压器二次侧的额定电压，kV：变压器在额定负荷时电阻压降百分数，%变压器常规参数计算：变压器额定容量，kVA：变压器一次侧额定电流， A：变压器一次侧的额定电压，kV变压器常规参数计算：变压器额定容量，kVA：变压器二次侧额定电流， A：变压器二次侧的额定电压，kV
