井下供电设计内容

井下供电设计内容

第一节 选择前的准备

采区供电设备选择及计算是采区供电设计的主要内容。采区供电设备的选择包括主变压器的选择、采区供电系统的拟定、高低压电缆的选择和高低压开关的选择。相关计算有负荷容量和负荷电流的计算、电压损失的计算、短路电流的计算和过流保护的整定计算。 一、采区供电设计所需原始资料

1.矿井的瓦斯等级，采区煤层走向、倾角，煤层厚度、煤质硬度、顶底板情况、支护方式。

2.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。 3.采煤方法，煤、矸、材料的运输方式，通风方式。 4.采区机械设备的布置，各用电设备的详细技术特征。

5.电源情况。了解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。

6. 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。 二、参考资料 1.《煤矿安全规程》 2《煤炭工业设计规范》 3《煤矿井下供电设计技术规定》 4《矿井低压电网短路保护装置整定细则》 5《矿井保护接地装置安装、检查、测定工作细则》

6《煤矿井下检漏继电器安装、运行、维护与检修细则》 7《煤矿电工手册》第二分册(下) 8《工矿企业供电设计指导书》

9 各类有关的煤矿电气设备产品样本、各类供电教材。 三、采区变电所、移动变电站位置确定

1、采区变电所位置的确定

采区变电所位置选择要依据低压供电电压，供电距离、采煤方法、采掘巷道的布置方式，采煤机械化程度和机组容量大小等因素来确定。

采区变电所硐室位置具体考虑以下几方面：

1)供电电压，随着采煤工艺的发展，采区电气设备日益增多，电气设备容量不断增大，对采区供电提出了更高要求，采煤机组功率大，供电距离远，电机启动频繁，因此采区变电所到机组最大供电距离就由主电机启动时的允许电压损失确定，以保证机组有足够的起动力矩

2)根据《煤矿井下供电设计技术规定》。采区变电所的位置，一般设在采区上下山的运输斜巷与轨道斜巷之间。

采区变电所要便于对硐室的扩大和设备的增加，同时便于体积较大的变压器等设备直接通过运输上山运到采区变电所硐室减少运输设备的费用。在满足费用要求的同时还要满足顶板坚固，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道5℃。

根据采区巷道布置，要使采区变电所能顺利的通过运输平巷向整个采区的负荷中心（采煤工作面）进行供电。在回风上山和运输上山联络巷处，低压供电距离合理，并且不必移动采区变电所就能对采区的采煤、掘进及回采等进行供电。所以把采区变电所布置在集中轨道和总回风巷的交汇处附近的联络巷（G03H联络巷）。

2、移动变电站的位置选择

一般放在工作面的上、下风巷内。应主要考虑下述三方面： ①所处巷道内便于运输、顶底板条件良好、无淋水。

②尽量靠近大的用电设备，有条件的情况下，尽可能与液压泵站联合布置。

四、采区供电系统的拟定

1、采区高压供电系统的拟定原则

1）、供综采工作面的采区变（配）电所一般由两回路电源线进行供电，除综采外，每个采区应为一回路；

2）、双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关； 3）、采区变电所的高压馈出线采用专用的高压配电装置。 2、采区低压供电系统的拟定原则

1）、在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的设备最少； 2）、原则上一台启动器只能控制一台设备；

3）、当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷； 4）、变压器最好不要并联运行；

5）、从变电所向各配电点或配电点到用电设备采用辐射式供电，上山及顺槽运输机采用干线式供电；

6）、工作点配电点最大容量电动机的启动器应靠近配电点进线； 7）、供电系统应尽量避免回头供电；

8）、瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机组都应实行三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电；

9）、局部通风机和掘进工作面中的电气设备必须装有风电闭锁装置。在瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中的所有掘进工作面应装设两闭锁（风电闭锁、瓦斯电闭锁）实施 3、拟定采区供电系统

根据上述拟定原则和所选变压器的台数以及采区的实际情况，拟定相应的供电系统，并画出采区供电系统图。当供电系统有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优确定。

第二节 采区主变压器的选择 一、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。 2.型号

硐室内的动力变压器，选择矿用隔爆型变压器。 顺槽及掘进巷道内，选择隔爆型移动变电站。 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。 二、变压器容量的选择 1.采区变电所变压器容量计算 计算公式如下：

ST??PcaKcos?Twm

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 加权功率因数COSΦTwm,查表

?Twm?Pca1cos?wm1?Pca2cos?wm2???Pcaicos?wmiPca1?Pca2???Pcai

2.变压器容量的确定

根据所选变压器型号和所求变压器计算容量ST ，选变压器即 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7-1。 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。 解：1）选择型号：∵井下有爆炸危险的环境 ∴选择隔爆型变压器 2）选择低压侧额定电压：∵用电设备额定电压为660v，∴选择UN=660V 3）选择容量：①∑PN=170+3×40+55=345kW

