煤矿井下中央变电所供电系统

1、 毕 业 设 计 论 文 题 目:某煤矿中央变电所供电系统设计 学 院:电气与信息工程学院专 业:电气工程及其自动化姓 名:学 号:指导老师:完成时间:2014年 5月 25日河南城建学院本科毕业设计 (论文 摘要 摘 要长期以来,煤矿井下一般低压采用 660V 供电,因此煤矿井下中央变电所低 压供电系统也是以 660V 的用电设备为主。 煤矿井下中央变电所低压供电系统的 设计涉及到很多低压电气设备的选择以及井下防爆措施的设置,比地面的变电 所设计更加复杂一点,需要考虑的方面也更多一点。井下中央变电所低压系统的主要负荷有水泵、电机车系统、上仓胶带输送 机以及其它一些用电设备。设计的主要内容包括

2、画出变电所的主接线图、选择 低压供电系统的电气设备和短路电流计算三部分。这三部分是相辅相成的,画 出变电所的主接线图方便我们进行短路电流的计算,算出各段线路的短路电流 也方便进行电气设备的选择和校验。本设计以某矿井为例,对中央变电所高压供电系统进行设计。在设计过程 中,主要进行了短路电流计算和高压开关柜,低压馈电柜的选择等等。针对不 同的负荷,设备的型号和参数有所不同,比如线路中电流互感器的型号相同, 但是在不同线路中, 电流互感器的变比会有所区别。对于这些电气设备的选择, 本文根据这些设备的负荷容量、短路电流来选择合适的设备。关键词:低压供电系统 , 井下中央变电所 , 短路电流IABSTR

3、ACTFor long time, we have been using voltage of 660V to supply power under the well of the coal mine. As a result, the low voltage electric facilities all use the voltage of 660V. There are many problems about the design of the low voltage system of the main substation in the well, such as how to ch

4、oose the low voltage electric facilities and set all kinds of facilities to prevent the explosion. So, in my opinion, compared with the design of the supply power upon the ground, the design under the well of the coal mine is more complex.The main load of the low voltage system includes water pump,

5、traffic system, transporter and some other load. The main content of the design includes the main graph of the circuit diagram, how to choose the main electric facilities and compute the electric current of short circuit.We take one mine as example when designing the substation, and in the course, w

6、e computed the electric current of short circuit, chose circuit-breaker, low voltage switch, current transformer, voltage transformer and so on. With different load, we must choose different types and different parameter. For example, sometimes the types of the current transformer are the same, but

7、their scales are different. So when we are choosing the electric facilities, we choose proper sets according to the capacity of the load and the electric current of short circuit.Key words : low voltage system of power supply, the main substation in the well, Electric current of short circuit目录2.4 本

8、矿变压器选择 . 113 井下变电所主接线设计 . 13 3.1 井下供电设计有关规定 . 13 3.2 主接线的拟定 . 14 3.3 中央变电所位置的确定 . 153.4 对井下供电设计的要求 . 166.3磁力起动器的选择 . 431 概述1.1 课题研究的背景和意义电力行业是国民经济的基础工业,它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰 成败,它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电能是现代 工业生产的主要能源和动力 , 随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能 供应的质量和管理提出了越来越高的要求。工厂供电系统的核心部分是变电所。 因此,设计和建造一个安全、经济的变电

9、所,是极为重要的。比较完善的变电站 设计理论,是真正的做到了节约型,集约型,高效型。通过改善优化变电站结构, 降低变电站的功率损耗,尽可能地提高变电站的可靠性,尽可能地使变电站的灵 活性提高,尽可能地提高经济性。凡是矿井进入井筒的供电设备与供电电缆所组成的供电网络,均为井下供电 系统。井下供电系统一般由井下电缆、各水平的主变电所、采区变电所、隔爆移 动变电站、采区配电点及各类供配电电缆等组成。井下供电设计由井下主变电所和采区供电设计组成。此次是主变电所的设计, 其包括拟定井下主变电所供电系统。计算与选择井下主变电所动力变压器和高压 配电装置。井下设计的目的是应用煤矿井下供电理论知识具体解决井下

10、供电的技术问 题,学会查阅技术资料和各种文献的方法,培养计算、绘制图表、编写技术文献 的能力,掌握井下供电设计的技术经济政策及安全规程的规定,完成井下供电设 计的内容。1.2 课题研究的主要内容1 负荷计算及变压器的选择 ;2 电气主接线的设计 ;3 井下电缆的选择 ;4 短路电流计算 ;5 井下电气设备选择 ;6 井下保护措施。1.3 原始资料地质储量 1000万吨;矿井生产能力:设计能力 100万 t/年,实际数 105万 t/年;年工作日:300天,日工作小时:24小时;井下供电由地面 35kV 变电站 6kV 母线、 段双回路供给, 6kV 直接下井。 变电站 6kV 侧 611#、

