煤矿井下供电基本计算

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煤矿井下供电基本计算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。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算二、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、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（1）江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算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=UNⅠNCOSφ（2）Q=UNⅠNSinφ式中PN——电动机额定功率，kW；S=UNⅠNUN——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≈1.15×40=46A2.一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、PN3···PNn。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ΣPN。Pca=KdeΣPN（4）由Pca可计算出Sca和IcaSca=Pca/cosφ（5）（6）式中：UN——额定电压，kV；Kde——用电设备组的需用系数；cosφ—用电设备组的加权平均功率因数。Kde和cosφ均可由表1江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算查得。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cosφ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)/cosφ4.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，Ω。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，、、cosφ、sinφ都在负荷计算时得到，需要计算的是。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算可用下式计算：（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/Ω·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0.06~0.08Ω/km，架空线路取0.3~0.4Ω/km，高压线路取较大的值。因为电缆线路的电抗很小（0.06~0.08Ω/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tanφ备注井底车场无主排水泵有主排水泵0.6～0.70.75～0.850.70.81.020.75采区无机组缓倾斜采煤工作面0.4～0.60.61.33有机组缓倾斜采煤工作面0.6～0.750.6～0.71.33～1.02江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算急倾斜采煤工作面0.6～0.650.6～0.71.33～1.02无掘进机煤巷掘进工作面0.3～0.40.61.33有掘进机煤巷掘进工作面0.50.6～0.71.33～1.02井下运输架线式电机车蓄电池电机车输送机和绞车0.4～0.70.80.6～0.70.90.90.70.480.481.02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铜芯铝芯铜芯铝芯铜芯铜芯461016253550709512030395270941191491842262602330405473921151411742015673951181481812182514356739011414316819421126031836716320324628514818021426732437211514016620725128836466485113138173215260320537294121148170205250注：表中长时允许电流是环境温度为25℃时的数值，如果环境温度不是25℃，则需要修正。实际中，如果环境温度高于25℃，可选择大一级的截面。