煤矿电工手册(供电计算)

第三节 井下高压网络的设备选择计算

一、井下电力负荷计算

注：需用系数法，进行井下电力负荷的各项计算。计算时应按以下步骤进行。

1、首先要确定井下设置变电站的数目（包括固定和移动变电站）及其每一台变电站的供电范围。

2、井下采区变电站的负荷，可按下式进行计算：1-1-01

式中：

S——所计算的电力负荷总视在功率；单位（KVA）千伏安

∑PN——参加计算的所有用电设备额定功率（不包括备用）之和；单位（KW)千瓦COSφ——参加计算的电力负荷的平均功率因数

Kr（Kx）——需用系数，应按以下两种情况选取：

第1种情况：

各用电设备间无按一定顺序起动的一般机组工作面；按下式计算需用系数：1-1-02

各用电设备间有按一定顺序起动的机械化采煤工作面；按下式计算需用系数：1-1-03

式中：

Ps——最大电动机功率（如机组、运输机、掘进机等）单位（KW）千瓦

3、井下井底车场等其它变电站的负荷，仍可按式（1-1-01）进行计算，其所取的各用电设备的需用系数及平均功率因数；查表

4、可以较正确计算出电动机功率的用电设备，应取其计算功率。

5、

式中：

K S ——各工作面间的同时系数，当供给二个工作面时，取K S =0.95；当供给三个以上工作面时，取K S =0.90；

当一个采区变电所或高压配电点供给三个或更多移动变电站时，取K S =0.65~0.856、井下总负荷的计算。计算下井电缆截面积时，在井下中央变电所6（10）千伏母线上的负荷，考虑到负荷变化较大的采区与负荷稳定的主排水泵等井下固定设备分别采用同时系数比不分负荷情况采用一个同时系数法计算，可能更接近实际负荷，故在下式中，采用两个同时系数K S1与K S2计算井下总负荷。1-1-05

式中：S S ——井下总负荷的视在功率；单位（KVA）千伏安∑S——井下各变电所6（10）千伏母线上的视在功率之和，单位（KVA）千伏安∑P N ——井下主排水泵或其他大型固定设备的计算功率，单位：（KW）千瓦COS φ——井下主排水泵或其他大型固定设备的加权平均功率因数K S1——井下各变电所间的同时系数，一般取0.8~0.9

K S2——井下主排水泵或其他大型固定设备间的同时系数，0.9~1只有排水设备时取1；有其他固定设备时取0.9~0.95；

注：以上公式在计算时，应按复数相加计算，即有效功率和无效功率分别相加后，在求出井下总负荷的视在功率及功率因数。

二、井下高压电缆的截面选择计算

1、按持续允许电流选择电缆截面

2、按经济电流密度选择电缆截面

3、按电缆短路时的热稳定选择电缆截面

注：按电缆短路时热稳定选择电缆截面有以下两种方法：

1）热稳定系数法。这种方法计算比较简单，一般在纸绝缘电缆的热稳定计算都采用此方法1-1-06

式中：

Amin——电缆短路时热稳定要求的最小截面，单位（mm 2）毫米2

I K(3)——三相最大稳态短路电流，单位（A）安

t f ——短路电流作用的假想时间，单位（S）秒

K S1——井下各变电所间的同时系数，一般取0.8~0.9

C——热稳定系数。查表

注：假想时间t f=t f1(周期分量作用的假想时间)+t f1(非周期分量作用的假想时间)按β”=1，t=0.2秒时，查手册第四专集的假想时间曲线得出：t f1=0.2秒，t f2=0.05秒，β”2，即t f2=0.05秒，则t f=0.2+0.05=0.25秒

据以上计算结果，如电力系统容量超过150兆伏安，井下中央变电所馈出开关为瞬时动作时，其t f值可取0.25秒

地面变电所向井下馈出开关的继电保护整定时限为0.5秒时，则t=0.7秒，查假想时间曲线，得t f1=0.58秒，t f2=0.05秒，则t

f=0.58+0.05=0.63秒，取0.65秒

6千伏的油浸纸绝缘电缆在热稳定校验中，可以承受的三相稳态短路电流值及相应的短路容量。查表4、按电压损失校验电缆截面1）计算法

也可写成式中：ΔU％——电压损失百分数；In——电缆中的负荷电流；单位：（A）安P ——电缆输送的有功功率，单位（KW）千瓦U N ——额定电压，单位（KV）千伏R 0、X 0——电缆线路单位长度的电阻及电抗，单位（Ω）欧/公里L——电缆线路长度，单位（）公里cos φ、sin φ、tan φ——功率因数及与功率因数相对应的正弦、正切值。

注：高压系统中的电压损失按《全国供用电规则》的规定，在正常情况下不得超过7％，故

2）查表法（三）选择电缆截面积的计算步骤

1、按持续允许电流选择电缆截面

K*Icc ≥In

式中：

Icc——空气温度为25°C时，电缆允许载流量，单位（A）安K——环境温度校正系数In——用电设备持续工作电流，单位（A）安

用电设备持续工作电流的计算。向单台或两台电动机供电的电缆，以电动机的额定电流或额定电流和计算，不考虑需求系数；

采掘机械电动机的长时与小时容量不同时，取小时容量计算；

向三台及三台以上电动机供电的电缆，则应按式中：

或

按以上两种情况计算需用系数，即： P=Kr*∑P N

式中：

P——干线电缆所供负荷的计算功率，单位（KW）千瓦

Kr——需用系数

∑P N ——干线电缆所供的电动机额定功率之和，（KW）千瓦.

