电缆_开关的选择要点

目录

一．采区、工作面概况 (1)

二．选择变压器 (1)

变压器统计报表 (2)

三．拟订供电系统图 (2)

四．选择高压配电装置 (2)

五．选择高压电缆 (3)

六．选择低压开关、起动器 (4)

低压开关统计报表 (4)

七．选择低压电缆 (4)

(1)依据通过电缆的工作电流初选 (5)

(2)正常运行时回路电压损失校验 (5)

(3)电机起动时端电压校验 (6)

低压电缆统计报表 (8)

八．短路电流计算 (8)

九．高压开关保护装置整定 (10)

十．低压开关和移变高馈保护装置整定 (12)

开关整定明细表 (15)

十一．绘制供电系统图和机电设备布置图 (15)

十二．主要参考依据 (15)

一．采区、工作面概况

采区、工作面地质条件，采煤方法、巷道布置以及机电设备容量、分布情况，采区变电所及采掘工作面配电点位置。 工作面巷道布置如图。

二．选择变压器

1)主要用电负荷统计表

2)确定工作面变压器容量、台数

根据综合技术、经济指标，确定变压器容量及台数。

台数为2台。

计算公式及参数：

视在功率计算公式：cos cos x e

x e

s K P K P S K ?

?

??=

=

?∑∑；

x K ：需用系数；s K ：同时系数；cos ?：功率因数；

∑e

P ：参加计算的用电设备额定功率之和(kW)

该计算公式来源于《煤矿电工手册(修订本)－矿井供电》下册第348页

变压器编号：2#型号: KBSGZY-630/6/1.2

负荷额定总功率

∑e

P ：480(kW); 最大电机功率s

P ：300 (kW)；

需用系数X K ：0.775； 视在功率计算：cos x e

s K P S K ?

?=

?∑=

0.775×480

0.7

×1=531.43<630 选择变压器为：KBSGZY-630/6/1.2 校验结果：合格

变压器编号：3#型号: 盐城移变-80/6/0.4

负荷额定总功率

∑e

P ：600(kW); 最大电机功率s

P ：500 (kW)；

需用系数X K ：1；

视在功率计算：cos x e

s K P S K ?

?=

?∑= 1×600

0.85×1=705.88>80

选择变压器为：盐城移变-80/6/0.4 校验结果：不合格

变压器统计报表

三．拟订供电系统图

原则

（1）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。

（2）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。

（3）对单电源进线的采区变电所，当其变压器不超过两台且无高压馈出线时，通常可不设电源断路器；而当其变压器超过两台并有高压馈出线时，则应设进线断路器。

（4）在对生产量较大的综合机械化工作面或下山排水设备进行低压供电时，应尽量采用双回路高压电源进线及两台或两台以上的变压器，使得当一回线路或一台变压器发生故障时，另一回线路或另一台变压器仍能保证工作面正常生产及排水供电。

（5）对第一类负荷为高压设备（如高压水泵）或变压器在四台以上（即采掘工作面较集中的盘区）的采区变电所，因其已处于能影响矿井安全的地位，故应按前述井下主要变电所的接线原则加以考虑。

（6）变压器尽量采用分列运行。这是由于当采用并列运行时，线路对地电流的增加会对安全造成威胁；电网绝缘电阻的下降可使漏电继电器的运行条件恶化，在发生漏电事故时又会因一台检漏继电器控制两台变压器的馈电开关，而使停电范围加大，从而使可靠性降低之故。 （7）一个开关只能控制一种用电设备，容量愈大的开关，应排得离电源愈近。

（8）为了防止采用局扇通风的工作面的沼气爆炸事故，根据《风电沼气闭锁系统技术规范》规定，对高沼气及沼气突出的矿井，局扇的供电系统应装设专用变压器、专用电缆、专用高低压开关配检漏继电器、以及因停风或因沼气超限均需切断掘进工作面的电源的闭锁系统。对低沼气矿井局扇，仅实行风电沼气闭锁。由于局扇独立于其它供电设备线路，故不受其它电气设备故障（如漏电，短路等）跳闸的影响。

