《矿用电缆学习》-学习情境四设计安装井下变电所任务1合订

任务1

设计采区变电所及采区供电系统

山西煤炭职业技术学院机电工程系

矿山机电专业教研室学习情境四设计安装井下变电所国家级精品课煤矿电工2任务1.

设计采区变电所及采区供电系统技能点知识点德育点1、明白采区供电设计要求。2、明白采区供电设计步骤、方法。3、明白资料收集、设计计算、说明书编写、图纸绘制等方法1、能确定采区变电所硐室位置与设备布置方法；2、能拟定采区供电系统、保护接地、漏电保护系统；3、能选择校验计算和保护装置动作值整定计算；4、能编写设计说明书、绘制采区供电系统图和采区变电所硐室布置图1、有学习热情和积极的学习态度。2、有工作热情和严谨的工作作风。3

如何确定变电所（站）、配电点位置二如何拟定采区供电系统三如何选择采区电气设备四任务1.

设计采区变电所及采区供电系统如何整定过流保护五一设计前应收集哪些资料4如何设定保护接地系统七如何设计采区变电所硐室八如何整理设计说明书九学习任务1.

设计采区变电所及采区供电系统如何绘制技术图纸十六如何设定漏电保护5一、设计前应收集哪些资料1.原始资料1)采区相关资料(1)采区巷道布置。采区区段数目、区段长度、走向长度、采煤工作面长度，采煤工作面数目，巷道断面尺寸(2)采区条件。瓦斯等级、煤尘爆炸性和自燃性、煤层厚度、煤质硬度、顶板情况、采区煤层走向、倾角。6一、设计前应收集哪些资料(3)生产方式。采煤方法，煤、矸、材料的运输方式，通风方式。(4)经济指标。采区年产量、月产量、年工作时数，电气设备的价格、当地电价、硐室开拓费用、职工人数及平均工资等资料。7一、设计前应收集哪些资料2)采区供电负荷资料采区机械设备的布置，各用电设备详细技术特征。3)采区供电电源资料采区附近现有变电所及中央变电所的分布情况，供电距离、供电能力及高压母线上的短路容量等情况。8一、设计前应收集哪些资料2.参考资料1)规程规范《煤矿安全规程》《煤矿井下供配电设计规范》GB51204-2007《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》《煤矿井下低压检漏保护装置安装、运行、维护与检修细则》《煤矿井下保护接地装置的安装、检查、测定工作细则》。9一、设计前应收集哪些资料2)参考书《工矿企业供电》张学成聂国伦主编《工矿企业供电设计指导书》张学成聂国伦主编《煤矿电工学》王红俭王会森主编《煤矿电工手册》第二分册（下）《煤矿机电设备产品手册》1010思考题与习题4-1设计采区变电所及供电系统需要收集哪些资料？11二、如何确定变电所（站）、配电点位置1.确定采区变电所硐室位置图4-1-1采区变电所硐室位置按以下原则确定：(1)变电所尽量接近负荷中心。(2)尽量少设变电所，并减少变电所的迁移次数。一个采区最好只设一个采区变电所对全采区供电。12二、如何确定变电所（站）、配电点位置(3)通风良好，进出线及设备运输方便。(4)顶、底板稳定并避免淋水。(5)采区变电所硐室不得设在工作面平巷中，一般设在盘区运输斜巷与轨道斜巷之间的联络巷内。13二、如何确定变电所（站）、配电点位置图4-1-1采区变电所硐室位置14二、如何确定变电所（站）、配电点位置2.确定移动变电站位置图4-1-2移动变电站位置移动变电站一般设置在工作面平巷，距工作面100～300米的位置。移动变电站的设置原则是靠近负荷中心，同时考虑安全性和经济性。有如下几种布置方式：15二、如何确定变电所（站）、配电点位置图4-1-2移动变电站位置1-采区变电所；2-工作面配电点16二、如何确定变电所（站）、配电点位置(1)设置在运输平巷。如图4-1-2的1#移动变电站。其优点是靠近负荷中心；缺点是加大巷道断面，增大开拓费用和维护费用。(2)设置在回风平巷。如图4-1-2的2#移动变电站。其优点是不需要专设轨道和增大巷道断面；缺点是远离运输平巷的输送机，而且在专用的回风平巷内不得设置移动变电站。17二、如何确定变电所（站）、配电点位置(3)设置在下一个工作面的回风平巷与本工作面运输平巷的联络巷内。如图4-1-2的3#移动变电站。其优点是既能位于负荷中心又不需增大巷道断面；缺点是必须在采掘可以衔接的情况下选用。(4)设置在运输平巷的入口处轨道上山与材料上山的联络巷内。如图4-1-2的4#移动变电站。其优点是不需要增大巷道断面；缺点是距离工作面较远，在供电质量满足要求的情况下选用。18二、如何确定变电所（站）、配电点位置3.确定工作面配电点位置工作面配电点距离工作面有一定的安全距离，同时还要保证供电电压质量。一般回采工作面配电点一般设在距工作面50m～70m处的巷道中；掘进工作面配电点距掘进头80m～100m。1919思考题与习题4-2如何确定采区变电所（站）及工作面配电点的位置？20三、如何拟定采区供电系统拟定采区供电系统的基本原则就是保证供电的安全、可靠、质量和经济。具体拟定要求为：

21三、如何拟定采区供电系统

1)电源电缆路数选择原则《煤矿安全规程》规定：采区变电所不得少于两回路供电电缆，当任一回路停止供电时其余回路应能担负全部负荷。由采区变电所向移动变电站供电的单回电缆供电线路上，串接的移动变电站数不宜超过3个。不同工作面的移动变电站不应共用电源电缆。故采用来自中央变电所的双回路电缆供电，如图4-1-3所示。22三、如何拟定采区供电系统图4-1-3采区供电系统图图4-1-3采区供电系统图图4-1-3采区供电系统图图4-1-3采区供电系统图23三、如何拟定采区供电系统2)高压接线方式确定《煤矿安全规程》规定：“正常工作的局部通风机和备用局部通风机的电源必须取自同时带电的不同母线段的相互独立的电源，保证正常工作的局部通风机故障时，备用局部通风机正常工作。”因此高压侧母线的接线方式选择单母线分段式。24三、如何拟定采区供电系统

