采區(qū)供電設計計算

1、煤礦采區(qū)變電所設計指導書第一節(jié)礦井變電所煤礦安全規(guī)程對煤礦井下供電的主要要求是：（1）煤礦安全規(guī)程（2010年版）第四百四十二條規(guī)定：井下各水平中央變（配）電所、采區(qū)變（配）電所、主排水泵房和下山開采的采區(qū)排水泵房的供電線路，不得少于兩回路。當任一回路停止供電時，其余回路應能承擔全部負荷的供電。向局部通風機供電的井下變（配）電所應采用分列運行方式。向煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井自救系統(tǒng)供風的壓風機、井下移動瓦斯抽放泵應各有兩回路直接由變（配）電所饋出的供電線路。上述供電線路應來自各自的變壓器和母線段，線路上不應分接任何負荷。上述設備的控制回路和輔助設備，必須有與主要設備同等可靠的備用電源

2、。（2）煤礦安全規(guī)程（2010年版）第一百二十八條規(guī)定：高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井、低瓦斯礦井中高瓦斯區(qū)的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進工作面正常工作的局部通風機必須配備安裝同等能力的備用局部通風機，并能自動切換。正常工作的局部通風機必須采用三專（專用開關、專用電纜、專用變壓器）供電，備用局部通風機電源必須取自同時帶電的另一電源，當正常工作的局部通風機故障時，備用局部通風機能自動啟動。其他掘進工作面和通風地點正常工作的局部通風機可不配備備用局部通風機，但必須采用三專供電。使用局部通風機供風的地點必須實行風電閉鎖，保證當正常工作的局部通風機停止運轉(zhuǎn)或停風后能切斷停風區(qū)內(nèi)

3、全部非本質(zhì)安全型電氣設備的電源。正常工作的局部通風機故障，切換到備用局部通風機工作時，該局部通風機供風范圍內(nèi)應停止工作，排除故障；待故障排除，恢復到正常工作的局部通風機后方可恢復工作。一、礦井地面變電所概述礦井供電系統(tǒng)主要由地面變電所、井下中央變電所和采區(qū)變電所三級變電所構成。地面變電所的受電電壓為6110kV;井下配電高壓為6kV或10kV，用電設備電壓多為660V和1140V,大功率電動機采用6kV或10kV供電。地面變電所是礦井供電系統(tǒng)的樞紐。地面變電所一般設置在礦井工業(yè)廣場邊沿，離井口較近，遠離儲煤場和矸石山的地方。為了保證供電可靠性，變電所有兩條電源進線。大中型煤礦電源電壓多為35k

4、V,特大型煤礦可采用110kV。變電所通常設置兩臺主變壓器，主變壓器二次側(cè)電網(wǎng)額定電壓為6kV或10kV。用兩條或兩條以上的電纜線路向井下和其他一級負荷供電。變電所內(nèi)設置兩臺低壓變壓器供應地面380/220V動力和照明用電。小型煤礦電源電壓多為6kV或10kV，變電所不設置主變壓器。地面變電所35kV側(cè)有兩種設備布置方式。一是把開關、互感器、母線等電氣設備置于室外，安裝在由鋼筋混凝土或鋼材制成的門架上，二是在室內(nèi)用高壓開關柜組成。新建礦井地面變電所多采用此方式。地面變電所6（10）kV側(cè)采用高壓開關柜組成。地面變電所的主要電氣設備有隔離開關、斷路器、變壓器、互感器、避雷器等。地面變電所的主要用

5、戶有井下負荷、礦井主通風機、礦井主井提升機、礦井副井提升機、礦井壓風機、地面低壓變壓器、其他輔助生產(chǎn)設施等。二、煤礦井下變電所的結線與硐室布置井下中央變電所井下中央變電所是井下供電系統(tǒng)的核心，其主結線如圖1-1所示。根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，井下中央變電所的供電線路，不得少于兩回路，當任一回路停止供電時，其余回路應能擔負全部負荷。所以，為了保證井下供電的可靠性，由地面變電所引至中央變電所的電纜數(shù)目至少應有兩條，并分別引自地面變電所的兩段6（10）kV母線。中央變電所的高壓母線采用單母線分段結線方式，母線段數(shù)與下井電纜根數(shù)對應，各段母線通過高壓開關聯(lián)絡。正常時聯(lián)絡開關斷開，母線采用分列運行方式，當

6、某條下井電纜故障退出運行時，合上母線聯(lián)絡開絞車房II關，恢復對該段母線負荷的供電。下井二路下井一路6(10)kV母聯(lián)6(10)kV660V+東翼采區(qū)一路，主排水泵主排水泵西翼采區(qū)二路*東翼采區(qū)一路-備用:王排水泵+西翼采區(qū)一路，-井底車場-低壓負荷T井底車場低壓負荷圖1-1中央變電所主結線圖中央變電所向每個采區(qū)變電所饋送兩條電纜線路。主排水泵是一級負荷，但由于水泵總數(shù)中已包括備用水泵和檢修水泵，因此每臺水泵用一條專用電纜供電，可直接用中央變電所的高壓開關啟動和停止。所有水泵必須均勻分配在各段母線上，不得集中接于一段母線。當主水泵為低壓電動機時，配電變壓器最少應有兩臺，變壓器低壓側(cè)亦采用單母線分

