煤矿供电设计、整定计算培训资料.doc
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煤矿供电设计整定计算培训材料
一、矿井供电电压等级
1、按照规定,矿井供电系统选用的电压等级有:
(1)35kV--矿井地面变电所变电电压。
(2)10kV或6kV--井下高压配电电压和高压电动机的额定电压。
(3)3.3kV或1140V--综合机械化采煤工作面电气设备的额定电压。
(4)660V--井下低压电网的配电电压。
(5)380V--地面和小型矿井井下低压电网的配电电压。
(6)220V--地面照明电源。
(7)127V--照明、信号、手持式电气设备、电话的最高限额电压。
(8)36V--井下设备控制回路的电压。
(9)直流250V、550V--直流架线电机车常用额定电压。
2、《煤矿安全规程》455条规定:
井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备,应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。
井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电上,应装设短路、过负荷和漏电保护装置。
低压电动机的控制设备,应具有短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。
3、目前,我国井下供电方式主要有:
干线式、辐射式、混合式、移动变电站四种。
4、《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:
(1)高压不应超过10000V;
(2)低压不应超过1140V;
(3)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;
(4)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;
(5)井下低压网络的标准电压等级及其相应的平均电压为:
标准电压/V12738066011403300600010000(设备铭牌标称电压)
平均电压/V13340069012003460630010500(电网供电电压)
5、《煤矿安全规程》第449条规定:
井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时,低压电气设备上应明显地标出其电压额定值。
6、对采煤工作面的供电方式一般应遵循下述原则:
(1)对综采工作面的用电设备应采用1140V及以上电压供电,且在工作面的回风巷或进风巷设置移动变电站。
(2)对普采工作面尽可能采用1140V电压供电,在技术条件允许的情况下,可由采区变电所直接供电。
也可在工作面回风巷或进风巷设置移动变电站。
(3)对炮采工作面,除特殊情况外,一般不设置移动变电站,可采用1140V或660V电压供电。
如果需要,也可同时采用两种电压供电。
二、采区动力变压器的选择
1、设备布置图
在全面分析用电设备的前提下,画出采区机电设备布置图或绘在采区巷道布置图上。
为了清楚起见,图中有关机电设备标出1、2、3、4等序号,在图外则应注明相应序号所代表的机电设备名称。
2、采区负荷统计表
在采区机电设备布置图的基础上,作出采区负荷统计表。
采区用电设备负荷统计表(示例)
序号
设备名称
规格型号
功率KW
需用系数Kr
功率因数COSψ
有功功率KW
视在功率KVA
1
2
3
4
负荷总计
3、供电系统图的绘制
根据前述的计算及原则,进行供电系统图的绘制。
最后将绘制的系统图以插图的形式附于说明书中。
Ⅱ
外段机巷供电图(660
Ⅰ路
)
Ⅱ46上部变电所
1
2
KBZ-400
KBZ-400
Q
-300
Ⅱ46上部变电所
U70-700
KBZ-400
2*75KW皮带机
4
拉紧绞车
U70-700
供电系统图
(2)
(2)
KBZ-400
KBZ-400
(2)
照明综保带30盏
13W照明灯
1
3
Q
-300
160KW链板机
(2)
110KW破碎机
40KW链板机
2*40KW皮带机
照明综保
75KW链板机
照明综保带30盏
13W照明灯
U70-500
U70-40
U70-40
U70-40
U70-80
75KW链板机
KBZ-400
2
4、实际负荷分组计算
采区的负荷计算采用需用系数法,用需用系数法求取计算负荷的基本公式为:
ST=
式中:
ST一组用电设备的计算负荷,kVA;
ΣPe具有相同需用系数的一组用电设备的额定负荷(功率)之和(不包括备用设备),kW;
Kx需用系数(见附表);
名词解释:
需用系数是一个综合系数,它标志着用电设备组投入运行时,从供电网络实际取用的功率与用电设备组功率之比。