表3矿用橡套电缆满足机械强度的最小截面（mm2）用电设备名称最小截面用电设备名称最小截面采煤机组可弯曲输送机一般输送机回柱绞车装岩机35～5016～3510～2516～2516～25调度绞车局部扇风机煤电钻照明设备4～64～64～62.5～4表4电网额定电压与线路允许电压损失对照表江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算电网额定电压UN（V）线路允许电压损失⊿UL(V)12763801966033114057600030010000500例1一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（一台工作，一台备用），额定功率30kW；JH-8回柱绞车2台，额定功率7.5kW，小水泵2台，额定功率5.5kW，JD-11.4调度绞车2台，额定功率11.4kW；煤电钻2台，额定功率1.2kW。1、计算该工作面的负荷（Pca、Sca和Ica）。解：1）计算总额定功率ΣPN=PN1+PN2+PN3+···+PNn=5×40+30+2×7.5+2×5.5+2×11.4+2×1.2=281.2kW2）查表1，缓倾斜炮采工作面Kde取0.5，cosφ取0.6。3）计算有功计算功率Pca=KdeΣPN=0.5×281.2=140.6kW4）计算长时负荷电流A5）计算视在功率Sca=Pca/cosφ=140.6/0.6=234KVA2、选择该工作面电缆线路截面。解：已计算出工作面负荷的长时工作电流Ica=205A。1.查表2，选取70mm2低压矿用橡套电缆，其长时允许电流Ip=215A，Ip＞Ica，满足要求，初选合格。2.按机械强度允许最小截面校验导线截面电缆在工作面和巷道中敷设，难免会受到外部机械力的作用，截面太小的电缆很容易出现断线、护套破裂、绝缘损坏现象。为避免在拖拽、碰撞等外力作用下断线、破裂，给采掘工作面生产机械供电的支线电缆按长时允许电流初选后，还要校验机械强度允许最小截面。这些电缆的截面应符合表3的要求。3、设例1供电电缆长度为400m，试计算其电压损失。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算解：已知Ica为205A，cosφ=0.6，Pca=140.6kW，电缆截面为70mm2，代入式15可得：V或：V合格例2采区上山绞车PN=110kW，UN=660V，从采区变电所到绞车房的电缆长400m，试选取电缆截面。解：1）按长时允许电流初选截面Ica=IN=1.15×110=126.5A查表2选取35mm2矿用橡套电缆，其长时允许电流Ip为138A。Ip＞IN满足要求，初选合格。2）校验电压损失代入式15V查表4可知=33V，＞不合格。增大截面为50mm2V＜校验合格。例3某采区供电系统局部如图1所示，试选择电缆L1和L2的型号与截面。解：1）选择电缆型号选择MYP-0.38/0.66型矿用橡套电缆。2）计算L1的截面L1的负荷是一台电动机，长时工作电流为：Ica=IN=1.15PN=1.15×75=86A查表2，选取25mm2，长时允许电流为113A，Ip＞IN满足要求，初选合格。L1电缆的电压损失为：V3）计算L2的截面L2的负荷是多台电动机。因台数较少，故取Kde=0.8。长时工作电流为江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算A选取50mm2。长时允许电流为173A，Ip＞Ica满足要求，初选合格。L2电缆的电压损失为V从变压器到电动机的总电压损失为V＞不合格，把L2的截面增大到70mm2，重新计算电压损失。V总电压损失为V≈，合格。例4某采区变电所向综采工作面移动变电站供电的高压电缆长1100m，移动变电站型号为KBSGZY-1000/6/1.14，该电缆允许电压损失为1%UN①，试选电缆型号和截面。解：1）选取电缆型号可选MYPTJ-3.6/6型电缆。2）按长时允许电流初选截面移动变电站的额定电流为A查表2，选25mm2，Ip=121A＞I1N，初选合格。3）校验电压损失V＞不合格，把L2的截面增大到50mm2，重新计算电压损失。V＜合格。青岗坪95mm21800m江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算注①：从地面主变压器到工作面移动变电站的电缆分三段，地面——井下中央变电所——采区变电所——移动变电站，总电压损失正常时不得超过5%UN，故障时不得超过7%UN。故该例题中采区变电所到移动变电站的电缆允许电压损失规定为1%UN。第四节井下电网短路电流计算一、短路电力系统在运行中难免发生各种故障，而使系统的正常运行遭到破坏。根据运行经验，最为常见而且危害最大的故障是短路。短路是指供电系统中不同电位的导体在电气上被短接。1.短路的种类在三相系统中，短路的基本类型有：三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路和单相接地短路等。