第五章煤礦井下供電基本計(jì)算

主要內(nèi)容：采區(qū)供電系統(tǒng)的變壓器、開關(guān)、電纜的選擇，井下電網(wǎng)的短路電流計(jì)

算，井下過流保護(hù)裝置的整定C

教學(xué)目標(biāo)：會(huì)選擇電纜截面，會(huì)選擇開關(guān)的額定電流、額定電壓，會(huì)整定和校驗(yàn)開

關(guān)的過流保護(hù)裝置；能編寫采區(qū)供電系統(tǒng)計(jì)算說明書。

為采區(qū)供電系統(tǒng)選擇電氣設(shè)備、配置電纜、整定過流保護(hù)裝置，是機(jī)電技術(shù)人員的

日常工作之一。正確的計(jì)算是完成上述工作的前提。

本章采用項(xiàng)目引領(lǐng)的教學(xué)方法，通過為采區(qū)供電系統(tǒng)配備變壓器、開關(guān)、電纜，整

定過流保護(hù)裝置，掌握井下供電計(jì)算的基本方法。

第一節(jié)項(xiàng)目任務(wù)

一、項(xiàng)目場(chǎng)景

某煤礦機(jī)電科，機(jī)電副礦長(zhǎng)兼機(jī)電總工程師向機(jī)電科各專業(yè)組下達(dá)礦長(zhǎng)會(huì)議精神。

本礦在東翼新開一上山采區(qū)，機(jī)電科承擔(dān)新采區(qū)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)。

學(xué)生以3~4人為一組，模擬機(jī)電科專業(yè)組，選出組長(zhǎng)。每組獨(dú)立完成項(xiàng)目°教師模

擬機(jī)電總工程師，向?qū)W生講解采區(qū)的巷道布置、基本條件、設(shè)備配置情況6學(xué)生跟

隨課程進(jìn)度，完成相應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)。

二、項(xiàng)目任務(wù)

(1)采區(qū)變電所動(dòng)力變壓器的選型計(jì)算與臺(tái)數(shù)的確定；

(2)繪制采區(qū)生產(chǎn)設(shè)備布置圖，草擬采區(qū)供電系統(tǒng)；

(3)選擇采區(qū)高、低壓動(dòng)力電纜；

(4)選擇采區(qū)高低壓配電裝置；

(5)計(jì)算短路電流；

(6)整定過電流保護(hù)裝置；

(7)畫出采區(qū)供電系統(tǒng)圖(A2圖紙)，在圖中標(biāo)注電氣設(shè)備型號(hào)、規(guī)格，電纜型

號(hào)、規(guī)格，短路電流，過流保護(hù)整定值等。

其中(2)和(4)項(xiàng)在本教材第四章和第三章中已有敘述，本章不再贅述。

三、基本條件

庫(kù)技術(shù)參

序號(hào)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)2參數(shù)數(shù)

節(jié)項(xiàng)目

煤

采

作

工

高

沼8

個(gè)

1沼氣等級(jí)面

數(shù)

電源電壓等級(jí)(KV)109%%。

煤

層

與中央變電所距離12()0O厚

?}.

(m)1n

散煤

蝮

4買區(qū)走向長(zhǎng)度(m)1600130°

息

角

采

區(qū)

進(jìn)

掘

作

2工

買區(qū)斜長(zhǎng)m600

5個(gè)

面

數(shù)

年工

6關(guān)煤工作面長(zhǎng)度(m)18013作天300

數(shù)

日工

7二作面采煤方法綜采14作小14

時(shí)數(shù)

四、生產(chǎn)機(jī)械技術(shù)參數(shù)

設(shè)備

北臺(tái)數(shù)額定功率/kW電注

分組型號(hào)

/2R7V

稱

采MGTY2OO/5OO-

采煤工作面1煤I1.1D電牽弓I采200x2+40x2+20114()

機(jī)煤機(jī)

刮

板

2輸1SGZ-730/2642x1321140

送

機(jī)

轉(zhuǎn)

3載1SZB-730/75751140

機(jī)

乳一臺(tái)工

5作

4BRW200/31.51251140

液

泵

調(diào)下順槽

度

絞1JD-1I.411,41140/660

車

回下順槽

%JH.8

67.51140/660

絞

車

小下順槽

7水15.51140/660

調(diào)上順槽

度

絞JD-11.411.41140/660

車

回上順槽

4

5

^JH--81140/660

車

小上順槽

1()水15.51140/660

泵

采電機(jī)在

煤下順槽

I口

作

面

可

伸1DJS8D/40/2x75(B2x751140/660

縮

皮

帶

輸

送

機(jī)

上

山

皮

2帶

集中運(yùn)輸DTL100/63/75751140/660

輸

送

機(jī)

上

山

13紡1JTP-1.6XL2110660

車

掘

進(jìn)

掘進(jìn)工作面EBZ100E1001140/660

14機(jī)

掘

進(jìn)

