河南理工大学矿山电工课程设计

1、 河南理工大学矿山电工课程设计第一章 课程设计题目及原始资料一、 课程设计题目80机组采区供电设计二、 采区的原始资料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，井身120米；煤质中2，厚度1.8米，底板中等稳定。该矿的1411采取为中间上山开采，采区分三个区段，区段长度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，煤巷掘进采用放炮落煤、皮带运输机运输；西翼最大走向长度280米，为炮采工作面。井下中央变电所配出电压为6kv，配出开关的短流容量为50mka；其到上山航道下部的距离为1600米，采区主要用电设备采用660伏电压

2、，煤电钻和照明采用127伏电压。采煤方法为长壁后退式普通机采和炮采，两班出煤，一班检修，日产量约1000吨，采取服务年限为2面。采取巷道及设备布置见图1-1。图1-1 1411采区巷道布置及设备布置图采区用电设备负荷统计见表1-2序号设备名称型号规格数量电 动 机备注台数容量(单台) (kv)电压（v）电流（a）功率因数cos负荷率 kf效率启动 电流 (a)1采煤机mlq1-801180660910.830.80.94262机采工作面运输机sgw-441122660260.880.60.9181机头机尾各一台电机3下顺槽运输机sgw-40a4440660450.850.60.93154炮采工

3、作面运输机sgw-221122660260.840.60.91815顺槽皮带机spj-8001130660330.880.60.92156上山皮带机sdj-1501175660820.870.70.9533电机均在机头7上山绞车jtb-12001155660600.890.50.93888煤电钻mz2-1.210101212760.830.70.9329掘进局扇jbt52-22211660130.890.90.97510调度绞车jd-11.42211.4660140.870.50.98211回柱绞车jh2-174417660210.840.50.910112掘进皮带机spj-800223066

4、0330.880.60.9234第二章 变电所及配电点位置的确定一、采区变电所位置选择原则：1）采区变电所要位于负荷中心，并保证向采区最远距离、最大容量的设备供电；2）顶底板稳定且无淋水；3）通风良好、运输方便的地方；4）用尽可能少的变电所向全采区供电的原则；二、变电所位置的确定：本采区变电所的位置大体如下两个方案：方案：一个采区变电所向全采区供电；方案；一个采区变电所先后设在两个位置，分别在采区开采前期和开采后期想全采区供电；对于第一个方案，在一处设一个变电所向全采区供电，以设在处较为理想（接近负荷中心）。由于额定电压660v、采区设备总容量为763.8kw，采煤机的功率为80kw，查不同容

5、量采煤机的最大供电距离表得知，当用截面积为35mm2的低压电缆时，其干线最大供电距离为890m，当用截面积为50mm2的低压电缆时，其干线最大供电距离为970m。实际上，由于点至第一段平巷的距离为72.5m、第一个工作面长100m，采区一翼走向长度为400m，回采工作面配电点随工作面每推进5070m移动一次的下限距离为50m，在计及电缆在变电所内的出线长度为20m以及橡套电缆应比实际长10%的系数，则低压干线电缆的实际供电距离l=（20+72.5+400-50）×1.1=486m890m，故能满足采煤机的起动电压的要求，故第一个方案可以采用。对于第二个方案，一个采区变电所先后设在两个

6、位置，分别在采区开采前期和开采后期想全采区供电，减少了供电距离，降低了电压损耗。但需要多开一个硐室加大投资。经过对比选择第一个方案及一个采区变电所向全采区供电，在距第一个工作面72.5m出开掘一个硐室设置采区变电所。二、配电电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、 炮采工作面距工作面50m处；4、 炮采工作面距工作面50m处；5、 东翼掘进巷距端头80m处；6、 西翼掘进巷距端头80m处；第三章 负荷统计及变压器选择一、负荷分组根据煤矿安全规程规定，

7、“在低沼气矿井中，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。根据规定将采区分为机械采煤组、炮采采煤组、掘进组三组。二、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：n =80+2×22+4×40+11.4+2×17+2×1.2