②Kde=0.286+0.714×Pm/∑PN=0.286+0.714×170/345=0.64 ③查表7-4选取cosΦ=0.7 ④

ST?Kde?PN0.64?345??315KVAcosΦ0.7

⑤查表7-2，选取STN=315kVA

第三节 低压电缆的选择 一、低压电缆型号、芯数和长度的确定 1.低压电缆型号的选择

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。矿用低压电缆的型号，一般按下列原则确定：

(1) 支线一律采用表7-5所列阻燃橡套电缆。1140 V设备及采掘工作面的660 V和380 V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) 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；

对于半固定敷设的干线电缆，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。

(3) 采区低压电缆严禁采用铝芯和铝包电缆。 (4) 电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

(5) 照明、通信和控制用电缆，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，非固定敷设时应采用阻燃橡套电缆。 2.确定电缆的芯线数目

(1) 干线用的铠装电缆选三芯电缆，非铠装电缆选用四芯电缆。 (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。

(3) 信号电缆芯线根数要按控制、信号、通信系统的需要决定，并留有备用芯线 3.确定电缆长度

就地控制的支线电缆长度，一般取5m~10m。

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。 为了便于安装维护和便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下两点：

移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m~5m余量。 当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m余量。 二、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：

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，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。 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％。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。

所选电缆截面必须满足机械强度的要求。 2.选择方法

在按上述条件选择低压电缆主芯线的截面时，支线电缆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。

选择干线电缆主芯线截面时，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；然后再按其他条件校验。 1）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。 2）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；

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

干线电缆最大长时工作电流可按下式计算：

Kde?PN?103Ｉｃa＝ 3UNcos?wm

∑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，由表查取； cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数，由表查取

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，查表。

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干线电缆最大长时工作电流可按下式计算：

Kde?PN?103Ｉｃa＝ 3UNcos?wm

∑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，由表查取； cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数，由表查取 3）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%。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(7-12) 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。 由式(7-12)可求得：

对于380 V电网ΔUp=400-0.95×380=39 V 对于660 V电网ΔUp= 690-0.95×660=63 V 对于1 140 V电网ΔUp=1200-0.95×1140=117 V (2) 采区低压电网电压损失

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 (7-13)

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。 ①变压器的电压损失

ΔUT=√3IT（RTcosφT+XTsinφT） （7-14） IT——变压器的计算电流，

IT=ST3UT2N （7-15）

RT——变压器的电阻，

URT=△PNT22N.TSNT （7-16）

2ΔPNT——变压器的负载损耗，可查表7-1或表7-2，W；

XT——变压器的电抗， XT?ZT?RT （7-17）

U ZT=US%2N.TSN.T ZT——变压器的阻抗，

222

US%——变压器阻抗百分数，查表7-1/表7-2，%。

ΦT——变压器的加权平均功率因数角，由式（7-5）的反函数求得； 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负荷集中的干线电缆线路的电压损失ΔUm

PcaLms?103?Ums?UN?SCAms

③负荷沿线分布的干线电缆线路的电压损失ΔUms

?Ums??＝in(PmsiLi?103)UN?SCA1

干线的电压损失应为各段电缆线路电压损失之和 ④支线电缆电压损失ΔUbl

ΔUbl=PblL×103/(UNγscAbl)(7-20) 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7-10，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。 3)按允许电压损失选择干线电缆截面 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

Ams.min?Kde?PNLms?103UN?sc?Up.ms

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。

(4)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。

如校验后不满足，可采取如下措施：

(1) 加大电缆截面，一般加大干线电缆的截面； (2) 分散负荷，即增加电缆的根数；

(3) 更换大容量的变压器，以减小变压器的电压损失； (4) 移动变电所的位置，使其靠近工作面； (5) 调整变压器的分接头，此方法在设计中不考虑。 5)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。 ①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：

Ustmin=UNK? (7-24)

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7-11；

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：

△Ubl.st=3IstLblcos?st?scAbl (7-25 ）

Ist=IstNUst/ＵN (7-26) cosst——支线所带电动机起动时的功率因数

③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：

ΔUms?stLmsKde.re∑PN.re×103=3(Ｉstcosφst+)γscＡmsUN (7-27)

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）； Ist、cosφst——与式(7-25)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； ∑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。

④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） (7-28)

