煤矿井下设备负荷计算

负荷计算
主讲：唐万良
当我们为一台或一组电动机选配开关、变压器和电缆时，首先要知道这一台或一组电动机的功率和电流，计算一台、一组或多组电动机的功率和电流叫做负荷计算。

负荷计算是正确选择开关、变压器、
30分钟的最大平均有功功率，又称为P30；单位是千瓦（kW）。

是后续参数计算的基础，也用于线路导线截面的计算。

（2）无功计算功率，用Q ca表示；它是负荷在运行时持续30分钟的最大平均无功功率，又称为Q30；单位是千乏（kvar）。

用于功率因数补偿计算。

（3）视在计算功率，用S ca表示；它是负荷在运行时持续30分钟的最大视在功率，单位是千伏安（kV A），用于选择变压器容量。

（4）最大长时工作电流，用I ca表示，它是一台或一组电动机在实际运行时持续30分钟的最大平均电流，又称为I30；单位是安（A），用于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。

一、负荷计算
下面，我们分三种情况讨论负荷计算的方法： 1.一台电动机的负荷计算
通常我们能够从铭牌知道一台电动机的额定功率P N 和额定电流I N ，则
cos 0.85ca N
ca ca
ca N ca N
P P P P S I I ϕ==≈
= 在生产现场常常会只知道电动机的额定功率和额定电压，而不知道额定电流，这就需要迅速的估算电动机的额定电流，估算公式如下：
当电动机额定电压为380V 时， I N ≈ 2P N ； 当电动机额定电压为660V 时， I N ≈ 1.15P N ； 当电动机额定电压为1140V 时， I N ≈ 0.66P N ； 当电动机额定电压为6kV 时， I N ≈ 0.12P N ； 当电动机额定电压为10kV 时， I N ≈ 0.07P N 。

公式中的P N 的单位是kW 。

例2-1：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，I N = 1.15P N ，把额定功率等于40kW 代入公式，
I N = 1.15×40 = 46（A ）
2.一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，每台电动机的额定功率已知，为P N1、P N2、P N3···P Nn 。

则总额定功率为：
ΣP N = P N1 + P N2 + P N3 +···+ P Nn
但是这一组电动机在生产运行时，一般不会同时工作，同时工作
的电动机也不会同时满载，因此实际需要的功率P ca 总小于ΣP N 。

P ca =K de ΣP N S ca =P ca /cos φ
N ca N ca ca U S U P I 3cos 3==
ϕ
式中：U N —额定电压，kV ；
K de —需用系数，可由表2-2查得；
cos φ —该组电动机的功率因数，可由表2-2查得。

例2-2：一个缓倾斜炮采工作面，供电电压660V ,有SGB-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30 kW ；JH-8回柱绞车2台，额定功率7.5 kW ，小水泵2台，额定功率5.5 kW ，JD-11.4调度绞车2台，额
定功率11.4 kW ；煤电钻2台，额定功率1.2 kW 。

试计算该工作面的负荷（P ca 、S ca 和I ca ）。

解：
（1） ΣP N = P N 1 + P N 2 + P N 3 +···+ P Nn
=5×40+30+2×7.5+2×5.5+2×11.4+2×1.2 =281.2 kW
（2） 查表2-2，缓倾斜炮采工作面K de 取0.5，cos φ取0.6。

（3） P ca =K de ΣP N
=0.5×281.2=140.6 kW （4） ϕ
cos U 3P I N ca
ca
= =140.6/(1.732×0.66×0.6) =205(A)
（5） S ca =P ca /cos φ=140.6/0.6=234(KV A )
例2-3 某综采工作面生产设备如下表所示，试计算负荷并选择移
解：（1）ΣP N = P N 1 + P N 2 + P N 3 +···+ P Nn
=500+2×132+75+125+2×11.4+2×7.5 =1001.8kW
（2） 查表2-2，综采工作面K de 取0.7，cos φ取0.7， （3） P ca =K de ΣP N
=0.7×1001.8=700 kW
（4） S ca =P ca /cos φ=925/0.7=1001(KV A )
选取一台1250kV A 移动变电站，可伸缩皮带运输机选用400kV A 一台。