8、=331.8kw需用系数kde=0.286+0.715pmax/n =0.286+0.714×=0.46加权平均功率因数cos wm=0.65该组用电设备的计算负荷sca=234.81kw2、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：n =22+30+55+11.4+2×17+2×1.2+4 =161.2kw需用系数

9、kde=0.40.5，取kde=0.4加权平均功率因数cos wm=0.6该组用电设备的计算负荷sca=134.33kw3、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：n =2×11+2×75+4×1.2+2×30 =236.8kw需用系数kde=0.4加权平均功率因数cos wm= 0.6该组用电设备的计算负荷sca=157.87kw三、变压器选型根据三组负荷统计，对变压器进行选型。1、机械采煤组电设备的计算负

10、荷sca=234.81kw；故选择ksgb-315/6/0.69型防爆干式变压器； 2、炮采采煤组电设备的计算负荷sca=134.33kw；故选择ksgb-200/6/0.69型防爆干式变压器；3、掘进组电设备的计算负荷sca=157.87kw；故选择ksgb-200/6/0.69型防爆干式变压器；三台变压器的技术数据见表3-1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bpg2-6/1001006100第四章采区供电系统的拟订

11、及高压配电装置的选择一、采区供电系统二、高压配电装置选择1、配电装置电气参数选择应该符合以下条件（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，kva vn变压器高压侧额定电压，kv变电站的额定电流 i1=30.3a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

12、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，kva vn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，而我

13、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bpg2-6/10010061002、高压电缆的选择选择原则：按经济电流密度选择电缆截面；按长期允许载流选择电缆截面；按上述原则对该采区的高压电缆进行选型（1） 电缆型号：zq20铜芯油浸纸绝缘铅包钢带铠装电缆（2） 电缆的截面：因为i总=69.1，按允许负荷可选择长时允许电流a69.1a的电

14、缆，根据矿山电工表6-7铠装电缆允许符合电流表可以选择310mm2，316mm2的电缆。因为310mm2的长时允许电流仅70a故选择316mm2的电缆。（3） 电缆的长度：根据表1-1，对软电缆取0.1的富余系数，可以下式： 电缆长度l=（1600+172.5+50）×1.1 =1914m（4） 对电缆进行校验参照煤矿电工手册表10-3-4无中间接头的电缆可承受三相短路稳态电流及相应6kv短路容量表：316mm2的电缆可以满足热稳定电压损失，用查表法查煤矿电工手册表10-3-6，按cos=0.7，16mm2每公里负荷电压损失为3.91%则该长度的电缆电压损失v=3.91%×

15、1914×（0.254+0.134+0.158）=4.09%我国规定，电缆线路电压损失的标准为：10kv以下的线路为7%故该截面满足要求。第五章 采区低压电缆及设备的选择一、低压电缆型号的选择1、选择原则低压电缆的型号及电压登记，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。1） 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：（1） 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6

16、60v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。（2） 对综合机械化工作面，必须选用屏蔽电缆。（3） 向煤电钻供电应选用uz-500系列电钻专用电缆。（4） 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。（5） 但上述个种电缆用语采区和工作面时，一律应选用铜芯的，严禁使用铝芯电缆。2） 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。3）对无沼气的

17、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，可以选用铝芯电缆。对井下主变（配）电所的高、低压电缆，亦可以选铝芯的。在同时采用铝、铜芯电缆时，需在他们的衔接处，使用铜-铝过度接头，并应经常加以检查。4）在采区，一般选用无黄麻外皮的zq20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：1、 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：其余均采用。2、支线电缆ucp型：采煤机、工作面运输机；u型up型：上山绞车、上山皮带、调度绞车等工作面辅