干线电缆中所通过的工作电流：

式中：U N ——（电网额定电压，单位（V）伏

cos φ——（平均功率因数，查表

供多台电动机的干线电缆，由于每一段电缆所流过的电流不同，

应分段按流过电流大小选择各段电缆截面，

如差别不大时，一般选用同一截面。

2、按正常运行时，计算网络的电压损失

计算电压损失系统，→ΔU T →ΔU 1→ΔU 2→ 表示电压损失由三个部分组成（三个以上的计算方法相同）

∑ΔU=ΔU T +ΔU 1+ΔU 2

式中：

ΔU T ——（变压器中的电压损失，单位（V）伏

ΔU 1——（干线电缆中的电压损失，单位（V）伏

ΔU 2——（支线电缆中的电压损失，单位（V）伏

式中：

L 2——（支线电缆的实际长度，公里

I N ——（电动机的额定电流，单位（A）安

P N ——（电动机的额定功率，单位（W）瓦

U N ——（电网的额定电压，单位（V）伏

R 0、X 0——支线电缆单位长度的电阻及电抗，单位（Ω）欧/公里

cos φ、sin φ、tan φ——电动机的额定功率因数及与功率因数相对应的正弦、正切值。

干线电缆中的电压损失ΔU 1的计算与ΔU 2相同，

所不同处是计算ΔU 1时的 P (通过干线电缆的功率)和功率因数cos φ应按式： 通过干线电缆的功率 P=Kr*∑P

功率因数cos φ

变压器中的电压损失ΔU T 的计算

式中：

β——（变压器的负荷系数，I N ——（正常运行时，变压器低压侧的负荷电流，单位（A）安

I 2N ——（变压器低压侧的额定电流，单位（A）安

U R ——（变压器在额定负荷时变压器中的电阻压降百分数（可查）或

按矿用动力变压器的技术数据中的短路损耗ΔP （瓦），

按公式计算：

N 为额定容量（KVA）千伏安U X ——（变压器在额定负荷时变压器中的电抗压降百分数（可查）或

按矿用动力变压器的技术数据中的阻抗电压百分数U K ，

按公式计算：cos φ、sin φ

——变压器负荷中的功率因数及相对应的正弦值。

U 2N ——（变压器二次侧的额定电压，单位（V）伏

为查表方便，把各种矿用变压器归纳为U K %=4.5和5.5两类，可按不同的变压器负荷系数β及加权平均功率因数COS φ,查表10-5-2至表10-5-12，

就可以求得变压器中的电压损失值ΔU T

已知变压器中电压损失及允许电压降百分数后，可从下式中求出电缆截面。

从式：（∑ΔU=ΔU T +ΔU 1+ΔU 2）中

可改写成：∑ΔU=ΔU-（ΔU T +ΔU 2）

式中：

ΔU——为允许电压损失值，单位（V）伏。

如：变压器的空载电压为690V，即U K %=4.5%,则Δ

U=30+660*0.07=76.2V，如允许电压降为10%时，ΔU=30+660*0.1=96V，

同理在380V系统，变压器的空载电压为397V,即U K %=4.5%，则ΔU=17+380*0.07=43.6V。可改写成：∑ΔU=ΔU-（ΔU T +ΔU 2）

式中：

ΔU T 及ΔU 2为已知时，可求出干线电缆上允许电压降值，并可按下式，求出干线电缆的截面。

式中：

P N ——（通过干线电缆的计算容量，单位（KW）千瓦

L 1——（干线电缆长度，公里U N ——（电网额定电压，单位（KV）千伏tan φ——（与通过干线电缆负荷的功率因数相对应的正切值；R0、X0——（电缆线芯单位长度的有效电阻及电抗，单位欧/公里。如不考虑电缆线路的电抗时：

公式

可以写成式中：A——（电缆截面，单位（mm 2）毫米2

（电缆导体电阻率，单位（Ω*m 2/m）欧*毫米2/米

从表10-5-13~表10-5-16中可查K%值，已知负荷矩，即PN*L后，可用下式求出ΔU%值。

3、按起动时，计算网络的电压损失

1)无其他负荷，单台电动机起动电流计算方法，按下式计算：

式中：

U2?——（变压器二次侧空载相电压，单位（V）伏

∑R——（起动回路中各环节相有效电阻和（包括变压器、电缆的有效电阻和电动机起 动有效电阻），单位（Ω）欧

∑X——（起动回路中各环节相电抗和（包括变压器、电缆的电抗和电动机起动漏 抗），单位（Ω）欧

U5?——

（变压器二次侧空载相电压，单位（V）伏

电动机起动阻抗计算

如已知电动机起动时阻抗标么值时，可按下式计算电动机的有效电阻Rst值

电动机起动时绕组有效电阻Rst值，

电动机起动时绕组漏抗Xst值。

式中：

r*st——（电动机起动时绕组有效电阻标么值；

U?——（电动机额定相电压，单位（V）伏；

I KW——（电动机的功率电流，即所取的基值电流，单位（A）安

P2——（电动机额定输出功率，单位（KW）千瓦；

m——（相数。

漏抗

式中：

X*st——（电动机起动时绕组漏抗标么值；

如已知电动机的额定起动电流I stN和起动时的功率因数cosφst时，可以下式计算电动

机起动时的有效电阻和漏抗。

电动机起动时每相阻抗Z st

电动机起动时每相电阻R st

电动机起动时每相漏抗X st

式中：

U N——（电动机额定电压；单位（V）伏

I stN——（电动机额定起动电流；单位（A）安

cosφ、sinφ、tanφ——电动机的额定功率因数及与功率因数相对应的正弦、正