在煤矿井下供电系统中，由于电网中性点不接地，故没有单相短路和单相接地短路。常见的短路是三相短路和两相短路。2.造成短路的原因煤矿井下电网短路故障的主要原因如下：（1）电气设备年久失修，绝缘自然老化；（2）绝缘材料表面污秽、受潮，使绝缘能力下降；（3）绝缘受到机械性损伤，如撞击、拖拽、过度弯曲等，导致绝缘损坏；（4）带负荷拉合隔离开关，造成弧光短路；分断真空开关时引起操作过电压，击穿绝缘。3.短路的危害（1）损坏电气设备。短路电流可达正常工作电流的几倍甚至几十倍，短路电流产生的电动力效应和热效应，会使故障设备及短路回路中的其它设备遭到破坏。（2）短路点的电弧、火花和高温会引爆瓦斯和煤尘、引发火灾。（3）造成停电事故。短路时，电力系统的保护装置动作，使开关跳闸，造成停电。越靠近电源，停电范围越大，造成的经济损失也越严重。4.计算短路电流的目的和任务为了使电力系统可靠、安全地运行，将短路带来的损失和影响限制在最小范围，必须准确地进行短路电流计算，以解决下列技术问题：（1）校验电气设备的分断能力和动、热稳定性。选择电气设备时，需要计算出可能通过电气设备的最大短路电流及其产生的电动力效应及热效应，以检验电气设备的分断能力及耐受能力。三相短路电流最大，造成的危害最严重，用于校验电气设备的分断能力和动、热稳定性。（2）校验继电保护的灵敏度。整定继电保护装置时，需要校验继电保护装置动作的灵敏度是否符合要求，以保证继电保护装置在发生短路时能可靠跳闸。继电保护装置保护范围内的最小两相短路电流用于校验过流保护的灵敏度。5.预防和减少短路的措施（1）搬迁电气设备时要停电，拖拽、搬运电气设备和电缆时用力要适当。放置电气设备的场所，顶板、底板和槽帮要稳定，无淋水，无积水，通风良好。（2）及时清理电气设备上的灰尘和露水，保持设备内外整洁。在灰尘多和潮湿的地方，可使用硅脂、硅油涂抹绝缘表面。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算（3）加强设备维护与检查，定期进行绝缘试验，及时发现绝缘缺陷，预防绝缘老化引起的短路。按照《煤矿安全规程》的规定，高压电缆的泄漏电流和耐压试验每年一次，主要电气设备的绝缘检查，每半年不少于一次，固定敷设电缆的绝缘和外部检查每季度一次，橡套电缆的绝缘检查每月一次，新设备在投入运行前都要做绝缘电阻的检测。（4）要按《煤矿安全规程》的规定敷设电缆，电缆的架设要稳固、可靠，受力时有一定的缓冲。（5）严格执行变电所停送电操作规程和检修规程，严禁无电工作业资格的人擅自操作电气设备。（6）由地面引入井下的电力线路、通信线路、金属管道、铁轨等必须在下井前设置防雷电措施。二、短路电流的波形在短路发生后的0.2秒时间内，短路电流不是正弦波。图5-3是高压电网短路电流的波形图。从图5-3可看出，短路电流是由周期分量和非周期分量组成的。周期分量是正弦波，非周期分量是指数曲线，非周期分量在0.15~0.2s后衰减到零。短路电流在0.01s时出现最大值，叫做冲击电流，用iim表示。冲击电流可达周期分量有效值的1.84~2.55倍，对电气设备的破坏作用很大。计算短路电流主要是计算周期分量有效值Is。井下电网计算短路电流常用有名值法和查表法。三、有名值法计算短路电流有名值法又称绝对值法。井下低压电网短路电流的计算多采用有名值法。（一）短路点距离变压器较远时井下低压电网短路时，如果短路点距离变压器较远，影响短路电流大小的主要是变压器和低压电缆线路的阻抗，可以忽略高压线路和电源的阻抗。图5-4是低压电网两相短路和三相短路示意图和等效电路图。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算图中RT、XT、RL、XL分别表示变压器和线路的电阻、电抗，是两相短路和三相短路时一相的电压。从图5-4可以看出，只要求出短路回路的总阻抗，就可用欧姆定律计算短路电流。短路电流计算步骤如下：1.计算短路回路各阻抗元件的阻抗1）变压器的电阻和电抗变压器的阻抗（5-17）式中——变压器每相的阻抗，Ω；——变压器阻抗电压百分值；——变压器二次额定电压，kV；——变压器的额定容量，kVA。变压器的电阻（5-18）式中——变压器每相的电阻，Ω；——变压器的额定短路损耗，W。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算短路电流的计算方法(公式计算法)计算公式符号含义1.三相短路电流Ⅰd（3）=V2N/(×)2.两相短路电流Ⅰd（2）=V2N/(2×)3.三相和两相短路电流换算关系Ⅰd（3）=1.15Ⅰd（2）Ⅰd（2）=0.866Ⅰd（3）4.总电阻和总电抗=R1+RT+R2=XS+X1+XT+X25.系统电抗XS=U2N(3)/Sd(3)若井下中央变电所6kv母线上的短路容量数据不祥，可用该变电所高压配电柜的额定断流容量进行近似计算。