初步拟定供电系统图。

四．选择高压配电装置

1)按电气参数选择

原则：

（1）高压配电装置的型式应符合《煤矿安全规程》中规定的设备选用的有关要求，以及在国标《矿山电力装置设计规范》中的有关规定。

（2）井下高压配电装置的额定电压应与井下高压网络的额定电压等级相符，即设备的额定电压不应小于其装设处的额定电压。

2)校验断流容量

原则：

（1）由高开保护的最大三相短路电流计算的短路容量应小于矿用高开断流容量。 （2）当井下采用非矿用断路器时，其额定开断容量折半使用。

五．选择高压电缆

根据《煤矿安全规程》的规定，向移动变电站供电的高压电缆，应选用矿用监视型高压双屏蔽橡套电缆。

1)按允许持续电流选择截面 2)按经济电流密度校验

3)按短路时的热稳定性校验

4)按正常负荷和发生事故时的电压损失校验

计算公式及参数：

线路最大工作电流计算公式：

)cos 3Pe Kx gmax ????=

∑Ue I （）

（(A)；

电压损失计算公式：

)

(00?tg X R U L

P K U e

e x ?+??=

?∑（V ）；

∑e

P ：电缆负荷功率(KW)；e U ：电压； L ：电缆长度；x K ：需用系数； ?cos : 功率因数；n ：同时工作电缆根数；J ：经济电流密度；

)3(d

I ：三相短路电流；t ：短路电流作用的假想时间；C ：热稳定系数

电缆：L7

1、电缆基本参数 编号：L7；型号：；长时载流量：200（A ）； 长度：100 m ；电压e U ：6（KV ）；电缆负荷功率∑e

P ：480（KW ）

； 2、按持续工作电流计算与校验

)

cos 3Pe Kx gmax ????=∑Ue I （）

（= 0.775×480

3×6×0.85 = 42.11<200（A ）；

校验结果：合格

3、按电压损失计算与校验 电压损失绝对值：)

(00?tg X R U L

P K U e

e x ?+??=

?∑

=

0.775×480×100×(0.429+0.063×0.62)

6×1000

= 2.9<300（V ）；

校验结果：合格

4、按经济电流密度计算与校验 计算所得电缆截面：J

n I A c ?== 42.11

1×2.5 = 16.84<50（2m m ）； 校验结果：合格

5、按热稳定性计算与校验 计算所得电缆截面：C

t I A d ?=)

3(= 1527.38×0.2593.4 = 8.18<50（2m m ）；

校验结果：合格

六．选择低压开关、起动器

原则：

（1）依据《规程》，进入采区巷道的用电设备均需采用防爆型 （2）满足额定电流、额定电压的要求 （3）以下几类开关应按需要选用：

馈电用总开关和母线的分断开关

局部通风机、一般设备、远方控制和集中闭锁控制的开关 煤电钻用的变压器开关应选用综合保护器 需控制正、反转机械的开关

低压开关统计报表

七．选择低压电缆

1)确定电缆型号、芯线根数

原则：

（1）低压电缆的型号及电压等级，要在符合《煤矿安全规程》的前提下，根据实际用电设备的要求，电缆的用途和敷设场所等情况加以确定。

（2）固定敷设的动力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燃性橡胶电缆

（3）移动式和手持式设备应使用专用的不燃性橡胶电缆 （4）选择使用带有分相屏蔽的橡胶绝缘屏蔽电缆

（5）动力用橡套软电缆一般选用四芯

（6）信号电缆要按控制、信号、通信系统需求决定，并留有备用芯线 （7）橡胶电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼做其他用途

2) 确定电缆长度

原则：

（1）铠装电缆：巷道长度×1.05

（2）固定敷设的橡套软电缆：巷道长度×1.1

（3）移动设备用的橡套软电缆：使用长度＋机头部分的活动长度（3~5m ）

3)确定主芯线截面

(1)依据通过电缆的工作电流初选

原则：低压电缆严禁采用铝芯;正常工作负荷电流应≤电缆允许持续电流

计算公式及参数：

长时负荷电流计算公式：w K P I ?=

(A)；

∑e

P ：电缆负荷功率(kW)；e

U

：工作电压(V)；x K ：需用系数；cos ?: 功率因数；

该计算公式来源于《煤矿电工手册(修订本)－矿井供电》下册第370页

1、电缆编号：L5型号：UCPQ-1140-3X95；工作电压e U ：1140(V) 电缆负荷功率

∑e

P ：375(kW)；

)

cos 3Pe Iw X ?????