练习：有一个炮掘工作面，额定电压660V ，有SGB-20T 刮板输送机4台，额定功率20kW ；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1台，额定功率1.2kW 。

试计算该工作面的负荷（P ca 、I ca 和S ca ）。

解：（1） ΣP N = P N 1 + P N 2 + P N 3 +···+ P Nn
=4×20+2×5.5+2×11.4+1.2 =115 kW
（2） 查表2-2，K de 取0.4，cos φ取0.6， （3） P ca =K de ΣP N
=0.4×115=46 kW （4） ϕ
cos U 3P I N ca
ca =
=46/(1.732*0.66*0.6) =67(A)
（5） S ca =P ca /cos φ=46/0.6=77(KV A )
3. 多组用电设备的负荷计算
当一个变压器、开关或电缆的负荷为多个用电设备组时，就需要计算多组用电设备的总功率和总电流。

步骤如下：
（1）计算各组的ΣP N ；
（2）查表选取各组的K de 、 cos φ和tan φ。

（3）计算各组的P ca 和Q ca （无功功率）；
Q ca = P ca tan φ （4）计算P ca Σ和Q ca Σ。

P ca Σ =K SP （P ca1+ P ca2+ P ca3……） Q ca Σ =K SQ （Q ca1 +Q ca2 +Q ca3……）
式中 K sp ——有功功率同时系数，取0.85~0.95
K sq ——无功功率同时系数，取0.9~0.97 （5）计算S ca
2
2∑∑+=ca ca ca Q P S
例2-4 设例2-2采煤工作面和练习的掘进工作面由一台变压器供电，试计算变压器的总负荷。

解：
已知：采煤工作面P ca1 =140.6 kW ，cos φ1=0.6，tan φ1=1.33； 则
Q ca1= P ca1tan φ1=140.6*1.33=187 kvar
掘进工作面P ca2 =46 kW ，cos φ2=0.6，tan φ2=1.33。

则
Q ca2= P ca2tan φ2=46*1.33=61 kvar P caΣ = P ca1+ P ca2=140.6+46=186.6 kW Q caΣ = Q ca1 +Q ca2 =187+61=248 kvar
3102486.1862
222=+=+=∑
∑ca ca ca Q P S kV A 需选用315kVA 的KBSG-315/6/0.693矿用隔爆型干式变压器。

第二节 功率因数的提高
1.提高功率因数的意义
由于工矿企业使用大量的感应电动机和变压器等用电设备，因此供电系统除供给有功功率外，还需供给大量的无功功率，造成企业的功率因数偏低，一般只有0.7左右。

功率因数偏低，会增大负荷电流，增大损耗，占用设备容量。

我国电力部门实行电费奖惩制度，一般对于9.0cos >ϕ的用户给予奖励，而对于9.0cos <ϕ的用户给予罚款。

为此必须提高工矿企业用户的功率因数。

2. 提高功率因数的方法
目前工矿企业广泛采用并联电容器进行无功功率的补偿。

1）电容器补偿容量的计算
设补偿前负荷的有功功率为ca P ，功率因数角为1ϕ，补偿后功率因数角要求达到2ϕ，则所需补偿电容器容量C Q 为
)tan (tan 21ca C ϕϕ-=P Q
2）电容器台（柜）数的确定
电容器的额定电压应当与其接入的电网工作电压相适应，由于电容器实际补偿容量与其工作电压的平方成正比，因而电容器台数N 可按下式计算：
每相所需电容器台数为：
c c 3q Q n =
式中 c q ——单台电容器的额定容量，kvar ；
由于电容器一般分为两组，分别接在两段母线上，因而n 应取与计算值相等或稍大的偶数。

当选择自动补偿电容柜时，只要选择电容柜的容量大于Q C 即可。