采区供电设计计算

1、煤矿采区变电所设计指导书第一节矿井变电所煤矿安全规程对煤矿井下供电的主要要求是：（1）煤矿安全规程（2010年版）第四百四十二条规定：井下各水平中央变（配）电所、采区变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房的供电线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能承担全部负荷的供电。向局部通风机供电的井下变（配）电所应采用分列运行方式。向煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井自救系统供风的压风机、井下移动瓦斯抽放泵应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路。上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。上述设备的控制回路和辅助设备，必须有与主要设备同等可靠的备用电源

2、。（2）煤矿安全规程（2010年版）第一百二十八条规定：高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井、低瓦斯矿井中高瓦斯区的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面正常工作的局部通风机必须配备安装同等能力的备用局部通风机，并能自动切换。正常工作的局部通风机必须采用三专（专用开关、专用电缆、专用变压器）供电，备用局部通风机电源必须取自同时带电的另一电源，当正常工作的局部通风机故障时，备用局部通风机能自动启动。其他掘进工作面和通风地点正常工作的局部通风机可不配备备用局部通风机，但必须采用三专供电。使用局部通风机供风的地点必须实行风电闭锁，保证当正常工作的局部通风机停止运转或停风后能切断停风区内

3、全部非本质安全型电气设备的电源。正常工作的局部通风机故障，切换到备用局部通风机工作时，该局部通风机供风范围内应停止工作，排除故障；待故障排除，恢复到正常工作的局部通风机后方可恢复工作。一、矿井地面变电所概述矿井供电系统主要由地面变电所、井下中央变电所和采区变电所三级变电所构成。地面变电所的受电电压为6110kV;井下配电高压为6kV或10kV，用电设备电压多为660V和1140V,大功率电动机采用6kV或10kV供电。地面变电所是矿井供电系统的枢纽。地面变电所一般设置在矿井工业广场边沿，离井口较近，远离储煤场和矸石山的地方。为了保证供电可靠性，变电所有两条电源进线。大中型煤矿电源电压多为35k

4、V,特大型煤矿可采用110kV。变电所通常设置两台主变压器，主变压器二次侧电网额定电压为6kV或10kV。用两条或两条以上的电缆线路向井下和其他一级负荷供电。变电所内设置两台低压变压器供应地面380/220V动力和照明用电。小型煤矿电源电压多为6kV或10kV，变电所不设置主变压器。地面变电所35kV侧有两种设备布置方式。一是把开关、互感器、母线等电气设备置于室外，安装在由钢筋混凝土或钢材制成的门架上，二是在室内用高压开关柜组成。新建矿井地面变电所多采用此方式。地面变电所6（10）kV侧采用高压开关柜组成。地面变电所的主要电气设备有隔离开关、断路器、变压器、互感器、避雷器等。地面变电所的主要用

5、户有井下负荷、矿井主通风机、矿井主井提升机、矿井副井提升机、矿井压风机、地面低压变压器、其他辅助生产设施等。二、煤矿井下变电所的结线与硐室布置井下中央变电所井下中央变电所是井下供电系统的核心，其主结线如图1-1所示。根据煤矿安全规程的规定，井下中央变电所的供电线路，不得少于两回路，当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。所以，为了保证井下供电的可靠性，由地面变电所引至中央变电所的电缆数目至少应有两条，并分别引自地面变电所的两段6（10）kV母线。中央变电所的高压母线采用单母线分段结线方式，母线段数与下井电缆根数对应，各段母线通过高压开关联络。正常时联络开关断开，母线采用分列运行方式，当

6、某条下井电缆故障退出运行时，合上母线联络开绞车房II关，恢复对该段母线负荷的供电。下井二路下井一路6(10)kV母联6(10)kV660V+东翼采区一路，主排水泵主排水泵西翼采区二路*东翼采区一路-备用:王排水泵+西翼采区一路，-井底车场-低压负荷T井底车场低压负荷图1-1中央变电所主结线图中央变电所向每个采区变电所馈送两条电缆线路。主排水泵是一级负荷，但由于水泵总数中已包括备用水泵和检修水泵，因此每台水泵用一条专用电缆供电，可直接用中央变电所的高压开关启动和停止。所有水泵必须均匀分配在各段母线上，不得集中接于一段母线。当主水泵为低压电动机时，配电变压器最少应有两台，变压器低压侧亦采用单母线分