工

作

面

可

伸

15DJS65/20/2x222x221140/660

縮

皮

帶

輸

送

機(jī)

164JD-1L411.41140/660

小

17水25.51140/660

泵

局

部臺(tái)

8扇

局扇FBD-6.3/302x151140/660T

風(fēng)

作

機(jī)

第二節(jié)負(fù)荷計(jì)算

當(dāng)我們?yōu)椴蓞^(qū)供電系統(tǒng)選配開關(guān)、變壓器和電纜時(shí)，首先要計(jì)算這些設(shè)備所負(fù)擔(dān)的

功率和電流，這叫負(fù)荷計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算是正確選擇開關(guān)、變壓器等電氣設(shè)備和電纜

截面的基礎(chǔ)。

負(fù)荷計(jì)算要計(jì)算的參數(shù)有三個(gè)：一是負(fù)荷的有功計(jì)算功率，簡(jiǎn)稱計(jì)算功率，用Pea

表示。它是負(fù)荷在運(yùn)行時(shí)實(shí)際需要的長(zhǎng)時(shí)最大有功功率，單位是kW（千瓦）。二

是負(fù)荷的視在計(jì)算功率，用Sea表示。它是負(fù)荷在運(yùn)行時(shí)實(shí)際需要的長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)工作電流，用lea

表示。它是負(fù)荷在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的長(zhǎng)時(shí)最大工作電流，單位是A（安）。用來選擇開

關(guān)和電纜截面。

這里的長(zhǎng)時(shí)功率、長(zhǎng)時(shí)電流是指持續(xù)30min的平均功率和平均電流。與長(zhǎng)時(shí)功

率、長(zhǎng)時(shí)電流相對(duì)的是瞬時(shí)功率、瞬時(shí)電流。瞬時(shí)功率、瞬時(shí)電流有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)大于長(zhǎng)

時(shí)功率、長(zhǎng)時(shí)電流，但持續(xù)時(shí)間往往很短，不能作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。例如電

動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)最大電流可達(dá)其額定電流的數(shù)倍，但持續(xù)時(shí)間只有幾秒。

一、負(fù)荷計(jì)算的方法

1.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷計(jì)算

通常我們能夠從銘牌上知道一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率（PN）和額定電流（IN）,則

S■1

“0,8S

，一、（5-1）

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常常只知道電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電壓，而不知道額定電流。電動(dòng)機(jī)

的額定電流可用式5?2計(jì)算，但有些參數(shù)需要查電機(jī)手冊(cè)才能得到，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算很不

方便。

—

（5-2）

式中PN一電動(dòng)機(jī)額定功率，kW；

UN—電動(dòng)機(jī)額定電壓，kVo

下面介紹迅速估算電動(dòng)機(jī)額定電流的方法，準(zhǔn)確性可滿足工程計(jì)算要求。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓為380V時(shí)，IN^2PN；

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓為660V時(shí)，IN11.15PN；

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓為1140V時(shí)INP0.66PN；

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓為6kV時(shí)，INP0.12PN；

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓為lOkV時(shí)，IN^0.07PN。

例5?1有一臺(tái)額定電壓為660V,額定功率為40kW的電動(dòng)機(jī)，試估算其額定電

流。

解：

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓為660V時(shí)，INR1.15PN,把額定功率等于40kW代入公式

IN"15x40=46A

2.一個(gè)用電設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)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(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)的多臺(tái)生產(chǎn)機(jī)

械稱為一個(gè)用電設(shè)備組。采區(qū)有采煤工作面、掘進(jìn)工作面、集中運(yùn)輸?shù)葞最愑秒娫O(shè)

備組。

設(shè)一個(gè)用電設(shè)備組有n臺(tái)電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率已知為PN1、PN2、

PN3-PNn6則總額定功率為：

4=PM+Pf(5-3)

但是這些電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，一般不會(huì)同時(shí)工作?同時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)一般也不會(huì)

同時(shí)滿載，因此實(shí)際需要的功率Pea總小于EPN。

Pea=KdeIPN(5-4)

由Pea可計(jì)算出Sea和lea

Sea=Pca/cos(p(5-5)

IJa

a(5-6)

式中：UN——額定電壓，kV;

Kde——用電設(shè)備組的需用系數(shù)；cosep—用電設(shè)備組的加權(quán)平均功率因數(shù)。Kde和

cos(p均可由表5-1查得。根據(jù)工作面的產(chǎn)量、地質(zhì)狀況以及生產(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(p可取較大的值，反之，

取較小的值。

上述負(fù)荷計(jì)算方法，稱為需用系數(shù)法。負(fù)荷計(jì)算的方法還有利用系數(shù)法、二項(xiàng)式

法，不再贅述。

表5-1煤礦各組用電設(shè)備的需用系數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)

需用系數(shù)功率因數(shù)備

用電設(shè)備組名稱

注

Kde

井底無主排水泵0.6~0.70.71.02

車場(chǎng)有主排水泵0.75-0.850.80.75

采1.33

無機(jī)組緩傾斜采煤工作面0.4~0.60.6

區(qū)