7、段結線，每臺變壓器的容量均應滿足最大涌水期時需開動的全部負荷的供電要求。通常井下中央變電所設置在井底車場副井井底附近，與中央水泵房相鄰。有條件時還應與電機車用的變流所聯(lián)合建筑。為了防水，變電所地面應比其出口與井底車場或大巷連接處的底板標高高0.5m。為了使變電所有良好的通風條件，當硐室長度超過6m時，必須在硐室的兩端各設一個出口。硐室用砌碹或其他可靠方式支護，硐室必須裝設向外開的防火鐵門，鐵門上應裝設便于關嚴的通風孔，鐵門內(nèi)可加設向外開的鐵柵欄門，平時鐵柵欄門關閉，防火鐵門打開，以利于通風，在發(fā)生火災時，將防火鐵門關閉，便于滅火和防止火災蔓延；從硐室出口防火鐵門起5m以內(nèi)巷道應用砌碹或其他不燃

8、性材料支護;硐室內(nèi)還必須設置足夠數(shù)量撲滅電氣火災的滅火器材。應將變壓器與配電裝置分開布置，高、低壓配電裝置分開布置。設備與墻壁之間，各設備之間應留有足夠的維護與檢修通道，完全不需要從兩側(cè)或后面維護檢修的設備，可互相靠緊或靠墻放置。考慮發(fā)展余地，變電所的高壓配電設備的備用位置應按設計最大數(shù)量的20%考慮，且不少于兩臺。低壓設備的備用回路，也按最多饋出回路數(shù)的20%考慮。采區(qū)變電所采區(qū)變電所是采區(qū)供電的中心，井下中央變電所送來的高壓電力，經(jīng)采區(qū)變電所直接配送或降壓后配送至采掘工作面及采區(qū)其他用電設備。根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，采區(qū)變（配）電所的供電線路，不得少于兩回路。當任一回路停止供電時，其余回路

9、應能承擔全部負荷的供電。供電線路應來自各自的變壓器和母線段，線路上不應分接任何負荷。向局部通風機供電的井下變（配）電所應采用分列運行方式。高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井、低瓦斯礦井中高瓦斯區(qū)的煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進工作面正常工作的局部通風機必須配備安裝同等能力的備用局部通風機，并能自動切換。正常工作的局部通風機必須采用三專（專用開關、專用電纜、專用變壓器）供電，備用局部通風機的電源必須取自同時帶電的另一電源，當正常工作的局部通風機故障時，備用局部通風機能自動啟動。其他掘進工作面和通風地點正常工作的局部通風機可不配備備用局部通風機，但必須采用三專供電。采區(qū)巷道布置如

10、圖1-2所示?；仫L大巷采區(qū)回風石門采煤工作面絞車房工作面回風巷30mI區(qū)段工作面運輸巷掘進工作面采區(qū)煤倉H區(qū)段2030m巷行人采區(qū)變電所2030m運輸大巷采區(qū)斜長軌道上山皮帶上山采區(qū)走向長圖1-2采區(qū)巷道布置示意圖圖1-3是下山、綜采采區(qū)變電所主結線圖。雙回路電源、單母線分段結線，采用分列運行方式。綜采和綜掘工作面采用6kV或10kV高壓供電。圖示采區(qū)變電所的采區(qū)主排水泵為高壓電動機，當主排水泵為低壓電東翼采區(qū)一路6(10)kVNT8-QQ其他負荷NTJT備用o水泵綜采工作面東翼采區(qū)二路綜掘工作面o水泵Q水泵9工作局扇工作局扇備局出7扇上山皮帶上山絞車照明動機時，為水泵供電的變壓器低壓側(cè)也應采

11、用單母線分段結線。上山絞車、上山皮帶輸送機、局扇等重要設備采用專用線路供電。660V低壓供電。圖1-3下山、綜米米區(qū)變電所主結線圖上山采區(qū)沒有主排水泵。炮采工作面通常由采區(qū)變電所用采區(qū)變電所通常設置在兩個上（下）山巷道之間的聯(lián)絡巷中或運輸大巷采區(qū)裝車站附近。若采區(qū)變電所設置在兩個上（下）山巷道之間的聯(lián)絡巷中，可以使采區(qū)變電所到各區(qū)段工作面運輸巷的距離基本相同，適合于大型采區(qū)。若采區(qū)變電所設置在運輸大巷采區(qū)裝車站附近，運輸、安裝更方便，但變電所距最上部區(qū)段的距離大，適合于用移動變電站供電的工作面。采區(qū)變電所的防水、防火、通風等安全措施，除底板標高沒有嚴格規(guī)定外，其它與中央變電所相同。變壓器可與配

12、電設備布置在同一硐室內(nèi)。變電所的高、低壓設備應分開布置。各設備之間、設備與墻壁之間均應留有維護和檢修通道。不從側(cè)面和背后檢修的設備不留通道。采區(qū)變電所內(nèi)的主要電氣設備有礦用隔爆型高壓配電箱、礦用變壓器、礦用隔爆型低壓饋電開關等。采區(qū)變電所的主要負荷有采煤工作面、掘進工作面、采區(qū)集中運輸設備（上山絞車、皮帶輸送機）、排水設備、掘進工作面局部通風機等。工作面配電1）綜采工作面配電綜合機械化采煤工作面，單機功率和總功率大，輸電距離長，回采速度快，必須采用移動變電站供電。綜采工作面機電設備布置參見圖,1-4。采區(qū)變電所用6（10）kV高壓向移動變電站送電，經(jīng)移動變電站降壓后向工作面生產(chǎn)設備供電。綜采工

13、作面設備的額定電壓通常為1140V，大型高產(chǎn)高效工作面使用3300V。綜采工作面配電結線如圖|1-5所示。工作面內(nèi)的生產(chǎn)設備由1#移動變電站供電，1#移動變電站距離工作面150300米，在電壓損失滿足要求的條件下，距離大些可以減少搬移次數(shù)。條件許可時，也可將1號移動變電站設置在上順槽。工作面配電點設置在移動變電站附近，開關和乳化液泵站可安裝在平板車或滑橇上，與移動變電站組成串車便于移動。電動機在工作面運輸巷口的可伸縮皮帶輸送機和其他小型設備由2#移動變電站供電。當皮帶輸送機功率不太他時，也可以不設2#移動變電站，由采區(qū)變電所內(nèi)的變壓器供電。工作面運輸巷的調(diào)度絞車要擔負1#移動變電站和工作面配電

