新版矿山电工第六章chapter.ppt

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1、,第六章 采区供电设计计算,作业：,已知某高（低）瓦斯30万吨煤矿，具有两回10KV高压进线，距离分别为6公里和4公里,该矿在地面建有10KV变电所(一)在地面将高压降为380V和660V分别向地面生产系统和井下生产系统供电;(二)在地面将高压降为380V供地面生产系统用电,10KV下井降为660V向井下生产系统供电。全矿电力荷统如下表,试计算：1、完成负荷统计计算；2、对负荷分组确定变压器型号、最少台数、计算容量;3.确定高压架空线的型号及截面；确定下井电缆的型号及截面；4.确定低压开关;5.绘制供电系统草图.(地面10KV变电所至工作面配电点1.8公里,平均负荷率在0.70.85之间,取0

2、.8;补偿后的功率因数应在0.900.95之间,取0.90),第六章 采区供电设计计算,设计一个安全、可靠、经济、实用的井下供电系统，对保证井下安全生产有重大意义。本章将在综合运用前几章所学知识的基础上，以供电设计为线索，重点介绍供电设计计算。,一.己知资料 1.地质条件：,第一节 概述 P282,2.地质条件：某低瓦斯矿井的一个机械化采区的已知资料如下：采区开拓为中间上山，其倾角为l70，分东、西两翼，每翼走向长600m。采区分三个区段，每段长150m，工作面长130m。煤层厚度18m，煤质中硬，一次采全高。采用走向长壁后退式采煤方法，西翼开采，东翼掘进，掘进超前进行。两班出煤，一班修整。掘

3、进三班生产。采区巷道布置如图6-1所示。,3.采掘工作面上设备的型号、容量、数量-P284表6-1,采1,采1,运,运,采1,采2,采2,采2,掘,掘,掘,掘,采 掘,采 掘,二.设计项目和步骤：P282(1)根据采区地质条件、采煤方法、巷道布置以及采区机电设备容量、分布情况，确定采区变电所及采掘工作面配电点位置；(2)确定变压器台数、型号及供电的范围，拟订采区供电系统图；（3）确定电力系统高低压额定电压等级(4)用需用系数法统计负荷，确定每台变压器的容量；(5)选择高压配电装置和高压电缆；(6)选择采区低压电缆；(7)选择采区供电系统中的隔爆低压馈电开关、隔爆起动器；(8)对高低压开关中的保

4、护装置进行整定；(9)绘制采区供电系统图和采区变电所设备布置图；（10）所择高低压设备必须严格按照煤矿安全规程444 条P85表2-5选用,并且每台设备要有MA标志、合格证等。电缆MT818标准,(走向长壁后退式采煤法)一.工作面配电点位置P24 回采工作面配电点通常设在邻近的运输平巷的槽龛内或平巷的一侧，距工作面5070m。掘进工作面节配电点大多设在掘进巷的一侧，距掘进工作面80lOOm。,二.采区变电所位置确定原则：P22,第二节 变电所和采掘工作面配电点位置确定,(1)位于负荷中心，并保证向采区内最远距离、最大容量设备供电。(2)一个采区尽量采用一个采区变电所位置。(3)尽量设在顶底板稳

5、定、无淋水的地点，通风、运输方便。,方案一：采区变电所选在处（负荷中心），直接向工作面配电点供电。,采煤机实需电缆长=（20+75+60050）1.1=654m 460m,方案二：掘前期还是设在处，采掘后期设在处。,方案三：采区变电所选在处（10KV）+移动变电站（1140V、660V）,查P25表6-1：采煤机功率=170KW，采煤机电缆最大截面积=70m,查P25表1-6 干线允许供电距离=230m*2=460m,所以，方案一不可行,方案二不可行,可行,三.采区供电电压等级的参考选择,第三节 负荷统计及变电所容量选择 P286一.负荷统计1.估算:矿山各种企业用电的总最大负荷Pmax,小型

