矿井供电计算方法

一、负荷计算与变压器选择

工作面电力负荷计算是选择变压器和移动变电站台数、容量的依据，也是配电网络计算的依据之一。

1、负荷统计

按表1-1内容，把工作面的每一种负荷进行统计。

表1-1 工作面负荷统计表格式

平均功率因数计算公式：

en

e e en

en e e e e pj

P P P P P P ++++++=

...cos ...cos cos

cos

21221

1

加权平均效率计算公式：

en

e e en

en e e e e pj P P P P P P ++++++=

...η...ηηη212211

2、负荷计算

1）需用变压器容量b S

计算值为：

pj

e x

b P

K S cos

∑= ()

KVA

2）单体支架各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面，按下式计算需用系数：

∑

max

714

.0286.0e x P P K +=

3）自移式支架，各用电设备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：

∑+=e x P P K max 6

.04.0

max

P ——最大一台电动机功率，kw 。

①适用一般机组工作面 K x = + ×P max

∑P e [煤矿供电手册(矿井供电下10-3-2)]

②适用机械化采煤工作面 K x = + ×P max

∑P e [煤矿供电手册(矿井供电下10-3-3)]

③cos φpj = ∑(P i ×cos φei )

∑P i [煤矿综采连实用电工技术(3-3-3)]

④K b = K x ×∑P e

cos φpj [煤矿供电手册(矿井供电下10-3-1)]

井下其它用电设备需用系数及平均功率因数表

二、高压电缆选择计算和校验

1、按长时负荷电流选择电缆截面

长时负荷电流计算方法：

pj

pj

e x e

g

U k P I ηcos 3103

∑×=

∑e

P ——高压电缆所带的设备额定功率之和kw ；（见变压器负荷统计中的结果）

x

k ——需用系数；计算和选取方法同前。（见变压器负荷统计中的结果）

e

U ——高压电缆额定电压(V) V 10000

、V 6000； pj

?cos ——加权平均功率因数； （见变压器负荷统计中的结果）

pj

η——加权平均效率。I g = ∑Pe ×Kx ×103

3×Ue ×cos φpj ×ηpj

[煤矿综采连使用电工技术(3-5)]

2、电缆截面的选择

选择要求是：

g

y I KI ≥

―> 长时最大允许负荷电流应满足：

K

I I g y ≥

，初步筛选出符合条件的电缆

g I ——电缆的工作电流计算值，

A ；

y

I ——环境温度为

C o 25时电缆长时允许负荷电流，A ； K ——环境温度校正系数。

不同环境温度下的电缆载流量修正系数K

3、按经济电流密度选择高压电缆截面

j

I ——经济电流密度；

n ——同时工作电缆的根数。

j

g j I n

I A =

经济电流密度选择表

备注：年最大负荷利用小时数一班作为1000～3000h ，两班作业为3000～5000h ，三班作业为5000h 以上。

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。

4、按热稳定校验电缆截面

C

t I

A f d

)3(min =

min A ——电缆短路时热稳定要求的最小截面，2mm ；

)3(d

I ——三相最大稳态短路电流，A ；

计算方法：

P

s

d

U S I

3)3(=

s

S ——变电所母线的短路容量，MVA ；一般指地面变电所KV 6，KV 10和井下中央

变电所KV 6，KV 10母线的短路容量，计算地面高低压短路电流时，以地面变电所

KV 6，KV 10母线为基准。计算井下高低压短路电流时，以井下变电所KV 6，KV

10母线为基准。

p U ——平均电压 , KV ；

f

t ——短路电流作用的假想时间；

C ——电缆芯线热稳定系数。

铜芯高压电缆热稳定系数表

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。

5、按允许电压损失校验高压电缆截面

高压电缆电压损失计算方法：

()

tan 10%Δ2X R U

pL U e

g g +=

P ——高压电缆所带的负荷计算功率kw ；

∑e

x P K P =;

∑

e

P ——高压电缆带的所有设备额定功率之和，kw ；

x

K ——需用系数，计算和选取方法同前；

tan ——电网平均功率因数对应的正切值；

1cos 1

tan 2

=

e

U ——高压额定电压kV 6，kV 10；

R ，X ——所选高压电缆的每公里电阻和电抗()

kM

/Ω；

g

L ——高压电缆长度km 。

注：电压损失正常情况下不得超过7％，故障状态下不超过10％。

①I g = ∑Pe ×Kx ×103

3×Ue ×cos φpj ×ηpj

[综采技术手册(下p1461)]

②A j =

Ig

n ×I j

[煤矿供电手册(矿井供电下10-3-7)] ③A min = I d (3)max ×t f

C

[煤矿供电手册(矿井供电下10-3-8)]

④△U g %=

Kx ×∑Pe ×Lg

Ue 2×10

×(R i + X i tan φ) [煤矿供电手册(矿井供电下10-5-6)]