3)低压接线方式确定(1)低压母线接线方式。①对于重要负荷采用双回路供电接线方式。根据《煤矿安全规程》规定：采区分区水泵、采区瓦斯抽放泵、移动压风机等负荷必须有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路。如图所示。②对于一般负荷采用单母线接线方式。如图中的运输斜巷和轨道斜巷中的设备供电即为单母线式。25三、如何拟定采区供电系统③对于由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，如图向综采工作面或综掘工作面供电；④对于斜巷及平巷的输送机宜采用干线式供电，如图运输斜巷和轨道斜巷供电；26三、如何拟定采区供电系统4)设备数量选择原则在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的变压器、配电开关、启动器和电缆等最少。(1)变压器台数选择。采区主变压器的台数要尽量少，这样可以减少高低压设备的数量及变电所硐室的开拓费用。下列情况需增加变压器台数：27三、如何拟定采区供电系统①变压器负荷较多，一台变压器容量不能满足要求时；②综采工作面和综掘工作面需设移动变电站5；③不同电压等级的设备需要不同的变压器；④向局部通风机要求“三专”（专用变压器4、专用开关7、专用电缆8）供电，须设专用变压器，且每台专用变压器最多可向4套不同掘进工作面的局部通风机供电。通风机超过4套时须增加专用变压器。28三、如何拟定采区供电系统(4)电缆线路确定。电缆线路应走最短的路线，但溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量避免回头供电。(5)照明设备选择原则。采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。并且设照明变压器综合保护装置12。2929思考题与习题4-3简述采区供电系统的拟定原则。30四、如何选择采区电气设备主要选择采区主变压器的型号、容量、额定电压、台数等1.采区变压器选择31

变压器台数、型号的选择(1)变压器容量的选择(2)四、如何选择采区电气设备1.采区变压器选择32

四、如何选择采区电气设备

(1)变压器台数、型号的选择1）台数

采区主变压器的台数尽量要少，有一类负荷（如分区水泵）时，变压器的台数不

得

少于两台，

对高沼矿按照“三专两闭锁”要求，

局部通风机使

用专用变压器。1.采区变压器选择33四、如何选择采区电气设备

2）型号

硐室内的动力变压器，选择矿用隔爆型

变压器。

综采及综掘工用面，选择隔爆型移动变电站。

1.采区变压器选择34四、如何选择采区电气设备

3）额定电压

一次侧额定电压应按照电源电压确定，

二次侧额定电压按照1.05倍的用户额定电

压确定。1.采区变压器选择35四、如何选择采区电气设备计算公式如下：

式中：成组计算负荷Pca=KdeΣPN

成组额定负荷之和∑PIN=P1N+P2N+P3N+┅PiN、

需用系数Kde，查需用系数表4-4加权功率因数COSΦTwm,查表4-4(2)采区变电所变压器容量选择1）变压器容量的计算1.采区变压器选择36四、如何选择采区电气设备

2）变压器容量的确定

根据下式，选变压器容量即

STN≥ST

式中：所选变压器额定容量STN：查矿用变压器技术参数表4-1。1.采区变压器选择37四、如何选择采区电气设备

举例：某高沼矿井普采工作面设备统计如表，试选择变压器型号、容量。1.采区变压器选择采区电气设备技术数据序号设备名称额定电压额定功率额定电流11胶带机660v40kW48A12采煤机660v170kw195A13刮板机660v40kw48A14转载机660v40kw48A15乳化液泵660v55kW63A38四、如何选择采区电气设备解：1）选择型号：因为井下有爆炸危险的环境所以选择隔爆型变压器。2）选择低压侧额定电压：因为用电设备额定电压为660v，所以选择UN=660V3）选择容量：∑PN=170+3×40+55=345kWKde=0.286+0.714×Pm/∑PN=0.286+0.714×170/345=0.641.采区变压器选择39四、如何选择采区电气设备查表4-4选取cosΦ=0.7计算变压器容量为：

查表4-2，选取STN=315kVA，即STN≥ST=315kVA。所以选择一台KBSGZY-315/10隔爆变压器，满足要求。1.采区变压器选择40小结 容量选择型号选择：固定变选择KBSG矿用隔爆型，移变选择KBSGZY矿用隔爆型电压选择：一次侧额定电压应等于电源电压，二次侧额定电压等于1.05倍的用户额定电压。1.按照下式求变压器计算容量2.按照下式查取变压器额定容量

STN≥ST

变压器选择小结4141思考题与习题4-4变压器的型号、台数如何确定？变压器容量选择步骤是什么？

4-5如何用需用系数计算负荷？42

低压电缆型号、芯数和长度的确定1)低压电缆主芯线截面的选择2)四、如何选择采区电气设备2.采区低压电缆选择43四、如何选择采区电气设备

1）低压电缆型号、芯数和和长度的确定

电缆的型号主要依据其电压等级、用途和敷设场所等条件来决定。煤矿井下所选电缆的型号必须符合《煤矿安全规程》的有关规定，采区低压电缆严禁采用铝芯和铝包电缆。2.采区低压电缆选择44四、如何选择采区电气设备

(1)支线电缆型号的选择支线一律采用表4-5所列阻燃橡套电缆。1140V设备及采掘工作面的660V和380V设备，必须用MYP、MCP、MZP系列的分相屏蔽阻燃橡套电缆；移动式和手持式电气设备，应使用专用的橡套电缆。2.采区低压电缆选择45四、如何选择采区电气设备

(2)干线电缆型号的选择

①固定敷设的干线。应采用MVV系列铠装或非铠装聚氯乙烯绝缘电缆；②半固定敷设的干线，为了移动方便一般选用阻燃橡套电缆，也可选用上述铠装电缆。2.采区低压电缆选择46四、如何选择采区电气设备

(3)照明、通信和控制用电缆型号选择

①固定敷设时应采用铠装电缆、阻燃橡套电缆或矿用塑料电缆，②非固定敷设时应采用阻燃橡套电缆。2.采区低压电缆选择47四、如何选择采区电气设备

（4）确定电缆的芯数

①铠装电缆选三芯电缆，非铠装电缆选四芯电缆。

②支线用电缆就地控制时，一般采用四芯电缆；远方控制和联锁控制时，应根据控制要求增加控制芯线的根数。注意电缆中的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其他用途。