ＩTst=(Istcosφst+∑ＩNrecosφwmre)2+(Ｉstsinφst+∑ＩN.resinφwmre)2

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

第四节 采区低压电网短路电流计算 一、概 述 1.计算目的

为了正确选择和校验电气设备，使之能满足短路电流的动、热稳定性要求。对于低压开关设备的断路器、熔断器等，主要用于校验其分断能力。

为了正确整定计算短路保护装置，使之在短路故障发生时，能灵敏可靠地动作，确保供电安全。 2.计算任务

计算最大三相短路电流值，以校验开关设备等的分断能力和动热稳定性。此时短路点应选择在开关设备等负荷侧的端子上，并按最大运行方式计算。

计算最小的两相短路电流值，以校验短路保护装置的灵敏度。此时短路点应选择在保护范围的末端，并按最小运行方式计算。 3 计算特点

低压电网(包括变压器)一般不允许忽略电阻。由于电缆线路的电感电抗值远小于电阻值。故有时感抗值反而可以忽略。

低压元件如不太长的母线电缆、电流互感器的一次线圈、自动馈电开关的过电流脱扣线圈、开关触头的接触电阻以及短路点的电弧电阻等，对于低压电网的短路电流计算都有影响，但为了简化计算，一般可以忽赂。

计算短路电流时，电缆线路相间电容可以不考虑。

为统一公式，均按星形联结系统分析，对三角形联结的系统，可用

星-三角等效变换为星形系统进行计算。 二、两相短路电流的计算 1.两相短路电流的计算公式

Is(2)?2?Uav

??R????X?22

Is(2)——两相短路电流A；

Uav——短路点所在电网中首端的平均线电压(为电网额定电压的1.05倍)V；

∑R——短路回路内一相电阻值的总和Ω； ∑X——短路回路内一相电抗值的总和Ω； 短路回路的阻抗计算： （1）系统电抗的计算

电源系统的感抗远大于电阻，电阻可略，只计算电源系统的电抗Xsy：

UUXsy?2N.(T3)?2N.T

Ss3Is2Xsy——折算至变压器低压侧的电源系统电抗，Ω； U2N

T——电源变压器或发电机二次侧的额定电压，kV；

Is(3)——电源母线上的三相短路电流，kA；

Ss——电源母线上的短路容量(可按电源配电箱的额定断流容量计)，MVA。

（2）变压器的阻抗计算 见变压器电压损失计算。 （3）电缆线路的电抗和电阻

线路电抗XW可用下式计算： XW=X0L

线路电阻可用下式计算：RW?三、三相短路电流的计算

L ?A由于三相短路为对称短路，故可按单相电路计算短路电流：

Is(3)?3Uav??R????X?22

公式中的符号意义与两相短路公式中的字符相同。但Id(3)与Id(2)之间存在着如下关系：

Is2?(2)Is3

(3)所以，计算出其中的一种短路电流，便可得知另一短路电流。

第五节 高压电缆的选择 一、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。

（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。 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1 000 h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（7-38）计算。

Ae?IcaIed

Ae——导线的经济截面，mm2；

Ied——经济电流密度，A／mm2。按表查取

Ica——线路正常工作时的最大长时工作电流，A；按按下式计算：

Ica??STKs3UT??1N （7-39）

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；

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（7-39）式选取，按所选电缆型号查表7-8或表7-9取满足（7-8）式的截面。

3）按短路热稳定条件校验电缆截面

Is(3)Amin?tiC （7-40）

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（7-36）式求取； C ——电缆的热稳定系数，见表7-14。

ti ——短路电流的假象作用时间, s， 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。 4）按电压损失校验电缆截面

按电压损失校验电缆截面时，应校验正常状态下的电压损失是否满足允许电压损失的要求。可根据电缆截面及负荷加权平均功率因数查表7-15和表7-16，选取每段高压电缆每1MW?km负荷矩的电压损失 ，再乘以高压电缆的长度，既可求出各段高压电缆的电压损失百分数，该电压等级下各段高压电缆电压损失百分数之和应不大于5%。

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。

第六节 采区高低压电器的选择

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—律采用矿用防爆型。 2.按工作机械对控制的要求选择：

①高压配电开关一般选择矿用隔爆高压真空配电箱；

②低压供电线路总开关和分路开关，一般选用矿用隔爆真空自动馈电开关；对于高产高效综采工作面移动变电站的低压可选择动力中心； ③ 需要远方控制、联锁控制的机械，选隔爆真空电磁启动器；对高产高效综采工作面选用隔爆组合开关；

④ 对需要经常正、反转运行的机械，选用隔爆真空可逆型电磁启动器； ⑤ 40 kW及以上电动机的控制设备，应使用真空电磁启动器； ⑥ 根据《煤矿安全规程》（2010版）第128条规定，局部通风机和备用局部通风机的控制设备应采用具有双电源自动切换的组合开关； ⑦对于127v的照明、信号、煤电钻设备选择含有干式变压器及其一二次侧开关和保护的照明或煤电钻综合保护装置；