三、低压电缆选择计算和校验

1、按长时负荷电流初选电缆截面

长时负荷电流的计算方法：

1）向单台或两台电动机供电的电缆，可以取单台或两台电动机的额定电流之和。

∑

?==e

e e e e g U P I I ?ηcos 3103

)(A

g

I ，

e

I ——分别为通过电缆的电动机工作电流与额定电流；

e

P ——电动机的额定功率，KW ； e

U ——电动机的额定电压，V ；

e

η——电动机的额定效率；

e

?cos ——电动机的额定效率因数。

2）向三台及以上电动机供电的电缆长时负荷电流计算方法：

pj

pj e e x g U P K I cos

η310∑3=

)(A

x

K ——需用系数，需用系数计算和选取方法同上；

pj

η——平均效率，取

9

.0~8.0=pj η；

pj

?cos ——平均功率因数，可以取7.0。

3）中途分支干线电缆的工作电流

中途分支干线电缆的工作电流可以分别各段电缆进行计算，各段电缆的工作电流可以参照单台、两台或三台以上电动机工作电流公式进行计算。

2、电缆截面的选择

选择要求是：

g

y I KI ≥

g

I ——电缆的工作电流计算值，

A ；

y

I ——环境温度为

C o 25时电缆长时允许负荷电流，A ； K ——环境温度校正系数。

不同环境温度下的电缆载流量修正系数K

3、按允许电压损失校验电缆截面

变压器二次侧电压损失包括三部分：

（变压器电压损失，干线电缆电压损失，支线电缆电压损失）

电压总损失=变压器电压损失+干线电缆电压损失+支线电缆电压损失

各种电压等级下允许的电压损失

注：各部分电压损失计算方法如下。

变电器电压损失计算

正常负荷时变压器内部电压损失百分数

(

)

pj

x pj

r e

b

b U U S S U sin

cos

%Δ+=

r U ——变电器电阻压降；

x

U ——变电器电抗压降；

b

S ——选择变压器时计算的需用容量，KVA ；

pj

cos ——选择变压器时的加权平均功率；

pj

pj ??2cos 1sin -=

e

S ——选择的变压器额定容量。

变压器电压损失绝对值：

2

%ΔΔe b b U U U =

()V

注：正常运行时电动机的电压降应不低于额定电压的%10~%7。

准确计算低压电缆干线和支线电压损失：

()

tan 10%Δ002

X R U pL

U e

+=

P ——电缆所带的负荷计算功率kw ；

∑e

x P K P =

∑

e

P ——电缆带的所有设备额定功率之和，kw ；

x

K ——需用系数，计算和选取方法同前；

?tan ——平均功率因数对应的正切值；

e

U ——低压电缆线路的额定电压；

R ，

X ——电缆每公里电阻和电抗

()

kM /Ω；

L ——电缆长度km 。

②I g = Kx ×∑Pe ×103

3×Ue ×ηe ×cos φe [煤矿综采连使用电工技术(3-19)]

③I g = Kx ×∑Pe ×103

3×Ue ×ηpj ×cos φpj

[煤矿综采连实用电工技术(3-21)]

④△U= Kx ×∑Pe ×L

U el 2×10×(R 0 + X 0tan φ)%×U el [煤矿供电手册(矿井供电下10-5-6)]

四、解析法计算短路电流

1、高压短路电流计算

1）短路电流计算时，用平均电压，不是用额定电压。

标准电压等级的平均电压值

2）短路点的选定：

一般选定变压器、移动变电站高压进线端作为短路点，或选每段高压电缆的末端作为短路点计算高压短路电流。

3）系统电抗计算方法：

s p

s S U X 2

=

()

Ω 根据母线短路容量和变压器一次侧(平均)电压计算系统电抗

s

X ——电源系统电抗， ； p

U ——平均电压 , KV ；

s

S ——变电所母线的短路容量，MVA ；一般指地面变电所KV 6，KV 10和井下中央

变电所KV 6，KV 10母线的短路容量，计算地面高低压短路电流时，以地面变电所

KV 6，KV 10母线为基准。计算井下高低压短路电流时，以井下中央变电所KV 6，

KV 10母线为基准。

4）电抗器电抗计算方法：

e

e k k I U X X 3100

%=

()Ω

%k X ——电抗器的电抗百分值；

e

U ——电抗器的额定电压，KV ；

e

I ——电抗器的额定电流，KA 。

5）KV 6，KV 10电缆线路阻抗：

（1）KV 6，KV 10电缆线路电抗计算方法：

∑

11000

n

i i

i g L X X ==

()Ω

i

X ——第i 段高压电缆每公里电抗，Ω/KM ；

i

L ——基准母线到变压器或移动变电站第i 段高压电缆的长度，m 。

（2）KV 6，KV 10电缆线路电阻计算方法：

∑11000n

i i i g L R R == ()Ω

i

R ——第i 段高压电缆每公里电阻，Ω/KM ；

i

L ——基准母线到变压器或移动变电站第i 段高压电缆的长度，m 。

6）短路回路中的总阻抗：

(

)2

2

g

k s g X

X X R Z +++=