2.采区低压电缆选择48四、如何选择采区电气设备

（5）确定电缆长度

①就地控制的支线电缆长度，一般取5m～10m。②其它电缆因吊挂敷设时会出现弯曲，所以电缆的实际长度L应按式计算。

Ｌ＝ＫｍＬｍ

式中Lｍ——电缆敷设路径的长度，m；Kｍ——电缆弯曲系数，橡套电缆取1.1，铠装电缆取1.05。2.采区低压电缆选择49四、如何选择采区电气设备

③移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m~5m余量。以便于设备移动。④当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m余量，以便于安装维护。2.采区低压电缆选择50四、如何选择采区电气设备

2）低压电缆主芯线截面的选择

（1）选择原则低压电缆主芯线截面必须满足以下几个条件：①正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，故电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。2.采区低压电缆选择51四、如何选择采区电气设备②正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在95％～105％的额定电压范围内，个别特别远的电动机端电压允许偏移8％～10％。③距离远、功率大的电动机在重载情况下应保证能正常起动，并保证其起动器有足够的吸持电压。④所选电缆截面必须满足机械强度的要求。2.采区低压电缆选择52四、如何选择采区电气设备

（2）选择方法根据选择原则，抓主要矛盾，区别对待：①支线电缆电流小、线路短，电压损失小，一般按机械强度初选，按允许持续电流校验后，即可确定下来②干线电缆电流大，如干线电缆不长，应先按电缆的允许持续电流初选；当干线电缆较长时，应先按正常时的允许电压损失初选；然后再按启动条件校验。2.采区低压电缆选择53四、如何选择采区电气设备用电设备名称最小截面/mm2用电设备名称最小截面/mm2采煤机组35～50调度绞车4～6可弯曲输送机16～35局部通风机4～6一般输送机10～25煤电钻4～6回柱绞车16～25照明设备2.5～4装岩机16～25

（3）按机械强度选择

根据不同的机械设备，选择电缆的截面不小于橡套电缆满足机械强度要求的最小截面，见下表。2.采区低压电缆选择54四、如何选择采区电气设备主芯线标称截面(mm2)2.54610162535507095120150矿用橡套电缆允许持续电流2837466385110135173215250295320

（4）按长时允许电流选择

电缆的长时允许电流IP应不小于通过电缆的最大长时工作电流Ica。

即：IP≥Ica

IP

——电缆的长时允许电流，见下表。

Ica——通过电缆的最大长时工作电流；按以下方法确定：支线电缆最大长时工作电流可取电动机的额定电流。如果查不到电动机的额定电流，可按下面的经验公式估算：Ica≈IN=0.76PN/UN（4-9）2.采区低压电缆选择55四、如何选择采区电气设备

（4）按长时允许电流选择干线电缆最大长时工作电流按下式计算：

∑PN——电缆所带负荷的额定功率之和，kW；

UN——电缆所在电网的额定电压，V；

Kde——电缆线路所带负荷的需用系数，由下表查取；cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数，由下表查取。2.采区低压电缆选择56四、如何选择采区电气设备2.采区低压电缆选择57四、如何选择采区电气设备

（5）按正常工作时允许电压损失选择

正常工作时电网的电压损失ΔＵ应不超过电网允许的电压损失ΔＵp，ΔＵ≤ΔＵp

①低压电网的允许电压损失按要求，正常工作时应保证供电网所有电动机的端电压不低于额定电压的95%。2.采区低压电缆选择58四、如何选择采区电气设备

为了保证用电设备的供电质量，低压电网允许电压损失为

ΔＵp＝Ｕ2NT-0.95×ＵＮ(4-12)

ΔＵp——低压电网的允许电压损失，V；

Ｕ2NT——变压器二次侧额定电压，V。

对于380V电网ΔUp=400-0.95×380=39V

对于660V电网ΔUp=690-0.95×660=63V

对于1140V电网ΔUp=1200-0.95×1140=117V2.采区低压电缆选择59四、如何选择采区电气设备

②低压电网电压损失

采区低压电网的电压损失包括变压器的电压损失和线路电压损失两部分。线路一般又包括干线和支线两部分。全部低压电网的总电压损失ΔU为

ΔU=ΔUT+ΔUms+ΔUbl(4-13)

ΔUT——变压器的电压损失，V；

ΔUms——干线电缆的电压损失，V；

ΔUbl——支线电缆的电压损失，V。2.采区低压电缆选择60四、如何选择采区电气设备①变压器的电压损失ΔUTIT——变压器的计算电流，（4-15）RT——变压器的电阻，（4-16）ΔPNT——变压器的负载损耗，可查表4-1或表4-2，W；XT——变压器的电抗，（4-17）ZT——变压器的阻抗，

（4-18）

ΔUT=√3IT（RTcosφT+XTsinφT）（4-14）2.采区低压电缆选择61四、如何选择采区电气设备US%——变压器阻抗百分数，查表4-1/表4-2，%。ΦT——变压器的加权平均功率因数角；

ST——变压器的计算容量，kV•A；

UT2N——变压器二次侧额定电压（按所选变压器的技术数据），V；

STN——变压器的额定容量，MVA；2.采区低压电缆选择62四、如何选择采区电气设备

②负荷集中的干线电缆线路的电压损失ΔUms③负荷沿线分布的干线电缆线路的电压损失ΔUms

干线的电压损失应为各段电缆线路电压损失之和2.采区低压电缆选择63四、如何选择采区电气设备

④支线电缆电压损失ΔUblΔUbl=PblL×103/(UNγscAbl)

(4-20)UN——支线电缆线路所在电网的额定电压，V；Lbl——支线电缆的长度、m；Abl——支线电缆的截面积、mm2；γsc——支线电缆导体的电导率，查表4-10，m/(Ω•mm2)；Pbl——支线电缆所带负荷的计算功率值(可近似取额定功率)，kW。