6、企业：9、15、21；中型企业：30、45、60；大型企业：90、120、150、180、240、300-,2按需用系数（Kde）法统计负荷Sca P30,需用系数法是通过考虑各用电设备的额定功率PN、功率因数cos、电机效率m、电网效率wn0.95、负荷率KLo、同时工作系数KSI等因素借助数据统计手段，求取计算负荷的方法。在实际工作中如不考虑这些因素则变压器容量选择必然过大，造成浪费.,(1).多台用电设备的需用系数Kde：,按P30 表1-8、按P286 表6-2、选择,3)电网损耗即电网效率m=0.90.95,5)同时工作系数（同时率）KS I=0.80.95,二.采区变电站负荷统计

7、P30,coswm-补偿前的加权平均功率因数.,PN-额定功率之和(KW);,P-有功功率之和(KW);,需用系数Kde、coswm 按P263 表6-2选择,KSi-各级变电所的故障保证系数,第四节.拟定采区供电系数图、选择采区变压器,一.采区动力变压器选择原则1).技术经济最优2).应优先选用干式隔爆变压器（KBSG）,1）煤矿安全规程第四百四十一条）矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。,二.拟定供电系统图原则：P291,2).正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，

8、以保证供电的连续性。10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。,3).尽可能由一台变压器向一个生产环节或工作面的机械供电，以便缩小事故所引起的停电范围。原则上一台启动器只控制一台低压用电设备；一台高压配电箱只控制一台变压器。当高压配电箱或低压启动器有三台及以上时，应设置进线开关；采区为双电源供电时，应设置二台进线高压配电箱。,二.拟定供电系统图原则：P291,4).在保证供电可靠的前提下，力求所拟图中使用的开关、电缆等设备最省。5）.大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动器间电缆的截面。,6）.由于工作面配电点到各用电设备宜采用放射式供电，上

9、山及运输平巷的输送机宜采用干线式供电；供电线路应走最短的路线，但应注意采煤工作面（机采除外）不应敷设电缆，溜放煤、矸石、材料的溜道中严禁敷设电缆，并尽量避免回头供电。,（7）采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。因此，要设照明变压器综合保护装置。（8）低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机供电要求达到“二专”（专用开关和专用线路）；高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井掘进工作面的局部通风机供电要求达到双电源供电，且主供电电源应达到“三专”（专用变压器、专用开关和专用线路）；并要求运行风机和备用风机自动切换。确保局部通风机供电的可靠性、连续性。,三.拟定供电系统方案,分三组：

10、1.采煤机、刮板机、转载机2.上山输送机、平巷输送机3.喷雾泵、乳化泵、小水泵、液压安全绞车、调度绞车、煤电钻、局部通风机、装煤机、照明综保、照明综保,分四组：1.采煤机、刮板机、转载机2.上山输送机、平巷输送机3.喷雾泵、乳化泵、小水泵、调度绞车、液压安全绞车4.小水泵、调度绞车、煤电钻、局部通风机、装煤机、照明综保、照明综保、上山绞车,三.拟定供电系统方案 P 334-,方案一：分三组：,.电力变压器T2：供运输系统；PN=324KW,方案二：分四组：,.一台移动变电站T1：供采煤机配电点；PN=730KW,电力变压器T3-供工作面其他设备。图6-16 PN=220.5KW,P335 图6

11、-14 采煤机300+转载机110+刮扳输送机160*2=730KW,P336图6-16 煤电钻1.2+液压安全绞车13+小水泵5.5*2+调度绞车11.4*2+喷雾泵30*2+乳化泵55*2+照明2.5=220.5KW,P335 图6-15 上山输送机160+平巷输送机160+照明4=324KW,电力变压器T4-供掘进工作面工作面。图6-17 PN=221.2KW,P337图6-17 煤电钻1.2*2+小水泵5.5*2+调度绞车11.4*2+液压安全绞车13+装煤机17*2+局部通风机11*2+照明2.5+上山绞车125=218.7KW,电力变压器T3：供掘进和采煤工作面其他设备工作面。PN

