2012届本科毕业设计（论文）
题 目 石嘴山煤矿采区供电系统设计
所 在 系 机电动力与信息工程系
专业班级 工业工程2班
姓 名 王升
指导教师 孟庆春
教务处制
石嘴山煤矿采区供电系统设计
The Shizuishan coal mining power supply system design
毕业设计（论文）共 54 页
完成日期：2012年5月10日
答辩日期：2012年5月18日
摘 要
采区变电所是采区供电的中心，它的主要任务是将井下变电所送来的高压电能变成低压电能，配送到采掘工作面及附近用电设备。采区变电所的基本组成：高压配电箱、矿用变压器、高低压隔爆馈电开关和移动变电站。本次设计是由变电所送来10kV高压，经过移动变电站向各用电设备供电。其设计过程主要包括采区变电所及采掘工作面位置的确定、负荷的统计、变压器型号、容量和台数的选择、高低压电缆的选择，短路电流的计算、隔爆型高低压配电装置选择，变电所的防雷保护与接地等。通过对10kV变电站做负荷统计，用需用系数法进行负荷计算，通过计算来设计整个采区的供电系统。
关键词：供电系统；移动变电站；电缆；防雷保护
Abstract
Mining area substation of power supply in mining area is a center, it is the main task of the underground central substation electric energy into low voltage from power, distribution to the mining work face and nearby electrical equipment. In substation of mining area consists of: high voltage distribution box, mining transformers, high and low voltage flameproof feed switch and mobile substation. This design is composed of a central substation sent10kV high, after the mobile substation to the electrical equipment power supply. The design process mainly includes in substation of mining area and mining work face location, load statistics, transformer model, capacity and number selection, high and low voltage cable selection, short-circuit current calculation, flameproof high voltage distribution equipment selection, substation lightning protection and grounding. Based on the 10 kV substation load statistics, with the coefficient method for load calculation, calculation to design the whole mining area power supply system.
Key words: power system；substation；cable；lightning protection
前言
电力是现代煤矿的动力，首先应该保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方面合理满足生产的需要。由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全，可靠，经济具有举足轻重的作用。
本论文根据采区供电系统设计原则，围绕某矿井10kV变电所对这一课题展开了全面的设计与研究，主要完成以下工作：
针对矿井负荷的统计要求，使用需用系数法进行负荷计算，据此对移动变电站进行了选择，并对整个采区供电系统进行了确定。根据电缆的设计原则，对采区电缆进行了选择和确定。采用解析法对采区供电系统进行了短路计算。为了保证整个采区供电系统的安全运行以及各配电点维修方便，对隔爆型高低压配电装置进行选择。为了在供配电系统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的扩大，在论文中对采区变电所继电保护进行了设计。防雷保护是变电所保护中不可缺少的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在变电所装设避雷针。
1 概述
1.1 采区供电系统设计依据
﹙1﹚矿井的瓦斯等级，采区煤层走向、倾角、煤层厚度煤层硬度、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、矸石、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变电所的分布情况，供电能力及高压母线上短路容量等情况；
﹙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、作业制度等；
1.2 采区供电系统设计要求
设计要符合《煤矿安全规程》《煤矿工业设计规范》和《煤矿井下供电、设计技术规定》设计遵循煤矿工业建设的方针，在保证供电安全可靠的基础上进行设计，经济比较合理、选择最佳方案。设备选型时，应采用成套设备，尽量采用新技术产品，国产设备。积极采取措施，减少节能损耗，节约能源。设计质量应保证安全、可靠、经济、合理、技术的先进性。
供电的重要性及基本要求：
﹙一﹚ 采区井下特殊的环境
﹙二﹚ 煤矿企业对供电的基本要求
1．供电安全：
① 供电安全就是包括人身和设备安全；
② 必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定进行供电，确保安全生产；
2．供电可靠：
① 要求供电连续可靠；
② 采用双电源供电；
3．供电优质：
① 要求用电设备在额定参数下运行性能最好；
② 反应供电质量指标主要由四个：电压，各种电器设备要求电压偏差不一样，一般工作情况下电动机允许偏差±5%，白炽灯+3%～-2.5%；频率，频率50Hz，要求偏差不得大于±0.4%～±1%；波形，正弦波形；平衡度，三相电网电压平衡；
4．供电经济：
① 尽量降低企业变电所与电网的基本投资；
② 尽量降低设备材料及有色金属的消耗量；
③ 注意降低供电系统的电能损耗及维护费用；
1.3 采区供电系统设计目的及范围
采区供电是整个供电系统的重要组成部分，同时是井下采煤机械化，电气化的物质基础。对整个采区的安全生产影响极大，因此，真确进行采区供电系统的设计是十分必要的。
本设计的目的是应用煤矿系统的理论知识解决井下供电的技术问题。通过本次设计巩固所学的专业知识，学会真确查阅资料和参考文献，培养计算数据，绘制图表以及分析问题和解决问题的能力。并掌握井下供电设计的技术，经济及安全生产规程。
采区供电设计的范围：
① 确定采区变电所、工作面配电点和移动变电站的位置；
② 采区综采工作面用电设备负荷统计以及确定移动变电站容量、型号、台数；
③ 根据采区综采工作面设备的布置情况拟定供电系统图；
④ 高低压电缆选择；
⑤ 短路电流的计算；
⑥ 隔爆型高低压配电装置选择；