=∑e s U K K （）（ = 0.8×0.88×375×1000

3×1140×0.7 = 191<260（A ）； 选择电缆为：L5，长度为：100m ；校验结果：合格

(2)正常运行时回路电压损失校验

原则：

正常运行时，回路的电压损失应≤额定电压的7%~10%

计算公式及参数：

长时负荷电流：w K P I

?=

电压损失：00cos sin )w U I L R X ??????+?（

00()x e e

K P L

R X tg U ???=

+?∑(V);

∑e

P : 电缆负荷功率(kW)；e

U

: 工作电压(V)；L : 电缆长度；

0R : 每公里电阻；0X : 每公里电抗；

s K : 同时系数；x K : 需用系数；cos ?: 功率因数

计算公式来源于《煤矿电工手册(修订本)－矿井供电》下册第371页。

回路编号：L5-L6

变压器2#的电压损失绝对值：

)sin cos (2??β?+???=?x r e b U U U U

＝12×0.84×(0.7302×0.7+5.4513×0.71)＝44.35（V ）； 第一段低电缆L5的电压损失绝对值：

)(00?tg X R U L

P K U e

e x ?+??=

?∑

=

0.88×375×100×( 0.2301+ 0.075×1.02)

1140

=8.88（V ）；

第二段低电缆L6的电压损失绝对值：

)(00?tg X R U L

P K U e

e x ?+??=

?∑

=

0.88×375×100×( 0.3151+ 0.078×0.62)

1140

=10.52（V ）；

回路电压总损失:=?U 44.35+8.88+10.52 = 63.75<117 (V); 校验结果：合格。

(3)电机起动时端电压校验

原则：距采区变电所最远、容量最大的电动机启动时端电压应≥额定电压的75%

计算公式及参数:

电机起动阻抗：qe

e q I U Z ?=

3；

起动时电机相电阻：cos q q R Z ?=?；电机相电抗：sin q q X Z ?=?； 起动回路总电阻：

q T

R R R

R ++=∑1；总电抗：q T X X X X ++=∑1；

电机实际起动电流：2

2

2)

()(3∑∑+?=

X R U I sq φ

；

电机实际启动电压:q sq p Z I U ??=3(V)；

φ2U ：空载相电压；e U 2：变压器二次侧额定电压；e U ：电机额定电压；

T R ：变压器电阻；T X ：变压器电抗；cos ?：起动功率因数； qe I ：电机额定起动电流,；sq I ：电机实际起动电流,； q Z ：电机起动阻抗；q R 、q X ：电机起动相电阻、电抗；

∑R ：起动回路总电阻；∑X ：起动回路总电抗；

计算公式来源于《煤矿电工手册(修订本)－矿井供电》下册第376页。

回路编号：L5-L6

电机起动端电压计算：

电机额定电压e U ：1140（V ）；电机额定起动电流qe I ：1260（A ）； 电机起动阻抗：qe

e q I U Z ?=

3=

1140

3×1260

= 0.522365Ω；

起动功率因数cos ?：0.5；起动功率因数的正玄值?sin ：0.866； 起动时电机相电阻：cos q q R Z ?=?＝0.522365×0.5= 0.261182Ω； 起动时电机相电抗：sin q q X Z ?=?＝0.522365×0.866= 0.452368Ω； 变压器相电阻T R ：0.0167Ω；相电抗T X ：0.1246Ω； 低压电缆电阻1R ：0.05452Ω；电缆电抗1X ：0.0153Ω； 起动回路总电阻：q T

