煤矿井下供电基本计算

1、煤矿井下供电基本计算 第一节 概述随着煤炭工业的现代化，采掘工作面机械化程度越来越高，机电设备单机容量有了大幅的提高。以采煤机为例，70年代初期的100kw左右，增加到现在的3000kw。由于机械化程度的提高，加快了工作面的推进速度，这就要求工作面走向长度加长，从而使供电距离增大，给供电带来了新的问题，因为在一定的工作电压下，输送功率越大，电网的电压损失也越大，电动机端电压越低，这将影响用电设备的正常工作。解决的办法就是增大电缆截面，但有一定的限度，因为电缆截面过大，不便移动和敷设，而且也不经济，现在采用移动变电站使高压深入到工作面顺槽来缩短低压供电距离，可使电压质量得到较大的提高，这也是提高电压质量相当有效的措施。目前我国综采工作面用电设备的电压等级都是1140v，大型矿井综采设备采用3300v供电。矿井高压供电也有所提高，徐州矿务局各矿和西川煤矿都是6kv供电。青岗坪、刘园子和柳巷煤矿都是10kv供电。提高电压等级和采用移动变电站供电不仅保证了电压质量，还降低了电网输电损耗。采区供电是否安全可靠、技术是否经济合理，将直接关系到职工人身安全、矿井和设备的安全、也关系到生产成本和经济利

2、润。所以，必须经过计算来选择电气设备和电缆，较准确的计算出短路电流、合理整定过流保护和校验漏电保护装置，是确保矿井安全供电，电气设备安全运行的根本保证。正确掌握井下供电计算的基本方法，合理的选择电气设备和电缆，编写采区供电系统计算说明书是我们机电技术人员和机电管理人员的日常工作。一、采区供电系统的拟定的原则1、采区高压供电系统的拟定原则1）双电源进线的采区变电所应设置电源进线开关，当一路供电，一路备用时，可不设联络开关，母线可不分段。当两路电源同时供电时，应设联络开关，母线分列运行。2）供综采工作面的采区变电所，一般应采用两回电源线路供电。3）单回路供电的采区变电所，当变压器不超过两台且无高压出线时，可不设电源进线开关；当变压器超过两台或有高压出线时，应设进线开关。4）采区变电所的高压馈出线，宜用专用的高压开关。5）由井下主变电所单回路向采区变电所供电的电缆线路，串接的采区变电所不得超过三个。2、采区低压供电系统的拟定原则1）在保证供电安全可靠的前提下，力求使用的设备最省。2）当采区变电所动力变压器超过一台时，应合理分配变压器负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备。3）一台启动

3、器只控制一台设备，变压器最好不并联运行。4）采区变电所向各配电点或配电点到各用电设备宜采用幅射式供电，上山及下顺槽运输宜采用干线式供电。5）配电点的启动开关在三台以下可不设馈电开关。6）供电系统应尽量避免回头供电。二、采区供电设计的主要工作为保证供电安全可靠和技术经济合理，在进行采区供电设计时，应首先向有关部门收集下列原始资料作为设计的依据。1、采区巷道及机械设备布置图。了解采区工作面长度、走向长度、巷道断面尺寸和用电设备在工作面的分布情况。2、采取各用电设备的详细技术特征。3、电源情况。了解附近现有变电所及中央变电所的分布情况，供电能力及高压母线上的短路容量等情况。4、矿井瓦斯等级，煤层走向、厚度、倾角，煤层硬度，顶板底板和支护情况。5、采煤方法、采区煤的产量、煤的运输方式、通风方式及工作组织循环等情况。采区供电设计所做主要工作有；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用电设备。；5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，在图中标注电气设备型号、规格，电缆型号、

4、规格，短路电流，过流保护整定值等。第二节 负荷计算一、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：1、负荷的有功功率计算，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（千瓦）。2、负荷的视在功率计算，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。3、长时工作电流计算，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。二、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。 P=UNNCOS （2） Q=UNNSin 式中 PN 电动机额定功率，kW； S=UNNUN 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。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。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

6、率已知为PN1、PN2、PN3PNn。则总额定功率为： （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 （4）由Pca可计算出Sca和IcaSca =Pca /cos （5） （6）式中： UN 额定电压，kV；Kde用电设备组的需用系数； cos 用电设备组的加权平均功率因数。Kde和cos均可由表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、二项式法等。3.变压器容量的确定 ST=(Kde*PN)/cos4.电缆线的初选 高压电缆；1）按经济电流密度选取 低压电缆； 1) 机械强度选择 2）长期允许电流校验 2）长期允许电流校验 3）允许电压损失校验 3）允许电压损失校验 4）短路热稳定校验 4）启动条件校验第三节 按允许电压损失校验导线截面输电线路通过电流时，将产生电压损失。电压损失过大，会造成电动机电压过低，电动机起动困难、工

7、作电流增大、甚至会因电流过载烧坏电动机。因此，按长时允许电流初选的长电缆，还要校验允许电压损失。1）线路电压损失的计算所谓电压损失是指输电线路始、末两端电压的算术差值。三相线路的线电压损失为 （12）式中 线路的线电压损失，V；线路的长时工作电流，A；线路所带负载的功率因数角；线路每相电阻、电抗，。式12用功率表示时则为 （13）式中 线路所带负荷的有功计算功率，kW；无功计算功率，kvar；电网的额定电压，kV。在式12和式13中，、cos、sin 都在负荷计算时得到，需要计算的是。可用下式计算： （14）式中：L 电缆的长度，m；A 电缆导线截面，mm2； （42.5） （48）电缆导线的电导率，m/mm2；橡胶电缆取43.5，塑料电缆取48.6，铝芯电缆取28.8。可用下式计算： （15）式中：L 电缆的长度，km；线路每千米电抗，和线路结构、电压等级有关，电缆线路取0.060.08 /km，架空线路取0.30.4 /km，高压线路取较大的值。因为电缆线路的电抗很小（0.060.08 /km），通常情况下可忽略，式12和式13可简化为 （16） 2）线路允许电压损失 高压系统电压

8、损失 全国供用电规则规定 7%井下变压器的二次侧额定电压为1.05UN，电动机的允许最低电压为0.95UN ，因此，变压器和线路的电压损失之和不能超过10%UN 。考虑到井下变压器的电压损失通常不超过5%UN，则如果从变压器出口处到电动机的线路电压损失不超过5%UN，即可满足电动机运行的要求。为计算简便起见，规定从变压器副边出口处到用电设备（电动机、变压器）的线路允许电压损失=5%UN。表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表2 井下常用电缆在空气中敷设时的长时允许电流 A导线截面mm2聚氯乙烯绝缘铠装电缆交联聚乙烯绝缘细钢丝铠装电缆矿用橡套电缆1kV四芯6kV三芯6kV10kV低压高压铜芯铝芯铜芯铝芯

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