#矿井供电计算方法 2

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
设备名称
电动机台数
电动机型号
额定功率
)(kw
额定电压
)(V
额定电流
)(A
额定功率因数
e ϕcos 起动功率因数
q ϕcos
额定效率
e η
启动电流倍数
功 率
)(kW P e ∑
加权平均功率因数
pj ϕcos
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 212211ϕϕϕϕ
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 ++++++=......212211ηηηη
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 ϕcos ∑=
()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：
∑+=e
x P P K max
714
.0286.0
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 = 0.286 + 0.714×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 = 0.4 + 0.6×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
井下负荷名称
需用系数x K
平均功率因数ϕcos
综采工作面：
综合机械化工作面（自移支架） 一般机械化工作面（单体支架） 一般机械化工作面（倾斜机采面） 缓倾斜煤层（炮采工作面） 急倾斜工作面（炮采工作面）
掘进工作面：
采用掘进机的
非掘进机的
电机车：
架线式电机车 蓄电池电机车
其它运输设备（如输送机、绞车等）
井底车场：
无主排水设备 有主排水设备
∑+e
P P /6.04.0max
∑+e P P /714.0286.0max 75.0~6.0 5.0~4.0 6.0~5.0
5.0 4.0~3.0 65.0~5.0
8.0 5.0
7.0~6.0
85.0~75.0
7.0
7.0~6.0 7.0~6.0
6.0
7.0 7.0~6.0
6.0 9.0 9.0
7.0 7.0
8.0
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 ηϕcos 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 ϕcos ——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。

0.8-0.9
①I 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
电缆芯线最高允许工作温度C o
/
5 10 15 20 25 30 35 40 45
65
1.22 1.17 1.12 1.06
1.0
0.935
0.865
0.791
0.707
3、按经济电流密度选择高压电缆截面
j
g j I n I A ⋅=
j I ——经济电流密度； n ——同时工作电缆的根数。

经济电流密度选择表
年最大利用负荷小时数h /
经济电流密度()
2
/
-⋅mm A
1000～3000 3000～5000 5000以上 2.50 2.25 2.00
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
额定电压(kV)
电缆中间有接头
电缆中间无接头
3～10 kV 93.4 159
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：
()ϕtan 10%2
X 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；
ϕtan ——电网平均功率因数对应的正切值；1cos 1
tan 2
-=
ϕ
ϕ 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 ϕηcos 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 ϕcos ——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 ϕηcos 3103∑⋅=
)(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 ϕcos ——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
电缆芯线最高允许工作温度C o
/
5 10 15 20 25 30 35 40 45
65
1.22 1.17 1.12 1.06
1.0
0.935
0.865
0.791
0.707
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
电压等级？（2次
侧）
一般情况 个别情况 660V 63V 96V 1140V 117V 174V 3300V
330V
495V
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 ϕϕsin cos %+=
∆ 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 ϕcos ——选择变压器时的加权平均功率；
pj
pj ϕϕ2cos 1sin -=
e S ——选择的变压器额定容量。

变压器电压损失绝对值：
2%e 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：
()ϕtan 10%002
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；
ϕtan ——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；
0R ，0X ——电缆每公里电阻和电抗()kM /Ω；
L ——电缆长度km 。

②I g = Kx ×∑Pe ×1033×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
标准电压/kV 0.127 0.22 0.38 0.66 1.140 3.3
6 10 35 110 平均电压/kV
0.133 0.23 0.40 0.69 1.20 3.4
6.3
10.5
37
115
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，Ω；
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：
∑
==n
i i
i g L X X 11000
()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：
∑
==n
i i
i g L R R 11000
()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 +++=
7）三相短路电流为：
Z
U I p d
3)
3(=
()A
8）两相短路电流为：
)3()
2(2
3d d
I I = ()A
9）短路容量为：
6)
3(103-⋅=p d d U I S ()MVA
（注：在供电设计软件数据库中，变压器的二次侧电压e U 2值与p U 值相等。

