综采工作面供电设计计算

综采工作面供电设计计算《煤矿安全规程》第448条规定：井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级应符合下列要求：高压，不超过10KV；低压，不超过1140KV；照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V；远距离控制线路的额定电压，不超过36V；采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。1、移动变电站变压器容量计算综采工作面变压器容量计算方法，通常采用需用系数法，由各用电设备的额定功率求取一组用电设备的计算负荷的方法，一组用电设备的计算负荷为：=(1)式中----一组用电设备的计算负荷，KV·A；---具有相同需用系数的一组用电设备额定功率之和，KW；---综采工作面用电设备的需用系数。可按下式计算：=0.4+0.6(2)----最大一台电动机的额定功率，KW；---一组用电设备的加权平均功率因数，即各用电设备的额定功率与功率因数的乘积之和与它们总功率之比，即=(3)高压配电装置及高压电缆的选择2高压配电装置的选择：选择与电网相匹配的电压矿用隔爆型高压真空配电装置。1）按线路的长时最大工作电流选择高压开关为额定电流，2）动稳定校验和热稳定校验；3）断流能力校验。1）高压配电装置的额定电流，不应小于其所控制的设备或线路的长时最大工作电流，即。=(1)------将高压配电装置所带用电设备的总负荷电流折算到高压侧的值，A；------该高压配电装置所带用电设备的额定功率之和，KW；------变压器变比，即变压器原副绕组的匝数比；---加权平均功率因数；------同时工作设备的加权平均效率，它反映各用电设备平均功率损耗，即各用电设备的功率与效率的乘积之和与总功率之比。2）动稳定校验和热稳定校验（1）动稳定校验。设备的极限通过电流峰值𝒾max应大于等于短路电流冲击值𝒾im即𝒾max≥𝒾im（2）（2）热稳定校验。高压配电装置在出厂前都经过了试验，规定了在时间t内允许通过热稳定电流Ιts的数值。根据短路电流热效应的计算方法得Ι2tstts≥Ι2sstph即Ιts≥Ιss（3）式中Ιts—设备在时间t内能承受的热稳定电流，KA；可从产品查出。tts—设备热稳定电流所对应的时间，s；可从产品查出。Ιss—稳态短路电流，KA，Ιss=Ιs（3）（Ιs（3）为三相短路电流）tph—短路电流作用的假象时间，S；对无限大容量系统的短路故障，按下式确定：tph=tsc+tbr+0.05(4)tsc---短路保护装置动作时间，s；tbr---主开关的断路时间，s；约0.11~0.22s；0.05—考虑支路电流非周期分量的影响而增加的时间，当实际短路时间大于1s时，该值可以忽略。所谓无限大电源容量是一相对概念，他是指电源距短路点的电气距离较远时，电源的额定容量远大于系统供给短路点的功率，因此，在短路过程中可近似认为电源电压不变化，称之为无限大容量电源。以S=∞。3）断流能力校验断流能力必须符合下式要求：ΙNDΙmax,s或SNDSmax,s(5)式中ΙND、SND—配电装置的额定开断电流、额定开断容量；Ιmax,s、Smax,s--配电装置安装处最大短路电流、最大短路容量；3高压电缆的选择给综采工作面移动变电站供电的6kv或10kv高压电缆，应选择高压橡套双屏蔽电缆。其主芯线截面的确定，通常在按经济电流密度初选，按长时允许负荷电流校验电缆截面，或按允许电压损失校验，或按电缆线路电源端短路电流热稳定校验电缆截面。1）按经济电流密度初选高压电缆截面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，综合确定出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。