2.采区低压电缆选择64四、如何选择采区电气设备⑤按允许电压损失选择干线电缆截面ΔUms≤ΔUpms△Upms=△UP－△UT－△Ubl

△Upms——干线电缆的允许电压损失，V；式整理后，得出其满足电压损失的最小截面为根据上式的计算结果，选择标准截面不小于计算截面的电缆即可满足电压损失的要求。

2.采区低压电缆选择65四、如何选择采区电气设备⑥按允许电压损失校验电缆截面如果电缆截面按其他条件已经选出，此时需按电压损失的条件校验电缆截面。校验时需按式

ΔU=ΔUT+ΔUms+ΔUbl

计算出整个低压电网的电压损失，然后按式ΔＵ≤ΔＵp

进行校验。2.采区低压电缆选择66四、如何选择采区电气设备如校验后不满足，可采取如下措施：a

加大电缆截面，一般加大干线电缆的截面；b分散负荷，即增加电缆的根数；c

更换大容量的变压器，以减小变压器的电压损失；d

移动变电所的位置，使其靠近工作面；e

调整变压器的分接头，此方法在设计中不考虑。2.采区低压电缆选择67四、如何选择采区电气设备⑦按起动时的电压损失校验电缆截面

由于电动机起动电流大，起动时电压损失大，必须满足电动机和磁力起动器的起动条件的要求，否则无法起动。一般只须校验供电功率最大、供电距离最远的干线，如该干线满足起动要求，其它干线必能满足要求。

2.采区低压电缆选择68四、如何选择采区电气设备(4-24)

UN——电动机的额定电压，V；

K——电动机的最小启动转矩倍数，见表4-11；

α——电动机额定电压时的启动转矩MstN与电动机额定转矩MN之比(α值可查电动机技术数据)，矿用隔爆型电动机一般可取2～2.5。2.采区低压电缆选择

a.

确定电动机的最小启动电压。

满足电动机最小启动转矩所需要的最小启动电压Ust.min，可按下式求出：

69四、如何选择采区电气设备b.起动时支线电压损失。

应选择起动时电压损失最大的一条支线计算：(4-25)Ist=IstNUst/ＵN

(4-26)

cosst——支线所带电动机起动时的功率因数2.采区低压电缆选择70四、如何选择采区电气设备

c.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，其他正常工作条件计算，即：(4-27)

Lms——干线电缆的长度，m；

Ams——干线电缆的截面积，mm2

γsc——干线电缆的电导率，m/（Ω•mm2）；2.采区低压电缆选择71四、如何选择采区电气设备

Ist、cosφst——与式(4-25)中符号相同；

Kdere——除启动电动机外，干线中其他用电设备的需用系数，查表4-4；

∑PNre——除启动电动机外，干线中其他用电设备额定功率之和，kW；

UN——用电设备的额定电压，V。2.采区低压电缆选择72四、如何选择采区电气设备

d.启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，其他正常工作条件计算，即ΔUTst=3ITst（RTcosφTst+XTsinφTst）(4-28)2.采区低压电缆选择73四、如何选择采区电气设备

⑤按启动条件检验电缆截面

电动机启动时，其端电压不小于电动机的最小启动电压。即Ust≥Ust.min

Ust=U2N.T-ΔUst≥Ust.min磁力起动器的起动电压应不小于起动器的最小吸合电压(为线路额定电压UN的0.7倍)。即：U2N.T—△UT.st-△Ｕms.st≥0.7UN

2.采区低压电缆选择74四、如何选择采区电气设备例4-1试选择图中4号变压器及向输送机供电的电缆截面。

解：1、选择变压器

根据图中给出的负荷计算变压器容量2.采区低压电缆选择举例75四、如何选择采区电气设备2.采区低压电缆选择76四、如何选择采区电气设备根据表4-1变压器的计算容量2.采区低压电缆选择举例77四、如何选择采区电气设备

查表5-9，选变压器为KSGZY-1000/10，同时可获得如下参数：

2.选择向输送机供点的电缆线路（350m）的截面

由于此段电缆较短，故截面的选择首先按最大长时工作电流选，然后按电压损失、启动条件及机械强度校验。2.采区低压电缆选择举例78四、如何选择采区电气设备

1）按长时允许电流选电缆线路截面

电缆截面的最大长时工作电流为

查表4-5可知，70mm2的铜芯橡套电缆的长时允许电流Ip=215A，大于其工作电流Ica=168.8A，所以满足要求。又因该电缆时经常移动的，故其型号应确定选用MPQ-3×70电缆。此截面也满足机械强度对橡套电缆最小截面（35mm2）的要求（查表4-3）。2.采区低压电缆选择举例79四、如何选择采区电气设备

2)按允许电压损失校验电缆截面

（1）计算变压器的电压损失ΔUT：变压器负载的加权平均功率因数则变压器的电压损失为其中

2.采区低压电缆选择举例80四、如何选择采区电气设备（2）计算电缆截面的电压损失为（3）低压电网的实际总电压损失2.采区低压电缆选择举例81四、如何选择采区电气设备（4）低压电网的允许总电压损失为则，

故按允许电压损失校验电缆截面满足要求。

3）按启动条件校验电缆截面运输机电动机的技术数据为：额定启动倍数α=2.2，额定启动电流，

功率因数2.采区低压电缆选择举例82四、如何选择采区电气设备（1）输送机电动机的最小启动电压的确定

（K转矩倍数，由表4-7查得）2.采区低压电缆选择举例83四、如何选择采区电气设备控制输送机的启动器安装处的电压为因为

故满足启动器吸持电压的要求，输送机最小启动电压确定为909V。（2）启动时该供电线路上各部分电压损失计算（此例包括变压器和电缆线路两部分）2.采区低压电缆选择84四、如何选择采区电气设备①启动时电缆线路的电压损失由上面计算可知：②启动时变压器的负荷电流和功率因数计算如下：，2.采区低压电缆选择85四、如何选择采区电气设备，其中

2.采区低压电缆选择86四、如何选择采区电气设备则启动时变压器的电压损失为2.采区低压电缆选择87四、如何选择采区电气设备（3）启动时低压电网的总电压损失此时输送机电动机端子上的电压为故按启动条件校验电缆截面满足要求。总之，通过以上计算所选电缆截面完全满足要求。2.采区低压电缆选择88四、如何选择采区电气设备截面选择支线：按照＞满足机械强度最小截面，按照允许电流＞额定电流选择干线：较短时——按照允许电流＞最大长时工作电流选择较长时——按照允许电压损失＞实际电压损失选择功率最大、线路最远——按照启动电压＞电动机启动所需最小电压