12、=218+221.2=439.2KW,、同方案一,例6-1：表6-4采区变压器选择方案比较表（相同部分不比较）,方案比较：技术和经济比较,采区变压器选择方案比较表（相同部分不比较）,6.6.高压配电装置及电缆选择 P 294,普通型（地面）、矿用一般型、矿用隔爆型。表3-6、3-7、3-8,6.6.1.高压配电装置选择原则,6.6.1.1.型式选择：,符合煤矿安要规程444条 P73（表3-4）和矿山电子装置设计规范中规定的有关要求。,6.6.1.2.按正常条件选择额定电压和电流,、额定电压VN选择：额定电压VN与电网的额定电压相同。,、额定电流IN选择,ICa-被控设备实际的常时工作的最大电

13、流（A）,K-温度校正系数按P300 表6-9查取。SN.T-变压器额定容量,6.6.1.3.高压电气设备的动热稳定校验 P62,.动稳定校验：iim.N iim.ca 或Iim.N Iim.ca P62（2-48）,热稳定校验：,对电缆满足短路时热稳定的最小截面Amin为：,tph短路电流作用的假想时间，（s）,电力系统容量150MVA时或井下中央变电所,tph取0.25;地面变电所向井下供电时,tph取0.65.,Iss稳态短路电流，Iss=Is（3）kA；,C导体热稳定系数，见P63表2-13。,、断流能力校验,INa(SNd)Imas(Smax),Imax（Smax）-最大短路电流（容

14、量）；INa(SNd)额定开断电流（容量）；,例6-2 高压开关柜选择及整定 P292图6-3 P297,1.计算变压器最大长时工作电流T.ca.(A),型号：P91表3-8 BGP43-100/6额定电压6KV、额定电流：100A,K温度校正系数 按P276 表6-8查取（K=1）,一、DB1型号、额定电压、额定电流选择,250,200,查表91 满足承载能力要求,例6-3 DBDB1DB2DB3DB3承载能力校验P297表6-18,参数满足：P62公式(2-48)i max（Imax、Smax）iim（Iim、Sim）,短路参数,计算S1短路电流表6-16 P323,高压开关柜承载能力校验

15、,【例6-4】DB1灵敏度校验 P330,满足要求,P293图6-4 计算S3的两相短路电流,查表6-16 P323,DB2用S8两相短路电流计算 P294DB3用S14两相短路电流计算(那个小用那个)DB4用S27两相短路电流计算(那个小用那个)DB用S1两相短路电流计算,高压开关柜灵敏度校验,6.6.2.高压电缆选择 P298,6.62.1.类型选择：,6.6.2.2.电缆长度确定铠装电缆：实际长度 LCa=1.05 Lwa 橡套电缆：实际长度LCa=1.1 Lwa,Lwa电缆敷设长度,6.6.2.3.电缆截面选择：,1).按经济电流密度I e 计算电缆截面Ae（2）,(Ica)Imax.

16、w-正常运行时，通过电缆最大长时负荷电流；n-正常运行时，同时并联工作的电缆条数；Ied-经济电流密度 P299表6-6PN-额定功率之和(KW);P-有功功率之和(KW)。,Kde：需用系数；coswm：加权平均功率因数,-6-6,2).按长时允许载流量IP（发热条件）选择电缆截面Ae（2）,根据计算的经济截面Ae,按P299 6-7；P141-149表3-3454查取IP,若K*IP Ica.max则满足要求,K-环境温度不同于+25时，载流量校正系数。按表6-8查取。IP-环境温度不同于+25时，允许载流量。,3).按允许电压损失u%校验电缆截面,我国规定，电缆线路电压损失百分数的标准为

17、：对l035kV及以上的线路为5；对10kV及以下的线路为4-7。同时还规定，对矿井高压电缆，在计算电压损失时，其长度应从地面变电所至采区变电所。,Ica.max-实际通过电缆的最大长时工作电流。,3).按允许电压损失U%校验电缆截面,Pi 支接的各负荷的有功功率（KW）,Li电缆长（Km）,;,R0.i、X0i-分别为电缆每公里的有效电阻和电抗（/Km）-P301表 6-10；,u负荷矩(1/MW*Km),tanwm-补偿后的功率因数的正切值,u%可查表,;,4).按热稳定（短路电流）校验电缆最小截面Amin,P140 公式（2-80）,Amin-导体热稳定最小面积；ISS-稳态短路电流，I