11、612#开关经两趟 MYJV22-6/10-3×95 型矿用电缆沿主斜井敷 设至井下中央变电所,中央变电所内 6kV 单母线分段,所内设 250kV A 变压器两 台, 0.69kV 双回路供中央水泵房; 6kV 电源供各采区变电所。各变电所负责向井 下其它电气设备、照明等用电设备供电。井下动力电压等级为 6、 1.14、 0.66kV , 照明、信号及煤电钻均为 127V 。采区变电所两路电源均来自中央变电所,电缆型号为 MYJV22-6-3×95,总 长一万多米电缆,做采区主供电源。 负荷分类及定义1 一级负荷:中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏 , 且难以挽回 ,

12、带来极 大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。 2 二级负荷:中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱,且较长时间才 能修复或大量产品报废,重要产品大量减产,属于二级负荷。二级负荷应由两回 线供电。但当两回线路有困难时(如边远地区 ,允许有一回专用架空线路供电。 3三级负荷:不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要 求,允许较长时间停电,可用单回路供电。 本设计负荷分析煤矿变:煤矿变负责向煤矿供电,煤矿大部分是井下作业,例如:煤矿工人 从矿井中的进出等等,中断供电将造成人身伤亡和重大设备损坏,带来较大的经 济损失,所以应属一级负荷。2 负荷计算及变压器

13、选择2.1井下负荷计算井下中央变电所,是全矿井下的供电中心,接受从地面变电所送来的高压电 能之后,向采区变电所及主排水泵的电动机供电,通过降压后供给井底车场附近 的低压动力设备、照明及电机车的变流设备等用电。井下中央变电所变压器的容量、台数取决于由该变电所供电的用电设备负荷。 煤矿井下的机电设备,由于井下工作条件比较复杂,使其负荷变化较大,而且对 矿井不同的采煤方法、机械化程度、供电接线方式,其总负荷也是各不相同的。 因此,要想准确地计算井下低压供电系统的负荷是十分困难的。我这里采用的方法是当前广泛被采用的需用系数法估算井下变电所容量,根 据此计算容量大小选择变压器容量和台数。根据井下用电设备

14、布置及用电设备的单台容量可大致确定此设计设置一个 井下变电所(两台变压器即可。井下采区负荷按下式进行计算=cos rNK P S式(2.1 式中 , S所计算的电力负荷总的视在功率, KVA ;N P 参加计算的所有用电设备(不包括备用额定功率之和, kW ; cos 参加计算的所有电力负荷的平均功率因数;K r 需用系数,其数值有以下方法计算: 1 综合机械化采煤工作面需用系数计算 edx P P K +=6. 04. 0 式 (2.2 式中 , d P 容量最大的那台电动机额定功率, kW ; e P 工作面用电设备的额定功率之和, kW 。2普通机械化采煤工作面需用系数计算 edx P

15、P K +=714. 0286. 0 式 (2.3 井下井底车场等负荷,可按式(2.1计算。其所取的各用电设备的需用系 数及平均功率因数见下表所示。可以较正确计算出用电功率的设备,如提升机、水泵、空压机、通风机及大型胶带输送机等的电力负荷,应取其计算负荷。其井下用电设备的需用系数及平均功率因数如表 2.1所示。表 2.1 井下用电设备的需用系数及平均功率因数表 井下总负荷的计算,考虑到负荷变化较大的采区与负荷较稳定的主排水泵 等井下固定设备的区别,为更接近实际,按下式(2.4TS N S KK P S S += cos ( 式 (2.4 式中 , s S 井下总负荷的视在功率, KVA ;S

16、井下各用电设备计算负荷的视在功率之和, KVA ;NP 井下主排水泵计算功率之和, kW ;cos 井下主排水泵的加权平均功率因数;S K 井下主排水泵的同时系数,只有排水设备时取 1,有其他固定设备时取 0.9-0.95;T K 同时系数。井下总负荷的功率因数应按式(2.4的复数计算,即有功功率和无功功率分 别相加后,可求得总负荷的功率因数。使用采区变电所负荷统计,根据采区开拓、开采方法、系统的运行方式、负 荷原则首先确定每台变压器担负的负荷进行负荷统计。用需要系数法统计:由于工作条件的变化用电设备实际负荷随时都在变化,又由于生产环节的不同,在一组电气设备中,同时工作的实际台数可能小于其总台