18、助设备；uz型：向煤电钻供电；二、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lca=kinlwa式中 lca电缆的实际长度，m； lwa电缆敷设路径长度，m； kin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：l工作面= kinlw=（20+72.5+330）×1.1 =465m采区变电所到机采运输顺槽的电缆长度：l运输顺槽= kinlw =（20+72.5+100）×1.1 =212m采区变电所到机采轨道顺槽的电缆长度：l轨道顺槽= kinlw =（20+72.5+100+330）

19、5;1.1 =465m2）普采面组采区变电所到绞车房电缆长度：l工作面= kinlw =（20+72.5+100+20）×1.05 =224m采区变电所到普采运输顺槽的电缆长度：l运输顺槽= kinlw =（20+72.5+190）×1.1 =311m采区变电所到普采轨道顺槽的电缆长度：l轨道顺槽= kinlw =（20+72.5+100+190）×1.1 =427m2）掘进组采区变电所到上山皮带运输机的电缆长度：l上山运输机= kinlw =（20+72.5+100+20）×1.05 =224m采区变电所到普采运输顺槽的电缆长度：l = kinlw =

20、（20+72.5+100）×1.05 =197m采区变电所到上山底部的电缆长度：l下山= kinlw =（20+72.5+100）×1.1 =207m上山底部到东翼掘进头的电缆长度：l东翼掘进头= kinlw =320×1.1 =350m上山底部到西翼掘进头的电缆长度：l西翼掘进头= kinlw =200×1.1 =220m二、电缆芯数的确定1、确定原则：铠装动力电缆只有三条输送电能的主芯线。对移动设备供电的橡套电缆，其芯线树木可以分为以下两种情况：1） 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，故通常可另设控制电缆，此时其供

21、电电缆可以选四芯的，其中三芯作为想电动机供电的主芯线，另一芯线做接地用。2） 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；二、低压电缆主芯线截面的确定1、选择原则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。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%”。电

22、缆的机械强度，应符合用电设备的使用场合要求。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。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）支线电缆截面按照工作面配电点至各移动机械的支线应满足机械强度要求，在按允许载流量加以校验。各个支线截面选择见表支线电缆截面表序号设备名称型号规格容量 (单台) (kv)电缆型号与规格长时最大工作电流a允许载流量a按机械强度选择按温度升高选择1采煤机mlq1-8080ucpq-1000-3×35

23、+1×6+4×4ucpq-1000-3×35+1×6+4×4911382机采工作面运输机sgw-4422ucpq-1000-3×25+1×10ucpq-1000-3×25+1×10261133下顺槽运输机sgw-40a40uup-1003×10+1×1645644炮采工作面运输机sgw-2222u-100-3×16+1×6u-1000-3×16+1×626855顺槽皮带机spj-80030up-1000-3×10+1×1033

24、646上山皮带机sdj-15075zq20-1000-3×25821257上山绞车jtb-120055zq20-1000-3×1660958煤电钻mz2-1.212uz-500-3×4+1×4uz-500-3×4+1×46369掘进局扇jbt52-211up-1000-3×4+1×4133610调度绞车jd-11.411.4u-1000-3×4+1×4u-1000-3×4+1×4143611回柱绞车jh2-1717u-1000-3×10+1×6u-1000

25、-3×10+1×6216412掘进皮带机spj-80030u-1000-3×6+1×63346采区固定、半固定设备供电的支线电缆，因他们都很短加上不经常移动、工作条件较好，故在选择他们的截面的时，不是以满足电压损失和机械强度为准，而是按他们的允许负荷，像选择高压电缆一样。2、采区变电所至各配电点的干线电缆截面选择（1） 各干线电缆的负荷电流ica=式中 ica长时最大工作电流 a；电动机的额定功率，kw；kde电动机负荷系数；vn电动机额定电压，vcos电动机功率因数；机采组：轨道顺槽干线：ica=机采组线：ica=运输顺槽干线：ica=普采组：轨道顺槽

26、干线：ica=运输顺槽干线：ica=掘进组：皮带运输上山：ica=东翼掘进工作头：ica=西翼掘进工作头：ica=（2） 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up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 up= u2n-0.95 vn式中 up网路中的允许电压损失，v； u2n变压器二次侧的额定电压，v； vn低压电网的额定电压，v； up= u2n-0.95 vn=690-0.95660=63v2）变压器电压损失utut