）
2、低压短路电流计算
1）系统电抗计算方法：
s
p
s S U X 2
=
()Ω
s X ——电源系统电抗，Ω；
p U ——平均电压 , KV 。

2）KV
6，KV 10电缆线路电阻计算方法：
∑
==n
i i
i g L R R 11000
()Ω
i
R ——第i 段高压电缆每公里电阻，Ω；
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，km 。

3）KV
6，KV 10电缆线路电抗计算方法：
∑
==n
i i i g L X X 11000
()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，km 。

4）变压器内部阻抗计算：（添加变压器时数据库中已经计算出结果） 每相电阻R （Ω）：
2
22e
e
e T S U P R ⋅∆=
每相电抗
X （Ω）：
e
e
z T S U U Z 2
2
%⋅=
2
2
T
T T R Z X -=
5）低压电缆线路电阻计算方法：
∑
==n
i i
i d L R R 11000
()Ω
i
R ——第i 段低压电缆每公里电阻，Ω；
i L ——变压器二次侧第i 段低压电缆的长度，m 。

6）低压电缆线路电抗计算方法：
∑
==n
i i
i d L X X 11000
()Ω
i
X ——第i 段低压电缆每公里电抗，Ω；
i L ——变压器二次侧第i 段低压电缆的长度，m 。

注：计算低压网络短路电流时，一般计入电弧电阻Ω=01.0h
R
低压侧的总电阻和电压侧的总电抗：
d t b
g
b s X X K X K X X +++=∑22
01.02
+++=∑d t b
g
R R K
R R
计算低压短路电流时，短路点一般选在变压器的二次母线上和低压配电线路的首、末端。

1）三相短路电流的计算
()()
22
2)
3(3
∑∑+=
X R U I e
d
()A
)3(d I ——三相短路电流，A ；
e U 2——变压器二次平均电压，V
；
2）两相短路电流计算
()()
22
2)
2(3
866.0∑∑+⋅
=X R U I
e
d
b K ——变压比，e
e
b U U K 21=
；
①X k =
X k %×U r
3×100×I
[工业与民用配电设计手册(第三版p128)]
②I d (3)=
U p
3×Z
， I d (2) = 3
2×I d (3) [综采技术手册(下p1444)]
③S d = 3×I d (3)×U p ×10-6 [综采技术手册(下p1445)]
五、供电保护装置整定计算
高压配电箱
1、 保护一台变压器
（1）短路(速断)保护动作电流计算方法
()∑⋅+≥
⋅x e eq i
b zd
s K I I K K I 4
.1~2.1 （5-1） b K ——变压比；
x K ——需用系数，计算和选取方法同上；
eq I ——最大一台电机的启动电流；
i K ——电流互感器变流比；
∑e I
——其余电机的额定电流之和，
A 。

（注：电动机额定电流的计算方法：
C:\Users\Administrator\Desktop\第9讲_负荷计算.pdf ） 灵敏系数
5.1)
2(≥=⋅zd
s b i jx d
r I K K K I K
（注：灵敏系数不够时，采取的措施：
C:\Users\Administrator\Desktop\第19讲__井下过流保护整定.pdf ）
jx K ——接线系数 Y ，y 接线的变压器 jx K =1；
Y, d 接线的变压器 jx K =3；
)
2(d
I ——变压器二次出口处最小二相短路电流。

（2）过载保护整定电流 U1e
e
e zd g U S I 13=
⋅（容量/一次侧额定电压/√3=一次侧额定电流）
2)保护多台变压器的高压配电箱 （1）短路保护继电器动作电流
()∑⋅+≥
⋅x e eq i
b zd s K I I K K I 4
.1~2.1 （计算方法同上）
b K ——变压比；
x K ——需用系数，计算方法同上；
eq I ——最大一台电机的启动电流；
i K ——电流互感器变流比； 开关的额定电流Ie/5
∑e I
——其余电机的额定电流之和，
A 。