17、数。 所以每组用电设备总的实际负荷 P ,总是小于该组总的额定负荷 n P 。将实际 负荷与额定负荷的比值用需用系数XK 表示。采区负荷统计计算采区移动变电站的选择结果及负荷统计如表 2.2所示表 2.2采区移动变电站的选择结果及负荷统计 由式 +=PP K dX 6. 04. 0 可求出需用系数,根据需用系数即可求出成组负荷 称之为计算负荷 , 其计算公式为:=N X ca P K P ca ca P S = 式(2.5式中 , ca P 成组负荷的计算功率, KW ;XK 成组负荷的需用系数成组负荷的计算: 第一组: =+=Nd X P P K 6. 04. 064. 04. 06. 08

18、402kvaP S caca 768=第二组: =+=Nd X P P K 6. 04. 076. 04. 06. 04. 207125=+ w PNk 4. 207=kw P K P N X ca 6. 167= kvaP S caca 227=井下中央变电站负荷统计如表 2.3同样可以算出井下中央变电所的井底车场低压动力计算负荷的视在功率为 kva S ca 9. 216=2.2无功功率补偿功率因数低是功功率大的表现,系统中无功功率大会造成如下影响: 使变配电设备的容量增加在电压一定时,功率因数越小,即无功分量越大,则电流越大。若要承受 大的电流,系统电气设备的容量必然要加大,这就会增加系

19、统成本,使电气设备 利用率降低。 使供配电系统的损耗增加从供配电系统功率损耗计算式中不难看出通过系统电流增加,系统上的功率 损耗也会增加。 使电压损失增加线路电流越大,电压损失也就越大。 使发电机效率降低表 2.3井下中央变电所负荷统计 系统中负荷对无功功率需求量增大,发电机必须增发相应的无功平衡,这 样就降低了发电机的效率。供电部门通常要求 0.38kv 电能用户的功率因数应达到 0.85以上, 10kv 电 能用户的功率因数应达到 0.90以上。经计算全矿功率因数 cos =14688/95. 0798. 01107822<=+。为了减少电能转化的损耗,降低投资,一般采用电力电容器进

20、行补偿。 需要电容器容量:1cc (tanav P Q =- tan 2 式 (2.6式中, cc Q 补偿电容器的容量, kvar ;av P 总有功功率, kW ;95. 0cos 798. 0cos 21=计算可知,755. 0tan 1=, 329. 0tan 2=var4694 329. 0755. 0(1468875. 0cc k Q =-=选用 BWF6.3-120-1型号的并联电容器,额定电压 6.3kV, 额定容量 120kvar 。 需用电容器的数量:3. 39=N 取 42个利用电力电容补偿容量为:var 504042120k Q cc =补偿后变电所总无功功率:var

21、3277504055. 01468875. 0=-=z Q补偿后的功率因数:0.958327775. 014688/1468875. 0cos 22=+= 满足要求。2.3变压器的选择原则采区变电所变压器容量计算公式 c pjxe B K K P S cos =式(2.7 式中, B S 变压器计算容量, kVA ; c K 组间同时系数。井下主变电所变压器容量计算公式 pjxe B K P S cos =式 (2.8式中, e P 由变压器供电的设备额定功率之和, kW ; pj cos 由变压器供电的设备加权平均功率因数;x K 由变压器供电的设备的需用系数。 容量的确定根据所选变压器型号

22、和所求变压器计算容量 B S , 选出满足下列关系的变压 器额定容量 T N S . 即 : T N S . B S井下主变电所在一般情况下,是按变压器计算容量选设两台动力变压器分列 运行。如果其中一台变压器停止运行时,另一台变压器应能承担 100%负荷用电。 若主排水设备为低压设备时,则变压器台数的确定应遵循一台变压器停止运行时, 其余变压器能保证排出最大涌水量所需要电量的原则。在确定变压器型号时,应考虑国产矿用变压器的电压等级和容量,同时应根 据巷道断面、运输条件及备用容量等因素,对选用方案进行经济比较,选取最佳 方案。矿用动力变压器目前我国煤矿井下主变电所及采区变电所内使用的动力变压器主

23、要是 KSJ 及 KSJL 系列。均为矿用一般型设备,允许安装在无易燃、易爆炸性气体的环境中。矿用隔爆型干式变压器KSG 及 KSGLZ 系列矿用隔爆干式变压器主要用于有易燃及易爆危险的场合, 如 井下采掘工作面等处。将 380V 或 660V 电压降为 127V 后供照明、信号及手持式电 煤钻等设备用电。KSGB 矿用隔爆型干式变压器用于有甲烷混合气体和煤尘具有爆炸危险的矿井 中,作为煤矿井下综合机械化采掘成套设备的主要供配电装置。使用条件:1 海拔高度不超过 1000m ; 2 环境温度不高于 40;3 空气相对湿度不超过 95%(25时 ;4 无强烈颠簸震动以及与垂直面的斜度不超过 15

