矿山电工课程设计.doc

第六节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规定，电缆的用途和敷设场合等情况加以拟定。
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
运送机、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，应当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。
（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） 对无特殊规定的一般矿井，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
山和平巷的运送机，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：
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、工作面运送机；
U型UP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；
二、低压电缆的长度及芯数的拟定
1、电缆长度
电缆的实际长度应当按下式进行计算
Lca=KinLwa
式中 Lca——电缆的实际长度，m；
Lwa——电缆敷设途径长度，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送顺槽的电缆长度：
L运送顺槽= 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）×1.1
=465m
2）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送顺槽的电缆长度：
L运送顺槽= 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
=427m
2）掘进组

采区变电所到上山皮带运送机的电缆长度：
L上山运送机= KinLw
=（20+72.5+100+20）×1.05
=224m
采区变电所到普采运送顺槽的电缆长度：
L = KinLw
=（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、电缆芯数的拟定
1、拟定原则：
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。如运送机、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，采用供电电缆的芯数拟定如下：
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拟定
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。
在正常工作运营时，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》“正常运营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送偏移-8~-10%”。
电缆的机械强度，应符合用电设备的使用场合规定。
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%，以保证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、截面的拟定
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规定，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
MLQ1-80
80
UCPQ-1000-3×35+1×6+4×4
UCPQ-1000-3×35+1×6+4×4
91
138
2
机采工作面运送机
SGW-44
22
UCPQ-1000-3×25+1×10
UCPQ-1000-3×25+1×10
26
113
3
下顺槽运送机
SGW-40A
40
U
UP-1003×10+1×16
45
64
4
炮采工作面运送机
SGW-22
22
U-100-3×16+1×6
U-1000-3×16+1×6
26
85
5
顺槽皮带机
SPJ-800
30

UP-1000-3×10+1×10
33
64
6
上山皮带机
SDJ-150
75

ZQ20-1000-3×25
82
125
7
上山绞车
JTB-1200
55

ZQ20-1000-3×16
60
95
8
煤电钻
MZ2-1.2
12
UZ-500-3×4+1×4
UZ-500-3×4+1×4
6
36
9
掘进局扇
JBT52-2
11

UP-1000-3×4+1×4
13
36
10
调度绞车
JD-11.4
11.4
U-1000-3×4+1×4
U-1000-3×4+1×4
14
36
11
回柱绞车
JH2-17
17
U-1000-3×10+1×6
U-1000-3×10+1×6
21
64
12
掘进皮带机
SPJ-800
30

