矿山电工课程设计

年4月19日矿山电工课程设计文档仅供参考，不当之处，请联系改正。目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 1285081原始资料 1113072采区负荷计算 350802.1负荷分组的原则 331882.2负荷分组 3228192.3负荷统计 3174962.4变压器选型 4104923确定采区供电系统 6229033.1采区供电系统拟定原则： 6310373.2配电点位置的设定 7273574进出线截面的选择 861684.1高压电缆的选择 8305734.2低压电缆的选择 9254854.3低压电缆的长度及芯数的确定 108374.4低压电缆主芯线截面的确定 12124255短路电流计算 2065035.1选择短路点 2028145.2短路回路阻抗计算 20304835.3短路电流计算 21245696高、低压开关选择及校验 2437776.1配电装置电气参数选择条件 24131026.2KSGB-200/6/0.69型防爆干式变压器配电箱选择 25112757结束语及参考文献 27绪论设计题目:月亮湾煤矿电力系统设计设计内容和要求:煤矿采区供电设计师每一位采矿工程专业学生的必修课。在老师的指导下，我们希望经过这次课程设计，掌握煤矿采区供电设计的步骤及过程。根据原始资料设计该矿采区供电系统。采区供电计算在开拓系统、采煤方法及采区生产机械确定之后才能进行。在进行计算时，根据巷道布置、采区变电所的位置及采区机械设备的分布来设计采区供电系统。并在此基础上，选择变压器的容量及型号，并确定其台数；选择采区供电电缆，计算短路电流，高、低压开关选择及校验。1原始资料1、该矿为低沼气低涌水量矿井，年产量30万吨，煤层南北走向，倾角12度（北高南低），立井开拓，井深120米，煤质中硬，厚度1.8米，顶、低板中等稳定。2、采区为中间上山开采，采区分三个区段，区段总长度为345米，工作面长100米，东翼走向长度400米，采用国产80机组采煤，煤巷掘进为放炮落煤、皮带机运输，西翼最大走向长度280米，为炮采工作面。3、井下中央变电所配出电压为6KV，配出开关的断流容量为50MVA，其到上山巷道下部的距离为1600米，采区主要用电设备的电压660V，煤电钻和照明的电压为127V。4、采煤方法为长臂后退式普通机采和炮采，两班出煤，一班检修，日产量1000吨，采区服务年限为2年。5、采区巷道及设备布置见图1-1。6、采区用电设备负荷统计见表1。采区巷道及设备布置图1-1采区巷道布置及设备布置图表格SEQ表格\*ARABIC1-1序号设备名称型号规格数量电动机台数容量KW电压V电流A功率因数φ负荷率K效率η起动电流A1采煤机MLQ1--801180660910.830.80.914262机采面运输机SGW—44A1222660260.840.60.891813下顺槽运输机SGW--404440660450.850.60.913154炮采面运输机SGW--221122660260.840.60.891815顺槽皮带机SPJ--8001130660330.880.60.92156上山皮带机SDJ--1501275660820.870.70.915337上山绞车JTB--12001155660600.890.50.913888煤电钻MZ2—1.210101.212760.830.70.85329掘进巷局扇JBT52--22211660130.890.90.867510调度绞车JD—11.42211.4660140.870.50.868211回柱绞车JH2--174417660210.840.50.8610112掘进皮带机SPJ--8002230660330.880.60.9234注：照明负荷约。