24、°的环境; 5无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及蒸汽。隔爆移动变电站KBSGZY 型矿用隔爆千伏级移动变电站是根据我国煤矿井下采煤方式,由炮采及普通机 械化采煤逐渐向综合机械化发展的需要而研制的一种成套高档供电设备, 该设备即可用于综合 机械化采煤工作面,也可在普通机械化 660V 采区推广。2.4 本矿变压器选择根据变电所变压器的计算容量,选择变压器的型号、容量、台数。 选型:地面高压为 35kV 、 10kV 侧的变压器选用普通变压器 SL7-1250/35、 S9-160/10; 6kV 侧的井下变压器选用矿用一般型变压器 KS9-250/6, 变压器 1#供给硅整流、 1#井底

25、水泵、井口信号照明、变电所室内照明 ; 变压器 2#供给硅 整流、 2#井底水泵、火药库及东大巷照明、瓦斯监测电源、检修泵站。另外根 据需要,分接 4#水泵。变压器参数如表 2.4表 2.4 KS9 变压器技术数据 二次侧电压 660V 以下的变压器选用防爆型干式变压器。井下照明为 127V 电 压供电,变压器设两台防爆型干式变压器。1#移动变电站输出电压为 0.692kv, 给带式输送机,调度绞车,喷雾机,煤电 钻供电。2#移动变电站输出电压为 1.2kv ,给采煤机,刮板输送机,带式输送机,顺槽 转载机,乳化泵供电。选择向工作面供电的移动变电站(2#移动变电站 : kVA wmPn Kde

26、 S ca 7687. 084064. 0cos = A kA UnSca I ca 38038. 01140732. 1768=cos wm 变压器负载的加权平均功率因数,查表 2.2得 cos wm=0.7矿井供 电查表选择 KBSGZY-800/6型隔爆移动变电站 1台,其额定容量 Sn.t=800kVA, 额定电压为 6KV/1.2KV选择向顺槽供电的移动 (1#移动变电站 计算方法同上, 查表选择 KBSGZY-315/6型隔爆移动变电站一台,其额定容量 S t n . =315kVA,额定电压为 6/0.693KV。变压 器的技术参数如表 2.51 KBSGZY-800/6型移动变

27、电站的计算移动变电站的负荷率: 48. 080027682. =t n ca S S 表 2.5移动变电站技术数据 移动变电站的有功损耗:kwP P P nt it t 9. 348. 02. 53. 222=+=+=移动变电站的无功率损耗 : 2. . 0100%100%t n t n S Ue S I Qt += =14. 2248. 08001005. 58001005. 12=+ 2 KBSGZY-315/6型移动变电站的计算 : 移动变电站的负荷率: 36. 0315217. 2252. =t n ca S S 移动变电站的有功损耗 :kw68. 136. 02. 24. 122.

28、=+=+=t n it t P P P移动变电站的无功损耗: 2. . 0100%100%t n t n S Ue S I Qt +=var6. 9632. 1875. 736. 031510045. 311005. 22k =+=+=变压器台数的确定:35kV 主变压器、地面供电变压器、井下中央变电所的 变压器均设为两台。井上部分当任一台变压器故障或需要检修时,能够保证另一 台变压器承担起全部负荷。井下任一台变压器停止运行时,其余一台能够保证排 出最大涌水量时所需的负荷容量。3 井下变电所主接线设计井下中央变电所是井下供电的枢纽,它担负着向井下设备和采区变电所供电 的重要任务,因此,其主接线

29、方式的选择十分重要。3.1 井下供电设计的有关规定 煤矿安全规程中有关规定第 408条 对井下各水平中央变(配电所和主排水泵房的供电线路,不得少 于两回路 ; 当任意一回路停止供电时,其余回路应能担负全部负荷的供电。主要扇风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房,应各有两回 直接由变(配电所馈出的供电线路;在受条件限制时,其中的一回路,可引自 上述同种设备房的配电装置。第 409条 井下配电变压器中性点不得直接接地,但专供架线电机车变流设 备用的专用变压器不受此限。由地面中性点直接接地的变压器或发电机不得直接 向井下供电。第 419条 井下电力网的短路电流,不得超过其控制用断路器的井下