灵敏系数
5.1)
2(≥=⋅zd
s b i jx d
r I K K K I K
jx K ——接线系数 Y ，y 接线的变压器 jx K =1；
Y, d 接线的变压器 jx K =3；
)
2(d
I ——变压器二次出口处最小二相短路电流。

注：灵敏系数校验为保护范围末端最小两相短路电流（变压器二次出口处最小二相短路电流）
（2）过载保护整定电流
e
e
zd g U S I 13
310∑⋅=
⋅（多台变压器一次额定电流之合）
e S ——变压器额定容量，KVA ；
e U 1——变压器一次侧额定电压，V。

六、移动变电站高压开关箱中过流保护装置整定计算
1、短路保护整定
()∑⋅+≥
⋅x e eq i
b zd
s K I I K K I 4
.1~2.1（与高压配电箱整定计算方法相同） 灵敏系数
5.1)
2(≥=⋅zd
s b i jx d
r I K K K I K
jx K ——接线系数 Y ，y 接线的变压器 jx K =1；
Y, d 接线的变压器 jx K =3
)2(d I ——变压器二次侧出口最小两项短路电流流过高压侧的值（除以变压比）。

2、过载保护整定
e
e
zd
g U S I 13=
⋅（与高压配电箱整定计算方法相同，以变压器一次侧额定电流为整定依
据）
七、移动变电站低压开关箱中过流保护装置整定计算
1、短路保护整定
∑⋅+=⋅x
e eq zd s K I I I
灵敏系数
5.1)
2(≥=⋅zd
s d
r I I K
)2(d I ——被保护网络末端最小二相短路电流，A 。

（最远一台磁力启动器动力电缆入口处
最小二相短路电流）
2、过载保护整定
∑=⋅e
x zd g I K I
∑e
I
——所有电动机额定电流之和。

八、井下低压系统过流保护装置整定
1、低压馈电开关整定计算方法（变压器二次侧总开关）
过流（速断）保护计算方法：
∑⋅+=⋅x
e eq zd s K I I I
灵敏系数
5.1)
2(≥=⋅zd
s d
r I I K
)2(d I ——被保护网络末端最小二相短路电流，A 。

2、过载长延时保护的动作电流整定倍数
ke
e
x g I I K n ∑≥
ke I ——开关的额定电流，A 。

3、短路短延时的动作电流整定倍数
ke
x
e eq s I K I I n ∑⋅+=
灵敏系数
5.1)
2(≥=ke
s d
r I n I K
九、电子保护的启动器整定计算
1、过载保护
zd g I ⋅，原则略大于电机的长时最大负荷电流或略小于电机的额定电流。

1）速断保护：
eq zd s I I ≥⋅
e
zd
s s I I n ⋅=
一般取6或8
e I ---- 是启动开关的额定电流
s n ——速断保护整定倍数。

灵敏系数
e
s d r I n I K )
2(=
①I s.zd = I eq +∑I N ×K x [煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则(公式4)] ②K r = I d (2)I s.zd
[煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则(公式6)] 十、V 3300供电系统高低压保护整定计算方法
1、移动变电站高压侧开关保护整定计算
1）过载保护：
i
b e
zd g K K I I ∑=
⋅05.1
∑e I
——变压器二次侧所有电机的额定电流之和，
A ；
b K ——变压器的变压比； i K ——互感器的变流比。

2）短路（速断）保护：
()∑+⋅=
⋅e eq i
b zd
s I I K K I 4
.1~2.1（同于高压配电箱的整定） ∑e I
——变压器二次侧所有电机的额定电流之和，
A ；
eq I ——最大一台电机的额定起动电流，A ；
b K ——变压器的变压比；
i K ——互感器的变流比。

3）3300V
移动变电站高压开关的整定倍数：
e
zd s I I n ⋅=
2、3300V 移动变电站低压侧开关保护整定计算
1）过载保护：
∑⋅=⋅e zd g I I 1.1
∑e I
——变压器二次侧所有电机的额定电流之和，
A 。