⑧当电缆长度不够或电路有分支时，选择电缆插销、电缆连接器或电缆接线盒。

3.开关保护装置要适应电网和工作机械对保护要求

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、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。

②变压器二次侧低压总馈电开关应设短路、过负荷和漏电保护；

③变电所内其它分路配出开关和配电点的总开关应设短路、过负荷保护；

④直接控制电动机的各种起动器，应设短路、过负荷、断相和漏电保护及远方控制。其中对于控制小功率的起动器，可不设过负荷保护(如回柱绞车等)；

⑤控制煤电钻的设备，必须选用具有检漏、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止控制的综合保护装置。 二、采区高低压电器电气参数选择 1.按工作参数选择额定参数

开关的额定电压应不小于电网的额定电压； UN≥UNW （7-41）

UN——开关的额定电压，V，查表7-18～7-20；

UNW——所接电网的额定电压，也为所控设备额定电压，V。 开关的额定电流应不小于所控设备的最大负荷电流。 IN≥Ica （7-42）

IN——开关的额定电流，A，查表7-18～7-20；

Ica——所控设备的最大长时工作电流，A，高压开关按（7-39）式求取，低压开关按（7-10）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。

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7-18～7-20 Is（3）——高低压配电开关出线端的三相短路电流，A，按（7-36）

式求取。

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7-18

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（7-36）式求取。 Its2?ts≥Is2?ti （7-46）

Its——高压配电箱t秒钟的热稳定电流，A，查表7-18

Is——高低压配电开关出线端的三相短路电流，A，按（7-36）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。

第七节 采区高低压保护装置整定计算

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。 一、过电流继电器的整定计算

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。

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。 1.电磁起动器保护装置动作值的整定计算 (1) 过载保护：

①求整定值：Iao≤IN(7-47)

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7-20，选取符合上式的Iao′ (2) 短路保护：

①求整定值：Ias≥INst(7-48) 式中Ias——短路保护的动作电流，A；

I Nst——单台或同时启动的多台电动机的启动电流，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7-20，选取符合上式的Ias′。

(2)KISC③校灵敏度：S?I??1.5as

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，A 2.自动馈电开关保护装置动作值的整定计算 1) 保护干线的分路开关整定 (1) 过载保护：

①求整定值：Iao≤Ica(7-49)

A，无法查取式中Ica——线路的最大长时工作电流，由式(7-10)求得，A； ②取整定值：查表7-19，选取符合上式的Iao′ (2) 短路保护：

①求整定值：Ias≥INst+Kde∑IN.re(7-50)

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7-4； ∑IN.re——其余电动机的额定电流之和，A。 ②取整定值：查表7-19，选取符合上式的Ias′ ③校灵敏度：同前

(2)ISCKS???1.5Ias

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≤I2N式中I2N

T(7-51)

T——变压器二次侧的额定电流，A，由（7-15）求取。

②取整定值：查表7-19，选取符合上式的Iao′ (2) 短路保护： ①求整定值：Ias≥IN

st+Kde∑IN.re(7-52)

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的电动机额定电流之和

Kde——成组负荷需用系数，查表7-4；。 ②取整定值：查表7-19，选取符合上式的Ias′ ③校灵敏度：同前

(2)ISCKS???1.5Ias

3．高压配电箱保护装置动作值的整定计算 1）变压器一次侧的高压开关整定 （1）过载保护

①求Iao≤I1N （7-53）

式中I1N——变压器一次侧额定电流 （2）短路保护

Kb?Ige n?IQe?Kx?Ie （7-54）

式中：n-互感器二次额定电流（5A）的倍数

Ige－高压配电装置额定电流 A Kb－变压器变压比

IQe－容量最大的电动机的额定启动电流 A Kx－

e需用系数 取0.5～1

?I－其余电动机的额定电流之和 A

灵敏度校验

(2)ISCKS??1.5?KITas灵敏度 (7-56)

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。 2）高压电动机的高压开关整定（略） 二、熔断器熔体的选择计算 1.保护照明变压器一次侧

①求额定电流：熔体额定电流按下式选择：

IN.F?1.2~1.4INKTr (7-57)

式中IN.F——熔体的额定电流，A； IN——照明负荷的额定电流之和，A； KT——变压器的变压比； 1.2～1.4——可靠系数。

②查取额定电流：查熔断器参数，取满足（7-57）式的额定电流INF

IKs?sc?4~7IN.F?③校验灵敏度：

(2)式中Isc——被保护线路末端的最小两相短路电流，A； INF——所选熔体的额定电流，A； KS——熔体的灵敏系数；

4～7——保证熔体在短路故障出现时能够及时熔断的系数，见表7-21。 2.保护照明变压器二次侧

①求额定电流：熔体额定电流按下式选择：

IN.F??IN (7-57) 式中∑IN——照明负荷的额定电流之和，A； 1.2～1.4——可靠系数。

②查取额定电流：查熔断器参数，取满足（7-57）式的额定电流INF

③校验灵敏度：

IKs?sc?4~7IN.F?