14、點的搬移任務，因此不能由1#移動變電站供電。10ZL610n5TTTT7rrrrrrnyT7777jEri=232號移變意圖意圖上山皮帶圖1號移變配電點1采煤機；2刮板輸送機；3乳化液泵；4噴霧泵；5回柱絞車;6調(diào)度絞車；7可伸縮皮帶輸送機電動機；8小水泵；9轉(zhuǎn)載機來自采區(qū)變電所來自采區(qū)變電所6(10)kVULP2#移動變電站0綜采工作面皮帶輸送機8.660(1140)V1#移動變電站1140V其他小型設備采煤機乳化液泵刮板輸送機噴霧泵圖1-5綜米工作面配電結線圖2）炮采工作面配電圖1-6是炮采工作面機電設備布置圖。炮采工作面和普通機采工作面設備功率較小，通常由采區(qū)變電所用660V低壓供電。當

15、工作面離采區(qū)變電所太遠時，也可采用移動變電站供電，移動變電站可安放在運輸巷口附近。為了安全操作工作面的機械設備，必須在工作面附近集中設置控制開關和電磁起動器，這些設備的放置地點即為工作面配電點。工作面配電點，一般設在距采煤工作面50100m處。工作面配電點隨工作面的推進移動。上山皮帶口5口608L!9r=7罄6n435n8隧gQCknpjo3nGomf配電點建111圖2-6炮采工作面機電設備布置示意圖1低壓防爆開關；2工作面刮板輸送機；3乳化液泵；4小水泵；5回柱絞車;6調(diào)度絞車；7順槽刮板輸送機；8煤電鉆綜保裝置；9煤電鉆圖1-7為炮采工作面運輸巷的配電結線圖（圖中示意畫出兩臺順槽刮板輸送機

16、），這種配電方式稱為干線式?；仫L巷配電結線與此類似。來自采區(qū)變電所工作面配電點煤電鉆綜保裝置127V.-煤電鉆-.回柱絞車門乳化液泵.-工作面刮板圖1-7炮采工作面運輸巷的配電結線圖3）掘進工作面配電300500m。掘進工作面分為綜合機械化掘進工作面和鉆爆法掘進工作面兩種。綜合機械化掘進工作面用移動變電站供電。為減少搬遷次數(shù)，移動變電站可距掘進工作面在電壓損失滿足要求的條件下，距離大些可以減少搬移次數(shù)。鉆爆法掘進工作面的配電方式同炮采工作面，由采區(qū)變電所用660V低壓供電。掘進工作面配電點，一般距掘進工作面80100m三、采區(qū)供電系統(tǒng)方案擬定原則有一級負荷的采區(qū)變電所必須采用單母線分段結線。變

17、電所的每條出線電纜必須有高爆或饋電開關配出；每臺生產(chǎn)機械都必須有電磁啟動器或其他控制設備操作。每條電纜盡量走最短線路，盡量不走回頭路。炮采和掘進工作面由采區(qū)變電所低壓供電，采用干線式配電。一級負荷和上山運輸機械、綜采工作面大型機械等重要二級負荷采用專用線路供電。工作局扇和備用局扇的變壓器不得在同一段母線。綜采工作面的工作乳化液泵和備用乳化液泵盡量不用同一條線路供電。煤電鉆和照明要采用綜合保護裝置供電。四、井下電氣設備的選擇正確選擇電氣設備對供電的可靠性，安全性，經(jīng)濟性都有著重要的意義。選擇井下電氣設備的一般原則如下：煤礦井下必須使用礦用防爆型和礦用一般型電氣設備。必須按照煤礦安全規(guī)程選擇井下電

18、氣設備的類型。井下變電所的高壓配電開關使用礦用防爆型和礦用一般型高壓配電箱，控制高壓電動機也可以使用高壓啟動器。低壓配電開關使用礦用防爆型饋電開關。井下變電所必須選用礦用隔爆型干式變壓器或移動變電站。綜采工作面必須選用礦用隔爆型移動變電站?？刂粕a(chǎn)機械使用礦用防爆型電磁啟動器。控制經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械如調(diào)度絞車、回柱絞車、翻車機等應選用礦用防爆可逆式電磁啟動器。大功率的生產(chǎn)機械可使用礦用防爆型軟啟動器或變頻啟動器。煤電鉆必須使用礦用隔爆型煤電鉆綜合保護裝置，照明必須使用礦用隔爆型照明綜合保護裝置。(5)局扇和掘進工作面電源開關要選用具有風電閉鎖功能的專用組合開關。(6)選擇井下電氣設備的參數(shù)一

19、般按照額定電壓Un、額定電流In選擇即可。電氣設備的額定電壓要和電網(wǎng)的額定電壓相同，電氣設備的額定電流要大于其負荷電流。高壓配電箱和變電所低壓饋電開關還要校驗額定分斷電流和短路動熱穩(wěn)定性。表1-1常用礦用防爆開關技術參數(shù)表序號產(chǎn)品名稱型號額定電流/A額定開斷容量/MVA)額定開斷電流/kA熱穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定時間/kA/s動穩(wěn)定電流/kA1礦用隔爆高壓配電箱BGP9LG/650,100,150,200,250,315,40010012.512.5/22PBG12C/650,100,150,200,300,4001001010/2253BGP9LG/1050,100,150,200,250,315

