综采工作面供电设计计算

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1、综采工作面供电设计计算煤矿安全规程第448条规定：井下各级配电电压和各种电 气设备的额定电压等级应符合下列要求：高压，不超过10KV；低压，不超过1140KV；照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V； 远距离控制线路的额定电压，不超过36V；采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。1、移动变电站变压器容量计算综采工作面变压器容量计算方法，通常采用需用系数法，由各 用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷的方法，一组用电 设备的计算负荷为：?:(1)cospwm式中组用电设备的计算负荷，KV A；Epx -具有相同需用系数人击的一组用电设备额定功率之

2、和，KW；-综采工作面用电设备的需用系数。门三可按下式计算:PirmSPnj最大一台电动机的额定功率,KW；C0SPwm组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的额定功率汽与功率因数的乘积之和与它们总功率之比，即COSPwm_匕二二： J_ U: J :二 _，-二二：、：.二: J ：:Pm：l十Pn12 hPhil高压配电装置及高压电缆的选择I三1=1选择与电网相匹配的电压矿用隔爆型高压真空配电装置。1）按线路的长时最大工作电流L选择高压开关为额定电流，2）动稳定校验和热稳定校验；3）断流能力校验。1）高压配电装置的额定电流氐，不应小于其所控制的设备或线路的长时最大工作电流1 ，即:。c

3、aNcaC?L v 3Un KscT|win cos12 t即ts ts ss ph 即式中ts设备在时间t内能承受的热稳定电流，KA；可从产品查出。流）ttsSStph设备热稳定电流所对应的时间，S;稳态短路电流， KA，I = I （ 3 ）（ ISS SS可从产品查出。3）为三相短路电短路电流作用的假象时间，S；对无限大容量系统的短路故障，按下式确定：t =t +t +0 .05（4）ph Sc brtsc-短路保护装置动作时间，S；tbr-主开关的断路时间，s；约0.110.22s；0.05考虑支路电流非周期分量的影响而增加的时间，当实际短 路时间大于1s时，该值可以忽略。所谓无限大电

4、源容量是一相对概念，他是指电源距短路点的电气距离较远时，电源的额定容量远大于系统供给短路点的功率，因此， 在短路过程中可近似认为电源电压不变化，称之为无限大容量电源。以 S=8。3）断流能力校验断流能力必须符合下式要求：（5）I I 或 S SND max,s ND max,s式中、SND ND配电装置的额定开断电流、额定开断容量；、Smax,s max,s配电装置安装处最大短路电流、最大短路容量；3高压电缆的选择给综采工作面移动变电站供电的6kv或10kv高压电缆，应选择 高压橡套双屏蔽电缆。其主芯线截面的确定，通常在按经济电流密度 初选，按长时允许负荷电流校验电缆截面，或按允许电压损失校验

5、, 或按电缆线路电源端短路电流热稳定校验电缆截面。1）按经济电流密度初选高压电缆截面经济截面是指按降低电能损耗、降低线路投资、节约有色金属 等因素，综合确定出的符合总经济利益的导体截面。与经济截面相应 的电流密度，叫做经济电流密度。按经济电流密度选择电缆截面A为eA 4e IJed式中A -经济截面，mm2；e正常运行时，通过电缆的最大长时负荷电流，当两条 电缆并联运行时，不考虑一条线路故障时的最大负荷电流，A；已d经济电流密度，A/mm2,其数值可参考表选择铜芯电力电缆经济电流密度年最大利用负荷小时数/h经济电流密度/（Amm-2100030002.5 （一班作业）300050002.25

6、（两班作业）5000以上2.0 （三班作业）当计算出经济截面后，选取标准截面A,并使A Ipca(2)环境温度为+25C时电缆的允许载流量，A；ca通过电缆的最大长时负荷电流，A；环境温度不等于+25C时的电缆载流量修正系数，（见【大长时负荷电流的计算: 向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流，即I = Ica=S10_|IN式中:SN移动变电站额定容量，KVA；1N移动变电站一次侧额定电压，V移动变电站一次侧额定电流，A； 向两台移动变电站供电时，最大长时负荷电流1 ca为两台移 动变电站一次侧额定电流之和，即I = Ica+1NI 二 Sv J, -Sv 7 IO22N向3台及以上