27、=ica.t(rtcos+xtsint)ica.t= rt=xt式中 ut 变压器的电压损失，v； ica.t 变压器上午计算电流值，a（按需要系数法求） cos变压器的功率因数，它等于相应负荷的加权平均功率因数，可查矿山电工学表2； sint与变压器规律因数角对应的正弦值； rt 、xt的取值用查有关表机采组变压器型号:ksgb-315/6/0.69ica.t=205.41art=0.011xt=0.06ut=ica.t(rtcos+xtsint) =205.41 (0.0110.6+0.060.8) =19.4v炮采组变压器型号:ksgb-200/6/0.69ica.t=117.5 art

28、=0.019xt=0.093ut=ica.t(rtcos+xtsint) =117.5 (0.0190.6+0.090.8) =18.0v掘进组变压器型号:ksgb-200/6/0.69ica.t=138.1art=0.019xt=0.093ut=ica.t(rtcos+xtsint) =138.1 (0.0190.6+0.0930.8) =21.14v3）支线电压损失utl（因70mm2以下的电缆xbl<<rbl，故在计算过程中忽略xbl） 机采组： 机组支线：utl1=iblrblcosbl =ibl =91 =16.4v轨道顺槽回柱绞车支线：utl2=iblrblcosbl

29、=ibl =21 =5.5v其中r=42.5mm/（），芯线最高允许温度65oc时。 a=35mm2按允许电压损失选干线电缆；由u=i a= i=运输顺槽干线u=up-ut-ub =63-21.04-16.4=25.2va=57.7a选标准截面为70mm2，查表知其最大工作电流为215ai=109.65（mm2）215a109.65a满足要求轨道顺槽干线：u=up-ut-ub =63-21.04-5.5=36.1va=15.74a选标准截面为25mm2，查表知其最大工作电流为113a41ai=41.96（mm2）113a41a满足要求顺槽运输机干线：u=up-ut =63-21.04=41.9

30、6va= =38.2（mm2）选标准截面50mm2，查表知其最大工作电流为173ai=140（mm2）3、 采区变电所、各配电点的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

31、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：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。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。对需要经常进行远方控制正、反转的生产机械，如刨煤机

32、、回柱绞车、调度绞车等，应选用qc83-80n、qc815n及新系列qckb30-12n系列等可逆磁力启动器。对需要集中连锁控制的机械，如输送机、采煤机组与可弯曲刮板运输机等，应选用qc83、qc810或qc815等系列的磁力启动器。对于电钻、照明设备供电开关，一般应该选用bz80-2.5或ksgz-4（或2.5）型变压器综合装置，也可选用qs81及ch-15型系列的手动开关。开关的继电保护装置，应与电网和生产设备相符，具体要求如下：第一、采区变电所的总低压开关，应设有短路、过负荷和漏电保护装置，或至少装设漏电及短路保护装置。第二、变电所内的分路开关及陪电点的总开关，除需要有短路，过负荷和漏电

33、保护装置，还应该设有漏电闭锁或选择性查漏保护装置（包含人工分流装置）。第三、向综合机械化采煤工作面馈电的移动变电站的低压馈电开关，除应有短路、过符合保护外，还应当设有漏电闭锁和漏电保护装置。第四、直接控制电动机的各种起动电器，一般均具有短路、过负荷、断相的保护装置，而直接控制与保护采煤机组等大型设备的启动器，还要有电闭锁和漏电保护装置。第五、井下低压真空开关，应该有过电保护装置。第六、各类低压开关的接线喇叭口的数目，要满足电网接线要求，而他们的出口口径，则要与所用电缆的外径相适配。根据以上原则变压器总馈电开关dw81-350f分路开关及配电点馈电开关 dw80-200各配电点磁力启动器采煤机qc83-225