7、段结线，每台变压器的容量均应满足最大涌水期时需开动的全部负荷的供电要求。通常井下中央变电所设置在井底车场副井井底附近，与中央水泵房相邻。有条件时还应与电机车用的变流所联合建筑。为了防水，变电所地面应比其出口与井底车场或大巷连接处的底板标高高0.5m。为了使变电所有良好的通风条件，当硐室长度超过6m时，必须在硐室的两端各设一个出口。硐室用砌碹或其他可靠方式支护，硐室必须装设向外开的防火铁门，铁门上应装设便于关严的通风孔，铁门内可加设向外开的铁栅栏门，平时铁栅栏门关闭，防火铁门打开，以利于通风，在发生火灾时，将防火铁门关闭，便于灭火和防止火灾蔓延；从硐室出口防火铁门起5m以内巷道应用砌碹或其他不燃

8、性材料支护;硐室内还必须设置足够数量扑灭电气火灾的灭火器材。应将变压器与配电装置分开布置，高、低压配电装置分开布置。设备与墙壁之间，各设备之间应留有足够的维护与检修通道，完全不需要从两侧或后面维护检修的设备，可互相靠紧或靠墙放置。考虑发展余地，变电所的高压配电设备的备用位置应按设计最大数量的20%考虑，且不少于两台。低压设备的备用回路，也按最多馈出回路数的20%考虑。采区变电所采区变电所是采区供电的中心，井下中央变电所送来的高压电力，经采区变电所直接配送或降压后配送至采掘工作面及采区其他用电设备。根据煤矿安全规程的规定，采区变（配）电所的供电线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路

9、应能承担全部负荷的供电。供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。向局部通风机供电的井下变（配）电所应采用分列运行方式。高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井、低瓦斯矿井中高瓦斯区的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面正常工作的局部通风机必须配备安装同等能力的备用局部通风机，并能自动切换。正常工作的局部通风机必须采用三专（专用开关、专用电缆、专用变压器）供电，备用局部通风机的电源必须取自同时带电的另一电源，当正常工作的局部通风机故障时，备用局部通风机能自动启动。其他掘进工作面和通风地点正常工作的局部通风机可不配备备用局部通风机，但必须采用三专供电。采区巷道布置如

10、图1-2所示。回风大巷采区回风石门采煤工作面绞车房工作面回风巷30mI区段工作面运输巷掘进工作面采区煤仓H区段2030m巷行人采区变电所2030m运输大巷采区斜长轨道上山皮带上山采区走向长图1-2采区巷道布置示意图图1-3是下山、综采采区变电所主结线图。双回路电源、单母线分段结线，采用分列运行方式。综采和综掘工作面采用6kV或10kV高压供电。图示采区变电所的采区主排水泵为高压电动机，当主排水泵为低压电东翼采区一路6(10)kVNT8-QQ其他负荷NTJT备用o水泵综采工作面东翼采区二路综掘工作面o水泵Q水泵9工作局扇工作局扇备局出7扇上山皮带上山绞车照明动机时，为水泵供电的变压器低压侧也应采

11、用单母线分段结线。上山绞车、上山皮带输送机、局扇等重要设备采用专用线路供电。660V低压供电。图1-3下山、综米米区变电所主结线图上山采区没有主排水泵。炮采工作面通常由采区变电所用采区变电所通常设置在两个上（下）山巷道之间的联络巷中或运输大巷采区装车站附近。若采区变电所设置在两个上（下）山巷道之间的联络巷中，可以使采区变电所到各区段工作面运输巷的距离基本相同，适合于大型采区。若采区变电所设置在运输大巷采区装车站附近，运输、安装更方便，但变电所距最上部区段的距离大，适合于用移动变电站供电的工作面。采区变电所的防水、防火、通风等安全措施，除底板标高没有严格规定外，其它与中央变电所相同。变压器可与配

12、电设备布置在同一硐室内。变电所的高、低压设备应分开布置。各设备之间、设备与墙壁之间均应留有维护和检修通道。不从侧面和背后检修的设备不留通道。采区变电所内的主要电气设备有矿用隔爆型高压配电箱、矿用变压器、矿用隔爆型低压馈电开关等。采区变电所的主要负荷有采煤工作面、掘进工作面、采区集中运输设备（上山绞车、皮带输送机）、排水设备、掘进工作面局部通风机等。工作面配电1）综采工作面配电综合机械化采煤工作面，单机功率和总功率大，输电距离长，回采速度快，必须采用移动变电站供电。综采工作面机电设备布置参见图,1-4。采区变电所用6（10）kV高压向移动变电站送电，经移动变电站降压后向工作面生产设备供电。综采工