7、移动变电站供电时，最大长时负荷电流capnxio3ca式中IcaV3Un Ksccos(pwin1! win最大长时负荷电流，A;工Pn 由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，KW；UN移变一次侧额定电压，v；Ksc变压器的变比;COSCpv,i；iyi A加权平均功率因数和加权平均效率。对向单台或两台高压电动机供电的电缆，一般取电动机的额 定电流之和；对向一个采区供电的电缆，应取采区最大电流；而对 并列运行的电缆线路，则应按一路故障情况加以考虑。3）按短路电流热稳定校验电缆截面短路时应满足电缆热稳定最小截面的要求，即所选电缆的主截 面应大于等于最小热稳定截面。最小热稳定截面用下式计算：A

8、 . = I 便min ss c式中电缆的最小热稳截面，mm2；I通过电缆的最大短路电流，A；ss假想时间，计算方法同前所述；4）按允许电压损失校验电缆截面允许电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用AU表示。我国规定，电缆线路电压损失百分数的标准：对1035KV及以上的线 路为5%；对10KV及以下的线路为7%。对于矿井高压电缆，在计算 电压损失时，其长度应从地面变电所至采区变电所。电压损失计算公式为：A U%L 丿口氐4一*宀丄 % 100%（5）UN或AU%二黑（氐-Xgmp）%式中A U%-电缆线路的电压损失百分数；I 通过电缆的最大长时工作电流，A;cacoscp Sincp电缆所带

9、负荷的功率因数和功率因数角 所对应的正旋值；P负荷功率，KW；Un- 电缆线路的额定电压值，KV；R,I A Xq 电缆线路的电阻和电抗，Q/Km。电缆长度，km；电缆所带负荷的功率因数角对应的正切值。4低压电缆的选择1、矿用低压电缆型号选择选择的低压电缆要符合煤矿安全规程的规定。根据电 压等级、使用环境、机械的工作情况等确定电缆的型号。当电网电压为660V时，选用UCP1000或UC1000型系列电缆； 当电网电压为1140V时，必须选用带分相屏蔽的橡套绝缘专用电 缆。例如，向采煤机供电的低压电缆，应选用UCP1140型， 向煤电钻供电电缆应选用UZ500系列电钻专用电缆。2、低压电缆芯线数

10、的确定低压电缆芯线数目，主要取决于控制按钮是否装在工作机 械上，分两种情况来考虑。 控制按钮不装在工作机械上或另设控制电缆，如输送机、 回柱绞车等。供电电缆选4芯的，其中3芯线为动力回路，另1 芯线作地线用。 控制按钮装在工作机械上。如采煤机、装岩机等。视具 体需要，选7 11芯，其中3芯为动力回路，1芯为地线，其他芯 线为控制线。3、低压电缆主芯线截面的选择原则 按最大工作电流确定主截面。最大工作电流不大于电缆 的长时允许电流，以保证在电缆正常运行时不过热； 电缆的机械强度应符合用电设备使用场合的要求。防止 设备在运行中由于电缆弯曲过度、打结、扭伤或砸碰等造成绝缘 损坏，引起断线或短路事故。

11、 按允许电压损失校验电缆截面。以保证电动机正常运转。 按距离最远功率最大的电动机启动时校验电压损失。以 保证该电动机能够正常启动，同时已启动的电动机能够正常运转。 用熔断器保护的，应按熔件额定电流与两相短路电流和 电缆最小截面的配合要求进行校验。 按过流保护装置动作灵敏度要求校验电缆截面。4、低压电缆主芯线截面的选择1）流过电缆的实际工作电流计算支线。所谓支线是指1条电缆控制1台电动机。流过电 缆的长时最大工作电流即为电动机的额定电流。 二 二 （1）长时最大工作电流，A；ca电动机的额定电流，A；N厂 电动机的额定电压，V；电动机的额定功率，KW；coscpN电动机的功率因数;1N电动机的额

12、定效率。干线。干线是指控制2台及以上电动机的总电缆。向2台电动机供电时，长时最大工作电流取2台电动机 额定电流之和，即=+ ca N1 N2向3台及以上电动机供电的电缆，长时最大工作电流I用下ca式计算= , C?L v13U COStpvirmlwin式中：-干线电缆长时最大工作电流，A;ca二比.一由干线所带的电动机额定功率之和，KW；、土，-额定电压，V；加权平均效率；：7 ：； 2亠加权平均功率因数；2）电缆主截面的选择选择要求匚匸刁二（4）式中：K-环境温度校正系数，（见表）L-环境温度为25c时，电缆长时允许负荷电流，A;I -长时最大工作电流，A；按允许电压损失校验电缆主截面煤矿