⑦ 绘制采区综采工作面供电系统图及机电设备的布置图。
2 采区变电所配电点及位置的确定
2.1 采区变电所位置的确定
﹙1﹚尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，保证采取设备
的供电质量。
﹙2﹚每个采区只好设一个变电所，对整个采区和掘井工作面供电，并且尽量
不迁移或少迁移变电所，减少变电所硐室的开拓费用，如一个变电所不能满足要求时，可在下一个区段增设变电所，初期向掘井供电，后期向回采供电。
﹙3﹚变电所要求通风良好，温度不得超过附近巷道温度5℃。
﹙4﹚设备运输要方便，便于电缆进出，地质条件好，顶底板稳定，无淋水。
2.2 移动变电站位置的确定
﹙1﹚向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面100m～150,m；
﹙2﹚当下一个工作面尚未开采，而其回风巷已经掘进完毕，可将上工作面的移动变电站设置在下一个工作面的回风巷内，经过联络巷、运输巷向上工作面供电；
﹙3﹚低瓦斯矿井的回采工作面移动变电站，可设置该回采工作面的回风巷内。
2.3 工作面配电点位置的确定
﹙1﹚回采工作面配电点一般在距工作面50m～70m处的巷道中；
﹙2﹚掘井工作面配电点距掘进头80m～100m，一般配电点至掘进设备的电缆长度不宜超过100m为宜；
﹙3﹚在电缆分叉点应设有配电点，此配电点在巷道交汇处附近。
﹙4﹚压入式局部扇风机和启动装置必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于10m。
3 采区供电系统负荷统计与移动变电站选择
3.1 供电电压确定
《煤矿安全规程》规定，采区各级配电电压和各种电器设备的额定电压等级
应符合下列要求：
1高压不超过10kV，低压不超过1140V；
2照明、信号电话和手持式电气设备的供电额定电压不超过127V；
3远距离控制线路的额定电压不超过36V；
4采区电气设备使用3300V供电时，必须专门的安全措施。
采区综采工作面供电电压可根据日生产能力，单机或双机最大容量、总装机容量来确定，电压等级使用范围参见表1-1。
表1-1 综采工作面电压等级使用范围
| 电压等级/V | 适用于采煤方式 | 综采总容量/kW | 单机最大容量/kW | 双机最大容量/kW | 日产量/﹙t/d﹚ |
| 660 1140 300 | 薄煤层和部分中厚煤层综采 普通综采 一次全高厚煤层综采 | 500～1000 1000～1500 ≥3000 | 150～170 300～400 ≥1000 | ﹙2×150﹚～﹙2×170﹚ ﹙2×375﹚～﹙2×400﹚ ＞2×400 | 500～1000 1000～5000 500～10000 |
3.2 负荷统计
采区用电设备负荷统计采用需用系数法。该计算方法是借助一些统计数据，由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷。一组用电设备的计算负荷容量为
S﹦ ﹙1-1﹚
式中 S— 一组用电设备的计算负荷，kW；
— 具有相同需用系数的一组用电设备额定功率之和，kW；
— 需用系数。
— 一组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的额定功率与额定功率因数的乘积之和与他们总功率之比，按式﹙1-2﹚求得。
﹦ ﹙1-2﹚
采区综采工作面用电设备的需用系数K可按式﹙1-3﹚计算。
﹦0.4 + 0.6 ﹙1-3﹚
式中 — 一组设备中容量最大一台电动机额定功率，kW。
矿井及采区其它用电负荷的需用系数和加权平均功率因数见表1-2
3.3 移动变电站选择
通常情况下，综采工作面需采用多台移动变电站方可满足供电要求。移动变电站容量应根据设备的布置、电压等级，确定几个分组方案，分别求出各方案下的各组计算容量，初选移动变电站的额定容量及台数，确定最优分组方案。
移动变电的额定容量应大于等于一组负荷的计算容量，即
≥ ﹙1-4﹚
此矿井采区工作面煤层为宁夏石嘴山Ⅲ—2号层煤，工作面倾斜长208m，走向长度8m，工作面平均倾角3°，煤质硬度2.65～3.35，煤层平均厚度为3.04m，容重为1.22×10×3㎏/㎡。采煤方法为走向长壁后退式一次采全高。
表1-2 矿井用电负荷计算需用系数和加权平均功率因数
| 用 电 设 备 | 需用系数 | 加权平均功率因数 |
| 采煤工作面 综合机械化工作面﹙自移支架﹚ 一般机械化工作面﹙单机支架﹚ 一般机械化工作面﹙倾斜机采面﹚ 缓倾斜煤层﹙炮采工作面﹚ 急倾斜煤层﹙炮采工作面﹚ | 0.4 + 0.6 P/∑P 0.286 + 0.714 P/∑P 0.6～0.75 0.4～0.5 0.5～0.6 | 0.7 0.6～0.7 0.6～0.7 0.6 0.7 |
| 掘井工作面 采用掘井机 不采用掘井机的 | 0.5 0.3～0.4 | 0.6～0.7 0.6 |
| 井下运输 蓄电池电机车 其他运输设备﹙如输送机、绞车等﹚ 架线电机车 | 0.8 0.5 0.5～0.65 | 0.9 0.7 0.9 |
| 井底车场 有主排水设备 无主排水设备 | 0.6～0.7 0.75～0.8 | 0.7 0.8 |
表1-3 综采工作面设备及负荷统计
| 设备名称 | 部位 | 电动机台数 | 电动机型号 | 额定功率/kW | 额定电压/V | 额定电流/A | 额定功率因 |
| MG650 /1620- WD型采 煤机 | 截割电机 | 2 | YBCS-650A | 650×2 | 3300 | 136×2 | 0.85 |
| 牵引电机 | 2 | YBVF-150A | 110×2 | 380 | 169×2 | 0.75 | |
| 调高电机 | 1 | YBCB-40G | 40 | 3300 | 10.8 | 0.86 | |
| 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 | 1560 0.82 | ||||||
| SGZ1000/1400型刮板输送机 | 1 | YBSD-700/350-/8﹙双速电动机﹚ | 700
| 3300 | 150 | 0.82 | |
| 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 | 700 0.82 | ||||||
| SZZ1000/315型转载机 |
| 1 | YBSS-315 | 400 | 3300 | 1 | 0.78 |
| PLM3000型破碎机 |
| 1 | YBS-315 | 250 | 3300 | 210 | 0.79 |
| BRW400/31.5×4型乳化液泵 | 1 | YBK2-315M2-4 | 250 | 1140 | 146 | 0.86 | |
| BPW400/16型喷雾泵 |
| 2 | YBS-125G | 200 | 1140 | 39 | 0.79 |
| 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 | 1300 0.81 | ||||||
| SSJ-1200/400型带式输送机
| 1 | YBK2-280S-4 | 400 | 1140 | 120 | 0.82 | |
| JH-20型回柱绞车 照明 | 1 | YBS-22 | 22 | 1140 | 26 | 0.85 | |
| YAJ-13型液压安全绞车 | 1 | BJO2-61-4 | 45 | 1140 | 26 | 0.82 | |
| 一组额定功率/kW 加权平均功率因数 总计额定功率/kW | 467 0.83 4027 | ||||||