2采区负荷计算2.1负荷分组的原则用电设备负荷的计算是确定供电线路连接方式，选择变压器容量、电气设备、导线截面的主要数据，也是整定继电保护装置的重要依据。如果负荷值计算过大，将使电气设备的选取过大，造成投资大和有色金属材料的浪费；如果负荷计算值过小，将会使电气设备长期处于过载运状态，这样不但会增加电能消耗，还会使电气设备过热导致绝缘老化而缩短寿命，严重时将造成重大事故。2.2负荷分组根据《煤矿安全规程》规定，“在低瓦斯矿井中，掘进工作面与回采工作面的电器设备应该分开供电。”该采区由一个普通机采工作面、一个炮采工作面、两个掘进头、轨道上山和运输上山组成。可将采区分为机械采煤组、炮采采煤组、掘进组三组。2.3负荷统计1、机械采煤组主要电器设备：MLQ1-80型采煤机，容量80KW；SGW-44A型机采运输机，容量22KW；SGW-40型下顺槽刮板运输机，容量40KW；JD-11.4型调度绞车，容量11.4KW；JH2-17型回柱绞车；容量17KW；MZ2-1.2型煤电钻，容量1.2KW；总负荷：需用系数：加权平均功率因数：，取该组用电设备的计算负荷：2、炮采采煤组主要电器设备：SGWf-22炮采面运输机，容量22KW；SPJ-800顺槽运输机，容量30KW；JTB-1200型上山绞车，容量55KW；JD-11.4型调度绞车，容量11.4KW；JH2-17型回柱绞车；容量17KW；MZ2-1.2型煤电钻，容量1.2KW；照明负荷4KW；总负荷：需用系数：，取加权平均功率因数：，取该组用电设备的计算负荷：3、掘进组主要电器设备：JBT52-2型掘进局扇，容量11KW；SDJ-150型上山皮带，容量75KW；MZ2-1.2型煤电钻，容量1.2KW；SPJ-800掘进皮带机，容量30KW；总负荷：需用系数：，取加权平均功率因数：，取该组用电设备的计算负荷：2.4变压器选型井下供电的变压器中性点是否接地是影响触电危险程度的因素之一，也是影响井下电火灾与瓦斯、煤尘爆炸的因素之一。《煤矿安全规程》第四百四十三条规定：“严谨井下配电变压器中性点直接接地。严谨由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电”。根据三组负荷统计，对变压器进行选型。当前采区变电所中主要采用KSJ或KS7、KS9系列矿用变压器，有条件优先选用KSGB隔爆干式变压器。因为这个设计是新设计采区，因此拟采用KSGB型隔爆干式变压器。1、机械采煤组用电设备的计算负荷，考虑照明负荷1KW，故选择KSGB-315/6型防爆干式变压器。2、炮采采煤组用电设备的计算负荷；考虑照明负荷1KW，故选择KSGB-200/6型防爆干式变压器。3、掘进组用电设备的计算负荷；考虑照明负荷1KW，故选择KSGB-200/6型防爆干式变压器。综上，采区变电所所选三台变压器的技术参数见下表：变压器型号额定容量KVA额定电流A额定电压KV损耗/W高压低压空载短路KSGB-315/63155060.6911002150KSGB-200/62005060.698201550KSGB-200/62005060.698201550三台变压器的技术数据参数表3确定采区供电系统3.1采区供电系统拟定原则：1、在保证供电可靠的前提下，力求所拟图中使用的开关、电缆等设备最省。2、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，以便缩小事故所引起的停电范围。3、对单电源进线的采区变电所，当其变压器不超过两台且无高压馈出线时，一般可不设电源断路器；而当其变压器超过两台并有高压馈出线时，则应设进线断路器。4、在对生产量较大的综合机械化工作面或下山排水设备进行低压供电时，应尽量采用双回路高压电源进线及两台以上的变压器，使得当一回线路或一台变压器发生故障时，另一回线路或另一台变压器仍能保证工作面正常生产及排水供电。