13、井下供电设计技术规定第633条规定：对距离最远、 容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等），在重载情况下应保 证启动，如采掘机械无实际最小启动力矩数据时，可按电动机启动时 的端电压不低于额定电压的75%校验。正常运行时电动机的端电压允 许偏移额定电压5%，个别特别远的电动机允许偏移-8%-10%。允许电压损失人二二-；：-095十短路电流计算1、煤矿井下电缆短路的原因、种类及危害短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接。如相 与相之间的短接，称为相间短路；由于煤矿井下供电的变压器中性点 绝缘，相与地之间短接，其电流数较小，称为单相接地。产生短路的原因是由于电气设备载流部分绝缘老化、过

14、电压、 机械损伤等使绝缘损坏，形成短路。在煤矿井下电网中，可能发生的短路类型有三相短路、两相 短路和两相接地短路等。其中两相短路和两相接地短路发生的概率要 比三相短路高。井下电网短路的危害，发生短路故障时，由于短路回路阻抗 很小，短路电流比正常工作电流大许多倍，短路点产生的高温电弧可 能引燃瓦斯或煤尘；短路电流的动力效应和热效应可能使设备损坏， 或者引起电缆着火等。2计算短路电流的目的在计算短路电流时，通常选择被保护线路的始端、末端作为 短路点。因为线路的始端三相短路电流最大，故称为最大三相短路电 流；线路的末端两相短路电流最小，称为最小两相短路电流，计算最 大三相短路电流，用来校验电气设备的

15、动稳定性和热稳定性以及校验 电缆的热稳定等；计算最小两相短路电流，用来校验保护装置的灵敏 度。3短路电流的计算方法短路电流的计算方法有解析法和表格法，两种方法的实质都 是欧姆定律的应用。下面只介绍解析法。1）综采工作面移动变电站高压进线电缆短路电流计算目前我国多数矿井入井高压为6KV,少部分高产高效矿井入井 高压为10KV。6KV与10KV供电系统高压短路电流的计算方法相同。下 面以6KV供电系统为例做一说明。短路电流计算时，其电压取平均电压，各电压等级的平均电压见表。6KV的平均电压u=6.3KV。标准电压等级的平均电压值标准电压/KV0.1270.220.380.661.143.36103

16、5平均电压L=/KV0.1330.230.400.691.203.46.310.537 高压短路器的分断能力。真空断路器的分断能力为 100MV A,当电网实际短路容量乂超过短路器的分断能力时，必须加 以限制。 短路点的选定。综采工作面供电计算，选移动变电站高压电缆进线端作为短路点，计算三相短路电流，校验移动变电站的高压 开关的断流能力；计算两相短路电流，整定前级6kv隔爆开关中的继 电保护装置。 元件电抗的计算。6KV高压供电系统在计算短路电流时，忽 略短路回路中各元件的电阻。 电源系统的电抗工汀：二匚礼.二L有:-二匸-(1)Sy 亦7 V3UarI 乔式中Xsv电源系数电抗，QUar平均

17、电压，V (6kv系统的平均电压为6.3kv)；稳态三相短路电流，A；厂 井下中央变电所母线短路容量，MVA；6KV电缆线路的阻抗二X-电缆线路单位长度的电抗值，6 10KV电缆线路M-=0.08Q/Km;L-自井下中央变电所至综采工作面移动变电站，流过高压短路电流的沿途各串联电缆的总长度，Km。 短路回路的总阻抗X：y X= + 厶 -sy 三相短路电流：- =(4)s V3EX 两相短路电流2：=r ： =(5 )s 2fx T S短路容量S二：过流保护装置的整定计算煤矿井下电网对过流（过负荷、短路保护的全称）保护的要求：（1）确保可靠性和快速性，兼顾选择性。井下纵向各级过流保护多为瞬间动