20、,40020012.512.5/24BGP48C/650,100,200,3001001010/2255低壓隔爆饋電開關KBZ-口/1140(660)500,63012.56KBZ-口/1140(660)200,4007.57礦用隔爆真空電磁起動器QJZ-口/1140(660)315,400,5004.58QBZ-口/660(380)80,120,2002/2.5/4.59QBZ-80+120/660(380)80+12010BQD-80N120N/660(380)80,120第二節(jié)負荷計算當我們?yōu)椴蓞^(qū)供電系統(tǒng)選配開關、變壓器和電纜時，首先要計算這些設備所負擔的功率和電流，這叫負荷計算。負荷計

21、算是正確選擇開關、變壓器等電氣設備和電纜截面的基礎。負荷計算要計算的參數(shù)有三個：一是負荷的有功計算功率，簡稱計算功率，用Pca表示。它是負荷在運行時實際需要的長時最大有功功率，單位是kW（千瓦）。二是負荷的視在計算功率，用Sa表示。它是負荷在運行時實際需要的長時最大視在功率，單位是kVA（千伏安）。用來選擇變壓器容量。三是長時工作電流，用Ica表示。它是負荷在實際運行時的長時最大工作電流，單位是A（安）用來選擇開關和電纜截面。這里的長時功率、長時電流是指持續(xù)30min的平均功率和平均電流。與長時功率、長時電流相對的是瞬時功率、瞬時電流。瞬時功率、瞬時電流有時會遠大于長時功率、長時電流，但持續(xù)時

22、間往往很短，不能作為選擇電氣設備的依據(jù)。例如電動機起動時的瞬時最大電流可達其額定電流的數(shù)倍，但持續(xù)時間只有幾秒。一、負荷計算的方法一臺電動機的負荷計算通常我們能夠從銘牌上知道一臺電動機的額定功率（FN）和額定電流（In），則FCa=PN(5-1)ScaFcaFca-cacosN0.85*a=1N在生產(chǎn)現(xiàn)場常常只知道電動機的額定功率和額定電壓，而不知道額定電流。電動機的額定電流可用式（5-2）計算。但有些參數(shù)需要查電機手冊才能得到，現(xiàn)場計算很不方便。(5-2)In_lPnvU1NCOSN式中Pn電動機額定功率，kWLN電動機額定電壓，kV;nN電動機額定效率；cos0N電動機額定功率因數(shù)。下面介

23、紹迅速估算電動機額定電流的方法，準確性可滿足工程計算要求。當電動機額定電壓為380V時，In&2PN;當電動機額定電壓為660V時，IN&1.15Pn；當電動機額定電壓為1140V時，In&0.66R;當電動機額定電壓為6kV時，IN&0.12Pn；當電動機額定電壓為10kV時，In沁0.07FNo例5-1有一臺額定電壓為660V,額定功率為40kW的電動機，試估算其額定電流。解：當電動機額定電壓為660V時，In疋1.15Fn,把額定功率等于40kW代入公式In1.15X40=46A一個用電設備組的負荷計算生產(chǎn)工藝相同或相近，在生產(chǎn)過程中相互協(xié)同共同完成一項生產(chǎn)任務的多臺生產(chǎn)機械稱為一個用電

24、設備組。采區(qū)有采煤工作面、掘進工作面、集中運輸?shù)葞最愑秒娫O備組。設一個用電設備組有n臺電動機，每臺電動機的額定功率已知為內(nèi)、FN2、FN3PNn。則總額定功率為：二PN=PN1PN2PNn（5-3）(5-4)(5-5)(5-6)但是這些電動機在生產(chǎn)運行時，一般不會同時工作，同時工作的電動機一般也不會同時滿載，因此實際需要的功率FCa總小于工FNoFc=Kde._PN由Fca可計算出Sca和Ica荷I_Ea_Scaca一3UNcos：一.3Un式中：LN額定電壓，kV；Kde用電設備組的需用系數(shù)；cos$用電設備組的加權平均功率因數(shù)。Kde和cos$均可由表5-1查得。根據(jù)工作面的產(chǎn)量、地質(zhì)狀況

25、以及生產(chǎn)工藝選擇合適的數(shù)值。地質(zhì)條件好、產(chǎn)量高的工作面Kde和cos$可取較大的值，反之，取較小的值。上述負荷計算方法，稱為需用系數(shù)法。負荷計算的方法還有利用系數(shù)法、二項式法，不再贅述。表5-1煤礦各組用電設備的需用系數(shù)和加權平均功率因數(shù)用電設備組名稱需用系數(shù)功率因數(shù)coSPtan$備注Ke井底無主排水泵0.67.70.71.02車場有主排水泵0.757.850.80.75無機組緩傾斜采煤工作面0.47.60.61.33采有機組緩傾斜采煤工作面0.6-0.750.60.71.331.02急傾斜采煤工作面0.6-0.650.60.71.331.02區(qū)無掘進機煤巷掘進工作面0.37.40.61.3

26、3有掘進機煤巷掘進工作面0.50.60.71.331.02井下架線式電機車0.47.70.90.48蓄電池電機車0.80.90.48運輸輸送機和絞車0.67.70.71.02例5-2一個緩傾斜炮采工作面，供電電壓660Vo有SGB-620/40T刮板輸送機5臺，額定功率40kWBRW80/20乳化液泵站2臺（一臺工作，一臺備用），額定功率30kW;JH-8回柱絞車2臺，額定功率7.5kW,小水泵2臺，額定功率5.5kW,JD-11.4調(diào)度絞車2臺，額定功率11.4kW;煤電鉆2臺，額定功率1.2kW。試計算該工作面的負荷（Pca、S=a和Ica）。解：1）計算總額定功率vpN二Pni-PN2心