30、使用的 开断能力,并应校验电缆的热稳定性。非煤矿用高压油断路器用于井下时,其使用的开断电流不应超过额定值的一 半。第 420条 井下低压电器设备,严禁用油断路器、带油的起动器和一次线圈 为低压的油浸变压器,但硐室内的控制器、变压器、整流器、电阻器等不受此限。 40kW 及以上、启动频繁的低压控制设备,应使用真空接触器。第 421条 井下高压电动机、动力变压器的高压侧,应有短路、过负荷和欠 电压释放保护。井下采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上,应装设 短路和过负荷保护装置,或至少应装短路保护装置。低压电动机具备短路、过负 荷、单相断线的保护及远方控制装置。煤炭工业设计规范有关规定第 7

31、-23条 在条件适宜时,下井电缆可沿钻孔敷设。淋雨大的井筒,应选用 有外护层的铠装电缆。第 7-24条 井下主变电所一般采用分段单母线。低压变压器一般设两台。当 主排水泵为低压时,变压器台数及容量的选择,应在任一台变压器停止运行时, 其余仍保持排出最大涌水量所需容量。第 7-25条 井下主变电所和供综合机械化采煤的采区变(配电所的高压进 出线以及其他采区变电所的高压馈出线,宜有专门的开关柜。煤矿井下供电设计技术规定中有关规定第 2. 0. 1条 下列负荷的配电装置,必须由两回或两回以上线路供电,并引 自不同的变压器目线段。1 井下主排水泵;2 兼作矿井主排水泵的井下煤水泵;3 暗立井经常升降人

32、员的绞车。第 2. 0. 2条 下列负荷的配电装置,必须由两回路供电,并尽量引自不同的 变压器母线段。1 暗井主提升设备;1 主井装载设备;3 大巷强力胶带输送机;4 供综合机械化采煤的采区变(配电所;5 不兼作矿井主排水泵的井下煤水泵;6 井底水窝水泵;7 供地面生活、生产及消防用水的井下水源水泵;8 井下电机车用的整流设备。第 3. 0. 1条 井下电力负荷计算,除能够较精确计算出电动机功率的用电设 备,如主排水泵、暗井提升机、大型强力胶带输送机等,取其计算功率外,一般 采用需用系数法。第 5. 2. 5条 当主排水泵为低压且由井下主变电所供电时,井下主变电所 的变压器,至少有两台;当其中

33、一台停止供电时,其余变压器必须能担任最大涌 水量时期的排水、生产、照明等全部用电。当主排水泵为高压供电时,主变压器 一般为两台。主变压器不论几台,一般为同型号、同容量。第 6. 1. 6条 由井下主变电所向采区供电的单回电缆供电线路上串接的采 区变电所,不得超过三个。3.2 主接线的拟定 高压系统的供电方式由矿山地面变电所 6kV 母线引出高压电缆,通过井筒送至井下中央变电所, 然后从井下中央变电所引出,经沿巷道敷设的高压电缆送至井下各高压用电设备 和采区变电所,形成地面变电所 -中央变电所 -采区变电所三级高压供电系统。 低压系统的供电方式井底车场附近的低压用电设备,是由设在中央变电所的变压

34、器降压后供给; 采区内的低压用电设备的供电由采区变电所降压后供给。采区内综采工作面的低 压用电设备,可由采区变电所引出高压电缆,送到置于工作面附近顺槽的移动变 电站,降压后供给。 井下中央变电所的主接线井下中央变电所的主接线如图 3.1图 3.1井下中央变电所主接线图1单母线分段接线 中央变电所的高压母线采用单母线分段接线方式,母线 段数与下井电缆数对应,各段母线通过高压开关联络。正常时联络开关断开,母 线采用分列运行方式;当某条电缆出现故障时,母线联络开关合闸,另一条电缆 能够承担井下最大涌水量时的排水负荷。2运行方式 母线采用分列运行方式3适用情况 可靠性高,负荷大,对一二级负荷供电。水泵

35、是井下中央变电所的重要负荷,应保证其供电绝对可靠,由于水泵总数 中已包括备用水泵,因此,每台水泵可用一条专用电缆供电。水泵,采区用电, 低压动力和照明的配电变压器,应均匀分配在各段母线上,防止由于母线故障造 成大范围停电,影响安全和生产。3.3 中央变电所位置的确定中央变电所位置选择的原则:尽量位于负荷中心,保证一类负荷主排水泵电动机的供电,通常将中央变 电所洞室与水泵房建在一起;地质条件好,顶、底板稳定,无淋水;变电所要求通风良好,运输方便; 电缆进出线方便。一般井下中央变电所的位置如图 3.2所示。 1一主井; 2一副井; 3一中央变电所; 4一水泵房图 3.2 井下中央变电所位置根据巷道