﹙1﹚ 1号移动变电站选择 1号移动变电站拟向采煤机供电，负荷计算容量为
＝＝＝1788kVA
＝0.4 + 0.6＝0.4 + 0.6＝1
查表1-2取＝0.85。
选取1台KSGZY-2000/10型移动变电站，额定容量为2000kVA﹥1788kVA，额定电压为10000V/3300V。满足供电要求。
﹙2﹚ 2号移动变电站选择 2号移动变电站拟向刮板输送机供电，负荷计算容量为
＝＝＝17kVA
＝0.4 + 0.6＝0.4 + 0.6×＝1
查表1-2取＝0.85。
选用1台KSGZY-2000/10型移动变电站，额定容量为2000kVA﹥117kVA，额定电压为10000V/3300V。满足供电要求。
﹙3﹚ 3号移动变电站选择 3号移动变电站拟向转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵等供电，负荷计算容量为
＝＝＝681.55kVA
＝0.4 + 0.6＝0.4 + 0.6＝0.59
查表1-2取＝0.87。
选用KSGZY-1600/10型移动变电站，额定容量为1600kVA﹥681.55kVA，额定电压为10000V/1200V。满足供电要求。
﹙4﹚ 4号移动变电站选择 4号移动变电站拟向带式输送机和回柱绞车供电，负荷计算容量为
＝＝＝731.40kVA
＝0.4 + 0.6＝0.4 + 0.6＝0.97
查表1-2取＝0.87。
选取1台KSGZY-1000/10型移动变电站，额定容量为1000kVA﹥731.40kVA，额定电压为10000V/1200V。满足供电要求。
4 采区供电系统的拟定
4.1 供电系统的拟定原则
① 在保证供电安全可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免
回头供电。
② 采煤机功率相对较大，宜采用单独电缆供电；工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电；上山及顺槽的带式输送机可以采用干线式供电，对于多台大容量带式输送机，也可以用辐射式线路供电。
③ 一台启动器原则上控制一台电动机。对采煤机等重要生产机械设备用启动器，即一用一备；对控制刮板输送机的启动器，采用两用一备。
④ 采区综采工作面设置为集中配电点，一般距离工作面50～100m，随工作面的推进而移动；对输送机及其他附属机械，因位置的分散可分别设置配电点。
⑤ 配电点在三台及三台以下启动器时，可以不设进线总馈电开关。
⑥ 移动变电站低压侧已有低压馈电开关，而且保护齐全，可以不在移动变
电站之外在设置低压馈电开关。
⑦ 大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动期间电缆的截面。
⑧ 采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。
⑨ 井下变电所、采区变电所的电源进线以及变电所的供配电系统，当有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。
⑩ 供电方案确定后，应画出供电系统草图，并在图上标出开关、启动器、变压器的设置情况和电缆所带设备的名称、功率和电缆的长度等。
4.2 供电系统的确定
依照采区供电系统拟定原则及用电设备分组情况，对于5-1所示综采工作面机电设备的布置方式选用大断面巷道布置方案，参照《矿井供电技术》课本第一章图1-8所示，确定供电系统的方案参照图1-7所示。
5 采区高低压电缆选择
5.1 高压电缆的选择
向采区综采工作面移动变电站供电的6kV或10kV的高压电缆，应选用矿用监视型高压橡套屏蔽电缆。变电所至采区变电所的电缆采用铝芯电缆，其他地点必须采用铜型电缆，井下严禁使用铝包电缆，电缆应带有供保护接地用的足够的截面的导体。其主芯线截面的确定，通常按经济电流密度初选，按长时允许负荷电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线路电源端最大三相短路电流校验热稳定。
﹙1﹚ 按经济电流密度选电缆截面 电力线路的经济截面是指按降低电能损耗、线路投资、节约有色金属等因素，综合确定出的运行费用最低截面。与经济截面相应的电流密度，叫做经济电流密度。
按经济电流密度选择电缆截面为
＝ ﹙1-5﹚
式中 —经济截面， ；
—正常运行时，通过电缆的最大长时负荷电流，当两条电缆并联运行时应考虑一条线路故障时的最大负荷电流，A；
—经济电流密度，A/，其数值可参照表1-4来选取。
表1-4 铜芯电力电缆经济电流密度
| 年最大利用负荷时间/h | 经济电流密度/﹙A/﹚ | 上产班次 |
| 1000～3000 3000～5000 5000以上 | 2.50 2.25 2.00 | 一班作业 两班作业 一班作业 |
﹙2﹚ 按长时允许负荷电流校验 由于运行中电缆的电流超过长期允许电流时，电缆芯线的电阻产生的热量就会超过允许值，加速绝缘老化，从而造成漏电或短路事故。矿用橡套电缆的长时允许电流见表4-2。通常电缆允许电流是以环境温度25℃、最高允许工作温度65℃时的值确定的，当环境温度不等于25℃时，应乘以修正系数，不同环境温度下的电缆载流量修正系数见表1-5。
表1-5 不同环境温度下的电缆载流量修正系数
| 电缆芯线实际工作温度/℃ | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| 修正系数 | 1.22 | 1.17 | 1.12 | 1.06 | 1.0 | 0.94 | 0.87 | 0.79 | 0.71 |
向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流
＝＝ ﹙1-6﹚
式中 —移动变电站额定容量，kVA；
—移动变电站高压侧额定电压，V；
—移动变电站高压侧额定电流，A；
向两台移动变电站供电时，最大长时负荷电流为两台移动变电站高压侧额定电流之和，即
＝+＝ ﹙1-7﹚
向三台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为
＝ ﹙1-8﹚
式中 —折算至移动变电站高压侧最大长时负荷电流，A；
—由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，kW；
—用电设备额定电压，V；
—变压器的变化；
—用电负荷加权平均功率因数。
﹙3﹚ 按短路电流热稳定校验电缆截面 为确保最大短路电流通过时电缆绝缘受热不被老化，高压电缆所选主芯线截面应大于等于最小热稳定截面的要求。最小热稳定截面计算如下。
＝ ﹙1-9﹚
式中 —电缆的最小热稳截面，；
—通过电缆的最大短路电流, A；
—短路电流的持续时间，取井下高压配电装置断路器跳闸时间，约为0.25秒。
C—电缆芯线热稳定系数，见表1-6。
表1-6 10kV及以下电缆的热稳定系数
| 芯线绝缘材料 | 短路允许温度/℃ | ||||||
| 铝线 | 铜线 | ||||||
| 120℃ | 150℃ | 200℃ | 120℃ | 150℃ | 200℃ | 230℃ | |
| 橡胶 聚乙烯 交联聚乙烯 | 75 63 53 | 87 — 70 | 100 — 87 | 100 95 80 | 120 — 100 | 145 — — | — — 141 |
﹙4﹚ 按允许电压损失校验电缆截面 电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用表示。对于10kV及以下高压电缆线路电压损失率，我国规定的标准为7%，在计算电压损失时，其长度应从地面变电所至移动变电站进线处。电压损失计算公式为