1.33

有機(jī)組緩傾斜采煤工作面0.6~0.750.6~0.7

1.02

1.33

急傾斜采煤工作面0.6~0.650.6~0.7

1.02

無掘進(jìn)機(jī)煤巷掘進(jìn)工作面0.3~0.40.61.33

1.332

有掘進(jìn)機(jī)煤巷掘進(jìn)工作面0.50.6~0.7

1.02

架線式電機(jī)車0.4~0.70.90.48

井下

蓄電池電機(jī)車0.80.90.48

運(yùn)輸

輸送機(jī)和絞車0.6~0.70.71.02

例5-2一個(gè)緩傾斜炮采工作面，供電電壓660Vo有SGB-620/40T刮板輸送機(jī)5

臺(tái)，額定功率40kW；BRW8O/2O乳化液泵站2臺(tái)（一臺(tái)工作，一臺(tái)備用），額定

功率30kW；JH-8回柱絞車2臺(tái)，額定功率7.5kW,小水泵2臺(tái),額定功率5.5

kW,JD-11.4調(diào)度絞車2臺(tái)，額定功率lL4kW;煤電鉆2臺(tái)，額定功率L2kW。

試計(jì)算該工作面的負(fù)荷（Pea、Sea和lea）。

解：

1）計(jì)算總額定功率

EPN=PN1+PN2+PN3十??+PNn

=5x40+30+2x7.5+2x5.5+2x11.4+2x1.2

=281.2kW

2）查表5-1,緩傾斜炮采工作面Kde取0.5,cos（p取0.6。

3）計(jì)算有功計(jì)算功率

Pea=KdeZPN=0.5x281.2=140.6kW

4）計(jì)算長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流

/■一&___140,63

。，-----------------------205

0力85*。1.732）.066-06A

5）計(jì)算視在功率

Sea=Pca/cos（p=140.6/0.6=234KVA

例5-3試計(jì)算項(xiàng)目中的綜采工作面設(shè)備的負(fù)荷并選擇工作面移動(dòng)變電站容量。

解：項(xiàng)目中的綜采工作面設(shè)備，除下順槽可伸縮皮帶輸送機(jī)和上順槽設(shè)備外，均由

工作面移動(dòng)變電站供電。

1）計(jì)算總額定功率

2PN=PN1十PN2十PN3十…十PNn

=500+2x132+75+125+114+7.5+5,5

=988.4kW

2）查表5-1,綜采工作面K加取0.7,cos（p取0.7。

3）計(jì)算有功計(jì)算功率

Pea=KdeZPN=0.7x988.4=692kW

4）計(jì)算視在功率

Sea=Pca/cos(p=692/0.7=988KVA

選取一臺(tái)KBSG-1000/10/L2型礦用隔爆型移動(dòng)變電站。

3,多個(gè)用電設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)算

當(dāng)一個(gè)變壓器、開關(guān)或一條電纜向兩個(gè)或兩個(gè)以上用電設(shè)備組供電時(shí)?就需要計(jì)算

這多個(gè)用電設(shè)備組的總功率和總電流。步驟如下：

1)計(jì)算各組的ZPN

2)查表5-1選取各組的Kde、cos(p和tan(p

3)計(jì)算各組的Pea和Qca

Qca=Pcatan(p(5-7)

4)計(jì)算PcaE和QcaE

PcaZ=Peal+Pca2+Pca3.......(5-8)

QcaL=Qcal+Qca2+Qca3.......(5-9)

5)計(jì)算Sea

%二Q短(5-10)

例5-4設(shè)一個(gè)炮采工作面和一人掘進(jìn)工作面由一臺(tái)變壓器供電，已知：采煤工作面

Peal=140.6kW,cos(pl=0.6,Kn(pl=L33；掘進(jìn)工作面Pca2=58kW,cos(p2=0.6,

tan(p2=1.33；電動(dòng)機(jī)額定電壓660V。試計(jì)算變壓器的總負(fù)荷，并選擇變壓器的容

量。

解：

炮采工作面Qcal=Pea1tan(p1=140.6x1.33=187kvar

掘進(jìn)工作面Qca2nPca2tan(p2=58x1.33=77kvar

PcaZ=Pcal+Pca2=140.6+58=198.6kW

QcaL=Qcal+Qca2=187+77=264kvar

%二，嚎，臉N-6二264:3"kVA

需選用KBSG-400/6/0.693礦用隔爆型干式變壓器，其額定容量為400kVAo

二、項(xiàng)目進(jìn)度要求

各專業(yè)組應(yīng)在教師指導(dǎo)下，先畫出采區(qū)巷道布置圖，并標(biāo)出各生產(chǎn)機(jī)械的位置和電

動(dòng)機(jī)所在準(zhǔn)確地點(diǎn)，選擇采區(qū)變電所的位置。然后完成掘進(jìn)工作面移動(dòng)變電站和集

中運(yùn)輸組變壓器的選型計(jì)算，集中運(yùn)輸組變壓器計(jì)算時(shí)要把備用局部通風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)在