18、SS=IS（3）tPh-短路电流作电假设时间；电力系统容量150MVA时或井下中央变电所,tph取0.25;地面变电所向井下供电时,tph取0.65.c导体热稳定系数，表2-17；,【例6-5】Wtl.2高压电缆选择 P302,1：型号,3.按允许载流量Ip校验截面,按表P149 表3-53 选择 35（mm）2,2.按经济电流密度计算截面（mm2）,满足发热条件,MYPTJ P145 表3-44,4.按允许电压损失校验Wtl.1(3*50-600)、Wtl.2(3*25-620),【例6-6 Wtl.1高压电缆选择,1：型号 MYJV、MVV，MYP P141-表3-46 3-54,2.按经

19、济电流密度计算截面（mm2）,满足发热条件,按表P149 表3-53 选择 70（mm）2,3.按允许载流量Ip校验截面,4.按允许电压损失校验 查表P301 表6-10 Wtl.2(3*35-620):R0w2=0.588;X0w2=0.078 Wtl.1(3*70-600)：R0w1=0.294;X0w1=0.072,满足要求,幻灯25：601.1+（291.6+165.4+131.2）=1189.3（KW）,6.7.采区低压电缆的选择计算,、.选择原则（选型号、截面）P281,铠装：LCa=1.05LNa；橡套：LCa=1.1LNa,6.7.2.长度确定,6.7.3.低压电缆芯线数的确定

20、,铠装电缆：只有三个芯线，接地芯就是外皮（外皮接地）。,橡套电缆：4、6、7、8、11等类，其中：三根动力线，一根接地线，余下控制线。,6.7.4.低压电缆主芯线截面确定,6.7.4.1.低压电缆选择总原则：,【支线.干线】电缆的正常工作负荷电流Ica（计算值）电缆长时允许载流量IP（P299 表6-7，6-8）-发热条件,【支线.干线】考虑保护装置电缆的最小截面，P217表4-7【支线】橡套电缆应从机械强度考虑最小截面。P 306表6-12【干线】对距离最远、容量最大的电机，在重载情况下，应保证其端电压不能低于75%VN。【干线】按正常允许电压损失确定主芯线截面 P306 表6-11,两台及

21、以下设备不考虑需用系数和功率因数 即:Kde=1,cos=1,P309 图6-9采区低压电网的电压损失分布图,【干线】按正常允许电压损失确定主芯线截面 P283 表6-12,电网电压损失V=VT+Vtl+Vbl VP,方法一.电网允许的电压损失 VP P306 表6-12,a、变压器上电压损失VT,KL0变压器负荷系数；SN-变压器额定容量PN.T变压器铜损（短路损耗）；VS-变压器阻抗压降,b、支线电压损失Vbl：,Vtl VP-VT-Vbl P308 6-14,C、干线电压损失Vtl,.方法二电力网络中电压损失(U%)允许值 P 8 表1-5 P1640,表7-4-19,我国规定，电缆线路

22、电压损失百分数的标准为：对l035kV及以上的线路为5；对10kV及以下的线路为4-7。,6.7.4.2.支线电缆截面、型号选择：,例6-7：选择连接采煤机支线电缆,解：查P284表6-1：PN=300（KW）、VN=1140V、IN=190A,查P300 表6-8 Ica=152（A）IP=170（A）50 mm2 但 IN=190（A）截面应选70 mm2,.按长时允许载流量IP（发热条件）计算截面,cos=0.86tan=0.593,型号规格：查P141-143表3-(36-41)可选MC,MCP、MCPTJ、MCPT其中之一.,机械强度考虑最小截面。P 306表6-12 满足要求,支线

