电气安全课程设计

目录

1 单位简介 ............................................................................................................. 1

1.1 矿区简介 .......................................................................................................... 1

1.2 设备位置 .......................................................................................................... 1

2 电器元件简介 ..................................................................................................... 2

2.1 断路器 .............................................................................................................. 2

2.2 熔断器 .............................................................................................................. 2

2.3 刀开关 .............................................................................................................. 2

2.4 电流互感器 ...................................................................................................... 2

3 计算总配电柜中各电器的芯线截面积 . ............................................................ 3

3.1 系统概述 .......................................................................................................... 3

3.2 导线截面积确定 . ............................................................................................. 3

4 选择总配电柜中各电器的规格型号 . ................................................................ 5

4.1 刀开关、断路器 . ............................................................................................. 5

4.2 熔断器 .............................................................................................................. 5

4.3 电流互感器 ...................................................................................................... 6

5 配电柜明细表 ..................................................................................................... 7

6 结论 ..................................................................................................................... 8

致谢 ........................................................................................................................... 9

参考文献 ................................................................................................................. 10

附表 ......................................................................................................................... 11

1 单位简介

1.1 矿区简介

苗李煤矿位于河南省平顶山市宝丰县，是一座年产原煤90万吨的机械化矿井，并拥有一座现代化的洗煤厂，年洗精煤70万吨。地质储量多达4400万吨，目前正在进行改造，改造后将能把相当一部分的地质储量变为可采储量。对洗煤工艺和储、装、运系统进行了改造，使洗煤厂入洗煤能力提高到100万吨。选煤工艺设备先进，自动化程度高，检验、试验和测量手段先进，产品质量高，保证能力和储、装、运系统能够满足不同用户需求，产品合格率始终保持在100%。

苗李煤矿主要产品为洗精煤和筛混煤。煤种为1/3焦煤，以其低灰、低硫、发热高的“三低一高”。生产的1/3焦煤具有灰分低、硫分低、胶纸层厚、粘结性强的特性，是理想的炼焦配煤，筛混煤则是良好的动力用煤。

1.2 设备位置

根据位置的确定原则和本采区的具体情况，将采区变电所的位置设在采区上山的中部，位于轨道上山与运输上山之间的槽贯内，如图1所示。向机采或综采工作面供电的移动变电站设在距工作面150m 处的运输顺槽的入口处，距上山巷道20m 处的地方。掘进配电点，设在距掘进头90m 处，移动变电站设在掘进巷道入口处。

2 电器元件简介

2.1 断路器

断路器是应用最为广泛的的一类保护电器。是指在过流（过载、短路）、漏电、欠压、过热等情况下能直接及时断开电源的一类保护装置的总称。一个断路器可以是具有以上各种保护功能的装置。在实际应用中，最基本的保护功能是过流保护与剩余电流动作保护（漏电保护），所以最常用的断路器有两种，一种是过流保护断路器，主要用于线路和设备的保护；另一种便是剩余电流动作保护断路器，主要用于对人的保护。剩余电流动作保护断路器常被称为漏电保护断路器或剩余电流动作保护装置，由于其作用与地位的特殊性，常被看做一类独立的保护电器加应用。

2.2 熔断器

熔断器是一种专门用于过流保护的装置，与断路器不同，他是靠自身在电路中形成耐热薄弱环节，当线路过流（过载或短路）时熔断来提供保护功能。用于保护目的的继电器也是一类实现自动断电功能的装置，其实现的保护功能与断路器一样，可以是过电流、漏电、欠压、过热等。然而与断路器不同的是，保护继电器主要用于控制电路中，一般不直接断开负载电路或主回路。其作用是获取主回路故障信号后，由其自身机械机构或电磁线圈的磁力打开或闭合其自身接入控制电路的开关，最后再由控制电路驱动其他装置完成对设备主回路的断电保护。

2.3 刀开关

刀开关是带有动触头——闸刀，并通过它与底座上的静触头——刀夹座相楔合（或分离），以接通（或分断）电路的一种开关。它的作用有隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；或作为不频繁地接通和分断额定电流以下的负载用。分断负载，如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机。刀开关处于断开位置时，可明显观察到，能确保电路检修人员的安全。

2.4 电流互感器

电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

3 计算总配电柜中各电器的芯线截面积

3.1 系统概述

1、设计供配电单位的供配电系统并正确选择电气元件。

2、用电单位为矿井，10kv 电源由架空线引入到矿区变电所，设一台变压器变成380v/220v/低压电后由直埋电缆引入矿区的总配电柜，采用TN-C-S 供电方式。

3、总配电柜中设有中空气开关，熔断器、电压表、电流表、电流互感器和分空气开关。

4、Wx 1:3台20kw 和1台45kw 电动机，共105kw 。

Wx 2:2台10kw 和1台75kw 电动机，共95kw 。

Wx 3:1台75kw 的电加热炉。

Wx 4:照明配电箱负载点灯4kw 和插座4kw ，共8kw 。

Wx 5:2台45kw 电动机，共90kw 。

注：取环境温度30℃，取四根单芯。线铜芯聚氯乙烯绝缘导线穿钢管的情况下。

3.2 导线截面积确定

选择导线截面要满足四个条件（发热、电压损失、机械强度、经济密度），本设计只按发热条件选择，实际计算时要用计算电流，即考虑需要系数K x ，本设计只按照电流选择，当负载为三相负载时：I e =pe