內(nèi)。

變壓器選型計(jì)算完成后，擬定采區(qū)變電所主結(jié)線圖和工作面配電結(jié)線圖6采區(qū)變電

所主結(jié)線必須采用單母線分段c正常工作局部通風(fēng)機(jī)要使用專用變壓器、專用電

纜、專用開關(guān)供電。正常工作局部通風(fēng)機(jī)的專用變壓器和備用局部通風(fēng)機(jī)的變壓器

應(yīng)分配在兩段母線上。可在下順槽口單設(shè)一臺(tái)移動(dòng)變電站向綜采工作面下順槽可伸

縮皮帶輸送機(jī)和上順槽設(shè)備供電，也可用設(shè)置在變電所內(nèi)的集中運(yùn)輸組變壓器供

電。掘進(jìn)工作面采用移動(dòng)變電站供電，移動(dòng)變電站距掘進(jìn)機(jī)300?500米?兼顧掘進(jìn)

工作面可伸縮皮帶輸送機(jī)供電c具體要求請(qǐng)參見本教材第四章相關(guān)內(nèi)容。

負(fù)荷計(jì)算結(jié)果填入下表：

變壓器

EPN/kWKdecos(pPca/kWQca/kvarSca/kVA備注

采煤工

作面

掘進(jìn)工

作面

集中運(yùn)

輸和備

用局扇

其他

局扇

計(jì)

第三節(jié)電纜導(dǎo)線截面計(jì)算

電纜導(dǎo)線截面的選擇是井下供電計(jì)算的關(guān)鍵。合適的電纜導(dǎo)線截面，可以使電纜安

全運(yùn)行，可以使電動(dòng)機(jī)電壓正常、高效運(yùn)行，可以使過流保護(hù)動(dòng)作靈敏度校驗(yàn)容易

滿足要求。

通常井下電纜線路導(dǎo)線截面計(jì)算的步驟如下：

(1)按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選電纜導(dǎo)線截面。

(2)給采掘工作面生產(chǎn)機(jī)械供電的支線電纜要校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度允許最小截面。長(zhǎng)電

纜要校驗(yàn)允許電壓損失6

(3)高壓電纜還要校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定性，詳見本章第四節(jié)。

一、電纜導(dǎo)線截面的計(jì)算方法

1.按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選電纜導(dǎo)線截面

導(dǎo)線是有電阻的，當(dāng)電流通過時(shí)會(huì)發(fā)熱。溫度過高會(huì)縮短電纜壽命、燒壞電纜絕

緣，造成短路，使電纜報(bào)廢。長(zhǎng)時(shí)允許電流是導(dǎo)線能長(zhǎng)期通過又不過熱的最大電

流。為了使導(dǎo)線在正常運(yùn)行時(shí)不超過其長(zhǎng)時(shí)允許溫度，流過導(dǎo)線的長(zhǎng)時(shí)工作電流不

得超過導(dǎo)線的長(zhǎng)時(shí)允許電流。即

‘吃J(5-11)

式中/尸——標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(一般為25℃)時(shí)導(dǎo)線的長(zhǎng)時(shí)允許電流(見表5?2);

%——導(dǎo)線的最大長(zhǎng)時(shí)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(jì)算出工作面負(fù)荷的長(zhǎng)時(shí)工作電流Ica=205A。查表5.2,選取

70mm2低壓礦用橡套電纜，其長(zhǎng)時(shí)允許電流Ip=215A,Ip>Ica,滿足要求，初選

合格。

2.按機(jī)械強(qiáng)度允許最小截面校驗(yàn)導(dǎo)線截面

電纜在工作面和巷道中敷設(shè)，難免會(huì)受到外部機(jī)械力的作用，截面太小的電纜很容

易出現(xiàn)斷線、護(hù)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(jī)械供電的支線電纜按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選后，還要校驗(yàn)機(jī)

械強(qiáng)度允許最小截面。這些電纜的截面應(yīng)符合表5-3的要求。

表5-2井下常用電纜在空氣中敷設(shè)時(shí)的長(zhǎng)時(shí)允許電流A

導(dǎo)線截面交聯(lián)聚

聚氯乙乙烯絕

mm2烯絕緣緣細(xì)鋼礦用橡套

普裝電絲電纜

纜鎧裝電

纜

二

IkV四芯-6kV10kV低壓高壓

芯

銅芯鋁芯銅芯鋁芯銅芯鋁芯銅芯鋁芯銅芯銅芯

4302336

6393056434653

10524073561481156472

16705495732111631801408594

25947311890260203214166113121

3511992148114318246267207138148

50149115181143367285324251173170

70184141218168372288215205

95226174251194260250

12()26020132()