(2)式中参数含义同前 3.保护电钻变压器

①求额定电流：熔体额定电流按下式选择：

IN.F?1.2~1.4?IN.st???IN??KTr?1.8~2.5? (7-59)

式中2.5——保证电动机启动时熔体不熔断系数； INst——变压器所带负荷中启动电流最大的一台电钻 电动机额定启动电流，A，可近似取4倍额定电流; ∑IN.re——其余负荷额定电流之和，A； 其余符号和系数的意义同前。

②查取额定电流：查熔断器参数，取满足（7-57）式的额定电流INF ③校验灵敏度：

IKs?sc?4~7IN.F?

(2)式中参数含义同前

校验灵敏度不能满足时，可采取以下措施： 加大干线或支线电缆截面。 设法减少低压电缆线路的长度。

采用相敏保护器或软起动等新技术提高灵敏度。 换用大容量变压器或采取变压器并联。 增设分段保护开关。

采用移动变电站或移动变压器。

井下供电设计小结：

1.本章：采区供电系统拟定，主变压器、高低压电器的选择及保护整定与校验。

2.拟定采区供电系统的基本原则就是保证供电的安全、可靠、电压质量和经济。

3.主变压器：按使用条件选型；由负荷大小及类型选台数；据计算负荷选容量。

4.电缆：按电网电压、用途和敷设场所选型；按敷设巷道长度选长度；按控制方式及有无钢铠选芯数；支线电缆按机械强度要求和允许持续电流选截面，干线电缆按电网允许电压损失和电缆允许持续电流选截 校验。高压电缆截面按经济电流密度、长时允许电流、允许电压损失、短路热稳定等选其中截面最小者。

5.校验电气设备的动、热稳定性和断流容量，须求最大三相短路电流；为了校验短路保护的灵敏度，须求最小两相短路电流。可按欧姆定律或查表法求出。

6.高低压开关：按使用环境及控制、保护的要求选型。按工作条件选额定参数，按短路条件校验。

7.过流保护整定：过载保护按略小于额定电流整定；短路保护按大于最大工作电流整定，再按最小两相短路电流校验灵敏度。

第五章 井下供电设计 第一节 选择前的准备

采区供电设备选择及计算是采区供电设计的主要内容。采区供电设备的选择包括主变压器的选择、采区供电系统的拟定、高低压电缆的选择和高低压开关的选择。相关计算有负荷容量和负荷电流的计算、电压损失的计算、短路电流的计算和过流保护的整定计算。 一、采区供电设计所需原始资料

1.矿井的瓦斯等级，采区煤层走向、倾角，煤层厚度、煤质硬度、顶底板情况、支护方式。

2.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。 3.采煤方法，煤、矸、材料的运输方式，通风方式。 4.采区机械设备的布置，各用电设备的详细技术特征。

5.电源情况。了解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。

6. 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。 五、参考资料 1.《煤矿安全规程》 2《煤炭工业设计规范》 3《煤矿井下供电设计技术规定》 4《矿井低压电网短路保护装置整定细则》

5《矿井保护接地装置安装、检查、测定工作细则》 6《煤矿井下检漏继电器安装、运行、维护与检修细则》 7《煤矿电工手册》第二分册(下) 8《工矿企业供电设计指导书》

9 各类有关的煤矿电气设备产品样本、各类供电教材。 六、采区变电所、移动变电站位置确定

1、采区变电所位置的确定

采区变电所位置选择要依据低压供电电压，供电距离、采煤方法、采掘巷道的布置方式，采煤机械化程度和机组容量大小等因素来确定。

采区变电所硐室位置具体考虑以下几方面：

1)供电电压，随着采煤工艺的发展，采区电气设备日益增多，电气设备容量不断增大，对采区供电提出了更高要求，采煤机组功率大，供电距离远，电机启动频繁，因此采区变电所到机组最大供电距离就由主电机启动时的允许电压损失确定，以保证机组有足够的起动力矩