根据不同的三相短路容量计算的系统电抗值，列于表13-1-1中。6.高压电缆的阻抗R1=(R01×L1)/KT2X1=(X01×L1)/KT2Z1=(Z01×L1)/KT2=(R01)2+(X01)2*L1/KT27.变压器的阻抗RT=⊿P/(3Ⅰ22N)=(⊿P×U22N)/S2NXT=(UX×U22N)/(×100×Ⅰ2N)=(UX×U22N)/(100×SN)UX=U2Z—U2RUR=(⊿P×100)/SN或XT=Z2T—R2TZT=(UZ×U22N)/100×SN8.低压电缆的电阻和电抗R2=R02×L2X2=X02×L2如果低压电网由几段电缆连接而成，应分别计算各段的电阻和电抗，然后相加。Ⅰd（3）—三相短路电流Ⅰd（2）—两相短路电流V2N——变压器二次额定电压。对于127.380.660.1140v电网分别为133.400.693.1200v.—分别为短路回路中一相的总电阻和总电抗ΩXS—折合至变压器二次侧以后电源每相的系统电抗ΩSd(3)—井下中央变电所6kv母线上的三相短路容量，MVAR1.X1.Z1—折合至变压器二次侧以后高压电缆每相的电阻，电抗和阻抗Ω可见表13-1-4和表13-1-5R01.X01.Z01—高压电缆每相每公里电阻。电抗和阻抗其中电阻和电抗值可由表13-1-2查得L1—高压电缆的实际长度kmKT—变压比表13-1-3可查RT.XT.ZT—变压器每相的电阻，电抗和阻抗表13-1-6可查SN.Ⅰ2N—变压器额定容量（VA）,和二次侧的额定电流AUR.UX.UZ—分别为变压器电阻、电抗和阻抗压降的百分值，%⊿P—变压器的短路损耗R02.X02—分别为低压电缆每相每公里的电阻和电抗值。表13-1-7可查L2—低压电缆的实际长度km江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算短路电流公式计算法参数表煤矿电工手册表13-1-1根据三相短路容量计算的系统电抗值（Ω）整定细则附录二表1三相短路容量（MVA）＞30405060708090100电压（V）4000.00530.0040.00320.002670.00230.0020.001780.00166900.01590.01190.00950.0080.00680.0060.00530.004812000.04800.03600.02880.0240.02060.0180.0160.0144煤矿电工手册表13-1-2高压电缆每相每公里的电阻电抗值（Ω/km）整定细则附录二表2截面＞16mm225mm235mm250mm270mm295mm2120mm2150mm2185mm2电压∨6KVR01.340.8570.6120.4290.3060.2260.1790.1430.1166KVX00.0680.0660.0640.0630.0610.060.060.060.0610KVR01.3130.840.60.420.30.2210.1750.140.11410KVX00.080.080.080.080.080.080.080.080.08煤矿电工手册表13-1-6b矿用隔爆型干式变压器技术特征表整定细则附录六表19-1型号额定容量(KVA)额定电压(KV)一次二次额定电流A一次二次连接组阻抗电压%线圈阻抗（Ω）RTXTKBSG-50/65060.44.8141.6Y.Y0/Y.d1140.03840.1221KBSG-50/65060.694.8172.1Y.Y0/Y.d1140.11530.3665KBSG-100/610060.49.6283.3Y.Y0/Y.d1140.0160.062KBSG-100/610060.699.62144Y.Y0/Y.d1140.0480.186KBSG-200/620060.419166.6Y.Y0/Y.d1140.00680.0313KBSG-200/620060.6919288.4Y.Y0/Y.d1140.02040.093KBSG-315/631560.6930151.6Y.Y0/Y.d1140.01060.06KBSG-315/631561.230262.5Y.Y0/Y.d1140.03190.18江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算KBSG-500/650060.6948416.6Y.Y0/Y.d1140.0060.038KBSG-500/650061.248240.6Y.Y0/Y.d1140.01790.1138KBSG-630/663060.6960.6535Y.Y0/Y.d1150.00480.037KBSG-630/663061.260.6303Y.Y0/Y.d1150.01450.1134KBSG-800/680061.271385Y.Y05.50.01170.098KBSG-1000/6100061.296481Y.Y060.00880.086