＝×100% ﹙1-10﹚
或 ＝()×100% ﹙1-11﹚
式中 —电缆线路电压损失率，%
—通过电流的最大长时工作电流，A；
，—分别为电缆所带负荷的功率因数和对应的正弦值；
P—负荷有功功率，W；
—电缆线路的额定电压，V；
—电缆长度，km；
,—分别为电缆线路单位长度的电阻和阻抗， ，可由表1-7和表1-8求取。
表1-7 矿用1kV橡套电缆单位长度电阻和阻抗 单位：
| 相阻抗 | 电缆型号 | 截面 / | ||||||||
| 2.5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 | ||
电阻 | MZ、MZP MY、MYP MC、MCP | 8.83 — — | 5.39 4.66— | — 3.13— | — 1.83 1.85 | — 1.16 1.25 | — 0.732 0.794 | — 0.522 0.579 | — 0.380 0.416 | — 0.267— |
| 电抗 | 0.101 | 0.095 | 0.092 | 0.090 | 0.088 | 0.084 | 0.081 | |||
表1-8 矿用千伏级及以上屏蔽橡套电缆电阻和阻抗 单位：
| 截面/ | 型号 | ||||||||
| MYP、MCP | MCPT、MCPTJ | MYPJ、MYPTJ、6﹙10﹚kV | |||||||
| X | X | X | |||||||
| 10 16 25 35 50 70 95 | 1.83 1.16 0.732 0.522 0.380 0.267 0.195 | 2.159 1.369 0.8 0.616 0.448 0.315 0.230 | 0.092 0.090 0.088 0.084 0.081 0.078 0.076 | — — — 0.579 0.416 0.293 0.209 | — — — 0.683 0.419 0.346 0.247 | — — — 0.084 0.081 0.078 0.076 | — (1.24) （0.795) 0.522(0.566) 0.370(0.393) — — | — — — 0.616 0.437 — — | — — — 0.084 0.08 — — |
1、矿用低压电缆型号选择
电缆的型号主要依据电压等级、使用环境、机械设备的工作情况来确定，所选电缆的型号必须符合《煤矿安全规程》的规定。根据《矿井供电技术》课程表4-1煤矿井下移动设备常用阻燃电缆的选择。向采煤机供电电缆应选双屏蔽型MCPT型，向喷雾泵、乳化液泵、刮板输送机等供电电缆选MYP型。
2、低压电缆长度的确定
电缆有一定柔性，考虑到敷设时会出现弯曲及工作情况等，铠装电缆按所经巷道长度的1.05倍计，橡套电缆按所经巷道长度的1.10倍计，移动设备的电缆还需增加机头部分活动长度3～5米，半固定设备的电动机至就地控制器的电缆长度，一般去5～10米。
3、低压电缆芯线数的确定
低压电缆芯线数目主要取决于控制按钮是否装在工作机械上，分两种情况来考虑：
① 控制按钮不装在工作机械上或另设控制电缆。如输送机、液压绞车等，供电电缆选4芯的，其中3芯为动力回路，另1芯线作地线用。
② 控制装在工作机械上。如采煤机、装岩机等，视具体需要选7～11芯。信号电缆芯线根数要按控制信号、通讯系统的需要决定，并留有备用芯线，电缆中的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼做其他用途。
4、低压电缆主芯线截面的选择
低压动力电缆主芯线截面选择的原则如下：
① 按最大工作电流选择主截面，最大工作电流不大于电缆的长时允许电流，以保证在电缆正常运行时不过热。
② 按电缆的机械强度应符合用电设备使用场合的要求选择截面。防止设备在运行中电缆弯曲过度、打结、扭伤或砸碰等绝缘损坏，引起断线或短路事故。
③ 按允许电压损失选择主截面，以保证电动机正常运转。
④按距离最远，功率最大的电动启动时校验电压损失，以保证该电动机能够正常启动，同时已启动的电动机能够正常运转。
⑤ 用熔断器保护的应按熔件额定电流与两相短路电流和电缆最小截面的配合要求进行校验。
⑥ 按过流保护装置动作灵敏度要求校验电缆截面。
实际应用中，对于向一台电动机供电的支线电缆主芯线截面，按原则①、②初选；对于向多台电动机供电的干线电缆按①、③选择，两者均应按其余条件进行校验。
5、低压电缆主芯线截面选择计算
﹙1﹚ 按长时最大工作电流选择 对于电缆向一台电动机供电时，流过电缆的长时最大工作电流为电动机的额定电流。
＝＝ ﹙1-12﹚
式中 —线路长时最大工作电流，A；
—电动机的额定电流，A；
—电动机的额定电压，V；
—电动机的额定动率，kW；
—电动机额定功率因数；
—电动机额定效率。
对于电缆向两台电动机供电时，长时最大工作电流取两台电动机额定电流之和，即
＝+ ﹙1-13﹚
对于向三台及以上电动机供电的干线电缆，长时最大工作电流用式﹙1-14﹚计算。
＝ ﹙1-14﹚
式中 —干线电缆长时最大工作电流，A；
—干线所带电动机额定功率之和，kW；
—用电设备额定电压，V；
—需用系数；
—所带负荷的加权平均功率因数。
﹙2﹚ 电缆主芯线截面的选择 选择要求为：
K≥ ﹙1-15﹚
式中 K—不同环境温度修正系数，参见表1-5；
—环境温度为25℃时，电缆长时允许负荷电流，A，见矿井供电技术课程表4-2。
由长时最大工作电流查表4-2，确定电缆的标称主截面。
﹙3﹚ 按满足机械强度要求选择电缆截面 依照煤矿井下机电设备工作现状，满足机械强度要求的电缆最小截面见表1-9。
﹙4﹚ 按允许电压损失校验主截面 ﹙煤矿井下供电设计技术规定﹚规定：对距离最远、容量最大的电动机﹙如采煤机、工作面输送机等﹚，在重载情况下应保证启动，电动机启动时的端电压不低于额定电压的75%校验。正常运行时电动机的端电压允许偏移额定电压的5%，个别特别远的电动机允许偏移8%～10%。
正常工作时线路允许电压损失的计算为：
＝－0.95 ﹙1-16﹚
式中 —大容量电动机启动时电网的允许电压损失，V；
—变压器二次侧额定电压，V；
—电动机额定电压，V。
表1-9 井下机电设备满足按机械强度要求的电缆最小截面
| 用 电 设 备 名 称 | 要求最小截面/ |
| 各种采煤机 带式输送机、刮板输送机和转载机 小功率刮板输送机 安全回柱绞车、装岩机 调度绞车、照明干线 手持式煤电站 | 50～95 25～50 10～25 16～25 4～6 4～6 |
表1-10 不同电网在正常运行与最大允许电压损失
| 额定电压/V | 变压器副边额定电压/V | 正常运行时电动机负偏移5% | 个别情况下电动机最大负偏移10% | ||
| 电动机运行最小端电压 | 允许电压损失 | 电动机运行最小端电压 | 允许电压损失 | ||
| 127 380 660 1140 3300 | 133 400 693 1200 3465 | 121 361 627 1083 3135 | 12 39 63 117 330 | 114 342 594 1026 2970 | 19 58 99 174 495 |
≥＝++ ﹙1-17﹚
图1-1 采区低压电网电压损失分布图
① 电缆支线电缆电压损失 支线电缆电压损失为
＝﹙﹚ ﹙1-18﹚
式中 —支线电缆电压损失，V；
—支线电缆工作电流，通常取电动机的额定电流，A；
，—支线电缆电阻，电抗值，；
—电动机功率因数，取电动机额定功率因数；
—功率因数角对应的正弦值；
实际现场中，某矿井下1140V及以下电压等级的供电系统，低压电缆截面一般在70以下,最大不超过95，此时≤，式﹙1-18﹚可简化为