按经济电流密度选择电缆截面Ae为Ae=(1)式中Ae---经济截面，mm2；—正常运行时，通过电缆的最大长时负荷电流，当两条电缆并联运行时，不考虑一条线路故障时的最大负荷电流，A；—经济电流密度，A/mm2,其数值可参考表选择铜芯电力电缆经济电流密度年最大利用负荷小时数/h经济电流密度/(A∙mm-2)1000~30002.5（一班作业）3000~50002.25（两班作业）5000以上2.0（三班作业）当计算出经济截面后，选取标准截面As,并使As≤Ae。即选择接近而小于计算截面的标准截面。2）按长时允许负荷电流校验按长时允许电流校验电缆截面时，应满足KΙpΙca(2)Ιp---环境温度为+25℃时电缆的允许载流量，A；Ιca---通过电缆的最大长时负荷电流，A；K---环境温度不等于+25℃时的电缆载流量修正系数，（见表）最大长时负荷电流的计算：①向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流，即Ιca=Ι1N=式中：—--移动变电站额定容量，KV∙A；—-移动变电站一次侧额定电压，V；Ι1N---移动变电站一次侧额定电流，A；②向两台移动变电站供电时，最大长时负荷电流Ιca为两台移动变电站一次侧额定电流之和，即Ιca=Ι1N+Ι2N=(2)③向3台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流Ιca为Ιca=(3)式中Ιca—最大长时负荷电流，A；—由移动变电站供电的各用电设备额定功率总和，KW；---移变一次侧额定电压，v；---变压器的变比；—加权平均功率因数和加权平均效率。④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。3）按短路电流热稳定校验电缆截面短路时应满足电缆热稳定最小截面的要求，即所选电缆的主截面应大于等于最小热稳定截面。最小热稳定截面用下式计算：=(4)式中—电缆的最小热稳截面，mm2；---通过电缆的最大短路电流，A；---假想时间，计算方法同前所述；---电缆芯线热稳定系数，4）按允许电压损失校验电缆截面允许电压损失是指线路首末两端电压的数值差，用ΔU表示。我国规定，电缆线路电压损失百分数的标准：对10~35KV及以上的线路为±5%；对10KV及以下的线路为±7%。对于矿井高压电缆，在计算电压损失时，其长度应从地面变电所至采区变电所。电压损失计算公式为：ΔU%=×100%(5)或ΔU%=%(6)式中ΔU%---电缆线路的电压损失百分数；—通过电缆的最大长时工作电流，A；—电缆所带负荷的功率因数和功率因数角所对应的正旋值；—负荷功率，KW；---电缆线路的额定电压值，KV；—电缆线路的电阻和电抗，Ω/Km。—电缆长度，km；—电缆所带负荷的功率因数角对应的正切值。4低压电缆的选择1、矿用低压电缆型号选择选择的低压电缆要符合《煤矿安全规程》的规定。根据电压等级、使用环境、机械的工作情况等确定电缆的型号。当电网电压为660V时，选用UCP—1000或UC—1000型系列电缆；当电网电压为1140V时，必须选用带分相屏蔽的橡套绝缘专用电缆。例如，向采煤机供电的低压电缆，应选用UCP—1140型，向煤电钻供电电缆应选用UZ—500系列电钻专用电缆。2、低压电缆芯线数的确定低压电缆芯线数目，主要取决于控制按钮是否装在工作机械上，分两种情况来考虑。①控制按钮不装在工作机械上或另设控制电缆，如输送机、回柱绞车等。供电电缆选4芯的，其中3芯线为动力回路，另1芯线作地线用。②控制按钮装在工作机械上。如采煤机、装岩机等。视具体需要，选7~11芯，其中3芯为动力回路，1芯为地线，其他芯线为控制线。3、低压电缆主芯线截面的选择原则①按最大工作电流确定主截面。最大工作电流不大于电缆的长时允许电流，以保证在电缆正常运行时不过热；②电缆的机械强度应符合用电设备使用场合的要求。防止设备在运行中由于电缆弯曲过度、打结、扭伤或砸碰等造成绝缘损坏，引起断线或短路事故。③按允许电压损失校验电缆截面。以保证电动机正常运转。④按距离最远功率最大的电动机启动时校验电压损失。以保证该电动机能够正常启动，同时已启动的电动机能够正常运转。⑤用熔断器保护的，应按熔件额定电流与两相短路电流和电缆最小截面的配合要求进行校验。