煤矿电工手册表13-1-6d矿用隔爆型移动变电站技术特征表整定整定细则附录六表19-4型号额定容量KVA额定电压（kv）一次二次额定电流A一次二次连接组阻抗电压%线圈阻抗（Ω）RTXTKBSGZY-50/65060.44.872.1Y.Y0/Y.d114.50.05120.1346KBSGZY-100/610060.699.6283.3Y.Y0/Y.d114.50.05760.2082KBSGZY-100/610060.49.62144.2Y.Y0/Y.d114.50.1920.0694KBSGZY-200/620060.6919.2166.6Y.Y0/Y.d114.50.0240.1053KBSGZY-200/620060.419.2288.4Y.Y0/Y.d114.50.0080.0351KBSGZY-315/631561.230.3151.6Y.Y0/Y.d114.50.03770.2022KBSGZY-315/631560.6930.3262.5Y.Y0/Y.d114.50.01260.0674KBSGZY-400/640061.238.5192.4Y.Y0/Y.d114.50.0270.1597KBSGZY-400/640060.6938.5333.3Y.Y0/Y.d114.50.0090.0532KBSGZY-500/650061.248.1240.6Y.Y0/Y.d114.50.02040.128KBSGZY-500/650060.6948.1416.6Y.Y0/Y.d114.50.00680.0427KBSGZY-630/663061.260.6303.1Y.Y0/Y.d115.50.01670.1246KBSGZY-630/663060.6960.6538Y.Y0/Y.d115.50.00560.0415KBSGZY-800/680061.277384.9Y.Y0/Y.d1160.01350.1072KBSGZY-1000/6100061.296.2481.1Y.Y0/Y.d116.50.01010.0931煤矿电工手册表13-1-7矿井低压电缆每相每公里的电阻值和电抗值（Ω/k）细则附录三表5阻抗∨4mm26mm210mm216mm225mm235mm250mm270mm295mm2江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算R05.503.6932.1591.3690.86380.6160.44840.31510.2301X00.1010.0950.0920.0900.0880.0840.0810.0780.075煤矿电工手册表13-1-9c系统电抗的换算长度（m）整定细则附表3U2N(V)10(MVA)15(MVA)20(MVA)25(MVA)30(MVA)40(MVA)50(MVA)100(MVA)40035.123.417.614.111.78.87.0.51690104.669.752.341.834.926.120.910.461200316.3210.9158.2126.5105.479.163.331.63煤矿电工手册表13-1-9d高压电缆换算系数k整定细则附录二表4电缆截面（mm2）4006901200100.0190.0570.172160.0120.0350.107250.0080.0230.068350.0060.0160.049500.0040.0110.034700.0030.0080.025950.0020.0060.019例5；某煤矿井下中央变电所6kv母线的短路容量S为50MVA，井下中央变电所供至采区变电所的高压电缆为3km。计算图中d1和d2点的短路电流？江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算一、考虑系统电抗和高压电缆阻抗，公式法短路电流计算；1、计算短路回路各元件的阻抗值（查表13-1-1）1）系统电抗值式中；Xs=U22N/S＝6902/（50×106）=0.0095ΩU2N－二次电压S－短路容量2）高压电缆的阻抗值（查表13-1-2）R0=0.42Ω／kmX0=0.08Ω／km由公式R1=(R0×L1)／K2T求出高压电缆折合到低压侧的电阻和电抗值；R1=(R0×L1)／K2T=(0.42×3)／8.72=0.0166Ω式中；L1－高压电缆长度kmX1=(X0×L1)／K2TKT－变比=(0.08×3)/8.72=0.0032Ω3）变压器的电阻和电抗值（表13-1-6可查到）RT=0.006ΩXT=0.038Ω4）低压电缆的电阻和电抗值（表13-1-7可查）干线电缆R2=0.4484×1＝0.44484ΩX2=0.081×1＝0.081Ω支线电缆R3=0.8638×0.2＝0.1728ΩX2=0.088×0.2＝0.0176Ω5）短路回路每相总电阻、电抗值d1点∑R=R1+RT=0.0