27、-：PNnvpN二Pni-PN2心-：PNn=540302(7.55.511.41.2)=281.2kW2）查表5-1，緩傾斜炮采工作面Kde取0.5,cos$取0.6。3）計算有功計算功率FCa二KdPN=0.5281.2=140.6kW4）計算長時負荷電流5）計算視在功率1caPca3UNcos:140.6-1.7320.660.6=205AS；a=cacos：140.60.6=234kVA例5-3試計算項目中的綜采工作面設備的負荷并選擇工作面移動變電站容量。解：項目中的綜采工作面設備，除下順槽可伸縮皮帶輸送機和上順槽設備外，均由工作面移動變電站供電。1）計算總額定功率Pn=PN1PNPN

28、n=50021327512511.47.55.5=988.4kW2）查表5-1，綜采工作面Kde取0.7,cos$取0.7。3）計算有功計算功率Pca=KdePN=0.7988.4=692kW4）計算視在功率Sea二-二692=988kVAcos：0.7可選取一臺KBSGZY-1000/10/1.2型礦用隔爆型移動變電站。多個用電設備組的負荷計算當一個變壓器、開關或一條電纜向兩個或兩個以上用電設備組供電時，就需要計算這多個用電設備組的總功率和總電流。步驟如下：1）計算各組的工FN2）查表5-1選取各組的Kde、cos$和tan$3）計算各組的Ra和QaQca二Pcata（5-7）4）計算Pca

29、S和QaW=Ksp（P：a1P：a2Pca3）（5-8）Qca-Ksq（Qca1Qca2Qca3）（5-9）式中Ksp用電設備組間的有功功率同時系數(shù)，取0.850.95;Ksq用電設備組間的無功功率同時系數(shù)，取0.90.97。為簡化計算，當只有23組用電設備時，Ksp和Ksq可取1。5）計算Sca22Sea=：.Pea；，*QcaJ(5-10)例5-4設一個炮采工作面和一個掘進工作面由一臺變壓器供電，已知：炮采工作面Peai=140.6kW,cos$1=0.6,tan$i=1.33;掘進工作面FCa2=58kW,cos$2=0.6,tan$2=1.33;電動機額定電壓660V。試計算變壓器的總

30、負荷，并選擇變壓器的容量。解：Qca1=P：a1tan、“1=140.6；.1.33=187kvarQca2=Pca2tan2=581.33=77kvarPca=Pca1Pca2=140.658=198.6kWQca=Qca1Qca2=187亠77=264kvarSca=皤三+0右壬=(198.62+2642=330kVA需選用KBSG-400/6/0.693礦用隔爆型干式變壓器，其額定容量為400kVA=第三節(jié)電纜導線截面計算電纜導線截面的選擇是井下供電計算的關鍵。合適的電纜導線截面，可以使電纜安全運行，可以使電動機電壓正常、高效運行，可以使過流保護動作靈敏度校驗容易滿足要求。通常井下電纜線

31、路導線截面計算可分為三種情況。短電纜當電纜長度較短，且負荷不太大時，按以下步驟計算電纜截面。(1)按長時允許電流初選電纜導線截面；(2)給采掘工作面生產(chǎn)機械供電的支線電纜要校驗機械強度允許最小截面。低壓長電纜當電纜長度較長，或負荷較大時，按以下步驟計算電纜截面。(1)按長時允許電流初選電纜導線截面；校驗允許電壓損失。高壓電纜和變電所內(nèi)的低壓電纜(1)按長時允許電流初選電纜導線截面；(2)長電纜要校驗允許電壓損失。校驗短路熱穩(wěn)定性，詳見本章第四節(jié)。一、電纜導線截面的計算方法按長時允許電流初選電纜導線截面導線是有電阻的，當電流通過時會發(fā)熱。溫度過高會縮短電纜壽命、燒壞電纜絕緣，造成短路，使電纜報廢

32、。長時允許電流是導線能長期通過又不過熱的最大電流。表5-2是井下常用電纜在空氣中敷設時的長時允許電流。為了使導線在正常運行時不超過其長時允許溫度，流過導線的長時工作電流不得超過導線的長時允許電流。即IpIca(5-11)式中Ip標準環(huán)境溫度(一般為25C)時導線的長時允許電流；Ica導線的最大長時工作電流。例5-5試為例5-2的采煤工作面選擇電纜線路截面。解：在例5-2中，已計算出工作面負荷的長時工作電流|ca=205A。查表5-2，選取70mrn低壓礦用橡套電纜，其長時允許電流lp=215A,lpIca,滿足要求，初選合格。表5-2井下常用電纜在空氣中敷設時的長時允許電流A導線截面mrn聚氯

33、乙烯絕緣鎧裝電纜交聯(lián)聚乙烯絕緣細鋼絲鎧裝電纜礦用橡套電纜1kV四芯6kV三芯6kV10kV低壓高壓銅芯鋁芯銅芯鋁芯銅芯鋁芯銅芯鋁芯銅芯銅芯430233663930465310524056436472167054735685942594739573148115113121351199211890180140138148501491151481142111632141661731707018414118114326020326720721520595226174218168318246324251260250120260201251194367285372288320注：表中長時允許電流是環(huán)境溫度

34、為25C時的數(shù)值，如果環(huán)境溫度不是25C，則需要修正。實際中，如果環(huán)境溫度高于25C,可選擇大一級的截面。表5-3礦用橡套電纜接地和控制芯線配置mm主芯線截面接地芯線截面控制芯線截面主芯線截面接地芯線截面控制芯線截面4435164665016410107025416102.59525425162.5按機械強度允許最小截面校驗導線截面電纜在工作面和巷道中敷設，難免會受到外部機械力的作用，截面太小的電纜很容易出現(xiàn)斷線、護套破裂、絕緣損壞現(xiàn)象。為避免在拖拽、碰撞等外力作用下斷線、破裂，給采掘工作面生產(chǎn)機械供電的支線電纜按長時允許電流初選后，還要校驗機械強度允許最小截面。這些電纜的截面應符合表4-11