＝ ﹙1-19﹚
由于支路电流近似为电动机的额定电流，即将
＝＝，＝
代入上式，支线电缆电压损失计算式可写为
＝ ﹙1-20﹚
式中 —终端负荷中线路最长，容量最大的支线电缆电压损失，V；
, ,—依次为电动机额定功率，kW；额定电压，V；额定效率；
—铜芯电缆材料的电导系数，m/﹙﹚、取42.5﹙芯线温度
为65℃﹚；
，—分别为支线电缆的长度，m；截面积，。
② 变压器电压损失 变压器的电压损失计算电缆线路的电压损失相同只是由于变压器绕组的电抗较大，不能忽略按式﹙1-21﹚计算。
＝ ﹙1-21﹚
式中 —变压器的电压损失，V；
—变压器的负荷电流，A；按计算负荷求取；
—变压器的功率因数，取所带负荷的加权平均功率因数；
—功率因数角的正弦值；
,—分别为变压器每相绕组的电阻、电抗值，。
一般情况下，移动变电站或干式变压器技术数据中负载损耗和阻抗电压百分数是给定的，这样需要计算变压器的电阻、电抗值。
＝＝ ﹙1-22﹚
＝＝u ﹙1-23﹚
＝ ﹙1-24﹚
式中 、、—分别为变压器每相电阻、阻抗和电抗，；
、u、、—分别为变压器的负载损耗，W；阻抗电压百分数；二次额定电压，V；额定容量，VA。
③ 干线电缆电压损失计算 为了便于计算，干线允许电压损失是在选择了供电距离最远，负荷最大支线电缆，并在计算出其电压损失和变压器的电压损失的基础上求得，由此值计算选择干线电缆的截面。
干线上允许的电压损失为
＝ ﹙1-25﹚
满足电压损失要求的干线电缆计算截面为
＝ ﹙1-26﹚
式中 —干线电缆允许电压损失，V；
—干线电缆供电的所有电动机额定功率，kW；
—变压器所带负荷的需用系数；
—干线电缆的长度，m；
—电缆材料的电导系数，m/﹙﹚，对铜芯软电缆取42.5，﹙芯线温度为65℃﹚；
—干线电缆截面，。
选择大于或等于计算的标称截面的某矿用阻燃型橡套电缆。
﹙5﹚ 按启动电缆校验主截面 采区综采工作面用电设备多为鼠笼型电动机，其启动电流可达4～7倍额定电流，对于大容量的电动机启动时造成较大的电压损失，当电压损失超过规定值时，将使电动机因端电压过低而无法启动。根据《煤矿井下供电设计技术》规定，按启动条件校验电缆主截面以综采工作面容量最大、供电距离最远的电动机在启动﹙如采煤机、刮板输送机﹚，其他工作机械在正常工作为条件，对正在启动时的电动机端电压不低于额定电压的75%进行校验。
① 启动时允许电压损失 大容量电动机启动时，线路允许电压损失为
＝ ﹙1-27﹚
电气设备允许最小启动电压为
＝ ﹙1-28﹚
当电网电压为660V时，启动时的允许电压损失＝198V，最小允许启动电压为495V；当电网电压为1140V时，启动时的允许电压损失＝345V，最小允许启动电压为855V。
② 电动机实际启动电压计算 电动机实际启动电压有不同的计算方法，这里采用全阻抗计算方法，﹙又称欧姆金算法﹚由于综采工作面供电多为供电系统的终端，可视向移动变电站供电的二次侧电压为无穷大电源，在低压侧电动机启动时，变压器二次侧电压基本不变。采用全阻抗计算法，就是通过计算变压器、
电缆线路和电动机在内的全部阻抗，求的电动机的实际启动电流和实际启动电压。
a、移动变电站供单台电动机启动验算 移动变电站向单台电动机供电系统如图1-2所示，T为移动变电站，W为电缆线路，M为电动机。
﹙a﹚供电系统图
﹙b﹚单向等效电路
图1-2 移动变电站供单台电动机启动电流回路
电动机实际启动电流为
＝ ﹙1-29﹚
式中 —移动变电站二次侧额定电压，V；
—启动电流回路电阻之和，；其值为++；
，，—分别是变压器每相的电阻、电缆线路的每相电阻、电动机启动
时的电阻，；
—启动电流回路电抗之和，；其值为++；
，，—分别是变压器每相电抗、电缆线路的每相电抗、电动机启动时的每相电抗，；
① 电动机启动时的每相阻抗、电阻、电抗
＝ ﹙1-30﹚
＝ ﹙1-31﹚
＝ ﹙1-32﹚
式中 —电动机额定电压，V；
—电动机额定启动电流，A；
，，—分别是电动机启动时的每相阻抗、电阻、电抗，；
，—电动机启动时的功率因数及相应的正弦值。
② 变压器折算到二次侧的每相电阻、阻抗、电抗
＝； ＝u；＝ ﹙1-33﹚
③ 电缆芯线每相电阻、电抗
﹙1-34﹚
式中 L—电缆的实际长度，km；
，—电缆芯线单位长度的电阻和电抗，，查表1-7和1-8。
电动机启动时的电压损失应满足
＝≤ ﹙1-35﹚
b、移动变电站供电给多台电动机（一台或两台电动机同时启动验算），移动变电站给多台电动机供电示意如图1-3所示，T为移动变电站，为干线电缆，是支线电缆。选取容量最大、供电距离最远的电动机启动，其他电动机正常运行，进行启动校验。
① 电动机的启动阻抗、电阻、电抗
=； =；
电缆支线的每相电阻=,求出电动机回路的总阻抗
﹙1-36﹚
该支路电阻和电抗化成相应的电导，电纳的关系为
﹙1-37﹚
﹙1-38﹚
② 正常运行电动机、回路每相阻抗的计算
﹙1-39﹚
﹙1-40﹚
X= ﹙1-41﹚
﹙a﹚供电系统
﹙b﹚ 启动电流回路
图1-3 多台电动机同时运行启动电流回路
支线电缆每相电阻、电抗
支路的总阻抗为
﹙1-42﹚
支路等效的电导、电纳为
= ﹙1-43﹚
= ﹙1-44﹚
同理电动机支路阻抗、电导、电纳为
﹙1-45﹚
= ﹙1-46﹚
﹙1-47﹚
③ 两台正常工作电动机并联后的电导、电纳、导纳、阻抗
﹙1-48﹚
﹙1-49﹚
﹙1-50﹚
﹙1-51﹚
④ 三台电动机支路并联后的总电导、电纳、总阻抗
﹙1-52﹚
﹙1-53﹚
﹙1-54﹚
﹙1-55﹚
各支路并联后的总阻抗、电抗为
﹙1-56﹚
﹙1-57﹚
a)启动回路总电阻、电抗、阻抗
﹙1-58﹚
﹙1-59﹚
﹙1-60﹚
b)启动时通过变压器和干线的启动电流
﹙1-61﹚
c)并联支路处的总电压
= ﹙1-62﹚
⑧ 电动机的实际启动电流、启动电压
﹙1-63﹚
﹙1-﹚
要求实际启动电压大于等于最小允许启动电压，即
≥ ﹙1-65﹚
根据采区综采工作面机电设备的布置情况，各台移动变电站所带的负荷，拟定出如附图所示的采区综采工作面供电系统图，并对部分线路电缆选择进行计算。
1、向移动变电站供电选用电缆选择
﹙1﹚ 按经济电流密度选择主截面 向四台移动变电站供电的总负荷电流为
==165.8 A
式中 —综采工作面所有用电设备额定功率之和；
—需用系数， =0.4 + 0.6=0.4 + 0.60.439
—加权平均功率因数，取0.7；
查表5-4，取电力电缆经济电流密度=2.25A/，经济截面为
选型号为MYJV22-10/240×3+3×25高压电缆，长度， =2200m。
﹙2﹚ 按长时最大允许负荷电流校验 查课本《矿井供电技术》表4-2得MYJV22-10/240×3+3×25型电缆的长时最大允许负荷电流513A,长时最大负荷电流为=165.8 A，﹤，满足要求。
﹙3﹚ 按热稳定条件校验电缆截面 电缆首段三相最大短路电流
=2406 A
=2406×=8.5﹤240 满足热稳定要求。
﹙4﹚ 按允许电压损失校验电缆截面 查表1-8得， =0.74时，240铜芯电缆的每兆瓦公里负荷矩的电压降为：K=0.185%。按公式：=KPL计算
式中 K—每兆瓦公里负荷矩电缆中电压的损失的百分数，其数值可查表；
P—电缆输送的有功功率，MW；
L—电缆线路的长度，Km。
=0.185%×4.581×2.54=2.15%
用同样的方法可求出地面变电所到井下变电所的总压降：
=1.86%
则总压降： = + =2.15% + 1.86%=4.01%﹤7%。
所选MYJV22-10/240×3+3×25型高压电缆能够满足供电的要求。
2、低压电缆截面的选择
低压电缆型号与用途的确定参照课本《矿井供电技术》表4-1，按表1-9满足机械强度要求初选低压电缆主芯线截面，下面对四个移动变电站进行低压电