18、作，所以有时很难保证纵向过流保护的选择性。多数情况下，靠拉大上、下级保护装置的动作电流差距来获得选择性。（2）各级保护应有一级后备保护。后备保护是指当本级保护 范围内发生过流故障且保护装置拒动时，上一级保护装置应该动作， 切断电源。即上一级保护应能作为下一级保护的后备保护。这样虽然 扩大了停电范围，但保证了保护的可靠性，有利于井下安全（熔断器 保护需要后备保护）。（3）采用熔断器保护时，为了不使电缆在短路发生后，熔断 器熔体熔断之前电缆过热而损坏，熔断器的熔体必须与所保护的电缆 截面相配合。高压配电装置中过流继电器的整定目前使用的矿用隔爆高压真空配电箱继电保护装置大多数采 用电子保护装置，部分

19、新产品采用微电脑控制及保护，其保护功能有 过流保护（短路保护、过载保护）、漏电保护、过电压和欠电压保护等。1、保护一台移动变电站1）短路（瞬时过流）保护继电器动作电流移动变电站内部及低压侧出线端发生短路故障时，应由高压配 电箱来切除，因此动作电流应按躲过变电站低压侧尖峰负荷电流来整 定，即动作电流为：-（+%）式中Ub,r-瞬时过流继电器动作电流（短路保护，即速断），A；1214可靠系数;变压器的变比;Kj高压配电箱电流互感器变流比；变压器组别系数，对于Y,y接线的变压器，匚：=1；对于Y,d接线的变压器乞：=三。启动电流最大的一台或几台电动机同时启动，电动机的额定启动电流，A；其余电气设备额

20、定电流之和，A；调整继电器过流保护整定装置，使动作电流大于等于其计算 值。灵敏系数（灵敏度）校验：瓦=5KgrkrKikbjK：.保护装置的灵敏度；I2 -移动变电站二次侧出口处最小两相短路电流，A；02）过载保护整定电流隔爆型高压配电箱过载保护装置的动作电流，按移动变电站一次侧额定电流来整定，即T =Sb V3Un式中-移动变电站额定容量，KVA；移动变电站一次侧额定电压，KV；2、保护几台移动变电站一台高压配电箱控制一条高压电缆，而这条高压电缆又同时控 制几台移动变电站，构成带有分支负荷干线式供电方式，综采工作面 供电系统一般采用这种供电方式。1）短路保护装置动作电流整定短路保护装置动作电

21、流整定仍按式（1）计算，灵敏度按式（2） 校验，应注意，在灵敏度校验中，为保护范围末端的最小两相短 路电流，该保护范围末端是指最远一台移动变压器二次出口处最小两 相短路电流。2）过载保护整定电流高压配电箱过载保护装置的动作电流按线路最大工作电流来 整定。N（4）J-sb.r k max,w式中Imax.w线路的最大工作电流（即最大负荷电流a），A；二Lmax,w Lca=E s x . io-1SN 由该高压电缆所控制的移动变电站额定容量总和，KV A；U1N高压额定电压，V。移动变电站过流保护装置整定计算目前，煤矿井下使用的国产移动变电站结构形式有两种： 高压负荷开关、干式变压器、低压馈电开

22、关组成移动变电站。 在低压馈电开关中装有半导体脱扣器，作为过流保护装置。JJ30检漏 继电器作为漏电保护装置； 高压真空断路器、干式变压器、低压保护箱组成移动变电站。 在高压开关箱中装有过流保护装置，在低压开关箱中装有过流保护和 漏电保护装置。1、移动变电站高压开关箱中过流保护装置的整定短路保护的整定移动变电站内部及低压侧出线端发生短路故障时，应由移动变 电站高压断路器来切除。移动变电站保护装置的动作电流应躲过低压侧尖峰负荷电流,即按式(1)计算整定，4岸(1*+瓯)(1)KgtKTKi按式(2)匕=1-5(2)KgTlcTKLIGb,r校验灵敏度。应注意，在灵敏度校验中。为保护范围末端 的最

23、小两相短路电流，该保护范围末端是指最远一台磁力启动器，动 力电缆入口处最小两相短路电流。过载保护整定移动变电站过载保护的整定电流，取移动变电站一次侧额定电流，即按式计算丁1广订2、移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定短路保护整定【託【s匸ill【N(6)式中-过流保护装置的动作电流；A；I-t门-被保护网络中最大一台电动机的启动电流，A；【N-被保护网络中除最大容量的一台电动机外，其余电动机额定电流之和，A;保护装置的灵敏系数要求：K =1-5(7)r Isb式中被保护网络末端最小两相短路电流，A；过载保护整定移动变电站低压保护箱中，过载保护的整定电流取所控制电动(8)机额定电流之和乘以需