5、对第一类负荷为高压设备（如高压水泵）或变压器在4台以上（即采掘工作面较为集中的盘区）的采区变电所，因其已处于能影响矿井安全的地位，故应按井下主要变电所的结线原则加以考虑。6、变压器尽量采用分列运行。这是由于当采用并列运行时，线路对地电流的增加会对安全造成威胁；电网绝缘电阻的下降可使漏电继电器的运行条件恶化，在发生漏电事故时又会因1台检漏继电器控制两台变压器的馈电开关，而使停电范围加大，从而使可靠性降低。7、一个开关只能控制一种用电设备，容量愈大的开关，应离电源愈近。8、为防止采用局部通风机通风的工作面发生瓦斯煤尘爆炸事故，根据《风电瓦斯闭锁系统技术规范》规定，对高瓦斯及瓦斯突出矿井，局部通风机的供电系统应装设专用变压器、专用电缆、专用高低压开关配检漏继电器、以及因停风或因瓦斯超限均需切断掘进工作面的电源的闭锁系统。对低瓦斯矿井局部通风机，仅实行风电瓦斯闭锁。由于局部通风机独立于其它供电设备线路，故不受其它电器设备故障（如漏电、短路等）跳闸的影响。3.2配电点位置的设定根据采区巷道及机械配备示意图，此采区供电系统设置六个配电点即可满足要求，配电点的具体布置为：1、机采工作面运输顺槽距工作面70m处；2、机采轨道顺槽距工作面70m处；3、炮采运输顺槽距工作面50m处；4、炮采轨道顺槽距工作面50m处；5、东翼掘进巷距端头80m处；6、西翼掘进巷距端头80m处；4进出线截面的选择4.1高压电缆的选择1、型号的选择向采区变电所供电的高压电缆应选MYPTJ-3.6/6型矿用金属移动屏蔽监视型软电缆。截面选择eq\o\ac(○,1)按经济电流密度选择电缆截面；先根据负荷性质，查表6-3得最大年利用小时数=6600h，再根据该值及导线材料从表6-6查出经济电流密度，由井下中央变电所引向采区变电所的电缆数为1条。选择电缆截面的计算公式为：查标准电缆截面表得，符合要求。eq\o\ac(○,2)按长期允许载流选择电缆截面:查表3-35，，根据标称截面表查的，此时对应载流量为110A，因此选MYPTJ-3.6/6-325+316/3+32.5型矿用金属屏蔽监视型软电缆（表3-45），由表6-8查得其长时允许载流量为，大于,满足发热条件。3、电缆的长度：根据公式6-10，对软电缆取0.1的富余系数，能够下式：电缆长度：4、按允许电压损失校验在故障情况下经过该电缆的负荷功率,电压为6kv,电缆长1950m，电缆截面为25（铜芯）。由表6-10查得。取tan=1.17,带入下列公式得：符合要求，因此选择MYPTJ-3.6/6-325型电缆作为向采区变电所供电的高压电缆。4.2低压电缆的选择1、选择原则低压电缆的型号及电压等级，要在符合《煤矿安全规程》的前提下，根据实际用点设备的要求，电缆的用途和敷设场所等情况加以确定。在井下，采煤机组、截煤机组、回柱绞车、调度绞车、电钻、工作面运输机、装岩机、装煤机和局扇等，都是经常移动的工作机械。对于此类机械，其供电电缆一律采用轻便、易弯曲的非延燃橡胶套电缆，具体选择为：a.对采煤机、刨煤机等供电的，应该选用专用移动型电缆。当电网电压为660V时，选用UCP-100（UC-1000）系列的；当电网电压为1140V时，必须选用带分相屏蔽的橡胶绝缘专用电缆，可选用UCPQ或UPQ系列。b.对综合机械化工作面，必须选用屏蔽电缆。c.向煤电钻供电应选用UZ-500系列电钻专用电缆。d.对无特殊要求的一般矿井，可选用U或UP系列电缆，向工作面辅助设备或不常移动的电器设备供电。但上述个种电缆用于采区和工作面时，一律应选用铜芯的，严禁使用铝芯电缆。e.对于660V或380V固定或半固定设备，如上（下）山绞车，上（下山和平巷的运输机，可选用铠装铅包纸绝缘铜芯电缆，铠装聚氯乙烯绝缘铜芯电缆，或矿用橡胶套电缆。f.对无沼气的进风斜井和平硐，对有新鲜风流的井底车场，以及对低沼气矿的砌碹的回风斜井，能够选用铝芯电缆。对井下主变（配）电所的高、低压电缆，亦能够选铝芯的。