缆主芯线截面的校验。
1．1号移动变电站供电系统
﹙1﹚正常运行时的电压损失
① 变压器内部电压损失 查表KSGZY-2000/10,10000/3300移动变电站负载损耗=4950W,阻抗电压u=5.5%。
变压器每相电阻、电抗值。
=0.0135
1号移动变电站其负荷为采煤机，实际负荷电流为
=312.9A
根据实际情况，估计需用系数为1，加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.85。
变压器的电压损失为
V
变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.85，即
，
② 采煤机供电的电缆电压损失
=V
向采煤机供电线路的总电压损失为
V＜V
满足供电质量的要求。
2．2号移动变电站供电系统
﹙1﹚ 正常运行时的电压损失
① 变压器内部电压损失 查表得KSGZY-2000/10， 10000/3300V移动变电站负载损耗=4950W，阻抗电压u=5.5%。
变压器每相电阻、电抗值。
=0.0135
2号移动变电站其负荷为刮板输送机，实际负荷电流为
A
根据实际情况，估计需用系数为1，加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.82。
变压器的电压损失为
V
变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.82。即
，
② 刮板输送机机供电的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的刮板输送机机头电动机进行电压损失校验。
V
向刮板输送机供电线路的总电压损失为
V＜V
满足供电质量要求。
3．3号移动变电站供电系统
﹙1﹚ 正常运行时的电压损失
① 变压器内部电压损失 查表得KSGZY-1600/10， 10000/1140V移动变电站负载损耗=3800W，阻抗电压u%=5.5%。
变压器每相电阻、电抗值
Ω
Ω
Ω
3号移动变电站其负荷为转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵，实际负荷电流为
=A
根据实际情况，估计需用系数为0.59，加权平均功率因数取负荷统计时的值，为0.87。
变压器的电压损失为
V
变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.87。即
，
② 向转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵供电的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的转载机电动机进行电压损失校验。
V
向转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵供电线路的总电压损失为
V＜V
满足供电质量要求。
4．4号移动变电站供电系统
﹙1﹚ 正常运行时的电压损失
① 变压器内部电压损失 查表得KSGZY-1000/10， 10000/1200V移动变电站负载损耗=700W，阻抗电压u=4.5%。
变压器每相电阻、电抗值
Ω
Ω
Ω
4号移动变电站其负荷为带式输送机、回柱绞车、照明，实际负荷电流为
=A
根据实际情况，估计需用系数为0.97，加权平均功率因数取负荷统计时的
值为0.84。
变压器的电压损失为
V
变压器的功率因数，取加权平均功率因数0.84。即
，
② 向带式输送机、回柱绞车供电的电缆电压损失：以供电距离最远、电动机功率最大的带式输送机电动机进行电压损失校验。
V
向带式输送机、回柱绞车供电线路的总电压损失为
V＜V
满足供电质量要求。
6 短路电流的计算
6.1 计算短路电流的目的
在采区综采工作面供电计算中，计算短路电流的目的在于校验电器设备开断的能力、电缆的热稳定及校验保护装置的灵敏度等。为此，需要计算某设备安装处最大三相短路电流和开关保护范围末端最小量短路电流。短路产生的后果极为严重，为了短路的危害和缩小故障影响范围，在供电设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题。
﹙1﹚选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。
﹙2﹚设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。
﹙3﹚确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时，可采取短路电流的措施。
﹙4﹚确定合理的主接线方案和主要运行方式等。合理计算短路电流，关键在于短路点的选取，通常选择在保护线路的始端、末端作为短路点。以便计算所需最大三相短路电流和最小两相短路电流。
6.2 短路电流的计算
短路电流的计算方法有解析法、表格法，两种方法的实质都是欧姆定律的应用。
1．移动变电站高压进线电缆短路电流计算
移动变电站高压进线6kV或10kV供电系统短路电流计算方法相同，在计算短路电流时，通常选用电网的平均电压作为计算值，矿井常用标准电压等级的平均电压见表1-11.
表1-11 标准电压等级的平均电压
| 标准电压/kV | 0.127 | 0.38 | 0.65 | 1.140 | 3.3 | 6 | 10 | 35 |
| 平均电压/kV | 0.133 | 0.40 | 0.69 | 1.20 | 3.4 | 6.3 | 10.5 | 37 |
1．计算短路回路中各元件阻抗
﹙1﹚ 电源系统的电抗
== ﹙1-66﹚
式中 —电源系统电抗，；
—平均电压，V；
—稳态三相短路电流，A；
—井下电源变电所母线短路容量，MVA。
﹙2﹚ 10kV电缆线路的阻抗
﹙1-67﹚
式中 ，—电缆线路单位长度的电阻、电抗值，；
—井下电源变电所至综采工作面移动变电站电缆的总长度，km；
短路回路的总阻抗
﹙1-68﹚
三相短路电流
= ﹙1-69﹚
两相短路电流
﹙1-70﹚
短路容量
﹙1-71﹚
2．低压电网短路电流的计算
采区综采工作面低压电网短路电流计算时，短路点一般选在移动变电站二次侧出口处和低压配电线路首、末两端，计算方法有解析法和查表法。
﹙1﹚解析法计算短路电流
三相短路电流
﹙1-72﹚
两相短路电流
﹙1-73﹚
式中 ,—分别为移动变电站二次侧额定电压，电网的平均电压，V；
，—分别为计算点三相短路电流，两相短路电流，A；
Z—短路回路等效每相的总电阻，；
﹙1-74﹚
﹙1-75﹚
式中 —移动变电站高压侧电缆折算到低压侧的每相电阻，；
—移动变电站每相电阻值，；
—移动变电站高压侧电缆折算到低压侧的电抗值，；
—移动变电站每相电抗值，；
图1-4 采区综采工作面部分供电系统图
1．各元件电抗的计算 10kV高压供电系统，在计算短路电流时，忽略短路回路中各元件的电阻。
﹙1﹚ 系统折算电抗
其中，10kV系统的平均电压10.5kV；3300V系统平均电压=3.4kV。
﹙2﹚ 高压电缆折算阻抗
查表1-8得MYJV22-10/240×3+3×25-2540m高压电缆=0.114Ω/km, =0.08Ω/km。
﹙3﹚ 移动变电站阻抗
查表5-8得KSGZY-2000/10/3.3kV移动变电站，阻抗电压= 5.5%，负载
损耗=4950W。
﹙4﹚ 移动变电站二次出线端最小两相短路电流；
kA
﹙5﹚ 采煤机电缆阻抗
查表1-8得电缆MCPT3×150+1×25-450m， 每相单位阻抗值= 0.08Ω/km.