R R R

R ++=∑1＝0.0167+0.05452+0.261182＝0.332402Ω；

起动回路总电抗：

q T

X X X

X ++=∑1＝0.1246+0.0153+0.452368＝0.592268Ω；

变压器二次侧额定电压e U 2：1.2（KV ）；变压器空载相电压φ2U ：1.2（KV ）； 电机实际起动电流：

2

22)()(3∑∑+?=

X R U I sq φ

＝

1.2×1000

3×(0.332402)2+(0.592268)2

= 1020.1（A ）；

电机实际起动电压：q sq p Z I U ??=3＝3×1020.1×0.522365= 922.95（V ）； 电机起动端电压百分数：Ue

U q ＝

922.95

1140

= 80.96 %>75% 校验结果：合格。

低压电缆统计报表

八．短路电流计算

计算公式及参数：

两相短路电流：2

2

)

2()

()(2∑∑+?=

X R U I e

d

(A)；

三相短路电流：2

2

)

3()

()(3∑∑+?=

X R U I e

d (A)；

短路回路内一相电阻值的总和：

21

R R K K R R b b

b ++?=

∑；

短路回路内一相电抗值的总和

21

X X K K X X X b b

b x ++?+

=∑；

e U ：变压器二次侧额定电压；b R 、b X ：变压器的电阻、电抗； b K ：矿用变压器的变压比；x X ：根据三相短路容量计算的系统电抗值；

1R 、1X ：高压电缆的电阻电抗值；2R 、2X ：低压电缆的电阻电抗值；

计算公式来源于《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》第3页，《煤矿电工手册(修订本)－矿井供电》下册第856页。 1、短路点D05、D2#、D6的短路电流计算：

短路点所在回路序号为L5-L6，回路由高压电缆L7、L8及变压器2#和低压电缆L5、L6等

高压电缆参数：

短路容量d S ：50（MV A ）；高压电网平均电压Up ：6.3（KV ）； 高压侧系统电抗植：d

p

p x S U U X ?=

=

6.3×6.3

50

= 0.7938Ω； 第一段高压电缆：编号：L7；型号：MYJV22-3X50；长度：100 m ； 电缆电阻：=?=L r r 00.429×100×10-3 = 0.0429Ω； 电缆电抗：=?=L x x 00.063×100×10-3 = 0.0063Ω；

第二段高压电缆：编号：L8；型号：UGSP-3X50；长度：100 m ； 电缆电阻：=?=L r r 00.412×100×10-3 = 0.0412Ω； 电缆电抗：=?=L x x 00.075×100×10-3 = 0.0075Ω； 变压器参数：

变压器编号：2#；型号：KBSGZY-630/6/1.2；短路容量d S ：50 (MV A)； 变压比：e

p b U U K =

= 5；系统电抗值：d

e

e x S U U X ?=

= 0.0288Ω； 变压器每相电阻b R ：0.0167Ω；每相电抗b X ：0.1246Ω； 高压电缆总电阻1R ：0.0841Ω；高压电缆总电抗1X ：0.0138Ω； 短路回路内一相电阻值的总和：

b b

b R K K R R +?=

∑1= 0.0841

5×5 + 0.0167 = 0.020064Ω；

短路回路内一相电抗值的总和：

b b

b x X K K X X X +?+

=∑1= 0.0288+ 0.0138

5×5 +0.1246 = 0.153952Ω；

短路电流计算（短路点名称：D2#）： 两相短路电流：

2

2)2()()(2∑∑+?=

X R U I e

d =

1.2×1000

2×0.0200642+0.1539522

= 3864.64(A)；

三相短路电流：

2

2)3()()(3∑∑+?=

X R U I e

d =

1.2×1000

3×0.0200642+0.153952

2 = 4462.5 (A)；

第一段低压电缆：编号：L5；型号：UCPQ-1140-3X95；长度：100 m ； 电缆电阻：=?=L r r 00.2301×100×10-3 = 0.02301Ω； 电缆电抗：=?=L x x 00.075×100×10-3 = 0.0075Ω；

第二段低压电缆：编号：L6；型号：UPQ-1140-3X70；长度：100 m ； 电缆电阻：=?=L r r 00.3151×100×10-3 = 0.03151Ω； 电缆电抗：=?=L x x 00.078×100×10-3 = 0.0078Ω；