在同时采用铝、铜芯电缆时，需在她们的衔接处，使用铜-铝过度接头，并应经常加以检查。g.在采区，一般选用无黄麻外皮的ZQ 20型铜芯油浸纸绝缘铅包铠装电缆，但有水泥支柱或砌碹的通风良好的巷道除外。2、对电缆型号进行选择根据上述原则，结合1-1供电系统图，实际所选低压电缆型号为：a、干线电缆ZQ20型铜芯油浸纸绝缘铅包铠装电缆：上山绞车、上山皮带；U型：其余地点均采用。b、支线电缆UCP型：采煤机、工作面运输机；U型：上山绞车、上山皮带、调度绞车等工作面辅助设备；UZ型：向煤电钻供电；4.3低压电缆的长度及芯数的确定1、电缆长度电缆的实际长度应该按下式进行计算式中：——电缆的实际长度，m；——电缆敷设路径长度，m；——增长系数，对橡套电缆为1.1,对铠装电缆为1.05；1）机械采煤组采区变电所到机采工作面的电缆长度：采区变电所到机采运输顺槽的电缆长度：采区变电所到机采轨道顺槽的电缆长度：采区变电所到绞车房电缆长度：2）炮采面组采区变电所到工作面电缆长度：采区变电所到普采运输顺槽的电缆长度：采区变电所到普采轨道顺槽的电缆长度：掘进组采区变电所到东翼掘进头的电缆长度：采区变电所到东翼运输顺槽的电缆长度：采区变电所到西翼掘进头的电缆长度：采区变电所到西翼运输顺槽的电缆长度：2、电缆芯数的确定（1）、确定原则：eq\o\ac(○,1)铠装动力电缆只有三条输送电能的主芯线。eq\o\ac(○,2)对移动设备供电的橡套电缆，其芯线树木能够分为以下两种情况：对一般移动设备。如运输机、回柱绞车等，因它们的控制按钮不在工作机械上，故一般可另设控制电缆，此时其供电电缆能够选四芯的，其中三芯作为想电动机供电的主芯线，另一芯线做接地用。对于采煤机组，装岩机等移动设备，因它们的控制按钮装在工作机械上，故一般选六芯电缆做动力、接地、控制用；（2）、参照以上原则，采取供电电缆的芯数确定如下：铠装橡套均为三芯；支线橡套橡套均为四芯，其中采煤机采用六芯；干线橡套橡套均为四芯；4.4低压电缆主芯线截面的确定1、选择原则eq\o\ac(○,1)电缆正常工作符合电流（计算值），应等于或小于电缆长时允许载流量。eq\o\ac(○,2)在正常工作运行时，低压电缆最远端电压。不应低于电网额定电压的规定值。根据《煤矿井下供电设计技术规定》“正常运行时电动机两端电压允许偏移额定电压5%，个别特别远的电机运输偏移-8~-10%”。eq\o\ac(○,3)电缆的机械强度，应符合用电设备的使用场合要求。eq\o\ac(○,4)对距离远，容量最大的电动机，在重载情况下，应保证其启动端电压不低于额定值的75%，以确保磁力启动器有足够的吸合电压。在选择低压电缆截面的时，还应按启动条件加以校验。eq\o\ac(○,5)所选择电缆截面必须能与保护装置适配，并在短路时，应具有足够的热稳定性。2、截面的确定1）采区变电所至各配电点的干线电缆截面选择各干线电缆的负荷电流eq\o\ac(○,1)机采组：轨道顺槽干线：工作面干线：运输顺槽干线：绞车房干线：eq\o\ac(○,2)炮采组：轨道顺槽干线：运输顺槽干线：炮采工作面干线：eq\o\ac(○,3)掘进组：西翼顺槽：东翼顺槽：东翼掘进工作头：西翼掘进工作头：3、干线电缆截面的选择正常工作时负荷电流大。供电距离长，线路电压损失相对比较突出，故应按允许电压损失选择截面，在依长时允许流量校验。1）确定变压器至电机间允许电压损失按照正常运行时电缆网路末路端电压不低于额定电压95%的原则，用下式计算网路中的电压损失:式中:——网路中的允许电压损失，V；——变压器二次侧的额定电压，V；——低压电网的额定电压，V；变压器电压损失式中：——变压器的电压损失，V；——变压器上午计算电流值，A（按需要系数法求）；——变压器的功率因数，它等于相应负荷的加权平均功率因数；——与变压器规律因数角对应的正弦值；RT、XT的取值用查有关表eq\o\ac(○,1)机采组变压器型号:KSGB-315/6/0.69查表得RT=0.011XT=0.06eq\o\ac(○,2)炮采组变压器型号:KSGB-200/6/0.69查表得RT=0.019XT=0.093eq\o\ac(○,3)掘进组变压器型号:KSGB-200/6/0.69查表得RT=0.019XT=0.093支线电压损失（因70mm2以下的电缆，故在计算过程中忽略）eq\o\ac(○,1)机采组：机组支线：轨道顺槽回柱绞车支线：其中），芯线最高允许温度65℃时。