U-1000-3×6+1×6
33
46

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，像选择高压电缆同样。
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，V
cos——电动机功率因数；
机采组：
轨道顺槽干线：Ica==
机采组线：Ica==
运送顺槽干线：Ica==
普采组：
轨道顺槽干线：Ica==
运送顺槽干线：Ica==
掘进组：
皮带运送上山：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）拟定变压器至电机间允许电压损失UP
按照正常运营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
ΔUP= U2N-0.95 VN
式中 ΔUP——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；
ΔUP= U2N-0.95 VN=690-0.95660=63V
2）变压器电压损失UT
ΔUT=Ica.t(RTcos+XTsinT)
Ica.t=
RT=
XT
式中 ΔUT ——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相应的正弦值；
RT 、XT的取值用查有关表
机采组
变压器型号:KSGB-315/6/0.69
Ica.t===205.41A
RT=0.011
XT=0.06
ΔUT=Ica.t(RTcos+XTsinT)
=205.41 (0.0110.6+0.060.8)
=19.4V
炮采组
变压器型号:KSGB-200/6/0.69
Ica.t===117.5 A
RT=0.019
XT=0.093
ΔUT=Ica.t(RTcos+XTsinT)
=117.5 (0.0190.6+0.090.8)
=18.0V
掘进组
变压器型号:KSGB-200/6/0.69
Ica.t===138.1A
RT=0.019
XT=0.093
ΔUT=Ica.t(RTcos+XTsinT)
=138.1 (0.0190.6+0.0930.8)
=21.14V
3）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：ΔUTL1=IbLRbLcosbl
=IbL
=91
=16.4V
轨道顺槽回柱绞车支线：ΔUTL2=IbLRbLcosbl
=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ΔU=I
A=
I=
运送顺槽干线
ΔU=ΔUP-ΔUT-ΔUb
=63-21.04-16.4=25.2V
A===57.7A
选标准截面为70mm2，查表知其最大工作电流为215A
I===109.65（mm2）
215A〉109.65A满足规定
轨道顺槽干线：
ΔU=ΔUP-ΔUT-ΔUb
=63-21.04-5.5=36.1V
A===15.74A
选标准截面为25mm2，查表知其最大工作电流为113A〉41A
I===41.96（mm2）
113A〉41A满足规定
顺槽运送机干线：
ΔU=ΔUP-ΔUT
=63-21.04=41.96V
A=
=
=38.2（mm2）
选标准截面50mm2，查表知其最大工作电流为173A
I===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，低压开关涉及自动馈电开关，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，应当选用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，应当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，依下述原则拟定：
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、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送机等，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，一般应当选用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，具体规定如下：
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，过负荷和漏电保护装置，还应当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，应当有过电保护装置。
第六、各类低压开关的接线喇叭口的数目，要满足电网接线规定，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
工作面运送顺槽 QC83-225
工作面轨道顺槽 QC83-80
调度绞车 QC83-80N
第七节 过电流保护装置整定计算
根据保护装置拟定短路点，然后算出各短路点的短路电流；另一方面对各类开关（总开关、分路总开关、电动机控制开关、电钻照明控制开关等）中的不同保护装置进行整定（计算整定值、用最小两相短路电流校验保护装置的灵敏度）。
（一） 电动机保护
过电流继电电器或限热继电器得电磁元件，可按下列情况分别进行整定计算。
1、单台电动机
IaINst
式中 Ia——过电流继电电器的动作电流整定值，A；
INst——电动机的额定启动电流，A；
对于某些大型采掘机械设备，由于其处在低压电网末端，且电动机功率较大，启动的电压损失较大，因而实际启动电流要大大低于额定启动电流。若测出或计算出电动机的实际启动电流，则上式子和以下各个式中的INst应以实际启动电流进行计算。这样可以减少电流继电器的整合电流值，其短路故障时可以可靠的动作。但整定值应略大于实际启动电流值，以防止开关误动。
2、同时起动多台电动机
IaINst
式中 ——同时启动的几台电动机的额定电流之和，A；
3、不同时起动的多台电动机
IaINst+
式中 ——根据生产工艺过程，也许出现最大电流时的电动机的额定起动电流，A；
——已经运转的所有电动机的额定电流之和，A
根据上述计算，初步拟定的整合电流值，还应以保护范围的末端的最小两相短路电流进行校验。合格后方能使用。
Ks=
式中 IK（2）——电动机端子上的最小两相短路电流，A
1．5——灵敏系数；
（二） 配电线路（干线）的拟定
过电流继电器或过电流脱扣器的动作电流值可按下式进行整合计算。
IaINst+
式中 ——起动电流最大的一台电动机的额定起动电流，A；对于数台电动机同时起动的工作机械，若其总的起动电流大于单台起动时的最大起动电流，则应为这几台同时起动的电动机的额定起动电流之和；
——其余电动机的额定电流之和，A；
灵敏度校验：
原则上应考虑有一级后备保护，因此，灵敏度校验应按下一级保护范围末端的最小两相短路电流来计算，其具体规定如下：
Ks=
式中 IK（2）——下一级保护范围末端的最小两相短路电流，A
1．5——灵敏系数；
Ia——过电流脱扣器的动作电流实际整合值，A；
（三） 变压器保护
对于二次侧总的自动馈电开关，其过流脱扣器的动作电流整定值可按下式估算：
Ia（4~5）INTC
式中 INTC——变压器低压侧的额定电流，A；
4~5——考虑电动机起动的可靠系数。
灵敏度的校验：
原则上应考虑对配出线路的过电流保护装置起后备保护作用，亦既按下式进行校验：
Ks=
式中 IK（2）——下一级保护范围末端的最小两相短路电流，A；
Ia——过电流脱扣器的实际整定电流值，A；