注：表中長(zhǎng)時(shí)允許電流是環(huán)境溫度為25℃時(shí)的數(shù)值，如果環(huán)境溫度不是25℃,則

需要修正。實(shí)際中，如果環(huán)境溫度高于25C,可選擇大一級(jí)的截面。

表5-3礦用橡套電纜滿足機(jī)械強(qiáng)度的最小截面（mm2）

用電設(shè)備名稱最小戳面用電設(shè)備名稱最小截面

采煤機(jī)組35-50

調(diào)度絞車4~6

可彎曲輸送機(jī)16-35

局部扇風(fēng)機(jī)4~6

一般輸送機(jī)10?25

煤電鉆4~6

回柱絞車16-25

照明設(shè)備2.5~4

裝巖機(jī)16-25

3.按允許電壓損失校驗(yàn)導(dǎo)線截面

輸電線路通過電流時(shí)，將產(chǎn)生電壓損失電壓損失過大，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)電壓過

低，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、工作電流增大、甚至?xí)螂娏鬟^載燒壞電動(dòng)機(jī)。因此，按長(zhǎng)

時(shí)允許電流初選的長(zhǎng)電纜，還要校驗(yàn)允許電壓損失。

1)線路電壓損失的計(jì)算

所謂電壓損失是指輸電線路始、末兩端電壓的算術(shù)差值。三相線路的線電壓損失為

必=CM”AQ(5-12)

式中4%一線路的線電壓損失，V；

L——線路的長(zhǎng)時(shí)工作電流，A；

—線路所帶負(fù)載的功率因數(shù)角；

—線路每相電阻、電抗，

式5-12用功率表示時(shí)則為

3■--------------------------

(5-13)

式中%、Q，一線路所帶負(fù)荷的有功計(jì)算功率，kW;無功計(jì)算功率，kvar;

電網(wǎng)的額定電壓，kV。

在式5-12和式5?13中，/，八％°。、coscpxsimp都在負(fù)荷計(jì)算時(shí)得到，需要計(jì)

算的是用、為。

々可用下式計(jì)算:

“A

4（5“4）

式中：L——電纜的長(zhǎng)度，m；

A——電纜導(dǎo)線截面，mm2；

7——電纜導(dǎo)線的電導(dǎo)率，m/Omm2；橡膠電纜取43.5,塑料電纜取48.6,鋁芯

電纜取28.8。

%可用下式計(jì)算：

Xt-%，（5-⑸

式中：L—電纜的長(zhǎng)度，km；

小—線路每千米電抗，飛和線路結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)有關(guān)，電纜線路取0.06~0.08

C/km,架空線路取0.3?0.4Q/km,高壓線路取較大的值。

因?yàn)殡娎|線路的電抗很小（0.0b0.08C/km）,通常情況下可忽略，式為12和式5?

13可簡(jiǎn)化為

叫

仆機(jī)（5-16）

例5-6設(shè)例5-5中電纜長(zhǎng)度為400m,試計(jì)算其電壓損失°

解：從例5-2和例5-5中已知lea為205A,cos（p=0.6,Pea=140.6kW,電纜截面

為70mm2,代入式5?15可得：

⑸1.732x205*400x0.6

d1/,??[7

Ar70-4）,5V

或：

---------------------------------

A/UN70?43.$IO66

表5-4電網(wǎng)額定電壓與線路

允許電壓損失的對(duì)照表

線路允許電壓

電網(wǎng)額定電壓UN/kV

損失AULP/V

0.1276

0.3819

0.6633

1.1457

6300

10500

2）線路允許電壓損失

井下變壓器的二次側(cè)額定電壓為1.05UN,電動(dòng)機(jī)的允許最低電壓為0.95UN,因

此，變壓器和線路的電壓損失之和不能超過10%UN。考慮到井下變壓器的電壓損

失通常不超過5%UN,則如果從變壓器出口處到電動(dòng)機(jī)的線路電壓損失不超過

5%UN,即可滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的要求。

為計(jì)算簡(jiǎn)便起見，規(guī)定從變壓器副邊出口處到用電設(shè)備（電動(dòng)機(jī)、變壓器）的線路

允許電壓損失""二5%UN。表5?4為電網(wǎng)額定電壓與線路允衿電壓損失的對(duì)照

表。

例5?7采區(qū)上山絞車PN=UOkW,UN=660V,從采區(qū)變電所到絞車房的電纜長(zhǎng)

400m.試選取電纜截面。

解：

1）按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選截面

Ica=IN=1.15x110=126.5A

查表5-2選取35mm2礦用橡套電纜，其長(zhǎng)時(shí)允許電流Ip為138A。Ip>lN滿足要

求，初選合格。

2）校驗(yàn)電壓損失

代入式5-15

-43.8

AyUK15-43.5x066V

查表5-4可知‘％七33V-1〃，>不合格。增大截面為50mm2

110?400

30.7

4必SOM43.5XO.66V

)KBSG-4

，T/10/0.69：

r

"〃校驗(yàn)合格。

例5-8某采區(qū)供電系統(tǒng)局部如圖5-1所示，試選擇電纜L1和L2的型號(hào)與截面.