Ω
﹙6﹚ 短路回路的总阻抗
Ω
Ω
﹙7﹚ 采煤机电机处两相短路电流
kA
2、采区综采工作面移动变电站到刮板机机头电机处电缆短路电流计算
﹙1﹚ 系统折算电抗
﹙2﹚ 高压电缆折算阻抗，如上；
﹙3﹚ 刮板输送机电缆阻抗
查表1-8得MYP-70×3+3×16-（400m+50m）电缆=0.3515Ω/km, =0.078Ω/km， ，。
﹙4﹚ 短路回路的总阻抗
﹙5﹚ 刮扳输送机电机处两相短路电流
kA
3、采区综采工作面移动变电KSGZY-1600/10/1.2kV到转载机机头电机处电缆短路电流计算
﹙1﹚ 系统折算电抗
﹙2﹚ 高压电缆折算阻抗；
﹙3﹚ 移动变电站阻抗
查表1-8得KSGZY-1600/10/1.2kV移动变电站，阻抗电压u= 4.5%，负载损耗=3800W。
﹙4﹚ 移动变电站二次出线端最小两相短路电流；
kA
﹙5﹚ 转载机电缆阻抗
查表1-8得MYP-70×3+3×16-（450m+50m）电缆=0.3515Ω/km, =0.078Ω/km。 。
﹙6﹚ 短路回路的总阻抗
（7）转载机电机处两相短路电流
kA
3、采区综采工作面移动变电KSGZY-1000/10/1.2kV到带式输送机电机处电缆短路电流计算
﹙1﹚ 系统折算电抗
﹙2﹚ 高压电缆折算阻抗；
﹙3﹚ 移动变电站阻抗
查表1-8得KSGZY-1000/10/1.2kV移动变电站，阻抗电压u=4%，负载损耗
=700W。
﹙4﹚ 移动变电站二次出线端最小两相短路电流
﹙5﹚ 带式输送机电缆阻抗
查表1-8得MYP-16×3+3×4-（200m+20m）电缆=1.369Ω/km, =0.09Ω/km。 。
﹙6﹚ 短路回路的总阻抗
﹙7﹚ 带式输送机处两相短路电流
Ka
表1-12 各变压器短路电流
| 编号 | 变压器 容量 | 负荷 | 电压/V | 变压器二次侧最小两相短路电流 | 最远点的短路电流 | |
| 电流A | 短路地点 | |||||
| 1 | 2000kVA | 采煤机 | 3300 | 2972 | 2174 | 电机处 |
| 2 | 2000kVA | 刮板机 | 3300 | 2972 | 2663 | 刮板机头 |
3 | 1600kVA | 转载机 破碎机 乳化泵 喷雾泵 | 1140 | 5319 | 2820 | 转载机电机处 |
4 | 1000kVA | 回柱绞车、带式输送机 | 1140 | 987 | 838 | 带式输送机 |
7.1 高压配电装置的选择
采区综采工作面供电系统中，移动变电站进线电源多是由采区变电所高压配电箱供给，当综采工作面顺槽较长，特别是高产高效矿井，为了使工作面配电点的设备维修方便，有时也将隔爆型高压配电箱设置在工作面顺槽入口处，作为综采工作面供电系统中高压的总开关。
矿用高压配电箱有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器三种，根据矿井真空化的要求，应优先选用真空断路器的高压配电箱；矿用一般型高压配电箱﹙又称高压开关柜﹚有固定式和手车式两种。固定式价格较低，但维护检修不如手车式方便，手车式维护检修方便，故障时可更换备用手车迅速回复供电但价格较固定式高，设计时，应根据要求选择。
根据《煤矿安全规程》有关规定，高压配电装置的形式必须符合表1-13的要求，通常选择矿用隔爆型高压真空配电装置。根据要求确定高压配电装置的形式和参数。
﹙1﹚ 电气参数选择 隔爆高低压配电装置电气参数应按工作条件选择。设备额定电压不应小于所装设出电网的额定电压；额定电流不应小于所控制的设备或线路的长时最大工作电流。
﹙2﹚ 根据短路条件校验 矿用10kV隔爆型高压真空配电箱的断路器的分析能力为100MVA。在实际应用中，在选择井底变电所高压配电装置时以对高压进线母线的短路容量加以。一般情况下，在综采工作面供电系统中，高压真空配电箱的断路器分析能力能够满足要求，可不必进行短路条件的校验。
表1-13 井下电气设备选用规定
| 类别 | 煤﹙岩﹚与瓦斯﹙二氧化碳﹚突出矿井和瓦斯喷出区域 | 瓦斯矿井 | ||||
| 井底车场、总进风巷和主要进风巷 | 翻车机硐室 | 采区掘进巷 | 总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作面和工作面进回风巷 | |||
| 低瓦斯矿井 | 高瓦斯矿井 | |||||
| 高低压电机和电气设备 | 矿用防爆型﹙矿用增安型除外﹚ | 矿用一般型 | 矿用一般型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型﹙矿用增安型除外﹚ |
| 照明灯具 | 矿用防爆型﹙矿用增安型除外﹚ | 矿用一般型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型﹙矿用增安型除外﹚ |
| 通信、自动化装置和仪表、仪器 | 矿用防爆型﹙矿用增安型除外﹚ | 矿用一般型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型 | 矿用防爆型﹙矿用增安型除外﹚ |
2． 煤﹙岩﹚与瓦斯突出矿井井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机。
3． 允许使用经济安全监测鉴定并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。
7.2 隔爆型低压配电装置选择
采区综采工作面选用的电器设备必须符合《煤矿安全规程》的规定，即综采工作面选用的低压电器设备一律为隔爆型、本质安全型或隔爆兼本质安全型。低压电器设备选择原则如下。
1．结构及性能
① 作馈电用的总开关或分路开关，磁力启动器的额定电压应与所在电网电压等级相符；开关的额定电流应大于等于用电设备的额定工作电流。
② 尽量选用性能稳定、安全可靠、保护完善的新产品。
③ 对于不需要经常正、反转控制的生产机械，如采煤机、截煤机、输送机等，选用不可逆真空磁力启动器；对于需要经常正、反转控制的生产机械，如回柱车绞车、调度绞车等，选用可逆真空磁力启动器。
④ 对于工作面用电设备较多的情况，根据生产机械拖动电动机的要求，选用组合式磁力控制开关。
⑤ 对向煤电站、照明设备供电，选用变压器综合装置等。
⑥ 对不经常启动的生产机械，如局部通风机、照明设备等，可选用手动启动器。
⑦ 各类低压开关的接线喇叭口的数目要满足电网接线的要求，喇叭口的出口内径要与所用电缆外径相适应。
d)低压配电开关的分断能力应大于被保护线路三相短路电流。
3．保护装置
开关设备的继电保护装置应满足《煤矿安全规程》的要求，具体选用原则如
下。
① 向采区综采工作面供电的移动变电站的低压馈电开关或低压保护箱，应具有过载保护、短路保护、失压保护、漏电闭锁和漏电跳闸保护装置。
② 控制电动机的真空磁力启动器，一般均应具有短路保护、过载保护、断相保护、过电压保护和漏电闭锁保护装置。
③ 采区变电所的总低压馈电开关，应设有短路保护、过载保护、漏电保护装置，或至少要装设漏电和短路保护装置。
④ 采区变电所内的分路馈电开关及配电点的总馈电开关，应装设短路保护、过载保护、漏电保护或选择性的漏电保护装置。
⑤ 低压电器设备的额定电压应不小于所在电网的额定电压，电气设备的额定电流应不小于其所控制线路的最大长时工作电流，当低压开关按极限分断电流选择合格后，一般不在校验动、热稳定性。
8 防雷与接地
8.1 概述
雷电是由于地面湿气受热上升或空中不同冷、热气团相遇凝成水滴或冰晶形成积云，在运动时是电荷发生分离，当电荷积聚到足够数量时，就在带有不同电荷的云间或由于静电感应而产生不同电荷的云地间发生放电现象，电气设备在运行中承受的过电压主要是由系统参数变化时电磁能产生振荡引起的内部过电压和来自外部的雷电过电压。
8.2 防雷保护
1． 直击雷保护
变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊成网状。
﹙1﹚ 保护范围
屋外配电装置、变压器、主控楼屋内配电装置、构架等。
﹙2﹚ 保护措施：采用避雷针和避雷线进行保护。
﹙3﹚ 避雷针装设应注意的问题
应妥善采用避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。根据《电力设备过电压保护技术规程》规定。
① 避雷针﹙线﹚宜设的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。
② 110V及以上配电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6kV及以上配电装置，允许将避雷针装在其构架或房顶上；35kV及以上高压配电装置构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置，避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。