2)根据《煤矿井下供电设计技术规定》。采区变电所的位置，一般设在采区上下山的运输斜巷与轨道斜巷之间。

采区变电所要便于对硐室的扩大和设备的增加，同时便于体积较大的变压器等设备直接通过运输上山运到采区变电所硐室减少运输设备的费用。在满足费用要求的同时还要满足顶板坚固，无淋水且通风良好，保证变电所硐室内的温度不超过附近巷道5℃。

根据采区巷道布置，要使采区变电所能顺利的通过运输平巷向整个采区的负荷中心（采煤工作面）进行供电。在回风上山和运输上山联络巷处，低压供电距离合理，并且不必移动采区变电所就能对采区的采煤、掘进及回采等进行供电。所以把采区变电所布置在集中轨道和总回风巷

的交汇处附近的联络巷（G03H联络巷）。 2、移动变电站的位置选择

一般放在工作面的上、下风巷内。应主要考虑下述三方面： ①所处巷道内便于运输、顶底板条件良好、无淋水。

②尽量靠近大的用电设备，有条件的情况下，尽可能与液压泵站联合布置。

七、采区供电系统的拟定

1、采区高压供电系统的拟定原则

1）、供综采工作面的采区变（配）电所一般由两回路电源线进行供电，除综采外，每个采区应为一回路；

2）、双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关； 3）、采区变电所的高压馈出线采用专用的高压配电装置。 2、采区低压供电系统的拟定原则

1）、在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的设备最少； 2）、原则上一台启动器只能控制一台设备；

3）、当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷； 4）、变压器最好不要并联运行；

5）、从变电所向各配电点或配电点到用电设备采用辐射式供电，上山及顺槽运输机采用干线式供电；

6）、工作点配电点最大容量电动机的启动器应靠近配电点进线； 7）、供电系统应尽量避免回头供电；

8）、瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机组都应实行三专（专用变压器、专

用开关、专用线路）供电；

9）、局部通风机和掘进工作面中的电气设备必须装有风电闭锁装置。在瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井中的所有掘进工作面应装设两闭锁（风电闭锁、瓦斯电闭锁）实施 3、拟定采区供电系统

根据上述拟定原则和所选变压器的台数以及采区的实际情况，拟定相应的供电系统，并画出采区供电系统图。当供电系统有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优确定。

第二节 采区主变压器的选择 一、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。 2.型号

硐室内的动力变压器，选择矿用隔爆型变压器。 顺槽及掘进巷道内，选择隔爆型移动变电站。 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。 三、变压器容量的选择 1.采区变电所变压器容量计算 计算公式如下：

ST??PcaKcos?Twm

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 加权功率因数COSΦTwm,查表

?Twm?Pca1cos?wm1?Pca2cos?wm2???Pcaicos?wmiPca1?Pca2???Pcai

3.变压器容量的确定

根据所选变压器型号和所求变压器计算容量ST ，选变压器即 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7-1。 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。 解：1）选择型号：∵井下有爆炸危险的环境 ∴选择隔爆型变压器 2）选择低压侧额定电压：∵用电设备额定电压为660v，∴选择UN=660V 3）选择容量：①∑PN=170+3×40+55=345kW

②Kde=0.286+0.714×Pm/∑PN=0.286+0.714×170/345=0.64 ③查表7-4选取cosΦ=0.7 ④

ST?Kde?PN0.64?345??315KVAcosΦ0.7

⑤查表7-2，选取STN=315kVA

第三节 低压电缆的选择 一、低压电缆型号、芯数和长度的确定 1.低压电缆型号的选择

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。矿用低压电缆的型号，一般按下列原则确定：

(1) 支线一律采用表7-5所列阻燃橡套电缆。1140 V设备及采掘工作面的660 V和380 V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) 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；

对于半固定敷设的干线电缆，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。

(3) 采区低压电缆严禁采用铝芯和铝包电缆。 (4) 电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

(5) 照明、通信和控制用电缆，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，非固定敷设时应采用阻燃橡套电缆。 2.确定电缆的芯线数目

(1) 干线用的铠装电缆选三芯电缆，非铠装电缆选用四芯电缆。 (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。

(3) 信号电缆芯线根数要按控制、信号、通信系统的需要决定，并留有备用芯线 3.确定电缆长度

就地控制的支线电缆长度，一般取5m~10m。

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。 为了便于安装维护和便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下两点：

移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3m~5m余量。 当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m余量。 三、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：

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，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。 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％。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。

所选电缆截面必须满足机械强度的要求。 3.选择方法

在按上述条件选择低压电缆主芯线的截面时，支线电缆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。

选择干线电缆主芯线截面时，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；然后再按其他条件校验。 1）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。 2）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；

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

干线电缆最大长时工作电流可按下式计算：

Kde?PN?103Ｉｃa＝ 3UNcos?wm

∑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，由表查取； cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数，由表查取