23、电缆截面、型号选择支线P307表6-13）,3.干线电缆截面选择,按电网允许的电压损失计算截面,按截面允许通过最大工作电流校验截面,两台及以下设备不考虑需用系数和功率因数 即:Kde=1,cos=1,例6-8 P312图6-11上山绞车干线Wtl.11截面、型号（干线无分支）,解：1.型号：P144表4-42.：MY、MYP MYPT P149表3-54MVV、MYJV其中之一.,IN.11=153A+2.02A=155.2A,IN=2.02A,IN=153A,2.计算干线Wtl.11电缆截面（T4掘进）,例6-5-1：选择图6-10上山绞车干线Wtl.11截面、型号,（1）确定电网允许的电压

24、损失 VP=63V P306 表6-11,（2）计算变压器电压损失,P286表6-2（非掘进机）cosT=0.60，sinT=0.8,负荷率KLo=131.2/200=0.66,VR=PN.T/10 SN=1550/10*200=0.775（6-22 P310）,P123 表3-28 KBSG-200参数：额定容量 SN=200 KVA,负载损耗PN.T=1550（W，）阻坑电压VS=4%,2.计算干线Wtl.11电缆截面（T4掘进）,（3）计算支线电缆电压损失Vbl,上山绞车参数：P284表6-1：PN=125（KW），VN=660(V)，INand=153（A）,幻灯44 Abl=50(m

25、m2)，Lbl=10(m),P56表2-7 电导率sc=42.5（m/mm2）,（4）计算干线电压损失VP.tl,VP.tl VP VT Vbl=63-16.03-0.89=46.08V,6.计算出干线Wtl.11电缆截面大小Atl,7.按长时允许载流量为选择,查P300表6-8得:Wtl.11标准截面AS=16mm2 14.mm2 IP=85A,8.按截面允许通过最大工作电流进行校验,Wtl.11标准截面改选50 mm2即可满足要求，,Wtl.11:IN=155.02A,例6-9：选择图6-9上山绞车干线Wtl.9截面、型号（干线有分支）,IN=20A,IN=12.9A,IN=12.5A,I

26、N=6.5A,IN=2.18A,IN.9-2=20+12.9+6.5+2.18=41.6A,IN.9-1=20+12.9+6.5+2.18+12.5=63.1A,解：1.型号：P144表4-42.：MY、MYP MYPT P149表3-54MVV、MYJV其中之一.,2.确定变压器至电机间电缆网路的允许电压损失 VP=63V P306 表6-11,3.计算变压器电压损失VT=16.03V(前面计算过，幻灯47),4支线电缆电压损失Vbl（若有几条支线，求供电距离最远的，容量较大的支线V,P284查表6-1：上山绞车PN=17（KW），P307查表6-13 Abl=16(mm2)，Lbl=130

27、(m)-支线计算中先计算出来,5.干线电压损失电网电压损失VP.tl VP.tl VP VT Vbl=63-14.3-4.92=43.78V,P56表2-7 电导率sc=42.5（m/mm2）,6.计算出干线电缆截面大小Atl,7.按长时允许载流量为选择,查P300表6-8得:Wtl.9标准截面AS=16mm2 10mm2 IP=85A,8.按截面允许通过最大工作电流进行校验,Wtl.9标准截面选择16 mm2即可满足要求，,Wtl.9:IN=63.1A,6.8.低压电器设备选择原则：P314 隔爆自动馈电开关、隔爆磁力起动器、煤电钻（照明）综合保护6.8.1.按使用环境选择 严格按照煤矿安全

28、规程 第四百四十四条 选用的井下电气设备（P85表2-5），应一律应为隔爆型、本质安全型或隔爆兼本质安全型的。,6.8.2.低压电器设备选择1）.矿用真空隔爆型馈电开关作 用：总开关或分路开关：型 号:BKD、KBZ等系列 P111表3-15选择条件：额定电压和额定电流2）.隔爆型磁力起动器作用：直接控制电动机型号：QBZ、QJZ、QJR等系 P233-表 5-3，5-4，5-5、5-6选择条件：额定电压和被控电机额定功率3）ZBZ系矿用隔爆型煤电钻综合保护P121表3-264）.ZXZ8系列矿用隔爆型照明信号综合保护装置,P316 表6-15,KBZ9-400/1140(660)矿用隔爆型真