eq\o\ac(○,4)按允许电压损失选干线电缆；运输顺槽干线选标准截面为，查表知其最大工作电流为215A满足要求轨道顺槽干线：选标准截面为，查表知其最大工作电流为113A,满足要求顺槽运输机干线：选标准截面，查表知其最大工作电流为173A,满足要求。干线电缆选型表工作位置干线位置电缆型号与规格掘进面东顺干线MY-0.38/0.66-34+14西顺干线MY-0.38/0.66-34+14东掘干线MYP-0.66/1.14-325+16西掘干线MYP-0.66/1.14-325+16炮采面轨顺干线MYP-0.66/1.14-310运顺干线MYP-0.66/1.14-310采面干线MYP-0.66/1.14-310普采面轨顺干线MYP-3.6/6-325-316/3-32.5运顺干线MYP-0.66/1.14-325+16采面干线MYP-3.6/6-325-316/3-32.5绞车干线MYP-0.66/1.14-3104、支线电缆选择1）电缆横截面积的选择根据采区用电设备统计表中各种设备的载流量，查表3-34知各设备支线电缆的截面并结合表6-12如下表：序号设备台数电流（A）面积（mm2）选择结果按机械强度按温升1采煤机1912540402机采面运输机2262.5443下顺槽运输机445610104炮采面运输机1262.5445顺槽皮带机1334666上山皮带机2821616167上山绞车1601010108煤电钻1062.5449掘进巷局扇2132.54410调度绞车2142.54411回柱绞车4212.54412掘进皮带机233466芯数的选择对一般移动设备的供电的橡胶电缆，如输送机、回柱绞车等，因她们的控制按钮不在工作机械上，故一般可另设控制电缆，此时其供电电缆可选择四芯的，其中三芯作为向电动机供电的主芯线。另一芯作接地用。3)根据表3-34表格3-35的支线电缆的选择结果如下表：序号设备电缆型号与规格1采煤机MYP-0.66/1.14-335+16+310/32机采面运输机MYP-0.66/1.14-316+1103下顺槽运输机MYP-0.66/1.14-310+1104炮采面运输机MYP-0.66/1.14-310+1105顺槽皮带机MYP-0.66/1.14-34+146上山皮带机MYP-0.66/1.14-316+1107上山绞车MYP-0.66/1.14-310+1108煤电钻MYP-0.66/1.14-32.5+12.59掘进巷局扇MYP-0.66/1.14-34+1410调度绞车MYP-0.66/1.14-34+1411回柱绞车MYP-0.66/1.14-34+1412掘进皮带机MYP-0.66/1.14-316+1105短路电流计算5.1选择短路点一般选择QA或DW开关输出线路的末端，在本采区供电设计中将重点计算和校验T1（KSGB-200/6隔爆干式变压器）供电系统，短路点分别为S1，S2，S3,S4。5.2短路回路阻抗计算1、系统电抗因为变压器二次侧空载电压,井下中央变电所短路容量,因此由公式2-14知，系统电抗为：高压电缆阻抗由井下中央变电所的铜芯电缆主线芯截面为，长为1950m，查表6-10得高压电缆每千米电阻、电抗值分别为，。