13、作面设备的额定电压通常为1140V，大型高产高效工作面使用3300V。综采工作面配电结线如图|1-5所示。工作面内的生产设备由1#移动变电站供电，1#移动变电站距离工作面150300米，在电压损失满足要求的条件下，距离大些可以减少搬移次数。条件许可时，也可将1号移动变电站设置在上顺槽。工作面配电点设置在移动变电站附近，开关和乳化液泵站可安装在平板车或滑橇上，与移动变电站组成串车便于移动。电动机在工作面运输巷口的可伸缩皮带输送机和其他小型设备由2#移动变电站供电。当皮带输送机功率不太他时，也可以不设2#移动变电站，由采区变电所内的变压器供电。工作面运输巷的调度绞车要担负1#移动变电站和工作面配电

14、点的搬移任务，因此不能由1#移动变电站供电。10ZL610n5TTTT7rrrrrrnyT7777jEri=232号移变意图意图上山皮带图1号移变配电点1采煤机；2刮板输送机；3乳化液泵；4喷雾泵；5回柱绞车;6调度绞车；7可伸缩皮带输送机电动机；8小水泵；9转载机来自采区变电所来自采区变电所6(10)kVULP2#移动变电站0综采工作面皮带输送机8.660(1140)V1#移动变电站1140V其他小型设备采煤机乳化液泵刮板输送机喷雾泵图1-5综米工作面配电结线图2）炮采工作面配电图1-6是炮采工作面机电设备布置图。炮采工作面和普通机采工作面设备功率较小，通常由采区变电所用660V低压供电。当

15、工作面离采区变电所太远时，也可采用移动变电站供电，移动变电站可安放在运输巷口附近。为了安全操作工作面的机械设备，必须在工作面附近集中设置控制开关和电磁起动器，这些设备的放置地点即为工作面配电点。工作面配电点，一般设在距采煤工作面50100m处。工作面配电点随工作面的推进移动。上山皮带口5口608L!9r=7罄6n435n8隧gQCknpjo3nGomf配电点建111图2-6炮采工作面机电设备布置示意图1低压防爆开关；2工作面刮板输送机；3乳化液泵；4小水泵；5回柱绞车;6调度绞车；7顺槽刮板输送机；8煤电钻综保装置；9煤电钻图1-7为炮采工作面运输巷的配电结线图（图中示意画出两台顺槽刮板输送机

16、），这种配电方式称为干线式。回风巷配电结线与此类似。来自采区变电所工作面配电点煤电钻综保装置127V.-煤电钻-.回柱绞车门乳化液泵.-工作面刮板图1-7炮采工作面运输巷的配电结线图3）掘进工作面配电300500m。掘进工作面分为综合机械化掘进工作面和钻爆法掘进工作面两种。综合机械化掘进工作面用移动变电站供电。为减少搬迁次数，移动变电站可距掘进工作面在电压损失满足要求的条件下，距离大些可以减少搬移次数。钻爆法掘进工作面的配电方式同炮采工作面，由采区变电所用660V低压供电。掘进工作面配电点，一般距掘进工作面80100m三、采区供电系统方案拟定原则有一级负荷的采区变电所必须采用单母线分段结线。变

17、电所的每条出线电缆必须有高爆或馈电开关配出；每台生产机械都必须有电磁启动器或其他控制设备操作。每条电缆尽量走最短线路，尽量不走回头路。炮采和掘进工作面由采区变电所低压供电，采用干线式配电。一级负荷和上山运输机械、综采工作面大型机械等重要二级负荷采用专用线路供电。工作局扇和备用局扇的变压器不得在同一段母线。综采工作面的工作乳化液泵和备用乳化液泵尽量不用同一条线路供电。煤电钻和照明要采用综合保护装置供电。四、井下电气设备的选择正确选择电气设备对供电的可靠性，安全性，经济性都有着重要的意义。选择井下电气设备的一般原则如下：煤矿井下必须使用矿用防爆型和矿用一般型电气设备。必须按照煤矿安全规程选择井下电

