第5章 煤矿供电基本计算

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第五章煤矿井下供电基本计算

主要内容：采区供电系统的变压器、开关、电缆的选择，井下电网的短路电流计算，井下过流保护装置的整定。

培养的能力与技能：会选择电缆截面，会选择开关的额定电流、额定电压，会整定和校验开关的过流保护装置；能编写采区供电系统计算说明书。

为采区供电系统选择电气设备、配置电缆、整定过流保护装置，是机电技术人员的日常工作之一，正确的计算是完成上述工作的前提。

本章采用项目引领的教学方法，通过为采区供电系统配备变压器、开关、电缆，整定过流保护装置，掌握井下供电计算的基本方法。

第一节项目任务

一、项目场景

某煤矿机电科，机电副矿长兼机电总工程师向机电科各专业组下达矿长会议精神。本矿在东翼新开一上山采区，机电科承担新采区的供电系统设计计算任务。

学生以3~4人为一组，模拟机电科专业组，选出组长。每组独立完成项目。教师模拟机电总工程师，向学生讲解采区的巷道布置、基本条件、设备配置情况。学生跟随课程进度，完成相应的项目任务。

二、项目任务

（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；

（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（A2图纸），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。

其中（2）和（4）项在本教材第四章和第三章中已有叙述，本章不再赘述。

三、基本条件

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四、生产机械参数

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，首先要知道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。

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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P ca 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S ca 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I ca 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长时工作电流的数倍，但持续时间只有几秒。

一、负荷计算的方法

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上知道一台电动机的额定功率（P N ）和额定电流（I N ），则

N

ca N ca I I P P == （5-1）

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。

N

N N N N cos U P I ϕη3=

（5-2）

下面介绍的是迅速估算电动机额定电流的方法。 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 。 式中 P N ——电动机额定功率，kW 。

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，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

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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，每台的额定功率已知为P N1、P N2、P N3···P Nn 。则总额定功率为：

n N 2N 1N N P P P P +⋅⋅⋅++=∑ （5-3）

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P ca 总小于ΣP N 。

P ca =K de ΣP N （5-4）

由P ca 可计算出S ca 和I ca 。

S ca =P ca /cosφ （5-5）

N

ca N ca ca U S cos U P I 33=

=

ϕ

（5-6）

式中：U N ——额定电压，kV ；

K de ——需用系数；cosφ —该组电动机的加权平均功率因数。均可由

表5-1查得。可根据工作面的产量、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K de 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，不再赘述。

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