36、布置 , 要使中央变电所能顺利的通过各巷道向整个井下负荷中心 (采煤工作面 进行供电。在各采区供电距离合理 , 线路输送电能安全经济等进行供 电 . 所以把中央变电所布置在井下停车场以供井下各个采区变电所集体供电。3.4 对井下供电设计的要求 井下变电所对电能的要求 1电压允许偏差电压偏差计算公式如下:电压偏差=额定电压额定电压 实际电压 ×100%电能质量供电电压允许偏差 (GB 12325 90 规定电力系统在正常运行条件下, 用户受电端供电电压允许偏差值为:a.6KV 及以上高压供电和低压电力用户的电压允许偏差为用户额定电压的 +7%-7%;b. 低压照明用户为 +5%-10%

37、。 2 三相电压不平衡根据电能质量三相电压允许不平衡度规定:电力系统公共连接点正常运 行方式下不平衡度允许值为 2%,短时间不得超过 4%。在采区变电所供电情况下, 交流额定频率为 50HZ 电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的连接点的电 压不平衡度能满足规定要求。3 电网频率电能质量电力系统频率允许偏差 (GB/T 15543 1995中规定:电力系统频率偏差允许值为 0.2HZ ,当系统容量较小时,偏差值可放宽到 +5% HZ -5% HZ , 标准中没有说明容量大小的界限的电网容量在 300万 KW 以上者为 0.2HZ ;电网容 量在 300万 KW 以下者为 0.5HZ 。4

38、波形正常情况下,要求电力系统的供电电压(或电流的波形为正弦波,在电能 的输送和分配过程中不应该使波形产生畸变,还应注意负荷中谐波源(装整流装 置等的影响,必要时采取一定措施消除谐波的影响。5 供电可靠性供电可靠性是衡量电能质量的一个重要指标,必须保证供电的可靠性。 井下工作工作条件对电气设备的一般要求1煤矿井下,尤其是采、掘工作面的气体中含有沼气和煤尘等具有爆炸危险 的成分,遇有适当条件易引起爆炸事故,因此要求井下电气设备应具有良好的隔 爆性能。2井下工作环境潮湿,有滴水和淋水存在,电器设备容易受潮受腐,因此要 求井下电器设备具有良好的防潮和防腐性能。3井下工作环境经常出现冒顶、片帮及底臌等现

39、象,电器设备容易受到机械 损伤,因此要求井下电器设备外壳坚固。4井下通风条件差,温度较高,散热性差,因此要求电器设备应具有良好的 耐热性能。5 井下工作空间狭窄, 采掘工作面设备经常要移动, 同时启动频繁, 变化大, 容易产生过负荷运行,因此要求井下电器设备的体积尽量小,应具有较大的过载 能力。 对电气设备电气性能的要求1井下采区进风和回风巷道以及工作面内,不论高压或低压电动机,变压器 和控制设备、照明灯具、通讯、信号、自动控制装置及仪表等设备一律采用矿用 隔爆型和矿用本质安全型电器设备。2井下低压电器设备严禁使用油断路器、带油的起动器和一次线圈为低压的 变压器。在工作配电点应用的动力、照明变

40、压器必须采用隔爆型干式变压器。 3井下电器设备不应超过额定值运行。井下电器设备应定期检修,经常保持 性能良好。4 电缆选择4.1 选择原则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最高温升,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。电缆芯线的实际温升决定于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超过它所允 许的负荷电流。2正常运行时电缆网络的实际电压损失必须不大于网络所允许的电压损失。 为保证电动机的正常运行,其端电压不得低于其额定电压的 95%,否则电动机等 电气设备将因电压

41、过低而过流,甚至过热而烧毁。所以被选定的电缆必须保证其 电压损失不超过允许值。3距离电源最远,容量最大的电动机启动时,因启动电流过大而对电网造成 的电压损失也最大。因此,必须校验大容量电动机启动时是否能保证其他用电设 备所必须的最低电压。即进行启动条件校验。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。根据现场工 作经验,对不同用电设备要求电缆机械强度的允许截面见表 4.1表 4.1 机械强度要求的电缆允许截面 5 对于电压电缆,由于低压网路短路电流较小,按上述方法选择的电缆截面 的热稳定性和电动力稳定性均能满足要求,因此不必再进行短路时的热稳定校验。4.2 选择步骤根据拟定的供电系