3⨯U el ，当负载为单相负载时：I e =pe ⨯U ep ，按这个额定电

流去查导线允许载流量，确定导线截面。

1. 支线：

Wx 1:Ie =Pe 105⨯103

==159. 53A ， 3Uel ⨯380

查表可知，取芯线截面为95mm 2。

Wx 2:Ie =Pe 95⨯103

==144. 33A ， 3Uel ⨯380

查表可知，取芯线截面为70mm 2。

Wx 3:Ie =

Pe 75⨯103==113. 95A ， 3Uel 3⨯380

查表可知，取芯线截面为50mm 2。

Wx 4:Ie =Pe

3Uel =8⨯103

3⨯380=12. 15A ，

查表可知，取芯线截面为1.5mm 2。

Wx 5:Ie =Pe

3Uel =90⨯103

3⨯380=136. 74A ，

查表可知，取芯线截面为70mm 2。

2. 进线：

W:Ie =159. 53+144. 33+113. 95+12. 15+136. 74=566. 7A ，

4 选择总配电柜中各电器的规格型号

4.1 刀开关、断路器

W ：566.7A ，刀开关、断路器规格取Ir=635A

Wx 1：Ir ≧159.53A ，规格取Ir=180A。

Wx 2：Ir ≧144.33A ，规格取Ir=160A。

Wx 3：Ir ≧113.95A ，规格取Ir=130A。

Wx 4：Ir ≧12.15A ， 规格取Ir=15A。

Wx 5：Ir ≧136.74A ，规格取Ir=150A。

4.2 熔断器

单台电动机Ir =(1. 5-2. 5) I e ，

多台电动机Ir =(1. 5-2. 5) I e max +∑Ie (n -1)

Wx Ir =(1. 5-2. 5) I e max +∑Ie (n -1) =2⨯45⨯103(3⨯20) ⨯103

1：⨯380+3⨯380=228A ，

规格取Ir =260A 。

Wx . 5-2. 5) I e max +∑Ie (n -1) =2⨯75⨯10310⨯103

2：Ir =(1⨯380+⨯380⨯2=258A ，

规格取Ir =290A 。

Wx =(1. 5-2. 5) I e max +∑Ie (n -1) =2⨯75⨯103

3：Ir ⨯380=228A ，

规格取Ir =250A 。

Wx 4⨯103

4：Ir =(1. 5-2. 5) I e max +∑Ie (n -1) =2⨯3⨯380+4⨯103

380⨯=18A ，

规格取Ir =20A 。

∑45⨯10345⨯103

Wx 5：Ir =(1. 5-2. 5) I e max +Ie (n -1) =2⨯3⨯380+380⨯=205A

规格取Ir =230A 。

4.3 电流互感器 根据公式∑Ie A , 确定电流互感器的规格

∑Ie =528. 72A ，取额定值为650A 。

5 配电柜明细表

表5-1 配电柜明细表

序号 名称 规格，型号 数量 备注

1 刀开关 635A 1

2 断路器 635A 1

3 断路器1 180A 1

4 断路器2 160A 1

5 断路器3 130A 1

6 断路器4 15A 1

7 断路器5 150A 1

8 熔断器1 260A 1

9 熔断器2 290A 1

10 熔断器3 250A 1

11 熔断器4 20A 1

12 熔断器5 230A 1

13 电流互感器 650A 1

6 结论

本设计的主要内容是把10KV 的电压系统变成380/220V的电压系统。在380/220V系统中，采用中性点直接接地方式，一旦发生单相接地故障时，可以迅速跳开断路器或烧断熔断丝，将故障部分断开；如果系统中性点不接地，它不能正确迅速切除接地故障线路，发生单相接地故障时非故障相对地电压将接近于线电压，这会对人身安全造成危险。

本次课程设计主要通过计算总配电柜中刀开关、熔断器、断路器和电流互感器的芯线截面积，再通过查表得出各用电器的规格型号。通过本次电气安全课程设计，了解了各用电器的用途和类别，充分认识到了电气安全在电力系统的重要性，为煤矿的供电系统的安装提供有力的技术支持。

致谢

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电气安全方面的知识，也暴露出了前

期我在这方面的知识欠缺和经验不足。在课程设计过程中，通过李老师的悉心教导，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

在课程设计的这一周里，我学会了很多学习的方法。这是我日后最实用的，真的是受益匪浅。这对于我们的将来也有很大的帮助。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

参考文献

[1] 钮英建、《电气安全工程》、北京：中国劳动社会保障出版社、2009 [2] 林玉岐、《电气作业安全操作指导》、北京：化学工业出版社、2000 [3] 杨有启，钮英建、《电气安全工程》、北京：首都经济贸易大学出版社、2000 [4] 陆荣华、《电气安全手册》、北京：中国电力出版社，2006