18、气设备的类型。井下变电所的高压配电开关使用矿用防爆型和矿用一般型高压配电箱，控制高压电动机也可以使用高压启动器。低压配电开关使用矿用防爆型馈电开关。井下变电所必须选用矿用隔爆型干式变压器或移动变电站。综采工作面必须选用矿用隔爆型移动变电站。控制生产机械使用矿用防爆型电磁启动器。控制经常正反转的生产机械如调度绞车、回柱绞车、翻车机等应选用矿用防爆可逆式电磁启动器。大功率的生产机械可使用矿用防爆型软启动器或变频启动器。煤电钻必须使用矿用隔爆型煤电钻综合保护装置，照明必须使用矿用隔爆型照明综合保护装置。(5)局扇和掘进工作面电源开关要选用具有风电闭锁功能的专用组合开关。(6)选择井下电气设备的参数一

19、般按照额定电压Un、额定电流In选择即可。电气设备的额定电压要和电网的额定电压相同，电气设备的额定电流要大于其负荷电流。高压配电箱和变电所低压馈电开关还要校验额定分断电流和短路动热稳定性。表1-1常用矿用防爆开关技术参数表序号产品名称型号额定电流/A额定开断容量/MVA)额定开断电流/kA热稳定电流和热稳定时间/kA/s动稳定电流/kA1矿用隔爆高压配电箱BGP9LG/650,100,150,200,250,315,40010012.512.5/22PBG12C/650,100,150,200,300,4001001010/2253BGP9LG/1050,100,150,200,250,315

20、,40020012.512.5/24BGP48C/650,100,200,3001001010/2255低压隔爆馈电开关KBZ-口/1140(660)500,63012.56KBZ-口/1140(660)200,4007.57矿用隔爆真空电磁起动器QJZ-口/1140(660)315,400,5004.58QBZ-口/660(380)80,120,2002/2.5/4.59QBZ-80+120/660(380)80+12010BQD-80N120N/660(380)80,120第二节负荷计算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

21、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：一是负荷的有功计算功率，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）。二是负荷的视在计算功率，用Sa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。三是长时工作电流，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

22、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。一、负荷计算的方法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（FN）和额定电流（In），则FCa=PN(5-1)ScaFcaFca-cacosN0.85*a=1N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（5-2）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。(5-2)In_lPnvU1NCOSN式中Pn电动机额定功率，kWLN电动机额定电压，kV;nN电动机额定效率；cos0N电动机额定功率因数。下面介

23、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&0.66R;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沁0.07FNo例5-1有一台额定电压为660V,额定功率为40kW的电动机，试估算其额定电流。解：当电动机额定电压为660V时，In疋1.15Fn,把额定功率等于40kW代入公式In1.15X40=46A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

24、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內、FN2、FN3PNn。则总额定功率为：二PN=PN1PN2PNn（5-3）(5-4)(5-5)(5-6)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FCa总小于工FNoFc=Kde._PN由Fca可计算出Sca和Ica荷I_Ea_Scaca一3UNcos：一.3Un式中：LN额定电压，kV；Kde用电设备组的需用系数；cos$用电设备组的加权平均功率因数。Kde和cos$均可由表5-1查得。根据工作面的产量、地质状况

25、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cos$可取较大的值，反之，取较小的值。上述负荷计算方法，称为需用系数法。负荷计算的方法还有利用系数法、二项式法，不再赘述。表5-1煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数用电设备组名称需用系数功率因数coSPtan$备注Ke井底无主排水泵0.67.70.71.02车场有主排水泵0.757.850.80.75无机组缓倾斜采煤工作面0.47.60.61.33采有机组缓倾斜采煤工作面0.6-0.750.60.71.331.02急倾斜采煤工作面0.6-0.650.60.71.331.02区无掘进机煤巷掘进工作面0.37.40.61.3

26、3有掘进机煤巷掘进工作面0.50.60.71.331.02井下架线式电机车0.47.70.90.48蓄电池电机车0.80.90.48运输输送机和绞车0.67.70.71.02例5-2一个缓倾斜炮采工作面，供电电压660Vo有SGB-620/40T刮板输送机5台，额定功率40kWBRW80/20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。试计算该工作面的负荷（Pca、S=a和Ica）。解：1）计算总额定功率vpN二Pni-PN2心

27、-：PNnvpN二Pni-PN2心-：PNn=540302(7.55.511.41.2)=281.2kW2）查表5-1，缓倾斜炮采工作面Kde取0.5,cos$取0.6。3）计算有功计算功率FCa二KdPN=0.5281.2=140.6kW4）计算长时负荷电流5）计算视在功率1caPca3UNcos:140.6-1.7320.660.6=205AS；a=cacos：140.60.6=234kVA例5-3试计算项目中的综采工作面设备的负荷并选择工作面移动变电站容量。解：项目中的综采工作面设备，除下顺槽可伸缩皮带输送机和上顺槽设备外，均由工作面移动变电站供电。1）计算总额定功率Pn=PN1PNPN