166+0.006=0.0226Ω∑X=XS+X1+XT=0.0095+0.0032+0.038=0.0507Ωd2点∑R=R1+RT+R2+R3=0.0166+0.006+0.4484+0.1728=0.6438Ω∑X=XS+X1+XT+X2+X3=0.0095+0.0032+0.038+0.081+0.0176=0.1493Ω2、计算短路电流值1）d1两相短路电流值Ⅰ（2）d1=V2N／(2×)=690／(2×)=6216A2)d2两相短路电流值Ⅰ（2）d2=V2N／(2×=690／(2×=522.7A二、忽略系统电抗和高压电缆阻抗，公式法短路电流计算；江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算1、d1点∑R=RT=0.006Ω∑X=XT=0.038ΩⅠ（2）d1=V2N／(2×=690／(2×)=8968A2、d2点∑R=RT+R2+R3=0.006+0.4484+0.1728=0.6272Ω∑X=XT+X2+X3=0.038+0.081+0.0176=0.1366ΩⅠ（2）d2=V2N／(2×)=690／(2×)=537.5A由此可见，在忽略系统电抗和高压电缆阻抗时，d1点短路电流增大44%，d2点短路电流增大2.8%。三、考虑系统电抗和高压电缆阻抗，查表法进行短路电流计算；1、计算短路回路中有关元件的电缆换算长度1）系统电抗的换算长度（表13-1-9c可查）LS=20.9m2）高压电缆的换算长度（表13-1-9d可查，换算系数k=0.011）L1=K×L式中；K－换算系数=0.011×3000=33mL－高压电缆长度m3）低压干线电缆换算长度（表13-1-8a可查，换算系数k=1）L2=K×L=1000m4）低压支线电缆换算长度（表13-1-8a可查，换算系数k=1.91）L2=K×L=1.91×200=382m5）计算电缆换算总长度d1点L=LS+L1=20.9+33=53.9md1点L=LS+L1+L2+L3=20.9+33+1000+382=1435.9m2、计算短路电流值（表13-1-16可查）d1点Ⅰ（2）d1=6632.8Ad2点Ⅰ（2）d2=516.4A将此两相短路电流值与考虑系统电抗和高压电缆阻抗用公式法的计算结果比较，d1点的短路电流值增大6.7%，d2点短路电流值降低1.2%。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算四、忽略系统电抗和高压电缆阻抗，查表法进行短路电流计算；1、计算短路回路中有关元件的电缆换算长度d1点L=0md2点L=1000+382=1382m42、计算短路电流值（表13-1-16可查）d1点Ⅰ（2）d1=8968Ad2点Ⅰ（2）d2=536.2A将此两相短路电流值与考虑系统电抗和高压电缆阻抗用公式法的计算结果比较，d1点的短路电流值增大44%，d2点短路电流值增大2.6%。五、根据以上计算结果分析，煤矿10kv供电系统两相短路电流计算，以考虑系统电抗和高压电缆阻抗的公式计算法较为准确。其他几种计算都存在不同的误差，尤其忽略系统电抗和高压电缆阻抗的两种计算误差更大，高达44%。就是考虑系统电抗和高压电缆阻抗的查表法误差也达6.7%。值得进一步指出，随着变压器二次电压的升高，变压比kT必然减小，结果将使系统电抗和高压电缆的影响增大，因此，对于1140v电网，在计算d1点和d2点的短路电流时，都应当把系统电抗和高压电缆的阻抗考虑进去，以减小误差。所以，为保证煤矿安全供电，矿井10kv供电的短路电流计算，应优先采用考虑系统电抗和高压电缆阻抗的公式计算法。第五节井下电网过流保护整定计算井下各种高低压配电装置中，都安装有过电流保护装置。这些过电流保护装置能在电网发生过载和短路故障时，使断路器跳闸和发出信号，保护电网和人身安全。过电流保护装置需要计算和调定其动作（跳闸）电流，才能在发生故障时正确跳闸。给过电流保护装置确定一个动作（跳闸）电流，称为过电流保护装置的整定。井下电网的所有的高低压配电装置（电磁启动器、馈电开关、高压配电箱），都必须整定过电流保护装置后，才能投入运行。运行中要定期检查过电流保护装置的动作可靠性。井下电网的过电流保护分为过载保护和短路保护两种。过载保护能在电动机、变压器和电缆中的电流小幅度、长时间超过其额定电流或长时允许电流时，切断电源，防止烧坏电动机、变压器和电缆。过载保护是长延时反时限特性。短路保护是在发生短路时立即跳闸切断电源。一、对电网过流保护装置的要求1）快速性供电系统中发生短路故障时，必须快速切除故障，以减轻故障的危害。井下的短路保护是瞬动的。2）选择性江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算供电系统发生故障时，要求保护装置只将故障部分切除，保证无故障部分继续运行。