29、空馈电开,BKD-400Z矿用隔爆型真空馈电开关价格：40000人民币/台简要说明：用途:馈电开关由ZKD-400/1.14型真空断路器改装在DW80-350矿用隔爆型馈电开关外壳中,取代原DW80-350馈电开关,用于煤矿井下交流至400A的三相电力线路中,作为配电系统的总开关或分支开关使用.详细介绍：保护功能:馈电开关具有欠压、失压、过载、短路及漏电闭锁等保护.额定电压AC1140VAC660V额定电流400A额定频率50Hz额定短路接通与分断能力1140V7.5KA;660V9KA机械寿命1.0万次电寿命3000次保护特性短路、过载、过压、欠压、漏电保护、漏电闭锁等操作方式手动合闸手动分

30、闸注:DW80-350开关改造仅限用660V,KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关,馈电开关用于煤矿井下交流50Hz,电压为1140V或660V，额定电流至400A的三相电力线路中，作为配电总开关或分支开关用，当与漏电继电器配合使用时，可以对被控测线路进行漏电保护。KBZ自备漏电检测与漏电闭锁保护。保护功能：馈电开关具有过载、短路、欠压、失压、漏电保护、漏电检测、漏电闭锁并具有远方分闸功能。主要技术参数：,KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关,KBJ系列矿用隔爆型馈电开关适用于含有爆炸性危险气体（如甲烷混合物）和煤尘的矿井下及其它工业厂矿中，在交流50Hz、电压至660V的线路中作为供电系统的总开关，

31、分支开关用，也可以作为大容量电动机不频繁起动用，当线路发生过或短路时能自动切断电源，具有瞬时分励脱扣，短路保护功能与检漏继电器连接具有漏电保护功能。,矿用隔爆磁力起动器 作为就地或远距离控制、保护相应频率和电压的矿用隔爆型三相鼠笼型异步电动机的起动或停止。,QJZ系列矿用隔爆型真空磁力起动器适用于含有爆炸性气体的矿井下，在交流50Hz、电压660V或1140以下的电力系统中，作为直接或远距离起动和停止三相鼠笼式异步电动机，并可在停止时换向。起动器可以单台控制也可以联锁控制，并具有过载、短路、失压、断相、漏电闭锁保护，过电压吸收以及相应的故障显示，电源、运行、联控等工作状态显示。,主要技术参数：

32、,QBZ系列矿用隔爆型真空磁力起动器适用于煤矿井下及其周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的环境中，交流50Hz、电压660或380V，额定电流至200A的电路中，直接或远距离控制矿用隔爆型作为控制矿用隔爆型三相鼠笼式异步电动机的起动、停止之用，并可在被控电动机停止时换向，具有失压、欠压、过载、短路、漏电漏电、缺相保护,QBC系列矿用隔爆型磁力起动器适用于具有爆炸性气体混合物（如甲烷混合物）和煤尘的矿井下，在交流50Hz、电压660或380V的电力系统中，控制矿用隔爆型三相鼠笼式感应电动机的起动和停止，以及可逆起动(QC815-60N),并具有失压、欠压、过载、短路保护功能,QD-84系列矿用隔爆型磁力起动器适用于含有爆炸性危险气体和煤尘的矿井下及其他工业厂矿中，作为控制交流50Hz、电压至660V的三相鼠笼式感应电动机，并对电动机起到失压、过流、短路保护的功能。,6.9.过电流保护装置整定计算 P3176.9.1 短路电流的计算1.确定短路点 P292-图（6-3，6-4,6-5,6-6）2.计算短路电流 P323 表6-16根据短路电流整定保护装置 用三相短路电流校验动热稳定性，用两相短路电流校验灵敏度,