28、n=50021327512511.47.55.5=988.4kW2）查表5-1，综采工作面Kde取0.7,cos$取0.7。3）计算有功计算功率Pca=KdePN=0.7988.4=692kW4）计算视在功率Sea二-二692=988kVAcos：0.7可选取一台KBSGZY-1000/10/1.2型矿用隔爆型移动变电站。多个用电设备组的负荷计算当一个变压器、开关或一条电缆向两个或两个以上用电设备组供电时，就需要计算这多个用电设备组的总功率和总电流。步骤如下：1）计算各组的工FN2）查表5-1选取各组的Kde、cos$和tan$3）计算各组的Ra和QaQca二Pcata（5-7）4）计算Pca

29、S和QaW=Ksp（P：a1P：a2Pca3）（5-8）Qca-Ksq（Qca1Qca2Qca3）（5-9）式中Ksp用电设备组间的有功功率同时系数，取0.850.95;Ksq用电设备组间的无功功率同时系数，取0.90.97。为简化计算，当只有23组用电设备时，Ksp和Ksq可取1。5）计算Sca22Sea=：.Pea；，*QcaJ(5-10)例5-4设一个炮采工作面和一个掘进工作面由一台变压器供电，已知：炮采工作面Peai=140.6kW,cos$1=0.6,tan$i=1.33;掘进工作面FCa2=58kW,cos$2=0.6,tan$2=1.33;电动机额定电压660V。试计算变压器的总

30、负荷，并选择变压器的容量。解：Qca1=P：a1tan、“1=140.6；.1.33=187kvarQca2=Pca2tan2=581.33=77kvarPca=Pca1Pca2=140.658=198.6kWQca=Qca1Qca2=187亠77=264kvarSca=皤三+0右壬=(198.62+2642=330kVA需选用KBSG-400/6/0.693矿用隔爆型干式变压器，其额定容量为400kVA=第三节电缆导线截面计算电缆导线截面的选择是井下供电计算的关键。合适的电缆导线截面，可以使电缆安全运行，可以使电动机电压正常、高效运行，可以使过流保护动作灵敏度校验容易满足要求。通常井下电缆线

31、路导线截面计算可分为三种情况。短电缆当电缆长度较短，且负荷不太大时，按以下步骤计算电缆截面。(1)按长时允许电流初选电缆导线截面；(2)给采掘工作面生产机械供电的支线电缆要校验机械强度允许最小截面。低压长电缆当电缆长度较长，或负荷较大时，按以下步骤计算电缆截面。(1)按长时允许电流初选电缆导线截面；校验允许电压损失。高压电缆和变电所内的低压电缆(1)按长时允许电流初选电缆导线截面；(2)长电缆要校验允许电压损失。校验短路热稳定性，详见本章第四节。一、电缆导线截面的计算方法按长时允许电流初选电缆导线截面导线是有电阻的，当电流通过时会发热。温度过高会缩短电缆寿命、烧坏电缆绝缘，造成短路，使电缆报废

32、。长时允许电流是导线能长期通过又不过热的最大电流。表5-2是井下常用电缆在空气中敷设时的长时允许电流。为了使导线在正常运行时不超过其长时允许温度，流过导线的长时工作电流不得超过导线的长时允许电流。即IpIca(5-11)式中Ip标准环境温度(一般为25C)时导线的长时允许电流；Ica导线的最大长时工作电流。例5-5试为例5-2的采煤工作面选择电缆线路截面。解：在例5-2中，已计算出工作面负荷的长时工作电流|ca=205A。查表5-2，选取70mrn低压矿用橡套电缆，其长时允许电流lp=215A,lpIca,满足要求，初选合格。表5-2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mrn聚氯

33、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430233663930465310524056436472167054735685942594739573148115113121351199211890180140138148501491151481142111632141661731707018414118114326020326720721520595226174218168318246324251260250120260201251194367285372288320注：表中长时允许电流是环境温度

34、为25C时的数值，如果环境温度不是25C，则需要修正。实际中，如果环境温度高于25C,可选择大一级的截面。表5-3矿用橡套电缆接地和控制芯线配置mm主芯线截面接地芯线截面控制芯线截面主芯线截面接地芯线截面控制芯线截面4435164665016410107025416102.59525425162.5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4-11