24、用系数。即【sb Kde式中Yl斗-所有电动机额定电流之和，A；需用系数，由具体负荷确定3、移动变电站低压馈电开关过流保护装置的整定 移动变电站低压馈电开关短路保护的整定按式（6）计算整 定值，按式（7）校验灵敏度。 过载保护的整定过载保护的整定电流取所控制电动机额定电 流之和乘以需用系数，即按式（8）计算井下低压系统过流保护装置（包括过电流脱扣器）1低压馈电开关过流保护装置的整定（1）变压器二次侧总馈电开关或干线的配电开关中过电流继 电器动作电流：式中过流保护装置的动作电流；A；I-t门-被保护网络中最大一台电动机的启动电流，A；【N-被保护网络中除最大容量的一台电动机外，其余电动机额定电流

25、之和，A;保护装置的灵敏系数要求：K =江5（7）r Isb式中被保护网络末端最小两相短路电流，A；2 DZKD型或DWKB30型新型系列馈电开关，装有电子脱扣装置， 即过载长延时过流保护、短路短延时（0.20.4s）过流保护和短路 速断保护。过载长延时过流保护的整定范围：（0.41.0） I” v是 开关的额定电流A）,具有反时限特性；短路短延时过流保护的整定范 围：（310） J；. 乂;短路速断保护的整定范围：81尹.乂或201尹.乂。过载长延时保护的动作电流整定倍数：(9)sb过载长延时保护动作电流倍数；Kde需用系数；被控制的所有电动机额定电流之和，A。短路短延时保护的动作电流整定倍

26、数：I訂州+心忆In(1)(11)Lsw,Nr-短路短延时动作电流计算值，A；灵敏系数要求：&=1.5(12)IswtN2采用电子保护装置的新型磁力起动器过电流保护装置的整采用电子保护装置的磁力起动器，生产厂家不同，保护装置也 各异。如QCKB30系列磁力起动器采用JLB300型电子保护装置,QJZ 300/1140型磁力起动器装有 5块电子控制保护插件，BQD 300/1140型磁力起动器采用ABD8型电子保护装置，QJZ200/1140 型磁力起动器采用JDB型电机综合保护装置，个别新产品采用微机控 制保护等等，虽然保护装置类型不同，但是过流保护整定的要求相同。（1）过载保护的整定电流要求

27、略大于长时最大负荷电流。或 者说，略小于所控制电动机的额定电流，即【HN （取接近值）（13）式中hb.i?过载整定电流，A；【Bl N 电动机额定电流，A；这样整定的理由是因为生产机械所配套的电动机并非按电动 机的满负荷设计，电动机的功率略大于生产机械的功率。（2）过电流速断保护的整定电流：寸n电动机的额定起动电流，A；对鼠笼电动机，一般-一=（47）；二。速断整定电流倍数要求为过载保护的8倍或10倍，一般电子保护装置由硬件电路的设计来保证。即二【汀三二8Isb.o或10(15)速断保护灵敏系数要求:-TKIsbTo1.5(16)3过热继电器整定（1）过热继电器的动作电流整定。过热继电器的动

28、作电流应 略大于被保护电动机的负荷电流。（2）过热-过流继电器动作电流的整定。过热组件的动作电流 整定与过热继电器相同，过电流组件的动作电流的整定同速断保护。4熔断器熔件的选择(1)若保护1台鼠笼型异步电动机，则熔件的额定电流应躲过电动机的起动电流，即If(17)式中If熔体的额定电流，a；Jln电动机的额定起动电流,Kf当电动机启动时，熔体不熔化的系数。取值范围为1.82.5。在正常启动条件下，軽载启动，取2.5, 经常启动或重负荷启动，取1.82。(2)若保护多台鼠笼型异步电动机供电干线的熔断器，则熔件的额定电流为：N(18)寸N 干线电缆供电的最大电动机额定启动电流;%- 其余电动机额定电流之和,Kf熔体不化系数,(3) 保护电钻变压器，熔体额定电流为Kt -变压器变比(4) 保护照明变压器，熔断的额定电流If(20)%- -照明灯额定电流之和(5) 熔体额定电流与熔断器额定电流的选择。根据熔体额定电流计算值讣，选取熔体的额定电流，要求【N,F【F