支线——采用矿用阻燃橡套电缆M型。工作面-带分相屏蔽MP型采掘机-专用电缆MCP型干线——固定敷设用铠装塑料电缆MVV22型。配电点-矿用橡套电缆M型

型号选择电压选择:按照所供设备额定电压确定UN芯线数选择：干线和就地控制支线选择4芯，远方控制+2芯、联锁控制+3芯长度选择：支线-就地控制5-10米，移动敷设-增加3-5米干线-敷设巷道长度×弯曲系数井下低压电缆选择小结89四、如何选择采区电气设备4-4如何确定电缆型号、芯线数和长度?低压支线电缆、干线电缆主芯线的截面选择方法有何不同？4-5按启动条件校验电缆截面，若不合格，可采取哪些措施来满足要求?90

高压电缆型号、芯数、长度的选择1）

高压电缆截面的选择2）四、如何选择采区电气设备3.高压电缆的选择91四、如何选择采区电气设备

1)高压电缆型号、芯数、长度的选择

（1)高压电缆的型号确定

据工作电压等级、用途、敷设场所，并符合《煤矿安全规程》规定选择：①必须选用取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。②严禁采用铝包电缆。③在进风斜井、井底车场及其附近、中央变电所至采区变电所之间，可以采用铝芯电缆；其他地点必须采用铜芯电缆。3.高压电缆的选择92四、如何选择采区电气设备

④在立井井筒或倾角为45°及其以上的井巷内，应采用MVV42型聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆、MYJV42型交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆；⑤在水平巷道或倾角在45°以下的井巷内，应采用MVV22型聚氯乙烯绝缘钢带或MVV32型细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆、MYJV22型交联聚乙烯钢带或MYJV32型细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆；⑥向移动变电站供电应选用MYPTJ型矿用高压双屏蔽监视橡套电缆。3.高压电缆的选择93四、如何选择采区电气设备

（2）高压电缆芯线、长度的确定

铠装电缆选择3芯，橡套电缆选择3芯主芯线并带监视芯线和接地芯线。高压电缆长度的确定与低压电缆选择方法相同。3.高压电缆的选择94四、如何选择采区电气设备

（3）高压电缆截面的选择

高压电缆截面必须满足下面的条件，选取满足全部条件的最小截面。

①按正常工作时的经济电流密度选择

供电距离较长、年最大负荷利用小时数不小于1000h的高压电缆，因对供电的经济性有较大影响，应按经济电流密度选择。经济截面按式（4-38）计算。

（4-38）3.高压电缆的选择95四、如何选择采区电气设备

Ae——导线的经济截面，mm2；

Ied——经济电流密度，A／mm2。按表4-12查取

Ica——线路正常工作时的最大长时工作电流，A；

按下式计算：

（4-39）

其中∑ST为所供各变压器的计算容量之和，UT•1N为变压器一次侧电压，Ks为各变压器组间同时系数，一个工作面时取1，二个工作面时取0.9,三个工作面取0.85；3.高压电缆的选择96四、如何选择采区电气设备

②按长时运行电流选择电缆截面

按IP≥Ica式要求选取电缆截面。式中的Ica按（4-39）式选取，按所选电缆型号查表4-8或表4-9取满足（4-8）式的截面。3.高压电缆的选择97四、如何选择采区电气设备

③按短路热稳定条件校验电缆截面

（4-40）

Am

——电缆的最小热稳定截面，mm2；

——电缆首端的最大三相短路电流，A，按（4-36）式求取；C——电缆的热稳定系数，见表4-14。ti

——短路电流的假象作用时间,s；

3.高压电缆的选择98四、如何选择采区电气设备

其中ts为实际短路时间，当继电保护装置瞬时动作时，对快速或中速动作的断路器，取0.15s；对低速动作的断路器取0.2s。当继电保护有动作时限时，在上述时间的基础上再加上继电保护的动作时间即可3.高压电缆的选择99四、如何选择采区电气设备

④按电压损失校验电缆截面

电缆选出后，应将各种电缆的选择结果用表格列出，参考下表。3.高压电缆的选择高低压电缆选择一览表电缆编号选择结果负荷情况选择计算情况型号额定电压主芯线截面长度负荷名称计算电流总电压损失百分数机械强度要求截面长时允许电流经济截面最小热稳定截面是否满足允许电压损失kvmm2mAVmm2Amm2mm2100四、如何选择采区电气设备

如图示，已知200高压开关柜与4号变压器的输电距离为1800m，变电所母线三相短路电流为2510A，试选择图中向4号变压器输电的高压电缆的截面，并校验。

3.高压电缆的选择举例101四、如何选择采区电气设备

解：1．确定电缆的型号和长度根据煤矿安全规程的要求，电缆型号选择符合MT818标准的煤矿用阻燃型电缆，供电给移动变电站的高压电缆，选用MYPTJ-6/10型矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆。3.高压电缆的选择举例102四、如何选择采区电气设备

2．确定电缆长度

电缆长度为1800m3．选择高压电缆截面1）按经济电流密度选择。取年最大负荷利用小时数为3000h，查表，其经济电流密度。由于供电负荷中心的电缆只有一条，所以其正常运行时的最大长时工作电流，采区变电所至4号移动变电站高压干线电缆的最大长时工作3.高压电缆的选择举例103四、如何选择采区电气设备

3.高压电缆的选择举例104四、如何选择采区电气设备因此其经济截面为选择铜芯电缆。

3.高压电缆的选择举例105四、如何选择采区电气设备

（2）按长时允许电流校验。查表4-8（参照10kV电缆），可知的铜芯电缆长时允许电流为；＞，故电缆截面满足长时允许电流的要求。选用MYPTJ-6/10－3×25+3×16+3×2.5型移动变电站专用高压橡套电缆。3.高压电缆的选择举例106四、如何选择采区电气设备（3）按短时的热稳定校验。