42、统,确定系统中各段的电缆长度。在确定电缆长度时,橡 套电缆按 10%余量考虑;铠装电缆按 5%余量考虑。辐射式线路电压损失计算低压电网的电压损失包括变压器电压损失,干线电缆电压损失及支线电缆电 压损失三部分。1变压器电压损失计算。其公式为=%B U r U (%pj x pj U sin %cos + 式(4.1 式中, 变压器的负荷系数,e22S S I I e= 式(4.22I 正常运行时变压器二次侧实际负荷电流, A ; 2e I 变压器二次侧额定电流, A ;S 变压器二次侧实际负荷容量之和, kVA ; e S 变压器额定容量, kVA ;r U %变压器额定负荷时电阻压降百分数,可

43、按下式计算%10%d=e r S P U 式 (4.3 d p 变压器短路损耗, W ;x U % 变压器额定负荷时电压降百分数。变压器电压损失值为:100%2B eB U U U = 式 (4.4 式中, 2e U 变压器二次侧额定电压, V 。为了计算方便, 现将各种矿用变压器归纳为 %B U =4.5及 %B U =5.5两类, 按不同的负荷系数 及加权平均功率因数 cos pj , 列出相应的电压损失值于表中, 查表即可。2支路电缆电压损失计算由于电压电缆电路的电抗与电阻相比之下较小,故在计算低压网路电压损失 时可忽略不计。又由于各工作面机械功率不同,供电距离不等,所以每条电缆的 电压

44、损失也不相同。为确保低压电网正常工作时电压损失不超过允许值,应计算 电压损失最大的一条支路。计算公式为%100%02e=Z Z e f Z R L UP K U 式 (4.5式中, e P 电动机额定功率, kV ; e U 电网额定电压, kV ; f K 负荷系数;z L 支线电缆实际长度, km ; 0z R 支线电缆单位长度电阻, /km。如果已知电动机功率因数及电缆截面(按机械强度选取的电缆最小允许截 面 ,可用负荷矩电压损失计算较为简便。计算公式为%z f e z U K P L K = 式 (4.6 式中, %K 千瓦公里负荷矩电压损失百分数。 (可查表 3干线电缆电压损失计算已

45、知变压器及支线电缆的电压损失后,可按下式计算干线电缆中的允许电压 损失gY Y B Z U U U U =- 式 (4.7 式中, gY U 干线电缆中允许电压损失, V ;B U 变压器中电压损失, V ; Z U 支线电缆中电压损失, V ; Y U 允许电压损失, V ;见表 4.2表 4.2 采区电压电网允许电压损失值 与其相反, 如果已知干线电缆所带负荷的加权平均功率因数及干线电缆截面, 其负荷矩电压损失也可计算出干线电缆中的电压损失百分数。其计算公式为%gY x e g U K P L K = 式 (4.8 式中, x K 需用系数;e P 干线电缆所带负荷额定功率之和, kW ;

46、 g L 干线电缆实际长度, km ;干线式线路电压损失干线式供电,为节约电缆和减少投资,在一般情况下均采用不均匀截面。由采区变电所向用电负荷供电至末台电动机,其干线电缆中的电压损失不得超过 5%。1干线电缆中允许电压损失5%gY e U U = 式 (4.92干线电缆中电压损失计算公式为 pi1g e n i ei fi U R P K U = 式 (4.10 式中, g U 干线电缆中计算的电压损失, V ;ei P 各支路用电负荷额定功率, kW ;i R 各段干线电缆电阻, ;辐射式线路电缆截面按电压损失确定1支线橡套电缆长度确定根据各种不同用电设备对电缆的机械强度要求,查表 3-1选

47、取电缆最小允 许截面。电缆选取应考虑敷设时的垂度余量。2干线电缆的截面确定根据允许电压损失确定电缆截面的计算公式为 pi 310gy e g e x U U L P K A = 式 (4.11式中, A电缆截面积, 2mm ;电缆导体芯线的电导率, m/×2mm ;km 。 干线电缆一般采用低压铠装电缆。干线式线路电缆截面按电压损失计算干线式供电的干线电缆截面一般是先逐段的按长期允许电流初选,再校验电压损失看是否符合要求,如果不符合要求时,应加大靠近电源一方的电缆截面, 而后再进行校验,直至满足要求时为止,校验条件是g gy U U 式(4.12如果干线电缆采用均匀截面时,也可用下式