解：

1）選擇電纜型號(hào)

選擇MYP-0.38/0.66型礦用橡套電纜。

2）計(jì)算L1的截面

L1的負(fù)荷是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，長(zhǎng)時(shí)工作電流為：

Ica=IN=1.15PN=1.15x75=86A

查表5-2,選取25mm2,長(zhǎng)時(shí)允許電流為113A,Ip>IN滿足要求，初選合格。

L1電纜的電壓損失為：

PL73x80

4乙.上3--------------R.4

々U、25M415?066v

3）計(jì)算L2的截面

L2的負(fù)荷是多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。因臺(tái)數(shù)較少，故取Kde=0.8。長(zhǎng)時(shí)工作電流為

，.■"w——■------------------------■IWJ

*J3UNCOS/L7J2M0.66M0.7卜

選取50mm2。長(zhǎng)時(shí)允許電流為173A,Ip>lea滿足要求，初選合格。

L2電纜的電壓損失為

JUu?—--------*-------------------------3s.6

$0*4JS*Q,66v

從變壓器到電動(dòng)機(jī)的總電壓損失為

1(,I/.=8.443544y

不合格，把L2的截面增大到70mm2,重新計(jì)算電壓損失。

4〃七43P山0.8,畫?400

Ar4切%70?43.5?0.66y

總電壓損失為

1/￡1*1/-X.4??*'」v

」嘖皿「，合格。

例5-9炮采工作面運(yùn)輸巷配電接線圖如下，試選擇各段電纜的截面。

當(dāng)從變壓器到電動(dòng)機(jī)有多段電纜時(shí)，可采用單位長(zhǎng)度等電壓損失法計(jì)算口此方法只

適用于電纜。

40kW40kW40k\

圖5-2例

解：

1)求電纜總長(zhǎng)度

21-200.100*90?80?70540m

2)計(jì)算單位長(zhǎng)度允許電壓損失

AU.33

j</_■??—■0.0611

-S如V/m

3)計(jì)算各段電纜的截面

L1段

心工P、0.6(40*4?30?7.S?⑶

A?—?67

加、/43.5x0.66-0.0611

選取70mm2,IP=215A°校驗(yàn)長(zhǎng)時(shí)允許電流

1.732?0.66<0.6h

IP>Ica,合格。

L2段

3人07(40?3.30?工

?優(yōu)5

453x0.66x0.0611mm2

選取70mm2,IP=215A。校驗(yàn)長(zhǎng)時(shí)允許電流

162

1.732x0.66*0.6A

IP>Ica,合格。

L3段

人_尸、0.7(40?2>3047.}?|J)

47.9

rUg”43.5-0.66-0,(*11mm2

選取50mm2,IP=173A。校驗(yàn)長(zhǎng)時(shí)允許電流

0.7.118,7ni

**1.732x0.66?0.6

IP>Ica,合格

L4段：

K**P、0840?』()?〃?1.2》J4

".了….0434—0.06110

'''mm2

選取35mm2,IP=138A。校驗(yàn)長(zhǎng)時(shí)允許電流

,.尸、0加78.7色

、cos,1.732x0.66?0.6人

IP>Ica,合格

L5段：

A■一-一■—.A?)

小必43.5-0.66-0.06limm2

選取25mm2,IP=113A。校驗(yàn)長(zhǎng)時(shí)允許電流

Ica=IN=1.15PN=46A

IP>Ica,合格

例5?10某采區(qū)變電所向綜采工作面移動(dòng)變電站供電的高壓電纜長(zhǎng)1100m,移動(dòng)變

電站型號(hào)為KBSGZY_1000/6/1.14,該電纜允許電壓損失為1%UN①，試選電纜型

號(hào)和截面。

解：

1)選取電纜型號(hào)

可選MYPTJ-3,6/6型電纜。

2)按長(zhǎng)時(shí)允許電流初選截面

移動(dòng)變電站的額定電流為'、血L732MA

查表5-2,選25mm2,Ip=121A>HN,初選合格。

3)校驗(yàn)電壓損失

人■工￡?但

AY(JNATUN25M43.5M6y

，不合格，把L2的截面增大到70mm2,重新計(jì)算電壓損失。

P，1000x0.7*1100「

LAWN4，、SOM43.5M6v

皿<‘必合格。

注①：從地面主變壓器到工作面移動(dòng)變電站的電纜分三段?地面——井下中央變電

所一采區(qū)變電所——移動(dòng)變電站，總電壓損失正常時(shí)不得超過5%UN,故障時(shí)

不得超過7%UN。故該例題中采區(qū)變電所到移動(dòng)變電站的電纜允許電壓損失規(guī)定

為1%UN。

二、變電所電壓管理

電壓是衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)。供電系統(tǒng)在運(yùn)行中，送到用電設(shè)備的實(shí)際電壓與

額定電壓總有一些偏差，此偏差值稱為電壓偏移。如果電壓偏移超過允許的范圍，

電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)將顯著惡化，甚至損壞電氣設(shè)備。例如交流電動(dòng)機(jī)電壓過低