按教材式（4-40）选择计算。热稳定满足要求式中

3.高压电缆的选择举例＜107四、如何选择采区电气设备截面选择供电距离较长、年最大负荷利用小时数≥1000h按经济截面选供电距离较短按允许电流选择：IP≥Ica按照允许电压损失＞实际电压损失选择校验按短路条件热稳定校验：进风斜井、井底车场及其附近、中央变电所至采区变电所之间用铝芯电缆；≥45°井巷采用MVV42型、MYJV42＜45°井巷采用MVV22型、MVV32型、MYJV22型、MYJV32型向移动变电站供电采用MYPTJ型型号选择电压选择:按照所供设备额定电压确定UN芯线数选择：铠装电缆选择3芯，橡套电缆选择3芯主芯线带监视线、地线长度选择：敷设巷道长度×弯曲系数高压电缆的选择小节108四、如何选择采区电气设备4-6如何确定高压电缆型号、芯线数和长度?4-7高压电缆和低压干线电缆主芯线的截面选择方法有何不同？4-8采区有哪些电气设备?用途各是什么?如何选择其型号和额定参数？高压电缆的选择习题109

高压配电箱型号的选择1)高压配电箱电气参数的选择2)四、如何选择采区电气设备4.选择高压开关110四、如何选择采区电气设备

1)高压配电箱型号的选择

高压配电箱的型号应根据下述情况,并结合矿井的实际条件选择。（1）矿用高压配电箱根据矿井设备真空化的要求，应选用真空断路器的高压配电箱；（2）目前煤矿井下多采用矿用隔爆高压真空配电箱；（3）考虑到设备对保护的要求，根据《煤矿安全规程》和《煤矿井下供配电设计规范》的规定，所选高压配电箱应具有下述保护：4.选择高压开关111四、如何选择采区电气设备

①井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠电压释放保护。②井下变电所高压馈出线上必须设有选择性的单相接地保护装置，并应用于信号。当单相接地故障危及人身、设备及供配电系统安全时，保护装置应动作于跳闸。③供移动变电站的高压馈出线上，除必须设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置外，还应设有用于信号的电缆绝缘监视保护装置。④井下高压馈出线上还应有短路、过负荷、欠电压释放保护。4.选择高压开关112四、如何选择采区电气设备2）高压配电箱参数的选择

高压配电箱按额定电压和额定电流选择，按断流能力和短路时的动、热稳校验。（1）电压、电流参数选择

①开关的的额定电压应不小于电网的额定电压；

UN≥UNW

（4-41）

UN——开关的额定电压，V，查表4-18～4-20；

UNW——所接电网的额定电压，即所控设备额定电压，V。

4.选择高压开关113四、如何选择采区电气设备②开关的额定电流应不小于所控设备的最大负荷电流。

IN≥Ica（4-42）

IN——开关的额定电流，A，查表4-18～4-20；

Ica——所控设备的最大长时工作电流，A，高压开关按（4-39）式求取，低压开关按（4-10）式求取。

开关的接线喇叭口数目要满足电网接线的要求，其内径要与电缆的外径相适应。4.选择高压开关114四、如何选择采区电气设备（2）按短路电流校验短路参数

①校验断流能力。高低压配电开关需校验断流能力，满足INb≥Is（3）

INb——高低压配电开关的额定分断电流，A，查表4-18～4-20

Is（3）——高低压配电开关出线端的三相短路电流，A，按（4-36）式求取。4.选择高压开关115四、如何选择采区电气设备

②校验动、热稳定性。满足ies≥ich

即为合格

ies——高压配电箱的极限通过电流峰值，A，查表4-18

ich——高压配电箱出线端的三相短路电流冲击值，A，用下式求得：

ich=2.55Is（3）

Is（3）按（4-36）式求取。

Its2•ts≥Is2•ti

（4-46）4.选择高压开关116四、如何选择采区电气设备Its2——高压配电箱t秒钟的热稳定电流，A，查表4-18Is（3）——高低压配电开关出线端的三相短路电流，A，按（4-36）式求取ti——短路假象作用时间，按下式计算：ti=ts+0.05，ts为短路实际作用时间为高压配电箱跳闸时间，一般为0.2s。

4.选择高压开关117四、如何选择采区电气设备

图中高压供电电压为10kV，6号高压配电柜为综采工作面移动变电站配电，已知6号高压配电柜的高压干线计算负荷电流为242.3A，采区变电所母线三相短路电流为4.51kA,短路容量为82.02MVA，短路冲击电流为11.5kA,选择6号高压开关柜。解：1）型号的选择由于高压配电柜装设在采区变电所，所以根据环境条件应选择隔爆型高压配电箱。采用PBG1-10型矿用隔爆型高压真空配电箱。该配电箱具有短路、过载、失压、漏电和监视、过电压和欠电压保护。4.选择高压开关举例118四、如何选择采区电气设备

4.选择高压开关举例119四、如何选择采区电气设备

2）电气参数的选择和校验①额定电压选择：根据公式UN≥UN·W=10kV

选择高压配电箱额定电压UN=10kV。②额定电流选择：根据公式IN≥Ica=242.3A

查表选择额定电流IN=300A的高压配电箱。其技术数据见表。4.选择高压开关举例120四、如何选择采区电气设备③额定断流能力校验：根据公式，配电箱断流能力配电箱断流能力满足要求。④短路动稳定校验：根据公式，其动稳定电流动稳定满足要求。⑤短路热稳定校验：由于保护装置瞬时动作，且配电箱采用真空断路器，因此其短路电流的假想作用时间为

4.选择高压开关举例121四、如何选择采区电气设备根据公式，其热稳定参数为热稳定满足要求。最后确定选择PBG1-300/10型矿用隔爆型高压真空配电箱。

4.选择高压开关举例122四、如何选择采区电气设备主要选择低压电气的型号、额定电压、额定电流，并且按照短路条件校验分断能力。5.选择低压电气设备123

低压电气设备型号的选择1)低压电气设备参数的选择2)四、如何选择采区电气设备5.选择低压电气设备124四、如何选择采区电气设备1)低压电气设备号的选择

低压电气设备的型号除按使用场所选择外，还应考虑以下几点：

（1）按工作机械对控制的要求选

①供电线路用总开关、分路开关和配电点进线开关，应选用隔爆型真空馈电开关。②直接控制用电设备的，应选用隔爆型真空电磁启动器。③被控用电设备较为集中的或电动机需要低速启动的，应选用隔爆型组合开关或在选择变压器时直接选用隔爆型负荷中心。④需要经常正反转的机械，应选用隔爆型可逆电磁启动器。5.选择低压电气设备125四、如何选择采区电气设备1）低压电气设备型号的选择