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，查表。

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干线电缆最大长时工作电流可按下式计算：

Kde?PN?103Ｉｃa＝ 3UNcos?wm

∑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，由表查取； cosφwm——电缆所带负荷的加权平均功率因数，由表查取 4）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%。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(7-12) 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。 由式(7-12)可求得：

对于380 V电网ΔUp=400-0.95×380=39 V 对于660 V电网ΔUp= 690-0.95×660=63 V 对于1 140 V电网ΔUp=1200-0.95×1140=117 V (2) 采区低压电网电压损失

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 (7-13)

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。 ①变压器的电压损失

ΔUT=√3IT（RTcosφT+XTsinφT） （7-14） IT——变压器的计算电流，

IT=ST3UT2N （7-15）

RT——变压器的电阻，

URT=△PNT22N.TSNT （7-16）

2ΔPNT——变压器的负载损耗，可查表7-1或表7-2，W；

XT——变压器的电抗， XT?ZT?RT （7-17）

U ZT=US%2N.TSN.T ZT——变压器的阻抗，

222

US%——变压器阻抗百分数，查表7-1/表7-2，%。

ΦT——变压器的加权平均功率因数角，由式（7-5）的反函数求得； 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负荷集中的干线电缆线路的电压损失ΔUm

PcaLms?103?Ums?UN?SCAms

③负荷沿线分布的干线电缆线路的电压损失ΔUms

?Ums??＝in(PmsiLi?103)UN?SCA1

干线的电压损失应为各段电缆线路电压损失之和 ④支线电缆电压损失ΔUbl

ΔUbl=PblL×103/(UNγscAbl)(7-20) 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7-10，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。 4)按允许电压损失选择干线电缆截面 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

Ams.min?Kde?PNLms?103UN?sc?Up.ms

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。

(5)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。

如校验后不满足，可采取如下措施：

(1) 加大电缆截面，一般加大干线电缆的截面； (2) 分散负荷，即增加电缆的根数；

(3) 更换大容量的变压器，以减小变压器的电压损失； (4) 移动变电所的位置，使其靠近工作面； (5) 调整变压器的分接头，此方法在设计中不考虑。 5)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。 ①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：

Ustmin=UNK? (7-24)

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7-11；

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：

△Ubl.st=3IstLblcos?st?scAbl (7-25 ）

Ist=IstNUst/ＵN (7-26) cosst——支线所带电动机起动时的功率因数

③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：

ΔUms?stLmsKde.re∑PN.re×103=3(Ｉstcosφst+)γscＡmsUN (7-27)

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）； Ist、cosφst——与式(7-25)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； ∑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。

④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） (7-28)

ＩTst=(Istcosφst+∑ＩNrecosφwmre)2+(Ｉstsinφst+∑ＩN.resinφwmre)2

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

第四节 采区低压电网短路电流计算 一、概 述 1.计算目的

为了正确选择和校验电气设备，使之能满足短路电流的动、热稳定性要求。对于低压开关设备的断路器、熔断器等，主要用于校验其分断能力。

为了正确整定计算短路保护装置，使之在短路故障发生时，能灵敏可靠地动作，确保供电安全。 3.计算任务

计算最大三相短路电流值，以校验开关设备等的分断能力和动热稳定性。此时短路点应选择在开关设备等负荷侧的端子上，并按最大运行方式计算。

计算最小的两相短路电流值，以校验短路保护装置的灵敏度。此时短路点应选择在保护范围的末端，并按最小运行方式计算。 3 计算特点

低压电网(包括变压器)一般不允许忽略电阻。由于电缆线路的电感电抗值远小于电阻值。故有时感抗值反而可以忽略。

低压元件如不太长的母线电缆、电流互感器的一次线圈、自动馈电开关的过电流脱扣线圈、开关触头的接触电阻以及短路点的电弧电阻等，对于低压电网的短路电流计算都有影响，但为了简化计算，一般可以忽赂。

