第五章 煤矿井下供电基本计算

1、第五章 煤矿井下供电基本计算主要内容：采区供电系统的变压器、开关、电缆的选择，井下电网的短路电流计算，井下过流保护装置的整定。教学目标：会选择电缆截面，会选择开关的额定电流、额定电压，会整定和校验开关的过流保护装置；能编写采区供电系统计算说明书。为采区供电系统选择电气设备、配置电缆、整定过流保护装置，是机电技术人员的日常工作之一。正确的计算是完成上述工作的前提。本章采用项目引领的教学方法，通过为采区供电系统配备变压器、开关、电缆，整定过流保护装置，掌握井下供电计算的基本方法。第一节 项目任务一、项目场景某煤矿机电科，机电副矿长兼机电总工程师向机电科各专业组下达矿长会议精神。本矿在东翼新开一上山采区，机电科承担新采区的供电系统设计计算任务。学生以34人为一组，模拟机电科专业组，选出组长。每组独立完成项目。教师模拟机电总工程师，向学生讲解采区的巷道布置、基本条件、设备配置情况。学生跟随课程进度，完成相应的项目任务。二、项目任务（1）采区变电所动力变压器的选型计算与台数的确定；（2）绘制采区生产设备布置图，草拟采区供电系统；（3）选择采区高、低压动力电缆；（4）选择采区高低压配电装置；（5）

2、计算短路电流；（6）整定过电流保护装置；（7）画出采区供电系统图（A2图纸），在图中标注电气设备型号、规格，电缆型号、规格，短路电流，过流保护整定值等。其中（2）和（4）项在本教材第四章和第三章中已有叙述，本章不再赘述。三、基本条件序号技术参数项目参数序号技术参数项目参数1沼气等级高沼8采煤工作面个数12电源电压等级（kV）109煤层倾角83与中央变电所距离（m）120010煤层厚度（m）34采区走向长度（m）160011散煤自然安息角305采区斜长（m）60012采区掘进工作面个数26采煤工作面长度（m）18013年工作天数3007工作面采煤方法综采14日工作小时数14四、生产机械技术参数分组序号设备名称台数型号额定功率/kW额定电压/V备注采煤工作面1采煤机1MGTY200/500-1.1D电牵引采煤机2002+402+20 11402刮板输送机1SGZ-730/264213211403转载机1SZB-730/757511404乳化液泵2BRW200/31.51251140一台工作5调度绞车1JD-11.411.41140/660下顺槽6回柱绞车1JH-87.51140/660下顺

3、槽7小水泵15.51140/660下顺槽8调度绞车1JD-11.411.41140/660上顺槽9回柱绞车1JH-87.51140/660上顺槽10小水泵15.51140/660上顺槽11采煤工作面可伸缩皮带输送机1DJS80/40/275(B)2751140/660电机在下顺槽口集中运输12上山皮带输送机1DTL100/63/75751140/66013上山绞车1JTP-1.61.2110660掘进工作面14掘进机2EBZ100E1001140/66015掘进工作面可伸缩皮带输送机2DJS65/20/2222221140/66016调度绞车4JD-11.411.41140/66017小水泵25.51140/660局扇18局部扇风机4FBD-6.3/30215 1140/660二台工作第二节 负荷计算当我们为采区供电系统选配开关、变压器和电缆时，首先要计算这些设备所负担的功率和电流，这叫负荷计算。负荷计算是正确选择开关、变压器等电气设备和电缆截面的基础。负荷计算要计算的参数有三个：一是负荷的有功计算功率，简称计算功率，用Pca表示。它是负荷在运行时实际需要的长时最大有功功率，单位是kW

4、（千瓦）。二是负荷的视在计算功率，用Sca表示。它是负荷在运行时实际需要的长时最大视在功率,单位是kVA（千伏安）。用来选择变压器容量。三是长时工作电流，用Ica表示。它是负荷在实际运行时的长时最大工作电流，单位是A（安）。用来选择开关和电缆截面。这里的长时功率、长时电流是指持续30min的平均功率和平均电流。与长时功率、长时电流相对的是瞬时功率、瞬时电流。瞬时功率、瞬时电流有时会远大于长时功率、长时电流，但持续时间往往很短，不能作为选择电气设备的依据。例如电动机起动时的瞬时最大电流可达其额定电流的数倍，但持续时间只有几秒。一、负荷计算的方法1.一台电动机的负荷计算通常我们能够从铭牌上知道一台电动机的额定功率（PN ）和额定电流（IN），则 （5-1）在生产现场常常只知道电动机的额定功率和额定电压，而不知道额定电流。电动机的额定电流可用式5-2计算，但有些参数需要查电机手册才能得到，现场计算很不方便。 （5-2）式中 PN 电动机额定功率，kW；UN 电动机额定电压，kV。下面介绍迅速估算电动机额定电流的方法，准确性可满足工程计算要求。当电动机额定电压为380V时， IN 2PN；当电