（2）按电网和用电设备对保护的要求选

①变压器二次侧低压总开关应有短路、过负荷、失压、漏电跳闸和漏电闭锁保护。②各分路配电开关应有短路、过负荷、失压、漏电闭锁保护（或选择型漏电保护）。③控制用电设备的启动器应有短路、过负荷、失压、断相和漏电闭锁保护。④控制煤电钻的设备必须选用具有短路、过负荷、漏电跳闸保护和远距离停送电控制的综合保护装置。5.选择低压电气设备126四、如何选择采区电气设备1）低压电气设备型号的选择

（3）考虑电缆的外径和根数

所选电器的电缆接线喇叭口的数目不得少于接线电缆的根数，喇叭口的内径要适应电缆接线的要求。5.选择低压电气设备127四、如何选择采区电气设备2）低压电气设备参数的选择

低压电气设备的额定电压应不小于所在电网的额定电压。电气设备的额定电流应不小于其所控制线路的最大长时工作电流；开关设备的极限分断电流应不小于通过该设备的最大三相短路电流。选择时所用计算公式与高压配电箱相同。当低压开关按极限分断电流选择合格后，不再校验动、热稳定性。5.选择低压电气设备128四、如何选择采区电气设备3）控制按钮与电缆接线盒的选择

当控制按钮不在所控制工作机械上的电磁启动器需在进行远方控制时，则应选择控制按钮。控制按钮应按额定电压、额定电流和所需触点的类型及数量选择。同时还应考虑使用场所和接线喇叭口内径对电缆外径的要求。5.选择低压电气设备129四、如何选择采区电气设备3）控制按钮与电缆接线盒的选择

当电缆的长度不够或电路需要分支时，则应选择电缆插锁、电缆连接器或电缆接线盒。选择时应按使用场所、额定电压、额定电流和所接电缆的外径来选择，电缆接线盒还应按所接电缆的根数进行选择。对给出动、热稳定电流的还应校验短路时的动、热稳定性。5.选择低压电气设备130四、如何选择采区电气设备3）控制按钮与电缆接线盒的选择

当电缆的长度不够或电路需要分支时，则应选择电缆插锁、电缆连接器或电缆接线盒。选择时应按使用场所、额定电压、额定电流和所接电缆的外径来选择，电缆接线盒还应按所接电缆的根数进行选择。对给出动、热稳定电流的还应校验短路时的动、热稳定性。5.选择低压电气设备131四、如何选择采区电气设备

图示为掘进工作面供电系统图，选择控制掘进机的电磁启动器型号、电气参数及校验。已知掘进机的额定电流为135.6A，S4点的二相短路电流1971A。5.选择低压电气设备举例132四、如何选择采区电气设备

1）低压开关的选型

①供电线路总开关和分路开关，选用低压自动馈电开关；②电动机的控制设备，选用真空磁力起动器。③煤电钻选用煤电钻综合保护装置。由型号确定原则，选QBZ－□/1140（660）型真空磁力启动器。5.选择低压电气设备举例133四、如何选择采区电气设备

2）电气参数的选择和校验①额定电压选择根据公式UN≥UN·W=660V

选择磁力启动器额定电压UN=660V。②额定电流选择：根据公式式IN≥Ica=135.6A

选择QBZ－200/1140（660）隔爆型电磁启动器5.选择低压电气设备举例134四、如何选择采区电气设备

查表选择额定电流IN=200A的隔爆真空磁力启动器，其技术数据见表。5.选择低压电气设备135四、如何选择采区电气设备

2）电气参数的选择和校验

③磁力启动器的额定分断能力校验

S4点的最大三相短路电流=1.15×1971=2276A。因此断流能力符合要求（当低压开关按极限分断电流选择合格后，不再校验动、热稳定性）。5.选择低压电气设备136本节小结

一、采区高低压电器型号的选择1.按采区的工作环境选择：高、低压控制开关一律采用矿用防爆型。2.按工作机械对控制的要求选择：二、采区高低压电器电气参数选择1.按工作参数选择：UN≥UNW，IN≥Ica，2.按短路电流校验：INb≥Is（3），ies≥ich，ich=2.55Is（3）Its2•ts≥Is2•ti

137

电磁起动器过流保护整定1自动馈电开关过流保护整定2五、如何整定过流保护高压配电箱过流保护整定

3138五、如何整定过流保护

采区高低压过流保护装置主要有过载保护和短路保护两种，因开关的不同而设置不同，需根据开关内所设置的保护装置进行整定。过载保护的动作值按照略小于额定电流整定，短路保护的动作值按照大于最大工作电流整定，并按照保护范围末端最小两相短路电流进行校验。过电流保护的整定计算原则139五、如何整定过流保护过电流保护的整定计算原则

瞬时动作的过电流继电器或过电流脱扣器作短路保护，只需按短路保护整定即可。电子式过电流保护装置具有过载、断相、短路等多种保护功能。短路保护整定与过载保护整定值有关，因此应先整定过载保护，再整定短路保护。

140五、如何整定过流保护

智能型开关中各种保护的整定值由程序按过载保护动作值自行设定，故只需设定过载保护的动作值即可。对于各短路保护还需按实际整定值进行灵敏度校验。

过电流保护的整定计算原则141五、如何整定过流保护

1)过载保护：①求整定值：Iao≤IN(4-47)

式中Iao——过载保护的动作电流值，A；

IN——单台或同时启动的多台电动机的额定电流，A。②取整定值：查表4-20，选取符合上式的Iao′1.电磁起动器保护整定计算142五、如何整定过流保护

2)短路保护：①求整定值：Ias≥INst

(4-48)