2）过流（速断）保护：
)(2.1∑+⋅=⋅e eq zd s I I I
eq I ——最大一台电机的额定起动电流，A ；
∑e I
——变压器二次侧所有电机的额定电流之和，
A ；
灵敏系数
5.1)
2(≥=⋅zd
s d r I I
K
3、V 3300控制开关电流保护的整定计算
1）过载保护：
e zd g I I 05.1=⋅
2）过流速断保护：
∑+⋅=⋅)(1.1e eq zd s I I I 5.1)
2(≥=⋅zd
s d
r I I K
十一、熔断器熔体额定电流的选择计算
1、V 1200
及以下的电网中，熔体额定电流可按下列规定选择 1）对保护电缆干线的装置，按公式（10-1）选择：
∑+≈
e eq R I I I 5
.2~8.1 （10-1）
R I ——熔体额定电流，A ；
eq I ——容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的工作机械，若其
总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时，eq I 则为这几台同时启动的电动机的额定启动电流之和，
A ；
∑e I
——其余电动机的额定电流之和；
5.2~8.1——当容量最大的电动机启用时，保证熔体不熔化系数，对于不经常起
动和轻载起动的可取2.5;对于频繁起动和带负载起动的可取1.8～2。

（注：如果电动机起动时电压损失较大，则起动电流比额定起动电流小得多，其所取的不熔化系数比上述数值可略大一些，但不能将熔体的额定电流取的太小，以免在正常工作中由于起动电流过大而烧坏熔体，导致单相运转。

） 2）对保护电缆支线的装置按公式（10-2）选择：
5
.2~8.1eq R I I ≈
（10-2）
式中eq I 、R I 及系数5.2~
8.1的含义和采用数值同公式（10-1）。

3）对保护照明负荷的装置，按公式（10-3）选择：
e R I I ≈ （10-3）
e I ——照明负荷的额定电流，A 。

选用熔体的额定电流应接近于计算值。

4）选用的熔体，应按公式（10-4）进行校验：
7~4)2(≥R
d
I I （10-4） )2(d I ——被保护电缆干线或支线距变压器最远点的两相短路电流值，A ；
7~4——为保证熔体及时熔断的系数，当电压为1140V 、660V 、380V ，熔体额定电流为
100A 及以下时，系数取7；电流为125A 时，系数取6.4；电流为160A 时，系
数取5；电流为200A 时，系数取4；当电压为127V 时，不论熔体额定电流大小，系数一律取4。

二、照明、信号综合保护装置和煤电钻综合保护装置中变压器的一次侧用熔断器保护时，其熔体的额定电流选择
1）对保护照明综保变压器按公式（10-5）选择：
e b
R I K I 4
.1~2.1≈
（10-5）
R I ——熔体额定电流，A ；
e I ——照明负荷的二次额定电流，A ；
b K ——变压比，当电压为380/133（230）V 时，b K 为2.86(1.65)当电压为660/133
（230）V 时，b K 为4.96(2.86)；当电压为1140/133（230）V 时，b K 为8.57(4.96)。

2、对保护电钻综保变压器按公式（10-6）选择：
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+≈∑e eq
b R I I K I 5.2~8.14.1~2.1 （10-6）
eq I ——容量最大的电钻电动机的额定起动电流，A ；
∑e I
——其余电钻电动机的额定电流之和，
A ；
b K ——含义同公式（10-5）。

3）所选用的熔体额定电流应接近于计算值，并按公式（10-7）进行校验：
43)
2(≥R
b d
I K I （10-7）
)
2(d
I ——变压器低压侧两相短路电流，
A ；
b K ——变压比；
3——∆/Y 接线变压器两次侧两相短路电流折算到一次侧时的系数，当∆∆/接线时此系数取1。

高压总开关整定计算
图一
1、1#和6#开关整定计算
I=(∑变压器一次侧额定电流之和+高压（a）过载gzd
电机额定电流之和)/Ki，计算值取整数。

I=(最大一台高压电机的额定启动电流+（b）速断szd
其余高压电机的额定电流之和+∑变压器二次侧电机额定电流之和乘上需用系数折算到一次侧之和)/Ki，计算值取整数。