35、的要求。表4-11橡套电缆满足机械强度的最小截面（口冷）用电设备名称最小截面用电设备名称最小截面采煤机组3550调度绞车46可弯曲输送机1635局部扇风机46一般输送机1025煤电钻46回柱绞车1625照明设备2.54装岩机16253.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Ul。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Ul=3lcaRLcosXLsin:(5-12)式中U

36、线路的线电压损失，V;Ica线路的长时工作电流，A；$线路所带负载的功率因数角；R、Xl线路每相电阻、电抗，Q。式（5-12）用功率表示时则为Ul=式中Pca、Qa线路所带负荷的有功计算功率，UN电网的额定电压，kV。在式（5-12）和式（5-13）中，Ica、Ra、Qa、cosR可用下式计算：式中L电缆的长度，mA电缆导线截面，mm电缆导线的电导率，m/Qmm橡胶电缆取电缆取28.8。Xl可用下式计算：（5-13）kvar;都在负荷计算时得到，需要计算的是R、XL。L（5-14）A43.5，塑料电缆取48.6，铝芯PcaRLQcaXlUnkW无功计算功率,(5-15)式中L电缆的长度，kmX

37、0线路每千米电抗，X0和线路结构、电压等级有关，电缆线路取0.060.08Q/km，架空线路取0.30.4Q/km，高压线路取较大的值。因为电缆线路的电抗很小（0.060.08Q/km）,通常情况下可忽略，式（5-12）和式（5-13）可简化为Ul_3lcaLCOS_PcaLA=A：Un(5-16)例5-6设例5-5中电缆长度为400m,试计算其电压损失。解：从例5-2和例5-5中已知Ica为205A,cos$=0.6,Ra=140.6kW，电缆截面为70m代入式（5-15）可得：Ul3lcaLcos1.7322054000.6A70沢43.5=27.9V或UlLaUn2）线路允许电压损失14

38、0.64007043.50.66=27.9V井下变压器的二次侧额定电压为1.05IN,电动机的允许最低电压为0.95IN,因此，变压器和线路的电压损失之和不能超过10%Jn。考虑到井下变压器的电压损失通常不超过5%N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%1,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JLP=5%i。表5-4为电网额定电压与线电网额定电线路允许电压压Un/kV损失AJLp/V0.12760.38190.66331.1457630010500表5-4电网额定电压与线路允许电压损失的对照表路允许电压损失

39、的对照表。例5-7解：采区上山绞车Pm=110kWUN=660V,从采区变电所到绞车房的电缆长400m,试选取电缆截面。1）选取MYP-0.38/0.66型矿用橡套电缆。2）按长时允许电流初选截面lca=lN=1.15X110=126.5A查表5-2选取35mm矿用橡套电缆，其长时允许电流IpIn满足要求，初选合格。3）校验电压损失代入式（5-15）Ip为138A。KBSG-400/10/0.69320m查表50mrnFCaL1104004043.8V3543.50.665-4可知：ULp=33V,：Ul.ULp不合格。增大截面为8omO55kW电11040030.7VAUn5043.50.6

40、6图5-1oo75kW30kW例5-8电路UlIn满足要求，初选合格。L1电缆的电压损失为：UL1=呼1=7580=8.4VAiUn2543.50.663）计算L2的截面L2的负荷是多台电动机。因台数较少，故取e=0.8。长时工作电流为caKdePn-3Uncos0.81601.7320.660.7=160A选取50mm。长时允许电流为173A,lplca满足要求，初选合格。L2电缆的电压损失为Au_PcaL2Kde瓦PNL20.8汉160X00356VUl235.6VA2Una,Un5043.50.66从变压器到电动机的总电压损失为Ul二Ul1Ul2=8.435.6=44V-Ul-Ulp不合

41、格，把L2的截面增大到70mm,重新计算电压损失。,：u二PcaL2二KdPnL20.8160400=25VL2A2UnaUn7043.50.66总电压损失为Ul=.UL1.Ul2=8.425=33.4VUl沁.：ULP,合格。L1确定选用MYP-0.38/0.66-3X25+1X16矿用橡套电缆，L2确定选用MYP-0.38/0.66-3X70+1X25矿用橡套电缆。例5-9炮采工作面运输巷配电接线图如下，试选择各段电缆的截面。当从变压器到电动机有多段电缆时，可采用单位长度等电压损失法计算。此方法8200m100m90m80m工作面配电点Li660Vo40kWL2L370m只适用于电缆。12