5、动机额定电压为660V时， IN 1.15PN；当电动机额定电压为1140V时， IN 0.66PN；当电动机额定电压为6kV时， IN 0.12PN；当电动机额定电压为10kV时， IN 0.07PN。例5-1 有一台额定电压为660V，额定功率为40kW的电动机，试估算其额定电流。解：当电动机额定电压为660V时，IN 1.15PN ，把额定功率等于40kW代入公式IN 1.1540 = 46 A2.一个用电设备组的负荷计算生产工艺相同或相近，在生产过程中相互协同共同完成一项生产任务的多台生产机械称为一个用电设备组。采区有采煤工作面、掘进工作面、集中运输等几类用电设备组。设一个用电设备组有n台电动机，每台电动机的额定功率已知为PN1、PN2、PN3PNn。则总额定功率为： （5-3）但是这些电动机在生产运行时，一般不会同时工作，同时工作的电动机一般也不会同时满载，因此实际需要的功率Pca总小于PN。 Pca =Kde PN （5-4）由Pca可计算出Sca和IcaSca =Pca /cos （5-5） （5-6）式中： UN 额定电压，kV；Kde用电设备组的需用系数； cos 用

6、电设备组的加权平均功率因数。Kde和cos均可由表5-1查得。根据工作面的产量、地质状况以及生产工艺选择合适的数值。地质条件好、产量高的工作面Kde和 cos可取较大的值，反之，取较小的值。上述负荷计算方法，称为需用系数法。负荷计算的方法还有利用系数法、二项式法，不再赘述。表5-1 煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数用电设备组名称需用系数Kde功率因数tan备注井底车场无主排水泵有主排水泵0.60.70.750.850.70.81.020.75采区无机组缓倾斜采煤工作面0.40.60.61.33有机组缓倾斜采煤工作面0.60.750.60.71.331.02急倾斜采煤工作面0.60.650.60.71.331.02无掘进机煤巷掘进工作面0.30.40.61.33有掘进机煤巷掘进工作面0.50.60.71.331.02井下运输架线式电机车蓄电池电机车输送机和绞车0.40.70.80.60.70.90.90.70.480.481.02例5-2 一个缓倾斜炮采工作面，供电电压660V。有SGB-620/40T 刮板输送机5台，额定功率40kW；BRW80/20乳化液泵站2台（一台工

7、作，一台备用），额定功率30 kW；JH-8回柱绞车2台，额定功率7.5 kW，小水泵2台，额定功率5.5 kW，JD-11.4调度绞车2台，额定功率11.4 kW；煤电钻2台，额定功率1.2 kW。试计算该工作面的负荷（Pca、Sca和Ica）。解：1）计算总额定功率PN = PN1 + PN2 + PN3 + PNn=540+30+27.5+25.5+211.4+21.2=281.2 kW2）查表5-1，缓倾斜炮采工作面Kde取0.5，cos取0.6。3）计算有功计算功率Pca =Kde PN =0.5281.2=140.6 kW4）计算长时负荷电流A5）计算视在功率Sca =Pca/cos=140.6/0.6=234 KVA例5-3 试计算项目中的综采工作面设备的负荷并选择工作面移动变电站容量。解：项目中的综采工作面设备，除下顺槽可伸缩皮带输送机和上顺槽设备外，均由工作面移动变电站供电。1）计算总额定功率PN = PN1 + PN2 + PN3 + PNn=500+2132+75+125+11.4+7.5+5.5=988.4 kW2）查表5-1，综采工作面Kde取0.7，cos取0.7。3）计算有功计算功率Pca =Kde PN =0.7988.4=692 kW4）计算视在功率Sca =Pca/cos = 692/0.7=988 KVA选取一台KBSG-1000/10/1.2型矿用隔爆型移动变电站。3.多个用电设备组的负荷计算当一个变压器、开关或一条电缆向两个或两个以上用电设备组供电时，就需要计算这多个用电设备组的总功率和总电流。步骤如下：1）计算各组的PN2）查表5-1选取各组的Kde、 cos和tan3）计算各组的Pca和QcaQca= Pcatan （5-7）4）计算Pca和QcaPca = Pca1 +Pca2 +Pca3 （5-8）Qca = Qca1 +Qca2 +Qca3 （5-9）5）计算Sca （5-10）例5-4 设一个炮采工作面和一个掘进工作面由一台变压器供电，已知：采煤工作面Pca1 =140.6 kW， cos1=0.6，tan1=1.33；掘进工作面Pca2 =58 kW，cos2=0.6，tan2=1.33；电动机额定电压660V。试计算变压器的总负荷，并选择变压器的容量。解：

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