3）灵敏性在过流保护装置的保护范围内，不论发生故障的性质和位置如何，保护装置均应反应灵敏并保证可靠动作。保护装置的灵敏性用灵敏度系数Kr来衡量。4）可靠性可靠性是指当供电系统正常运行时保护装置不应误动作，保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置能可靠动作，不应拒动。为保证保护装置动作的可靠性应注意以下几点：（1）正确整定保护装置的动作电流；（2）选用技术性能先进、保护效果好的保护装置；（3）提高安装质量，加强检查和维护。5）后备保护井下的电缆和变压器必须至少有两个开关保护，即必须有一个主保护和至少一个后备保护。在图5-9中L4电缆由7号开关作主保护，5号开关作后备保护；L2电缆由6号开关作主保护，5号开关作后备保护；L1电缆由2号开关作主保护，1号开关作后备保护。从开关角度讲，5号开关的主保护区到S3短路点，后备保护区到S2、S4两个短路点；2号开关的主保护区到S1短路点，后备保护区到S3短路点。即一个开关的后备保护区直到下一级开关的主保护区末端。二、井下过电流保护装置的整定目前，煤矿井下的开关主要有三类：矿用隔爆型电磁启动器、矿用隔爆型自动馈电开关、矿用隔爆型高压配电箱。内装的过流保护装置均为电子型或智能型。1.真空电磁启动器过电流保护装置的整定电磁启动器通常控制一台或两台同时启动的电动机，如图5-9中的6、7号开关。特殊情况下也可作为总开关使用（例如风电闭锁用电源开关、大型采煤机的启动器），这时应按照馈电开关的整定方法整定。1）过载保护电磁启动器过载保护的保护对象是电动机，动作电流为（5-34）式中——电磁启动器过载保护整定电流，A；——电动机的额定电流，A。炮采工作面刮板输送机可适当增大整定值，以避免频繁跳闸。最大可至1.05。若电磁启动器的动作电流是按其额定电流的倍数标定的，则需把江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算换算成启动器额定电流的倍数。2）短路保护（5-35）式中——电磁启动器过流保护的动作电流，A；——电动机的启动电流，A；全压直接起动的电动机=（5~7）。有些电动机配套有电控系统，可以降低起动电流，例如上山绞车电动机、用软启动器或变频器启动的电动机等，启动电流可取=（2~3）。若电磁启动器的动作电流是按其额定电流的倍数标定的，则需把换算成启动器额定电流的倍数，并计算出实际调定的动作电流。3）灵敏度校验短路保护的动作电流必须经灵敏度系数校验合格后，才能在电磁启动器上调定。要求≥1.5。灵敏度系数按下式计算：（5-36）式中——灵敏度系数；——电磁启动器所保护电动机接线端子处的最小两相短路电流，A。——实际调定的动作电流，A。例5-15图5-10中S4点两相短路电流为1456A，试整定7号电磁启动器的保护装置。解：1）过载保护的动作电流=1.15×75=86A2）短路保护动作电流=6×1.15×75=518A3）短路保护的灵敏度校验＞1.5江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算校验合格2.矿用隔爆型真空馈电开关过电流保护装置的整定矿用隔爆型馈电开关通常作为配电开关控制一条线路，负荷是多台电动机。如图5-10中1~5号开关。1）过载保护馈电开关过载保护的保护对象是开关前后的长电缆。整定电流为（5-37）变压器低压侧的总开关过载保护的保护对象是变压器。整定电流为（5-38）式中——馈电开关的过载保护整定值，A；——电缆的长时允许电流，A；——变压器二次侧的额定电流，，A。若馈电开关过载保护的动作电流是按其额定电流的倍数标定的，则需把换算成启动器馈电开关额定电流的倍数。2）短路保护（5-39）式中——启动电流最大的一台电动机的额定启动电流，A；——其余电动机的额定电流之和，A。若馈电开关短路保护的动作电流是按其额定电流的倍数标定的，则需把换算成馈电开关额定电流的倍数，并计算出实际调定的动作电流。3）灵敏度校验短路保护的动作电流必须经灵敏度系数校验合格后，才能在馈电开关上调定。要求在主保护范围内，≥1.5，在后备保护范围内，≥1.2。灵敏度系数按下式计算：（5-40）式中——馈电开关保护范围内的最小两相短路电流，A。例5-16已知图5-10中S4点两相短路电流为1456江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算A，S2点两相短路电流为1250A，S3点两相短路电流为1560A，L1电缆为70mm2矿用橡胶电缆。试整定5号自动馈电开关的保护装置。解：1）过载保护按（5-37）整定动作电流，查表5-2电缆的长时允许电流为215A=215A2）短路保护按（5-38）整定动作电流，=6×1.15×75+1.15×55=581A3）灵敏度校验主保护区＞1.5后备保护区＞1.2校验合格3.矿用隔爆型高压配电箱控制一台变压器矿用隔爆型高压配电箱过流保护的动作电流有两种标定方法。