時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩急劇下降，起動(dòng)困難，電流增大?運(yùn)行溫度升高?加速絕緣的老

化，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)；電壓過高時(shí)，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空載電流和鐵損的增大，溫度升

高，過高的電壓甚至?xí)斐山^緣擊穿，引起短路。一般電動(dòng)機(jī)和照明燈的允許電壓

偏移為其額定電壓的±5%。

煤礦井下常見電壓?jiǎn)栴}是靠近變壓器的地方電壓過高?可達(dá)額定電壓的11倍以

±；離變壓器遠(yuǎn)的地方電壓過低，可低于0.9倍的額定電壓。

當(dāng)變壓器出口處的電壓偏高時(shí)，可通過電力變壓器的調(diào)壓分接頭來調(diào)節(jié)，礦用隔爆

干式變壓器的調(diào)壓分接頭有十5%、±0、?5%三個(gè)等級(jí)，當(dāng)高壓側(cè)輸入電壓比額定電

壓高5%時(shí)，調(diào)壓分接頭置于+5%位置，依此類推。調(diào)節(jié)原則是當(dāng)變壓器在正常負(fù)

載下運(yùn)行時(shí)出口處的電壓等于或略高于電網(wǎng)額定電壓。

當(dāng)輸電線路遠(yuǎn)端的電壓偏低時(shí)，可以通過增大線路導(dǎo)線截面、增加電纜根數(shù)或使用

移動(dòng)變電站供電來解決。

三、項(xiàng)目進(jìn)度要求

學(xué)生在教師指導(dǎo)下，計(jì)算采區(qū)供電系統(tǒng)中各條電纜的長(zhǎng)度、選擇型號(hào)6電纜長(zhǎng)度計(jì)

算可參考圖2-4采區(qū)巷道布置圖，根據(jù)電纜所經(jīng)的巷道長(zhǎng)度確定電纜長(zhǎng)度。橡膠電

纜的實(shí)際長(zhǎng)度是電纜所經(jīng)巷道長(zhǎng)度的1.1倍，塑料鎧裝電纜的實(shí)際長(zhǎng)度是電纜所經(jīng)

巷道長(zhǎng)度的L05倍。

選取采煤機(jī)電纜、上山絞車電纜、移動(dòng)變電站高壓電纜、多段長(zhǎng)電纜等不同類型的

電纜進(jìn)行截面計(jì)算。要求能熟練計(jì)算電纜截面。

計(jì)算結(jié)果填入下表：

申縮編申縮型

oo長(zhǎng)度/mIp/A截面/mm2v備注

第四節(jié)井下電網(wǎng)短路電流計(jì)算

一、短路

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中難免發(fā)生各種故障，而使系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到破壞。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)

驗(yàn)，最為常見而且危害最大的故障是短路。

短路是指供電系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)體在電氣上被短接。

L短路的種類

在三相系統(tǒng)中，短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、兩用接地短路、單相短

路和單相接地短路等。

在煤礦井下供電系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地，故沒有單相短路和單相接地短

路。常見的短路是三相短路和兩相短路。

2.造成短路的原因

煤礦井下電網(wǎng)短路故障的主要原因如下：

(1)電氣設(shè)備年久失修，絕緣自然老化；

(2)絕緣材料表面污穢、受潮，使絕緣能力下降；

(3)絕緣受到機(jī)械性損傷，如撞擊、拖拽、過度彎曲等，導(dǎo)致絕緣損壞；

(4)帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)，造成弧光短路；分?jǐn)嗾婵臻_關(guān)時(shí)引起操作過電壓，擊

穿絕緣。

3.短路的危害

(1)損壞電氣設(shè)備°短路電流可達(dá)正常工作電流的幾倍甚至幾十倍，短路電流產(chǎn)

生的電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)，會(huì)使故障設(shè)備及短路回路中的其它設(shè)備遭到破壞。

(2)短路點(diǎn)的電弧、火花和高溫會(huì)引爆瓦斯和煤塵、引發(fā)火災(zāi)。

(3)造成停電事故。短路時(shí)，電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置動(dòng)作，使開關(guān)跳閘，造成停

電。越靠近電源，停電范圍越大，造成的經(jīng)濟(jì)損失也越嚴(yán)重°

4.計(jì)算短路電流的目的和任務(wù)

為了使電力系統(tǒng)可靠、安全地運(yùn)行，將短路帶來的損失和影響限制在最小范圍，必

須準(zhǔn)確地進(jìn)行短路電流計(jì)算，以解決下列技術(shù)問題：

(1)校驗(yàn)電氣設(shè)備的分?jǐn)嗄芰蛣?dòng)、熱穩(wěn)定性。選擇電氣設(shè)備時(shí)，需要計(jì)算出可

能通過電氣設(shè)備的最大短路電流及其產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)及熱效應(yīng)，以檢驗(yàn)電氣設(shè)備