计算短路电流时，电缆线路相间电容可以不考虑。

为统一公式，均按星形联结系统分析，对三角形联结的系统，可用

星-三角等效变换为星形系统进行计算。 三、两相短路电流的计算 1.两相短路电流的计算公式

Is(2)?2?Uav

??R????X?22

Is(2)——两相短路电流A；

Uav——短路点所在电网中首端的平均线电压(为电网额定电压的1.05倍)V；

∑R——短路回路内一相电阻值的总和Ω； ∑X——短路回路内一相电抗值的总和Ω； 短路回路的阻抗计算： （1）系统电抗的计算

电源系统的感抗远大于电阻，电阻可略，只计算电源系统的电抗Xsy：

UUXsy?2N.(T3)?2N.T

Ss3Is2Xsy——折算至变压器低压侧的电源系统电抗，Ω； U2N

T——电源变压器或发电机二次侧的额定电压，kV；

Is(3)——电源母线上的三相短路电流，kA；

Ss——电源母线上的短路容量(可按电源配电箱的额定断流容量计)，MVA。

（2）变压器的阻抗计算 见变压器电压损失计算。 （3）电缆线路的电抗和电阻

线路电抗XW可用下式计算： XW=X0L

线路电阻可用下式计算：RW?四、三相短路电流的计算

L ?A由于三相短路为对称短路，故可按单相电路计算短路电流：

Is(3)?3Uav??R????X?22

公式中的符号意义与两相短路公式中的字符相同。但Id(3)与Id(2)之间存在着如下关系：

Is2?(2)Is3

(3)所以，计算出其中的一种短路电流，便可得知另一短路电流。

第五节 高压电缆的选择 一、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。

（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。 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1 000 h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（7-38）计算。

Ae?IcaIed

Ae——导线的经济截面，mm2；

Ied——经济电流密度，A／mm2。按表查取

Ica——线路正常工作时的最大长时工作电流，A；按按下式计算：

Ica??STKs3UT??1N （7-39）

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；

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（7-39）式选取，按所选电缆型号查表7-8或表7-9取满足（7-8）式的截面。

3）按短路热稳定条件校验电缆截面

Is(3)Amin?tiC （7-40）

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（7-36）式求取； C ——电缆的热稳定系数，见表7-14。

ti ——短路电流的假象作用时间, s， 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。 5）按电压损失校验电缆截面

按电压损失校验电缆截面时，应校验正常状态下的电压损失是否满足允许电压损失的要求。可根据电缆截面及负荷加权平均功率因数查表7-15和表7-16，选取每段高压电缆每1MW?km负荷矩的电压损失 ，再乘以高压电缆的长度，既可求出各段高压电缆的电压损失百分数，该电压等级下各段高压电缆电压损失百分数之和应不大于5%。

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。

第六节 采区高低压电器的选择

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—律采用矿用防爆型。 2.按工作机械对控制的要求选择：

①高压配电开关一般选择矿用隔爆高压真空配电箱；

②低压供电线路总开关和分路开关，一般选用矿用隔爆真空自动馈电开关；对于高产高效综采工作面移动变电站的低压可选择动力中心； ③ 需要远方控制、联锁控制的机械，选隔爆真空电磁启动器；对高产高效综采工作面选用隔爆组合开关；

④ 对需要经常正、反转运行的机械，选用隔爆真空可逆型电磁启动器； ⑤ 40 kW及以上电动机的控制设备，应使用真空电磁启动器； ⑥ 根据《煤矿安全规程》（2010版）第128条规定，局部通风机和备用局部通风机的控制设备应采用具有双电源自动切换的组合开关； ⑦对于127v的照明、信号、煤电钻设备选择含有干式变压器及其一二次侧开关和保护的照明或煤电钻综合保护装置；

⑧当电缆长度不够或电路有分支时，选择电缆插销、电缆连接器或电缆接线盒。

3.开关保护装置要适应电网和工作机械对保护要求

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、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。

②变压器二次侧低压总馈电开关应设短路、过负荷和漏电保护；

③变电所内其它分路配出开关和配电点的总开关应设短路、过负荷保护；

④直接控制电动机的各种起动器，应设短路、过负荷、断相和漏电保护及远方控制。其中对于控制小功率的起动器，可不设过负荷保护(如回柱绞车等)；

⑤控制煤电钻的设备，必须选用具有检漏、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止控制的综合保护装置。 三、采区高低压电器电气参数选择 1.按工作参数选择额定参数

开关的额定电压应不小于电网的额定电压； UN≥UNW （7-41）

UN——开关的额定电压，V，查表7-18～7-20；

UNW——所接电网的额定电压，也为所控设备额定电压，V。 开关的额定电流应不小于所控设备的最大负荷电流。 IN≥Ica （7-42）

IN——开关的额定电流，A，查表7-18～7-20；

Ica——所控设备的最大长时工作电流，A，高压开关按（7-39）式求取，低压开关按（7-10）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。

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7-18～7-20 Is（3）——高低压配电开关出线端的三相短路电流，A，按（7-36）

式求取。

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7-18

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（7-36）式求取。 Its2?ts≥Is2?ti （7-46）

Its——高压配电箱t秒钟的热稳定电流，A，查表7-18

Is——高低压配电开关出线端的三相短路电流，A，按（7-36）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。

第七节 采区高低压保护装置整定计算

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。 一、过电流继电器的整定计算

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。

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