低压电缆总电阻：2R = 0.05452Ω；低压电缆总电抗：2X =0.0153Ω； 短路回路内一相电阻值的总和：

21R R K K R R b b

b ++?=

∑= 0.0841

5×5 +0.0167+0.05452 = 0.074584Ω；

短路回路内一相电抗值的总和：

21X X K K X X X b b

b x ++?+

=∑=0.0288+ 0.0138

5×5 +0.1246+0.0153 = 0.169252Ω；

短路电流计算（短路点名称：D6）： 两相短路电流：

2

2)2()()(2∑∑+?=

X R U I e

d =

1.2×1000

2×0.0745842+0.169252

2 = 3244 (A)；

三相短路电流：

2

2)

3()()(3∑∑+?=

X R U I e

d =

1.2×1000

3×0.0745842+0.169252

2 = 3745.85 (A)；

折合成标准电缆长度：196.5m ；用户整定电缆长度：500m ；

短路电流统计报表

九．高压开关保护装置整定

计算公式及参数：

过载保护动作电流计算公式：∑?=E rel aoc I K I （A ）；

速断保护动作电流计算公式：∑+?=)(E q rel aq

I I K I （A ）；

通过开关负荷电流计算公式：?

cos 3???=

∑∑N e X E U P K I

rel K ：可靠系数；X K ：需用系数；?cos ：功率因素；

b K ：变压器的变压比；N U ：开关额定电压；∑e P ：负荷总功率； q I ：最大电机起动电流；

1.编号：1#1

开关编号：1#1；型号：PB3-6GA/6/100；开关额定电压：6 KV ；

负荷总功率

∑e

P ：480KW ；电流估算系数：0.6；同时系数：0.7

（1）过载保护动作电流：

s

gs e rel E rel aoc K K P K I K I ???=?=∑∑

= 1.05×480×0.6×0.7= 211.68A ；

过载保护动作电流实际整定值：40A ； （2）速断保护动作电流：

最大电机总功率e P ：300KW ；最大电机起动电流：1080A ； 速断保护电流整定计算：

[

]s

gs e e q rel E q rel aq K K P P I K I I K I ??-+?=+?=∑∑)()(

=1.2×[1080 +(480 - 300)×0.6×0.7 ] = 1386.72A;

速断保护电流实际整定值：300A ；

被保护线路末端最小两相短路电流=)

2(min K I 1509.82；

灵敏度校验：==aq

K s I I K )2(min

1509.82300 = 5.03 > 1.5；

校验结果：合格。

2.编号：3

开关编号：3；型号：PB3-6GA/6/100；额定电压：6000V ；额定电流：100A ；

互感器变比：80；电流互感器二次侧额定电流：5A ； （1）过载保护动作电流：

可靠系数rel K ：1.1；电缆额定载流量N I ：220A ； 过载保护动作电流整定计算值：=??=i

N N rel aoc K I I K I 2 1.1×220

5×80 = 0.61倍；

过载保护动作电流实际整定值：1倍； （2）速断保护动作电流：

被保护线路末端两相最小短路电流)

2(min K I ：1509.82A ；

满足能保护线路末端最小两相短路电流的最小灵敏度系数m K ：1.5；

速断保护整定计算值：=??=2)

2(min

N i m K aq

I K K I I 1509.821.5×80×5

= 2.52倍； 速断保护动作电流实际整定值：8倍； （3）漏电保护（零序电流型）：

被保护电缆线路总长L ：3.5Km ；零序电流互感器变比i K ：1； 单相接地保护动作电流整定计算值：

=???=

i

N rel OPE K L U K I 10 1.5×6×3.5

10×1 = 3.15A ；

单相接地保护动作电流实际整定值：4 A ；

十．低压开关和移变高馈保护装置整定

计算公式及参数：

负荷电流计算公式：w K P I ?=

；

e

P ∑：负荷功率（KW ）

；e

U ：工作电压；x K ：需用系数；

(2)

d

I ：两相短路电流；cos ?：功率因数；s K ：灵敏度系数； z I ：过负荷保护整定值；dx I ：短路保护整定值；sz I ：速断保护整定值

计算公式来源于《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》第6-10页。 开关：1#1

1、开关基本参数

开关编号：1#1；型号：BKD1-500/1140；额定电流：500A ； 2、保护类型：低压开关(1) 通过开关的负荷电流：∑e

I

= 375×0.8×0.95 = 285 A ；

(1)、过负荷保护： 理论计算值：∑?=e

z I

K I =1×285 = 285 A ；用户整定值dx I ：230 A ；

(2)、短路保护：

理论计算值：∑?