35、的要求。表4-11橡套電纜滿足機械強度的最小截面（口冷）用電設備名稱最小截面用電設備名稱最小截面采煤機組3550調(diào)度絞車46可彎曲輸送機1635局部扇風機46一般輸送機1025煤電鉆46回柱絞車1625照明設備2.54裝巖機16253.按允許電壓損失校驗導線截面輸電線路通過電流時，將產(chǎn)生電壓損失Ul。電壓損失過大，會造成電動機電壓過低，電動機起動困難、工作電流增大、甚至會因電流過載燒壞電動機。因此，按長時允許電流初選的長電纜，還要校驗允許電壓損失。1）線路電壓損失的計算所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術差值。三相線路的線電壓損失為Ul=3lcaRLcosXLsin:(5-12)式中U

36、線路的線電壓損失，V;Ica線路的長時工作電流，A；$線路所帶負載的功率因數(shù)角；R、Xl線路每相電阻、電抗，Q。式（5-12）用功率表示時則為Ul=式中Pca、Qa線路所帶負荷的有功計算功率，UN電網(wǎng)的額定電壓，kV。在式（5-12）和式（5-13）中，Ica、Ra、Qa、cosR可用下式計算：式中L電纜的長度，mA電纜導線截面，mm電纜導線的電導率，m/Qmm橡膠電纜取電纜取28.8。Xl可用下式計算：（5-13）kvar;都在負荷計算時得到，需要計算的是R、XL。L（5-14）A43.5，塑料電纜取48.6，鋁芯PcaRLQcaXlUnkW無功計算功率,(5-15)式中L電纜的長度，kmX

37、0線路每千米電抗，X0和線路結構、電壓等級有關，電纜線路取0.060.08Q/km，架空線路取0.30.4Q/km，高壓線路取較大的值。因為電纜線路的電抗很?。?.060.08Q/km）,通常情況下可忽略，式（5-12）和式（5-13）可簡化為Ul_3lcaLCOS_PcaLA=A：Un(5-16)例5-6設例5-5中電纜長度為400m,試計算其電壓損失。解：從例5-2和例5-5中已知Ica為205A,cos$=0.6,Ra=140.6kW，電纜截面為70m代入式（5-15）可得：Ul3lcaLcos1.7322054000.6A70沢43.5=27.9V或UlLaUn2）線路允許電壓損失14

38、0.64007043.50.66=27.9V井下變壓器的二次側(cè)額定電壓為1.05IN,電動機的允許最低電壓為0.95IN,因此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過10%Jn?？紤]到井下變壓器的電壓損失通常不超過5%N則如果從變壓器出口處到電動機的線路電壓損失不超過5%1,即可滿足電動機運行的要求。為計算簡便起見，規(guī)定從變壓器副邊出口處到用電設備（電動機、變壓器）的線路允許電壓損失JLP=5%i。表5-4為電網(wǎng)額定電壓與線電網(wǎng)額定電線路允許電壓壓Un/kV損失AJLp/V0.12760.38190.66331.1457630010500表5-4電網(wǎng)額定電壓與線路允許電壓損失的對照表路允許電壓損失

39、的對照表。例5-7解：采區(qū)上山絞車Pm=110kWUN=660V,從采區(qū)變電所到絞車房的電纜長400m,試選取電纜截面。1）選取MYP-0.38/0.66型礦用橡套電纜。2）按長時允許電流初選截面lca=lN=1.15X110=126.5A查表5-2選取35mm礦用橡套電纜，其長時允許電流IpIn滿足要求，初選合格。3）校驗電壓損失代入式（5-15）Ip為138A。KBSG-400/10/0.69320m查表50mrnFCaL1104004043.8V3543.50.665-4可知：ULp=33V,：Ul.ULp不合格。增大截面為8omO55kW電11040030.7VAUn5043.50.6

40、6圖5-1oo75kW30kW例5-8電路UlIn滿足要求，初選合格。L1電纜的電壓損失為：UL1=呼1=7580=8.4VAiUn2543.50.663）計算L2的截面L2的負荷是多臺電動機。因臺數(shù)較少，故取e=0.8。長時工作電流為caKdePn-3Uncos0.81601.7320.660.7=160A選取50mm。長時允許電流為173A,lplca滿足要求，初選合格。L2電纜的電壓損失為Au_PcaL2Kde瓦PNL20.8漢160X00356VUl235.6VA2Una,Un5043.50.66從變壓器到電動機的總電壓損失為Ul二Ul1Ul2=8.435.6=44V-Ul-Ulp不合

41、格，把L2的截面增大到70mm,重新計算電壓損失。,：u二PcaL2二KdPnL20.8160400=25VL2A2UnaUn7043.50.66總電壓損失為Ul=.UL1.Ul2=8.425=33.4VUl沁.：ULP,合格。L1確定選用MYP-0.38/0.66-3X25+1X16礦用橡套電纜，L2確定選用MYP-0.38/0.66-3X70+1X25礦用橡套電纜。例5-9炮采工作面運輸巷配電接線圖如下，試選擇各段電纜的截面。當從變壓器到電動機有多段電纜時，可采用單位長度等電壓損失法計算。此方法8200m100m90m80m工作面配電點Li660Vo40kWL2L370m只適用于電纜。12

42、7Vo40kWo40kWoooo40kW30kW7.5kW1.2kW圖5-2例5-9電路解：求電纜總長度L=200100908070=540m計算單位長度允許電壓損失Up仝亠0.0611V/mZL5403)L1段計算各段電纜的截面A_Kd?PnIUn50.6(404307.51.2267mm0.660.0611選取70mrhIp=215A。校驗長時允許電流KdePN0.6198.73UNcos1.7320.660.6_173AIPIca,合格。L2段AKde._PNa2_飛市丿7(403307.5二62.5mm43.50.660.06112選取70mm,Ip=215A。校驗長時允許電流KdeP