42、7Vo40kWo40kWoooo40kW30kW7.5kW1.2kW图5-2例5-9电路解：求电缆总长度L=200100908070=540m计算单位长度允许电压损失Up仝亠0.0611V/mZL5403)L1段计算各段电缆的截面A_Kd?PnIUn50.6(404307.51.2267mm0.660.0611选取70mrhIp=215A。校验长时允许电流KdePN0.6198.73UNcos1.7320.660.6_173AIPIca,合格。L2段AKde._PNa2_飞市丿7(403307.5二62.5mm43.50.660.06112选取70mm,Ip=215A。校验长时允许电流KdeP

43、N0.7158.7“c162A3Uncos1.7320.660.61caIPIca,合格。L3段丘注严02307.5二47.9mmUn543.50.660.0611选取50mrf，Ip=173Ao校验长时允许电流_Kde送Pn_0.7D18.7=121a3Uncos1.7320.660.61calPlca,合格L4段:KdePNUgUp2=35.2mm0.8(40307.51.20.660.0611选取35mm,Ip=138A。校验长时允许电流KdeIZPN0.8X78.7Ica_鴛3UNcos护1.732x0.66x0.6IPIca,合格Kde、PNUnUpL5段：4022.5mm0.660

44、.0611选取25mm,Ip=113Ao校验长时允许电流Ica=In=1.15FN=46AIPIca,合格例5-10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-1000/6/1.2，该电缆允许电压损失为1%U，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l1N=Sn型96a1NV3U1N1.732X6查表5-2，选25mmIp=121Al1N,初选合格。3）校验电压损失二PcaL二ScaLC0S10000.71100VL-A；UnaUn25X43.5汉6-UL-ULP不

45、合格，把L2的截面增大到70mrr,重新计算电压损失。APcaLScaCOSL1000汇0.7X1100：ULcaca59VaUnaUn5043.56Ul2）查表5-7，可得S点两相短路电流约为1470A。五、井下开关的断流能力校验井下使用高压配电箱、馈电开关、电磁启动器，除正常的停送电操作外，还要在短路时切断短路电流。因此，要校验其断流能力，以保证开关有足够能力切断短路电流。校验时，只需使开关的额定开断电流不小于开关安装处的最大三相短路电流即可。(5-29)II（31brN1smaxTOC o 1-5 h z式中IbrN开关的额定开断电流，A；I（Lx开关安装处的最大三相短路电流，A表5-7

46、KBSG型矿用隔爆型干式变压器两相短路电流表（部分）A电缆总换算长度/mU2n=693VUn=1200V变压器额定容量/kVA变压器额定容量/kVA1002003155006303155006308001000017783512545784168531272038713912433747705016793115448760906183256435663608395543001001577273436664543460224253272331235903861120153725963396410141502370316132003454369814014982466315637303772231

47、530533091332335451601459234429433417345222622950298631983400180142122322753314931802209285128863080326320013842127258429192945215827572790296831352201348203024322719274221082667269928623014240131319402296254325632059258126112761290026012791857217423882406201225002529266727942801247178020632251226719

48、662422245025772694300121517081962212821421921234923752492260032011851641187020172030187822782303241225113401156157917861918192918362212223523362428360112715201709182718381795214821712264234938011001466163817451754175620882109219622754001074141515731669167817182030205121312205420104913681512160016081

49、682197619952071213944010251323145615361543164619231942201320764601002128114031477148416121874189119572017480979124113551422142915791826184319051960500958120413091371137815471781179718551907520937116812661324133015161737175318071856540917113512261280128514861696171117621808560897110311891239124414571

50、656167017191762580879107311531200120414291618163216781718600861104511201163116814021582159516381676620844101810881129113313761547155916001637640827992105910971101135015131525156415996608119681030106610701326148114931529156268079594410031037104113021450146114961527700780922978101010131279142114311464

51、149472076690195498498712571392140214341462740752881931959962123513641374140414317607388619099369381214133813481376140278072584288891391611941312132213491373800712825868892894117412881297132313468207008078488728874115512641273129813208406887918308528541137124112491273129486067777581283383611191219122

52、7125011270880666760796816818110111981205122712479006557457797998011084117711841205122492064473176478278410681157116411841202940634718749766768105211381145116411819606247057357517531036111911261144116198061569272173773910211101110711251141100060568070772372510061083109011071122六、短路电流的电动力效应与动稳定校验三相平行载