48、进行计算pi1310gy e n i ei fi U U L P K A = 式 (4.13 式中 , i L 各段干线电缆实际长度 km ;e U 电网额定电压, kV ;pj 加权平均效率。1向单台或两台电动机供电的电流计算向单台或两台电动机供电的电缆,其实际工作电流可取电动机额定电流或两 台电动机额定电流之和。对于长时容量与小时容量不同的电动机,则需取小时容 量所对应的额定电流作为电缆中的实际工作电流。可参考表格数据,也可按下式 计算 pje e n U P I cos 310pj 3= 式(4.14 2向三台或三台以上的电动机供电的电流计算,计算公式为 pj e e X n U P K

49、 I cos 310pj 3=式(4.15式中, x K 需用系数。3干线式供电方式干线电缆中允许电流计算干线式供电方式的电缆因各段所承受的供电负荷不同,每段电缆的工作电流 需分别计算。各段电缆中的工作电流可参照向单台或两台电动机供电的电流计算 公式进行计算。电缆截面校验校验的条件是p n KI I 式 (4.16 式中, n I 电缆中实际通过的工作电流, A ;p I 环境温度为 25时电缆长期允许的负荷电流, A 。K环境温度校正系数,见表 4.3表 4.3不同温度时长期允许负电流校正系数 采掘机械的电动机大都是鼠笼型异步电动机,其启动电流较大,是额定电流 的 47倍,因此在 起动时引起

50、该系统的电压损失最大,使电动机的端电压下降 严重。鼠笼电动机的起动转矩与端电压平方成正比变化,如果端电压过分降低, 将会使电动机起动困难。另外,控制电动机的磁力起动器的吸和线圈,其电压降 至额定值的 70%以下时,将会自动跳闸断电。所以采区低压电网要按电动机的起 动条件进行校验。在校验时选择最严重的起动状态进行,那就是容量最大,供电 距离最远的一台电动机起动,其余电动机正常运行时的工作状态最严重。电动机 最小允许起动电压可按下式求得 Q Q eQ K U U =min 式(4.17 式中, e U 电动机额定电压, V ;Q K 电动机最小允许起动转矩与额定转矩之比值。数据表中可查得。如矿用防

51、爆电动机 Q =2.5左右,一般电动机 Q 在 12之间。 表 4.4 各种工作机械 1.起动时工作机械支路电缆中电压损失对于机采工作面,机组的电动机容量最大,受电距离最远,因此以计算该机 在起动时的电压损失为准。其计算公式为Z Z Q ZQ A L I U 310cos 3= 式(4.18式中, 支路电缆芯线导体的电导率, m/2mm ;Z L 支路电缆的实际长度, km ;Z A 支路电缆的芯线截面, 2mm ;Q I 电动机的实际启动电流, A 。2.起动时干线电缆中电压损失在校验干线电缆截面时,是依据供电距离最远,容量最大的负荷电动机起动, 其余负荷电动机正常运行状态取值计算,其公式为

52、 g g gQ gQ A L I U 310cos = 式(4.19 式中, g L 干线电缆实际长度, km ;g A 干线电缆芯线截面, 2mm ;gQ I 干线电缆中实际起动电流, A 。3.起动时变压器中电压损失 %(%cos%sin BQ BQ r BQ x BQ Be I U U U I =+ 式(4.20 式中, BQ I 起动时变压器的负荷电流, A ;Be I 变压器负荷侧额定电流, A ;cos BQ 起动时变压器负荷功率因数。4.起动状态下供电系统中总的电压损失Q xQ gQ BQ U U U U =+ 式 (4.215. 校验条件为2min e Q Q U U U -

53、式(4.22校验结果如不满足最小起动电压要求时,可将变压器的高压输入端改接在-5%抽头上。这样可以使变压器负荷侧空载电压提高 5%。对于 380V 电网,允许电 压损失将 39V 提高到 59V ;对于 660V 电网,允许电压损失则由 63V 提高到 97.5V 。 如果还不满足需要时,则需增大干线电缆的截面。矿用低压电缆型号确定时因符合煤矿安全规程的规定,即1固定敷设的干线电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚氯乙烯绝缘电缆 或不延燃橡套电缆等。2移动式和手持式电气设备应使用不延燃的橡套电缆。3 1140V 电气设备应使用带有分相屏蔽的橡套绝缘屏蔽电缆;采掘工作面中 660V 或 380V 设备应使用带有分相屏蔽的橡套屏蔽电缆。4固定敷设的照明、通讯、信号和控制用的电缆应采用铠装电缆、不延燃橡 套电缆或矿用塑料电缆。非固定敷设的应使用不延燃橡套电缆。5低压电缆不应采用铝芯的,井下采区低压电缆严禁用铝芯电缆。4.3井下电缆的选择计算井下高压电缆选择确定原则1按经济电流密度计算选