43、N0.7158.7“c162A3Uncos1.7320.660.61caIPIca,合格。L3段丘注嚴02307.5二47.9mmUn543.50.660.0611選取50mrf，Ip=173Ao校驗長時允許電流_Kde送Pn_0.7D18.7=121a3Uncos1.7320.660.61calPlca,合格L4段:KdePNUgUp2=35.2mm0.8(40307.51.20.660.0611選取35mm,Ip=138A。校驗長時允許電流KdeIZPN0.8X78.7Ica_鴛3UNcos護1.732x0.66x0.6IPIca,合格Kde、PNUnUpL5段：4022.5mm0.660

44、.0611選取25mm,Ip=113Ao校驗長時允許電流Ica=In=1.15FN=46AIPIca,合格例5-10某采區(qū)變電所向綜采工作面移動變電站供電的高壓電纜長1100m,移動變電站型號為KBSGZY-1000/6/1.2，該電纜允許電壓損失為1%U，試選電纜型號和截面。解：1）選取電纜型號可選MYPTJ-3.6/6型電纜。2）按長時允許電流初選截面移動變電站的額定電流為l1N=Sn型96a1NV3U1N1.732X6查表5-2，選25mmIp=121Al1N,初選合格。3）校驗電壓損失二PcaL二ScaLC0S10000.71100VL-A；UnaUn25X43.5漢6-UL-ULP不

45、合格，把L2的截面增大到70mrr,重新計算電壓損失。APcaLScaCOSL1000匯0.7X1100：ULcaca59VaUnaUn5043.56Ul2）查表5-7，可得S點兩相短路電流約為1470A。五、井下開關的斷流能力校驗井下使用高壓配電箱、饋電開關、電磁啟動器，除正常的停送電操作外，還要在短路時切斷短路電流。因此，要校驗其斷流能力，以保證開關有足夠能力切斷短路電流。校驗時，只需使開關的額定開斷電流不小于開關安裝處的最大三相短路電流即可。(5-29)II（31brN1smaxTOC o 1-5 h z式中IbrN開關的額定開斷電流，A；I（Lx開關安裝處的最大三相短路電流，A表5-7

46、KBSG型礦用隔爆型干式變壓器兩相短路電流表（部分）A電纜總換算長度/mU2n=693VUn=1200V變壓器額定容量/kVA變壓器額定容量/kVA1002003155006303155006308001000017783512545784168531272038713912433747705016793115448760906183256435663608395543001001577273436664543460224253272331235903861120153725963396410141502370316132003454369814014982466315637303772231

47、530533091332335451601459234429433417345222622950298631983400180142122322753314931802209285128863080326320013842127258429192945215827572790296831352201348203024322719274221082667269928623014240131319402296254325632059258126112761290026012791857217423882406201225002529266727942801247178020632251226719

48、662422245025772694300121517081962212821421921234923752492260032011851641187020172030187822782303241225113401156157917861918192918362212223523362428360112715201709182718381795214821712264234938011001466163817451754175620882109219622754001074141515731669167817182030205121312205420104913681512160016081

49、682197619952071213944010251323145615361543164619231942201320764601002128114031477148416121874189119572017480979124113551422142915791826184319051960500958120413091371137815471781179718551907520937116812661324133015161737175318071856540917113512261280128514861696171117621808560897110311891239124414571

50、656167017191762580879107311531200120414291618163216781718600861104511201163116814021582159516381676620844101810881129113313761547155916001637640827992105910971101135015131525156415996608119681030106610701326148114931529156268079594410031037104113021450146114961527700780922978101010131279142114311464

51、149472076690195498498712571392140214341462740752881931959962123513641374140414317607388619099369381214133813481376140278072584288891391611941312132213491373800712825868892894117412881297132313468207008078488728874115512641273129813208406887918308528541137124112491273129486067777581283383611191219122

52、7125011270880666760796816818110111981205122712479006557457797998011084117711841205122492064473176478278410681157116411841202940634718749766768105211381145116411819606247057357517531036111911261144116198061569272173773910211101110711251141100060568070772372510061083109011071122六、短路電流的電動力效應與動穩(wěn)定校驗三相平行載

53、流導體的電動力由電工基礎可知，兩根平行導體中有電流通過時，導體間將會產(chǎn)生電動力。電動力的方向是當電流方向相同時相互吸引，電流方向相反時相互排斥。作用力是沿著導體長度均勻分布的。如果三相線路中發(fā)生三相短路，可以證明：同一平面內(nèi)平行放置的三相導體，其中間相所受的電動力最大。此時，電動力的最大瞬時值為FBmax173心2(5-30)TOC o 1-5 h z式中FBmaX三相短路時，中間一相導體所受的電動力，N；iim三相短路時，短路沖擊電流值，kA；高壓電網(wǎng)咯=2.55(3；L平行導體的長度，ma兩導體中心線間的距離，m；Ks導體的形狀系數(shù)。一般情況下可取1。如果電動力所產(chǎn)生的彎曲應力超過了導體和