53、流导体的电动力由电工基础可知，两根平行导体中有电流通过时，导体间将会产生电动力。电动力的方向是当电流方向相同时相互吸引，电流方向相反时相互排斥。作用力是沿着导体长度均匀分布的。如果三相线路中发生三相短路，可以证明：同一平面内平行放置的三相导体，其中间相所受的电动力最大。此时，电动力的最大瞬时值为FBmax173心2(5-30)TOC o 1-5 h z式中FBmaX三相短路时，中间一相导体所受的电动力，N；iim三相短路时，短路冲击电流值，kA；高压电网咯=2.55(3；L平行导体的长度，ma两导体中心线间的距离，m；Ks导体的形状系数。一般情况下可取1。如果电动力所产生的弯曲应力超过了导体和

54、绝缘材料允许的数值，则导体和绝缘材料会发生永久性变形或断裂，使设备损坏、造成更严重的短路。因此，要对电气设备进行电动力校验。电气设备的动稳定校验各种电气设备，其载流导体的机械强度，截面形状，布置方式和几何尺寸都是确定的。为了便于用户选择，制造厂家通过计算和试验，从承受电动力的角度出发，在产品技术数据中，直接给出了电气设备允许通过的最大峰值电流，这一电流称为电气设备的动稳定电流，也称为极限通过电流，用ies表示。在选择电气设备时，要求动稳定电流ies不小于短路冲击电流iim。iesiim(5-31)母线和绝缘子的动稳定校验请参阅本书第六章。七、短路电流的热效应与热稳定校验导体的长时允许温度和短时

55、允许温度由于导体有电阻，正常工作时导体可能达到其长时允许温度，发生短路时，强大的短路电流将使导体温度进一步迅速升高。当导体温度超过导体和绝缘允许的短时允许温度时，会立即烧坏绝缘，使导体退火软化。表5-8列出了各种导体的长时允许温度0p、短时允许温度0ps和热稳定系数Co导体的最小热稳定截面导体在短路时能达到的最高温度，与导体的材料、导体的截面、短路电流的大小以及短路时间有关。能使短路时导体温度不超过短时允许温度的最小截面称为导体的最小热稳定截面，用Amin表示。I(3Amin=；tj(5-32)C式中Ismax导体安装处的最大三相短路电流，A；ti短路电流的假想作用时间，s；高压电网短路电流的

56、假想作用时间甘为tts0.05,ts为短路实际存在时间。通常井下电网的短路电流假想作用时间可取0.25s。C导体材料的热稳定系数，它与导体的电导率、密度，热容量和最大短时允许温升有关。各种导体材料热稳定系数见表5-8。表5-8各种导体的短时允许温度及热稳定系数导体种类和材料电压/kV长时允许温度0p/C短时允许温度0ps/C热稳定系数C母线排：铜铝7070300200171871380250148铜芯665250145油浸纸绝缘电缆1060250148138020084铝芯66520090106020092交联聚乙烯绝缘电缆铜芯1090250141铝芯Amin时，满足短路热稳定校验要求。该导体

57、在短路电流通过时，其最高温度不会超过短时允许温度。例5-15井下中央变电所的最大三相短路电流为9160A,向采区输电的电缆为MYJV2型交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯铠装电缆，试计算该电缆的最小热稳定截面。解：根据电缆型号查表5-8得热稳定系数C=141，代入式（5-32）得（3）AminJsmax片=9160.25=32用C”|141即从该中央变电所馈出的该类型的电缆其截面不得小于35mrK成套电气设备的热稳定校验对成套电气设备，其导体的材料和截面均已确定，其温升只与电流大小和作用时间的长短有关。厂家在电气设备的技术数据中给出了与某一热稳定时间（例如4s）相对应的热稳定电流，因此，对成套电气

58、设备可直接用下式进行热稳定校验ItSt（驚蔚（5-33）式中Its设备的热稳定电流，A;t与Its相对应的热稳定时间，S。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

59、过电流保护分为过载保护和短路保护两种。短路保护是在发生短路时立即跳闸切断电源。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。图5-9后备保护示意图一、对电网过流保护装置的要求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。选择性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。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。可靠性

60、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。后备保护(5-37)即短路保护动作电流的实际调定值可以在Iop.minIop.max之间选择。(5-37)即短路保护动作电流的实际调定值可以在Iop.minIop.max之间选择。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