[5] 赵莲清，刘向军、《电气安全》、北京：中国劳动社会保障出版社、2007 [6] 刘介才、《工厂供电》、北京：机械工业出版社、2003

附表

附表一：铜芯聚氯乙烯绝缘导线穿钢管时的允许载流量 附表二：铜芯聚氯乙烯绝缘导线穿塑料管时的允许流量 附表三：聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆允许载流量（铜芯） 附表四：铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆允许载流量

附表一：

铜芯聚氯乙烯绝缘导线穿钢管时的允许载流量 （A ）

芯线截面/mm² 25

℃

1.0 1.5 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185

两根单芯线 环境温度 30℃ 13 17 24 32 43 60 76

35℃ 12 16 22 30 40 56 70 92

管径/mm 三根单芯线 环境温度

管径/mm 四根单芯线 环境温度

管径 /mm G

DG

G DG 25℃

30℃ 12 15 22 28 38 53 68 88

35℃ 11 14 20 26 35 49 63 82 99

G DG 25℃

30℃ 10 14 20 26 34 46 60 79 98 121 154 137 215 247 280

35℃ 9 13 19 24 32 43 56 73 90 112 142 173 198 229 259

14 19 26 35 47 65 82

15 15 15 15 15 20 25 25 32 32 50 50 50 70 70

15 15 15 15 20 25 25 32 40

13 17 24 31 41 57 73 95

15 15 15 15 15 20 25 32 32 40 50 50 50 70 70

15 15 15 15 20 25 32 32 40

11 16 22 28 37 50 65 85 105 130 165 200 230 265 300

15 15 15 15 20 25 25 32 32 50 50 70 70 70 80

15 15 15 20 25 25 32 40

107 100

133 124 115 165 154 142 205 191 177 250 233 216 290 271 250 330 308 285 380 355 328

115 107

146 136 126 183 171 158 225 210 194 260 243 224 300 280 259 340 317 294

两根单芯线

管径

环境温度

/mm

三根单芯线

管径

环境温度

/mm

25℃ 15 15 15 20 20 25 32 32 40 50 50 63 63 75 75

11 15 21 28 36 49 65 85 105 132 167 205 240 275 310

30℃ 10 14 19 26 33 45 60 79 98 123 156 191 224 257 289

35℃ 9 12 18 24 31 42 56 73 90 114 144 177 207 237 268

15 15 15 20 20 25 32 40 40 50 50 63 63 75 75

25℃ 10 13 19 25 32 44 57 75 93 117 148 185 215 250 280

30℃ 9 12 17 23 29 41 53 70 86 109 138 172 201 233 206

35℃ 8 11 16 21 27 38 49 64 80 101 128 160 185 216 242

15 15 20 20 25 32 32 40 50 63 63 75 75 75 90

35℃ 10 13 20 26 35 48 62 82 103 129 160 198 233 263 307

环境温度

/mm

四根单芯线

管径

铜芯聚氯乙烯绝缘导线穿塑料管时的允许流量 （A ） 芯线截面/mm 1.0 1.5 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185

2

25℃ 12 16 24 31 41 56 72 95 120 150 185 230 270 305 355

30℃ 11 14 22 28 36 52 67 88 112 140 172 215 252 285 331

1～3KV

+70℃

地中直埋 20℃

30℃

空气中敷设 25℃

35℃

地中直埋 20℃

30℃

空气中敷设 25℃

35℃

6KV

聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆允许载流量（铜芯） （A ） 电缆额定电压 最高允许温度 敷设方式

芯数截面/mm

3×2.5 3×4 3×6.3 3×10 3×16 3×25 3×35 3×50 3×70 3×95 3×120 3×150 3×180 3×240 3×300

— 38 49 68 89 115 142 173 205 247 278 320 357 420 462

— 35 44 61 80 103 127 155 183 221 249 287 320 376 414

24 33 42 60 82 106 127 164 201 249 286 339 387 461 514

22 29 38 54 72 94 113 146 179 221 254 301 343 409 456

— — — 67 88 110 137 168 200 242 273 310 352 404 446

— — — 60 79 99 122 150 179 216 244 277 315 362 400

— — — 65 86 111 138 170 207 254 292 339 387 456 509

— — — 57 76 99 122 150 183 226 259 301 343 404 451

附表四：

铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆允许载流量 （A ）

电缆额定电压 最高允许温度 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 180 240

52 62 83 104 135 161 192 234 281 317 359 406 473

48 58 77 96 125 149 178 216 259 293 331 374 437

42 52 67 88 120 151 182 229 281 328 374 437 520

38 47 62 81 109 138 166 209 256 299 342 399 475

— — — — 140 166 198 239 286 322 364 411 473

— — — — 130 154 182 221 264 298 336 379 437

— — — — 135 172 208 255 307 359 411 468 551

— — — — 125 158 192 235 283 331 379 432 509

0.6/1kV(4芯)

90℃

8.7/1kV(3芯)