54、絕緣材料允許的數(shù)值，則導體和絕緣材料會發(fā)生永久性變形或斷裂，使設備損壞、造成更嚴重的短路。因此，要對電氣設備進行電動力校驗。電氣設備的動穩(wěn)定校驗各種電氣設備，其載流導體的機械強度，截面形狀，布置方式和幾何尺寸都是確定的。為了便于用戶選擇，制造廠家通過計算和試驗，從承受電動力的角度出發(fā)，在產(chǎn)品技術數(shù)據(jù)中，直接給出了電氣設備允許通過的最大峰值電流，這一電流稱為電氣設備的動穩(wěn)定電流，也稱為極限通過電流，用ies表示。在選擇電氣設備時，要求動穩(wěn)定電流ies不小于短路沖擊電流iim。iesiim(5-31)母線和絕緣子的動穩(wěn)定校驗請參閱本書第六章。七、短路電流的熱效應與熱穩(wěn)定校驗導體的長時允許溫度和短時

55、允許溫度由于導體有電阻，正常工作時導體可能達到其長時允許溫度，發(fā)生短路時，強大的短路電流將使導體溫度進一步迅速升高。當導體溫度超過導體和絕緣允許的短時允許溫度時，會立即燒壞絕緣，使導體退火軟化。表5-8列出了各種導體的長時允許溫度0p、短時允許溫度0ps和熱穩(wěn)定系數(shù)Co導體的最小熱穩(wěn)定截面導體在短路時能達到的最高溫度，與導體的材料、導體的截面、短路電流的大小以及短路時間有關。能使短路時導體溫度不超過短時允許溫度的最小截面稱為導體的最小熱穩(wěn)定截面，用Amin表示。I(3Amin=；tj(5-32)C式中Ismax導體安裝處的最大三相短路電流，A；ti短路電流的假想作用時間，s；高壓電網(wǎng)短路電流的

56、假想作用時間甘為tts0.05,ts為短路實際存在時間。通常井下電網(wǎng)的短路電流假想作用時間可取0.25s。C導體材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，它與導體的電導率、密度，熱容量和最大短時允許溫升有關。各種導體材料熱穩(wěn)定系數(shù)見表5-8。表5-8各種導體的短時允許溫度及熱穩(wěn)定系數(shù)導體種類和材料電壓/kV長時允許溫度0p/C短時允許溫度0ps/C熱穩(wěn)定系數(shù)C母線排：銅鋁7070300200171871380250148銅芯665250145油浸紙絕緣電纜1060250148138020084鋁芯66520090106020092交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜銅芯1090250141鋁芯Amin時，滿足短路熱穩(wěn)定校驗要求。該導體

57、在短路電流通過時，其最高溫度不會超過短時允許溫度。例5-15井下中央變電所的最大三相短路電流為9160A,向采區(qū)輸電的電纜為MYJV2型交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯鎧裝電纜，試計算該電纜的最小熱穩(wěn)定截面。解：根據(jù)電纜型號查表5-8得熱穩(wěn)定系數(shù)C=141，代入式（5-32）得（3）AminJsmax片=9160.25=32用C”|141即從該中央變電所饋出的該類型的電纜其截面不得小于35mrK成套電氣設備的熱穩(wěn)定校驗對成套電氣設備，其導體的材料和截面均已確定，其溫升只與電流大小和作用時間的長短有關。廠家在電氣設備的技術數(shù)據(jù)中給出了與某一熱穩(wěn)定時間（例如4s）相對應的熱穩(wěn)定電流，因此，對成套電氣

58、設備可直接用下式進行熱穩(wěn)定校驗ItSt（驚蔚（5-33）式中Its設備的熱穩(wěn)定電流，A;t與Its相對應的熱穩(wěn)定時間，S。第五節(jié)井下電網(wǎng)過流保護整定計算井下各種高低壓配電裝置中，都安裝有過電流保護裝置。這些過電流保護裝置能在電網(wǎng)發(fā)生過載和短路故障時，使斷路器跳閘和發(fā)出信號，保護電網(wǎng)和人身安全。過電流保護裝置需要計算和調(diào)定其動作（跳閘）電流，才能在發(fā)生故障時正確跳閘。給過電流保護裝置確定一個動作（跳閘）電流，稱為過電流保護裝置的整定。井下電網(wǎng)的所有的高低壓配電裝置（電磁啟動器、饋電開關、高壓配電箱），都必須整定過電流保護裝置后，才能投入運行。運行中要定期檢查過電流保護裝置的動作可靠性。井下電網(wǎng)的

59、過電流保護分為過載保護和短路保護兩種。短路保護是在發(fā)生短路時立即跳閘切斷電源。過載保護能在電動機、變壓器和電纜中的電流小幅度、長時間超過其額定電流或長時允許電流時，切斷電源，防止燒壞電動機、變壓器和電纜。過載保護是長延時反時限特性。圖5-9后備保護示意圖一、對電網(wǎng)過流保護裝置的要求快速性供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，必須快速切除故障，以減輕故障的危害。井下的短路保護是瞬動的。選擇性供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求保護裝置只將故障部分切除，保證無故障部分繼續(xù)運行。靈敏性在過流保護裝置的保護范圍內(nèi)，不論發(fā)生故障的性質(zhì)和位置如何，保護裝置均應反應靈敏并保證可靠動作。保護裝置的靈敏性用靈敏度系數(shù)Kr來衡量?？煽啃?/p>

60、可靠性是指當供電系統(tǒng)正常運行時保護裝置不應誤動作，保護范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)時，保護裝置能可靠動作，不應拒動。為保證保護裝置動作的可靠性應注意以下幾點：（1）正確整定保護裝置的動作電流；（2）選用技術性能先進、保護效果好的保護裝置；（3）提高安裝質(zhì)量，加強檢查和維護。后備保護(5-37)即短路保護動作電流的實際調(diào)定值可以在Iop.minIop.max之間選擇。(5-37)即短路保護動作電流的實際調(diào)定值可以在Iop.minIop.max之間選擇。井下的電纜和變壓器必須至少有兩個開關保護，即必須有一個主保護和至少一個后備保護。在圖5-9中L4電纜由7號開關作主保護，5號開關作后備保護；L2