式中Ias——短路保护的动作电流，A；

INst——单台或同时启动的多台电动机的启动电流，A，无

法查取启动电流数据时可近似取电动机额定电流的6倍。②取整定值：查表4-20，选取符合上式的Ias′。1.电磁起动器过流保护整定计算143五、如何整定过流保护

③校灵敏度：式中Ks——保护装置的灵敏系数；

I(2)sc——保护范围末端的最小两相短路电流，A。

Ias′——根据查表确定的实际整定值，A1.电磁起动器过流保护整定计算144五、如何整定过流保护1)保护干线的分路开关整定(1)过载保护：①求整定值：Iao≤Ica(4-49)式中Ica——线路的最大长时工作电流，由式(4-10)求得，A；②取整定值：查表4-19，选取符合上式的Iao′2.自动馈电开关过流保护整定计算145五、如何整定过流保护

(2)短路保护：①求整定值：Ias≥INst+Kde∑IN.re(4-50)式中INst——启动电流最大的一台或同时启动电流最大的多台电动机启动电流，A；

Kde——成组负荷需用系数，查表4-4；∑IN.re——其余电动机的额定电流之和，A。②取整定值：查表4-19，选取符合上式的Ias′③校灵敏度：同前2.自动馈电开关过流保护整定计算146五、如何整定过流保护2)变压器二次侧总馈电开关的整定(1)过载保护：①求整定值：Iao≤I2NT(4-51)式中I2NT——变压器二次侧的额定电流，A，由（4-15）求取。②取整定值：查表4-19，选取符合上式的Iao′2.自动馈电开关过流保护整定147五、如何整定过流保护2)变压器二次侧总馈电开关的整定(2)短路保护：①求整定值：Ias≥INst+Kde∑IN.re(4-52)式中Ias——短路保护的动作电流值，A；INst——变压器所带负荷中启动电流最大的一台或同时起动电流最大的多台电动机的启动电流，A；∑IN.Re——变压器所带负荷中除启动电动机以外电动机额定电流之和Kde——成组负荷需用系数，查表4-4。②取整定值：查表4-19，选取符合上式的Ias′③校灵敏度：同前2.自动馈电开关过流保护整定计算148五、如何整定过流保护1）变压器一次侧的高压开关整定（1）过载保护①求Iao≤I1N

（4-53）式中I1N——变压器一次侧额定电流（2）短路保护（4-54）式中KT——变压器变比；

INQ——变压器所带负荷中最大一台电动机的额定启动电流，A；∑INre——除启动电动机外其他电动机的额定电流之和，A；Kde——需用系数查表4-18，选取符合上式的Ias′3.高压配电箱过流保护整定计算149五、如何整定过流保护灵敏度校验灵敏度(4-56)式中Isc（2）——变压器二次侧出口发生两相短路电流值，A；KT——变压器变比Ias′——根据查表确定的实际整定值，A。3.高压配电箱过流保护整定计算150五、如何整定过流保护掘进机电磁启动器的整定，已知掘进机的额定电流为135.6A，S5点的二相短路电流1909A。解：过负荷保护整定：Iao≤IN=135.6≈135A短路保护整定：Ias≥INst＝135.6×7＝949.2A短路保护的动作电流值取过负荷保护实际整定值的8倍，其短路保护的实际整定值为

Ias＝135×8＝1080A＞949.2A3.高压配电箱过流保护整定计算举例151五、如何整定过流保护

查表取过负荷整定值为140A，短路保护1080A152五、如何整定过流保护

灵敏度校验：满足要求。

153五、如何整定过流保护例题：某采区供电系统如图所示。已知中央变电所10kV母线上的短路容量为200MVA，由中央变电所至采区变电所的高压电缆为MYPTJ-3X95橡套电缆，长度为1700m，其它参数如图所示。试计算S点的三相短路电流和两相短路电流。短路电流计算举例154五、如何整定过流保护解：（1）计算短路回路阻抗

电源系统的电抗折算到3.3kV侧短路电流计算举例155五、如何整定过流保护高压电缆的阻抗：折算到3.3kV侧短路电流计算举例156五、如何整定过流保护由变压器技术数据表，查得KSGZY-1600/10型变压器参数为,代入公式计算如下：短路电流计算举例157五、如何整定过流保护低压干线电缆的阻抗S点短路时短路回路的总阻抗短路电流计算举例158五、如何整定过流保护(2)计算S点短路电流S点三相短路电流S点二相短路电流同样方法可计算其他短路点电流值。短路电流计算举例159

低压电网漏电保护设定1高压电网漏电保护设定2六、如何设定漏电保护160六、如何设定漏电保护1.低压电网漏电保护1）保护装置的设定电磁起动器设有漏电闭锁，防止电动机及其电缆漏电下送电导致触电；低压分开关设置有选择性漏电保护作为主保护，且瞬时动作；总开关设无选择性漏电保护，作为后备保护，且短暂延时动作。可通过选择开关实现。127V电网由隔爆照明综合保护装置的漏电保护及漏电闭锁实现。160161六、如何设定漏电保护1.低压电网的漏电保护2）保护整定值的设定详见下表（引自AQ1023-2006）161162六、如何设定漏电保护1.低压电网的漏电保护2）保护整定值的设定（引自AQ1023-2006）162163

六、如何设定漏电保护2.高压电网的漏电保护

1）保护装置设定。井下变电所的高压馈电线上，须设有选择性的单相保护接地装置，由隔爆高压配电箱的有选择性漏电保护实现。2）保护动作值设定。非故障线路流过的零序电流是其本身的电容电流，在此电流作用下，零序电流保护不应动作。因此其动作电流应为

式中——电网的相电压，V；——本线路每相的对地电容，F；——可靠系数，它的大小与动作时间有关，如果保护为瞬时动作，取4～5；如果保护为延时动作，取1.5～2。163164六、如何设定漏电保护-小结164保护电网保护名称设置位置设置动作值设置动作时间127V电网漏电保护照明综合保护装置2kΩ＜250ms低压电网漏电闭锁电磁起动器380V7kΩ660V22kΩ1140V40kΩ有选择性漏电保护分路馈电开关380V3.5kΩ660V11kΩ1140V20kΩ＜30ms无选择性漏电保护总馈电开关250ms～300ms高压电网有选择性漏电保护高压配电箱零序电流165七、如何设定保护接地系统保护接地系统设定原则2主接地极设定3局部接地极设定4主接地母线设定51保护接地系统其他接地线设定5166七、如何设定保护接地系统复习：保护接地原理

所谓保护接地，就是把电气设备的金属外壳和构架，用导线与埋在地中的接地极连接，如图所示。