+=Ie Kx Iqe I dz =1440 + 0.88×57 = 1490.16 A ；

用户整定值sz I ：1300 A ；灵敏度校验短路点：D2#；校验点短路电流)

2(d I ：3864.64 A ； 整定计算灵敏度：dz

d s I I K )

2(== 3864.64

1300 = 2.97>1.5；校核结果：合格。

开关：2#1

1、开关基本参数

开关编号：2#1；型号：BKD1-500/1140；额定电流：500 A ； 2、保护类别：低压开关(2) 通过开关的负荷电流：

w K P I ?=

= 0.95×

0.88×375

3 ×1.14×0.7

= 226.82 A ；

(1)、过负荷保护： 理论计算值：∑?=e

z I

K I =1×226.82 = 226.82A ；用户整定值z I ：230 A ；

(2)、短路保护： 理论计算值：∑?

=Ie n I dz = 7×226.82 = 1587.74 A ；用户整定值sz

I

：1600 A ；

灵敏度校验短路点：D2#；校验点短路电流)

2(d I ：3864.64A ；

整定计算灵敏度：dz

d s I I K )

2(== 3864.64

1600 = 2.42>1.5；校核结果：合格。

开关：5#1

1、开关基本参数

开关编号：5#1；型号：BKD1-500/1140；额定电流：500A ； 需用系数X K ：0.88；可靠系数K ：1； 2、保护类型：熔断器 通过开关的负荷电流：

∑e

I

= 375×0.9×0.95 = 320.62 A ；

(1)、过负荷保护： 理论计算值：∑?=e

z I

K I =1×320.62 = 320.62 A ；用户整定值dx I ：190 A ；

(2)、短路保护： 理论计算值：∑?+=

Ie Kx K

I I qe dz =

1620

1

+0.88×64.12= 1676.43 A ； 用户整定值dz I ：1100 A ；

灵敏度校验短路点：D2#；校验点短路电流)

2(d I ：3864.64 A ；

整定计算灵敏度：dz

d s I I K )

2(== 3864.64

1100 = 3.51<4；校核结果：不合格。

开关：6#1

1、开关基本参数

开关编号：6#1；型号：BKD1-500/1140；额定电流：500A ； 变压器编号：2#；变压比：5； 2、保护类型：变压器高馈 通过开关的负荷电流：

w K P I ?=

= 0.8×

0.775×480

3×1.14×0.8

= 188.4 A ；

(1)、过负荷保护： 理论计算值：∑?

=e

z I

K I =1×188.4 = 188.4 A ；

过负荷保护电流折算高压侧：dx I = 188.4

5

= 37.68 A ；用户整定值dx I ：40 A ； (2)、短路保护：

理论计算值：∑?

+=Ie Kx Iqe I dz =1139.51 + 0.775×70.65 = 1194.26 A ；

短路保护电流折算高压侧：sz I =

1194.26

5

= 238.85 A ；用户整定值sz I ：240 A ； 灵敏度校验短路点：D2#；校验点短路电流)

2(d I ：3888.37 A ；

两相短路电流折算到高压侧：)

2(d I =

3888.37

5

= 777.67 A ； 整定计算灵敏度：dz

d s I I K )2(== 777.67

240 = 3.24>1.5；校核结果：合格。

开关整定明细表

十一．绘制供电系统图和机电设备布置图

见附图。

十二．主要参考依据

煤炭工业出版社1995年版《煤矿电工手册(修订本)》(简称《手册》)第二分册

煤炭工业部1998年制定《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》(简称《细则》) 煤炭工业部1992年制定《煤矿安全规程》(简称《规程》)

煤炭工业部1994年制定《煤炭工业矿井设计规范》(简称《规范》)