⑥按过流保护装置动作灵敏度要求校验电缆截面。4、低压电缆主芯线截面的选择1）流过电缆的实际工作电流计算①支线。所谓支线是指1条电缆控制1台电动机。流过电缆的长时最大工作电流即为电动机的额定电流。==（1）—长时最大工作电流，A；—电动机的额定电流，A；—电动机的额定电压，V；—电动机的额定功率，KW；—电动机的功率因数；—电动机的额定效率。②干线。干线是指控制2台及以上电动机的总电缆。向2台电动机供电时，长时最大工作电流取2台电动机额定电流之和，即=+（2）向3台及以上电动机供电的电缆，长时最大工作电流用下式计算=(3)式中---干线电缆长时最大工作电流，A；—由干线所带的电动机额定功率之和，KW；--额定电压，V；---加权平均效率；---加权平均功率因数；2）电缆主截面的选择选择要求K≥(4)式中：K---环境温度校正系数，（见表）---环境温度为25℃时，电缆长时允许负荷电流，A;---长时最大工作电流，A；按允许电压损失校验电缆主截面《煤矿井下供电设计技术规定》第633条规定：对距离最远、容量最大的电动机（如采煤机、工作面输送机等），在重载情况下应保证启动，如采掘机械无实际最小启动力矩数据时，可按电动机启动时的端电压不低于额定电压的75%校验。正常运行时电动机的端电压允许偏移额定电压±5%，个别特别远的电动机允许偏移-8%∼-10%。允许电压损失Δ=-0.95短路电流计算1、煤矿井下电缆短路的原因、种类及危害短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接。如相与相之间的短接，称为相间短路；由于煤矿井下供电的变压器中性点绝缘，相与地之间短接，其电流数较小，称为单相接地。产生短路的原因是由于电气设备载流部分绝缘老化、过电压、机械损伤等使绝缘损坏，形成短路。在煤矿井下电网中，可能发生的短路类型有三相短路、两相短路和两相接地短路等。其中两相短路和两相接地短路发生的概率要比三相短路高。井下电网短路的危害，发生短路故障时，由于短路回路阻抗很小，短路电流比正常工作电流大许多倍，短路点产生的高温电弧可能引燃瓦斯或煤尘；短路电流的动力效应和热效应可能使设备损坏，或者引起电缆着火等。2计算短路电流的目的在计算短路电流时，通常选择被保护线路的始端、末端作为短路点。因为线路的始端三相短路电流最大，故称为最大三相短路电流；线路的末端两相短路电流最小，称为最小两相短路电流，计算最大三相短路电流，用来校验电气设备的动稳定性和热稳定性以及校验电缆的热稳定等；计算最小两相短路电流，用来校验保护装置的灵敏度。3短路电流的计算方法短路电流的计算方法有解析法和表格法，两种方法的实质都是欧姆定律的应用。下面只介绍解析法。1）综采工作面移动变电站高压进线电缆短路电流计算目前我国多数矿井入井高压为6KV，少部分高产高效矿井入井高压为10KV。6KV与10KV供电系统高压短路电流的计算方法相同。下面以6KV供电系统为例做一说明。①短路电流计算时，其电压取平均电压，各电压等级的平均电压见表。6KV的平均电压=6.3KV。标准电压等级的平均电压值标准电压/KV0.1270.220.380.661.143.361035平均电压/KV0.1330.230.400.691.203.46.310.537②高压短路器的分断能力。真空断路器的分断能力为100MV·A，当电网实际短路容量超过短路器的分断能力时，必须加以限制。③短路点的选定。综采工作面供电计算，选移动变电站高压电缆进线端作为短路点，计算三相短路电流，校验移动变电站的高压开关的断流能力；计算两相短路电流，整定前级6kv隔爆开关中的继电保护装置。④元件电抗的计算。6KV高压供电系统在计算短路电流时，忽略短路回路中各元件的电阻。○a电源系统的电抗:===(1)式中—电源系数电抗，Ω—平均电压，V（6kv系统的平均电压为6.3kv）；—稳态三相短路电流，A；—井下中央变电所母线短路容量，MV·A；○b6KV电缆线路的阻抗:=L(2)---电缆线路单位长度的电抗值，6~10KV电缆线路=0.08Ω/Km;L---