﹙4﹚ 变电所的防雷保护
变电所是重要的电力枢纽，一旦发生雷击事故，就会造成大面积停电。一些重要设备如变压器等，多半不是自恢复绝缘，其内部绝缘如发生闪路，就会损坏设备，因此，变电所实际上是完全耐雷的。
变电所的雷击事故来自两个方面：一个雷击变电所；二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电所。
为了防止变电所遭受直接雷击，需要安装避雷针、避雷线和辅助良好的接地网，装设避雷针﹙线﹚应使变电所的所有设备和建筑物处于保护范围内，还应使被保护物与避雷针﹙线﹚留有一定距离，因为雷直击避雷针﹙线﹚瞬间的地电位可能提高，如果距离不够大，则有可能发生放电，这种现象称避雷针﹙线﹚对电器设备的反击或闪路。
按实际运行校验后，我国标准目前推荐和应满足下式要求：
≥0.2×+0.1h
≥0.3×
≥0.2×4.5+0.1×2
≥0.3×4.5
2．避雷针
避雷针的保护原理是雷云放电时使地面电厂畸变，在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，在经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。
对较大面积的变电所进行保护时，采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大，因此，为了对本站覆盖，采用四支避雷针，被保护变电所总长113m，宽103m，查手册，门型架构高21m。
；；
所以，避雷针的高度h为：h=21+=42.8m
四支避雷针分成两个三只避雷针选择。
验算：首先验算1、2、3号避雷针。
对保护的高度
1、2号针之间的高度： m﹥15m
2、3号针之间的高度： m﹥15m
1、3号针之间的高度： m﹥15m
由上可见，对保护物的高度是能满足要求的。
对保护宽度：
1、2号针的保护宽度： =1.5×（-）=1.5×﹙28.1-21﹚=10.65m﹥0m
2、3号针的保护宽度： =1.5×（-）=1.5×﹙26.72-15﹚=8.49m﹥0m
由此可见，对保护物的宽度是满足要求的。所以123针是满足要求的。
由于4针的摆放是长方形，所以134针也是满足要求的。即，4支高度选为43m的避雷针能保护整个变电所。
3．避雷器
主要用来保护变压器，以免雷电流冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所。因此要求避雷器应尽量靠近变压器安装处，其接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地。根据《电力设备过电压保护技术规程》规定。
① 变电站的每相母线上都应安装设阀型避雷器，应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。
② 与架空线联络连接的三绕组变压器的10kV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施，在其一相出线上设一支阀型避雷器。
4．采区保护接地
煤矿井下保护接地系统由主接地极、局部接地极﹙单独接地体﹚、接地母线、辅助接地母线、接地导线和连接导线组成。煤矿井下的共同接地线是利用铠装电缆的金属钢带和橡套电缆的接地新鲜，把井下所有接地装置和移动设备的外壳连接起来后，在与水仓中的接地极相连，构成井下总接地网。
根据《煤矿安全规程》规定下列地点应装设局部接地极：
① 采区变电所﹙包括移动变电站和移动变压器﹚。
② 装有电气设备的硐室和单独设置的高压电气设备。
③ 低压配电点或装有3台以上电气设备的地点。
④ 无低压配电点的采煤机工作面的运输巷、回风巷、集中运输巷﹙胶带运输巷﹚以及有变电所单独供电的掘井工作面至少分别设置一个接地极。
⑤ 连接高压动力电缆的金属连接装置。
采区保护接地系统：
采区变电所设局部接地极采用面积为0.6、厚度为3mm钢板置于变电所的水沟里，接地母线采用截面100、厚度4mm的扁钢，各电器设备外壳均采用25的裸钢线或截面不小于50的镀锌铁线与接地母线或局部接地极连接，主接地极通过变电所在采区变电所的高压屏蔽电缆接地芯线与局部接
地连接。
工作面电气设备通过接地腔内的接地端子连接外壳与接地线连接，接地母线与局部接地极板连接。
采煤下料道与皮带运输巷均采用长1.5m，直径35mm的钢管做局部接地极，在钢管上至少钻20个直径不小于5mm的透眼，接地导线为25铜线。
煤电站综合保护的主接地极用25的裸铜线连接，辅助接地极采用与局部接地极相同的钢管垂直埋在距综合保护的主接地极应大于5m的潮湿处。
采掘工作面移动设备的金属外壳采用橡套电缆中的接地芯线与配电点的控制设备外壳相连，通过电缆接到低压配电点的局部接地极，组成一个保护接地网。
9 采区变电所的防火措施
① 采区变电所硐室必须采用耐火材料建筑，硐室出口附近5m之内的巷道支架应用耐火材料支护。
② 硐室出口处必须设置两重门，既铁板门和铁栅门，铁栅门在平时关闭，铁板门平时向外敞开，当硐室内发生火灾时，铁板门能自动或手动关闭，对铁板门和铁栅门的要求符合《煤矿安全规程》的规定。
③ 为了通风良好，《煤矿安全生产规程》规定硐室长度超过6m时，必须在硐室两边各设一个出口，出口处必须符合煤矿安全生产要求。硐室内最高温度不得超过附近巷道中温度5℃
④ 硐室敷设的电缆，根据《煤矿安全规程》规定要将其黄麻外皮剥掉，同时应定期
在铠装层上加涂防锈油漆，硐室内应设有砂袋、砂箱及干式灭火器材。
10 照明系统设计
10.1 概述
良好的照明是安全生产和提高劳动生产率的必要条件，也是煤矿井下文明生产的标志之一。矿井照明良好不但对于提高煤矿劳动生产率、保证煤炭质量有很大影响，而且对减少人身事故、保持工作人员健康有重大作用。
10.2 井下照明系统
井底车场的照明供电电源，一般来自变电所；工作面照明的电源来自移动变电站或采区变电所。根据《煤矿安全规程》的规定，井下照明额定供电电压不得超过127V，因此井下照明网络中，必须采用专用的或与电煤钻合用的KSG型矿用隔爆型干式变压器，将井下主变电所、采区变电所、移动变电站送来的380V、660V、1140V电压变成127V。
10.3 井下照明系统的设计要求
《煤矿安全规程》规定，井下下列地点必须有足够的照明：
① 井底车场及其附近；
② 机电设备硐室、调度室、机车库、爆破材料库、候车室、信号站瓦斯抽放泵站等；
③ 使用机车的主要运输巷道、作人行道的集中带式输送机巷道、升降人员的绞车道以及升降物料和人行交替使用的绞车道，其照明灯的间距不
得大于30m；
④ 主要进风巷的交叉点和采区车场；
⑤ 从地面到井下的专用人行道；
⑥ 综合机械化采煤工作面，照明灯间距不大于15m。
11 设计总结
本论文根据采区变电所的设计原则，围绕矿井10kV变电所设计这一课题展开设计。本设计方案符合《煤矿安全规程》，《煤矿工业设计规范》，根据石嘴山煤矿3301采区现场的实际情况，本着一切从实际出发，应用理论知识指导实践的原则，对采区供电系统进行设计。本设计分为三部分，第一部分为原始资料；第二部分为设计过程；第三部分为参考资料。设计中阐述了采区供电系统中各电器设备的设计过程，如变压器、高压配电箱、电缆的选择方法以及避雷针、避雷器的选择，并对其进行整定和校验，设计中详细阐述了电缆及设备的选择原则和井下供电系统应采取和中保护及其重要性，通俗易懂。再设计过程中，考虑到多方面的因数，在设备选型过程中，充分满足供电的可靠性、安全性、经济性及技术合理性。
通过本次设计让我对矿山供电系统有了更加深入的了解，让学会应用煤矿供电理论知识具体解决井下供电的技术问题，让我能熟练的查阅技术资料和各种文献，培养了设别的负荷计算、选型及绘图能力，掌握了采区的设计步骤及采取设备的选型、整定及校验，掌握了井下的技术经济及矿井安全的基本知识，这对我在今后的工作岗位中有非常重要的帮助。
致谢语
在本次论文设计过程中，除了自己的努力外，更多的是来自孟老师的辅导，并提供大量的资料和宝贵意见，在此对他表示衷心的感谢。孟老师治学严谨、学识渊博、事业雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了明确的学术目标。领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。
我还要感谢一起努力的同学，感谢他们在四年里对我学习和生活的关心，他们开阔的视野，认真而执着的态度，促使我在你四年的学习和工作中不断探索。
总而言之，正是得益于他们的指导和帮助，我才有能力完成此次毕业设计，在此特向老师和同学们表示崇高的敬意和由衷的感谢！
参考文献
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附录A
采区综采工作面部分供电系统图
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