已知这段电缆长为1.95km，变压器变比，求得折合到低压侧的电阻R及电抗X分别为：变压器的阻抗查表3-28得KSGB-200/6型干式变压器，，由式2-44得：干线电缆的阻抗橡套干线电缆，其主芯线截面25mm2，电缆长416m，查表6-10得，，，故其电阻、和电抗分别为：支线电缆的阻抗三条支线电缆均为MYP-0.66/1.14-32.5+12.5，其主芯线截面为2.5mm2，按温升面积取4mm2，电缆长10m，查表6-10得，，故有：5.3短路电流计算点短路电流点短路回路总阻抗：点短路电流为：点短路电流点短路回路总阻抗：3、点短路电流点短路回路总阻抗：4、点短路电流点短路回路总阻抗：以上各值分别为变压器供电系统西掘进头各短路点的短路电流，变压器其它三条干线及其支路短路电流计算方法同上，除另外，、变压器各干路及其支路短路电流的电流计算方法也同上，在此不再赘述。

6高、低压配电装置选择及校验和高、低压开关的选择6.1配电装置电气参数选择条件1、设备的额定电压不应该小于其装设出的额定电压。2、配电装置的额定电流IN不应小于其所控制的设备或线路的长时间最大工作的电流Ica，既INIca。Ica=1、KSGB-315/6/0.69型防爆干式变压器配电箱选择（1）配电装置的额定电压：选定为6KV（2）配电装置额定电流应大于变电站的最大长时工作电流。变压器最大工作电流既额定电流I=式中SNT——变压器额定容量，KVAVN——变压器高压侧额定电压，KV变电站的额定电流I1===30.6A根据《矿山电工课程设计手册》附表7选择BPG2-6/50型真空高压防爆配电箱；2、KSGB-200/6/0.69型防爆干式变压器配电箱选择（1）配电装置的额定电压：选定为6KV（2）配电装置额定电流应大于变电站的最大长时工作电流。变压器最大工作电流既额定电流I=式中SNT——变压器额定容量，KVAVN——变压器高压侧额定电压，KV变电站的额定电流I2===19.25A根据《矿山电工课程设计手册》附表7选择BPG2-6/50型真空高压防爆配电箱；（3）采区变电所总高压配电箱选I总=I1+2I2=30.6+2×19.25=69.1A根据《矿山电工课程设计手册》附表7选择BPG2-6/100型真空高压防爆配电箱；（4）短路验算所选高压配电箱短流容量均为50MVA，而中国井下主要变电母线上的短路容量均限制在50MVA以下，故满足要求。采区变电所高压配电箱选择结果控制负荷名称型号额定电流A额定电压kv额定断流容量MVAKSGB-315BPG2-6/50506100KSGB-200BPG2-6/50506100KSGB-200BPG2-6/50506100变电所总线开关BPG2-6/10010061006.2低压电器设备的选择遵循《煤矿安全规程》，采区巷道布置急采掘工作面的低压开关和电器设备，一律为隔爆型、本质安全型或隔爆兼本质安全型的。这里，低压开关包括自动馈电开关，磁力启动器，手动开关及组合开关等。低压电器设备选择具体原则为：1)用电设备的额定电压应与其所在电网的电压等级相符。开关的额定电流应大于或等于用电设备的实际工作电流。2）作馈电用的总开关或分路开关，应该选用DW80系列或DWKB30系列自动馈电开关。3）对综合机械化开采区和高档普采工作面，军需配备保护齐全的的660V和1140V成套电器设备。4）直接控制电动机或其它动力设备的开关，应该选用隔爆型磁力启动器，其具体结构，型号分别工作面机械及控制方式，依下述原则确定：(1)对需要远方控制的生产机械，如采煤机、截煤机、装岩机、输送机等，均应从QC83、QC810或QCS83、QCKB30或DQBH等型系的磁力启动器选取，或选用DQZBH系列真空磁力启动器。(2)对不需要经常远方控制或不经常启动的生产机械，如局扇、照明设备等，应选用QSS81系列或CH-15型带熔断器的开关；作短路保护用，亦可选用QAKB30型插销式手动起动器，它带有热脱口器，可进行过载、短路保护。(3)对需要经常进行远方控制正、反转的生产机械，如刨煤机、回柱绞车、调度绞车等，应选用QC83-80N、QC815