一是按配电箱额定电流倍数标定；二是按配电箱电流互感器二次侧额定电流倍数标定。1）高压配电箱过流保护动作电流按配电箱额定电流倍数标定时的整定（1）过载保护保护对象是变压器。（5-41）式中——高压配电箱过载保护整定值，A；——变压器的一次侧额定电流，A，。（2）短路保护动作电流整定（5-42）式中——变压器的变压比；——变压器二次侧启动电流最大的一台电动机的额定启动电流，A；——变压器二次侧其余电动机的额定电流之和，A。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算（3）灵敏度校验（5-43）式中——配电装置的保护范围内的最小两相短路电流，A。要求在主保护范围内，≥1.5；在后备保护范围内，≥1.2。2）动作电流按电流互感器二次侧额定电流倍数标定时的整定（1）过载保护（5-44）（2）短路保护（5-45）式中——配电装置电流互感器的变流比。（3）灵敏度校验（5-46）要求在主保护范围内，≥1.5；在后备保护范围内，≥1.2。例5-17设例5-12中的高压配电箱额定电流为100A，高压配电箱的短路保护动作电流是按电流互感器二次侧额定电流（5A）倍数标定的，变压器低压侧负荷ΣPN=290kW，其中最大一台电动机额定功率为75kW，试整定该高压配电箱。解：1）过载保护根据式5-44整定动作电流A2）短路保护根据式5-45整定动作电流A实际调定为互感器额定电流的2倍（10A）。3）校验灵敏度从例5-12可知变压器二次侧的两相短路电流为4682A，根据式5-45江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算＞1.5校验合格。4.矿用隔爆型高压配电箱作总开关使用时的过流保护整定1）高压配电箱的动作电流按配电箱额定电流倍数标定（1）过载保护保护对象是长电缆。（5-47）式中——高压配电箱过载保护整定值，A；——电缆的长时允许电流，A。（2）高压配电箱作总开关使用时，控制多台变压器。短路保护动作电流整定如下（5-48）式中——起动系数，取2~3；——高压电动机和变压器一次侧额定电流之和，A。（3）灵敏度校验（5-49）式中——高压配电箱保护范围内的最小两相短路电流，A。如果短路点在变压器二次侧，则应进行折算。2）高压配电箱的动作电流按电流互感器二次侧额定电流倍数标定（1）过载保护（5-50）（2）短路保护（5-51）式中——配电装置电流互感器的变流比。（3）灵敏度校验（5-52）江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算要求在主保护范围内，≥1.5；在后备保护范围内，≥1.2。矿用隔爆型高压配电箱控制一台高压电动机时，过流保护的整定方法同电磁启动器。5.熔断器的熔体额定电流的计算有些小容量的电磁启动器采用熔断器作为短路保护装置，其熔体的额定电流按下式计算：（5-53）式中——熔体的额定电流，A——电动机的额定电流，A。短路电流倍数校验：≥4~7（5-54）6.灵敏度校验不合格时的解决办法（1）加大干线电缆或支线电缆截面。（2）增加电缆根数，减少电缆长度。（3）换用大容量变压器或采取变压器并联（4）在不会引起开关误动作的前提下，适当降低短路保护整定值；（5）增设分段开关。（6）采用移动变电站或移动变压器。第六节检漏保护装置的试验由于煤矿井下巷道窄小，潮湿、滴水、接触电气设备的机会较多，因此，发生触电的可能性也较大。触电对人体的伤害程度与许多因素有关，其主要还是通过人体电流大小和电流的持续时间。因此我国规定触电电流与触电持续时间的乘积不得超过30mA.S另外，触电对人的伤害程度还与电流的种类和频率，以及电流流经人体的路径等多种因素有关，一般讲，直流的危险性比交流小，频率越高，危害越小，而50HZ的工频交流电对人体危害最严重。因此，＜煤矿安全规程＞第443条明确规定，严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。第455条规定，井下供电应装设漏电保护装置。漏电保护装置的有关规定；1、用漏电保护装置本身的试验按钮进行跳闸试验；煤电钻综保每班一次，照明信号综保每天一次，对具有选择性功能的检漏保护装置，各支路应每天试验一次，总检漏保护装置每周做一次跳闸试验。2、对新安装的检漏保护装置在首次投入运行前做一次远方人工漏电跳闸试验，运行中的检漏保护装置每月做一次远方人工漏电跳闸试验，（应在瓦斯检查员的配合下进行），试验方法是在最远端控制开关的负荷侧，按不同的电压等级接入试验电阻（127v-2kΩ、380v-3.5kΩ、660v-11kΩ、1140v-20kΩ江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部 煤矿井下供电基本计算），检查漏电保护装置是否跳闸。江苏矿业工程公司第四工程处机电管理部