的分?jǐn)嗄芰澳褪苣芰ΑＨ喽搪冯娏髯畲螅斐傻奈：ψ顕?yán)重，用于校驗(yàn)電氣設(shè)

備的分?jǐn)嗄芰蛣?dòng)、熱穩(wěn)定性C

(2)校驗(yàn)繼電保護(hù)的靈敏度。整定繼電保護(hù)裝置時(shí)，需要校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作

的靈敏度是否符合要求，以保證繼電保護(hù)裝置在發(fā)生短路時(shí)能可靠跳閘。繼電保護(hù)

裝置保護(hù)范圍內(nèi)的最小兩相短路電流用于校驗(yàn)過流保護(hù)的靈敏度。

5,預(yù)防和減少短路的措施

(1)搬遷電氣設(shè)備時(shí)要停電，拖拽、搬運(yùn)電氣設(shè)備和電纜時(shí)用力要適當(dāng)。放置電

氣設(shè)備的場(chǎng)所，頂板、底板和槽幫要穩(wěn)定，無淋水，無積水，通風(fēng)良好。

(2)及時(shí)清理電氣設(shè)備上的灰塵和露水，保持設(shè)備內(nèi)外整潔。在灰塵多和潮濕的

地方，可使用硅脂、硅油涂抹絕緣表面。

(3)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)與檢查，定期進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，預(yù)防絕緣老

化引起的短路。按照《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定?高壓電纜的泄漏電流和耐壓試驗(yàn)每

年一次，主要電氣設(shè)備的絕緣檢查，每半年不少于一次，固定敷設(shè)電纜的絕緣和外

部檢查每季度一次，橡套電纜的絕緣檢查每月一次，新設(shè)備在投入運(yùn)行前都要做絕

緣電阻的檢測(cè)。

(4)要按《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定敷設(shè)電纜，電纜的架設(shè)要穩(wěn)固、可靠，受力時(shí)

有一定的緩沖°

(5)嚴(yán)格執(zhí)行變電所停送電操作規(guī)程和檢修規(guī)程，嚴(yán)禁無電工作業(yè)資格的人擅自

操作電氣設(shè)備。

(6)由地面引入井下的電力線路、通信線路、金屬管道、鐵軌等必須在下井前設(shè)

置防雷電措施。

二、短路電流的波形

在短路發(fā)生后的0.2秒時(shí)間內(nèi)，短路電流不是正弦波。圖5?3是高壓電網(wǎng)短路電流

的波形圖。

從圖5-3可看出，短路電流是由周期分量和非周期分量組成的。周期分量是正弦

波，非周期分量是指數(shù)曲線，非周期分量在015?0.2s后衰減到零。短路電流在

0.01s時(shí)出現(xiàn)最大值，叫做沖擊電流，用iim表示。沖擊電流可達(dá)周期分量有效值

的1.84?2.55倍，對(duì)電氣設(shè)備的破壞作用很大。

計(jì)算短路電流主要是計(jì)算周期分量有效值Is。井下電網(wǎng)計(jì)算短路電流常用有名值法

和查表法。

三、有名值法計(jì)算短路電流

有名值法又稱絕對(duì)值法。井下低壓電網(wǎng)短路電流的計(jì)算多采用有名值法。

(-)短路點(diǎn)距離變壓器較遠(yuǎn)時(shí)

井下低壓電網(wǎng)短路時(shí)，如果短路點(diǎn)距離變壓器較遠(yuǎn)?影響短路電流大小的主要是變

壓器和低壓電纜線路的阻抗，可以忽略高壓線路和電源的阻抗。

圖5-4是低壓電網(wǎng)兩相短路和三相短路示意圖和等效電路圖。

(a)兩相短路示意圖

U?N

2RTJXTRLjXL

—

(b)兩相短路的一相等效

UlN%

圖中RT、XT、RL、XL分別表示變壓器和線路的電阻、電抗，亍,方是兩相短

路和三相短路時(shí)一相的電壓。從圖5-4可以看出，只要求出短路回路的總阻抗，就

可用歐姆定律計(jì)算短路電流。短路電流計(jì)算步驟如下：

1.計(jì)算短路回路各阻抗元件的阻抗

1）變壓器的電阻和電抗

變壓器的阻抗

小(5-17)

式中乙—變壓器每相的阻抗，C；

"A—變壓器阻抗電壓百分值；

色”——變壓器二次額定電壓，kV；

變壓器的額定容量，kVAo

變壓器的電阻

3”、誓

又(5-18)

式中公一變壓器每相的電阻，Q；

——變壓器的額定短路損耗?W。

表5-5KBSG礦用隔爆變壓器和KBSGZY隔爆移動(dòng)變電站技術(shù)參數(shù)表

副邊額

額定額定定電壓

聯(lián)結(jié)阻抗副邊額定

容量額定短路

型號(hào)組標(biāo)電壓電壓

/kV電壓號(hào)損耗(400V

/%693V\

A/W)

/1200V

電阻由坤r電抗

低壓RT/啊電阻

高壓/kV