Cosψ一组用电设备的加权平均功率因数。
综采工作面的需用系数,可按照下面的经验公式进行计算
kx=0.4+0.6
一般采煤工作面,可按照下面的经验公式进行计算
Kx=0.286+0.6
式中:
Kx需用系数
Pmax最大一台设备额定功率
∑Pe所有设备额定功率之和
根据上式计算得出的分组负荷容量进行变压器型号选择,最终选择出的变压器容量应大于该组用电设备的计算负荷。
SN>ST(供电设备的负荷小于变压器的额定容量)
式中:
SN变压器的额定容量ST一组用电设备的计算负荷
5、移动变电站的选择
(1)移动变电站的选择,包括位置选择及设备选型。
(2)移动变电站的位置选择,一般放在工作面的上、下风巷内。
应主要考虑下述三方面:
①所处巷道内便于运输、顶底板条件良好、无淋水。
②尽量靠近大的用电设备,有条件的情况下,尽可能与液压泵站联合布置。
③距离采区变电所尽可能近,以减少高压电缆长度。
三、采区低压动力电缆的选择
1、选择电缆应满足以下要求:
(1)电缆实际流过的长时工作电流必须小于或等于它所允许的负荷电流(铝芯线的连续允许负荷能力是同样断面积的铜芯的77%)。
(2)正常运行时电缆网络的实际电压损失必须小于或等于网络所允许的电压损失。
(3)电缆在供电运行过程中,芯线的温度不超过表中规定:
电缆类别
电缆芯线长期工作温度不超过℃
铠装电缆电压1-3KV
80
铠装电缆电压10KV
60
橡套电缆
65
2、按长时允许负荷电流选择电缆截面
长时允许电流选择低压电缆截面
Ig=
式中:
Ig采区干线电流实际工作电流,A
Kx需用系数
由该电缆供电的电动机的额定功率之和,KW
Un电网额定电压
电动机的加权平均功率因素
3、矿用电缆载流量表
芯数截面
适用:
矿用移动橡套电缆
矿用移动屏蔽橡套电缆
MY380/660V
MYP380/660V
MYP660/1140V
适用:
采煤机用橡套软电缆
采煤机用屏蔽橡套软电缆
MC380/660V
MCP380/660V
MCP660/1140V
3*2.5+1*2.5
25
MC/MCP
380/660V
3*16+1*4+3*2.5
85
3*4+1*4
35
3*25+1*6+4*2.5
113
3*6+1*6
46
3*35+1*6+4*4
138
3*10+1*10
64
3*50+1*10*7*4
170
3*16+1*10
85
MCP
660/1140V
3*35+1*6+3*6
138
3*25+1*16
113
3*50+1*10+3*6
170
3*35+1*16
138
3*70+1*16+3*6
215
3*50+1*16
173
3*95+1*25+3*10
260
3*70+1*25
215
3*95+1*25
260
4、不同电压每千瓦功率运行电流值:
220V4.5A
380V2A
660V1.15A
1140V0.66A
3300V0.22A
四、按正常运行时的允许电压损失校验电缆
1、变压器的电压损失计算
计算变压器电压损失的适用公式:
式中:
变压器的负荷系数
Ib、Sb变压器的计算电流和计算容量,应按需用系数法求得
I2e、Seb变压器的二次额定电流和额定容量
UR变压器在额定负荷时变压器中的电阻压降百分数
Ux变压器在额定负荷时变压器中的电抗压降百分数
、变压器负荷中的功率因素及相对应的正弦值
2、按电动机正常运行时的电压损失校验电缆截面
(1)供电系统的允许电压损失
为保证电动机的正常运行,其端电压不得低于额定电压的95%。
例如:
对额定电压660V的电动机,其端最小电压为:
Umin=660*0.95=627V
当电动机的额定电压为660V时,变压器的二次额定电压为690V,供电系统的允许电压损失为:
电压损失应由三部分组成,即变压器的电压损失、干线电缆的电压损失和支线电缆所产生的电压损失,因此在井下低压电网的总电压损失,便可按下式进行计算:
式中:
供电系统的总电压损失
变压器的电压损失(V)
干线电缆的电压损失(V)
支线电缆的电压损失(V)
(2)用图表法计算电缆的电压损失
当已知负载功率、电缆的实际长度来计算电压损失的实用基本公式为:
式中:
P负载功率(KW)
L电缆的实际长度(km)
Ue电网额定电压(KV)
、每公里电缆的电阻和电抗(Ω/KM)
分析上式可知:
对一定的电网来讲,额定电压Ue为定值,对一定型号规格的电缆来讲,、也为定值;当负荷一定时,也就一定了。
即也为定值。
也就说说公式中的也是定值了。
如果令:
公式也就可以变为:
式中:
P负载功率(KW)
L电缆长度(KM)
K(%)系数
对一定的供电系统来讲,负载功率P和电缆的实际长度都为已知条件,因此只要从图表中查出K值,就可以计算出电压损失值。
(3)经验公式法
线路电压降最简单的适用计算公式
线路压降计算公式
式中:
I线路电流L线路长度
①电阻率铜为0.018Ωmm2/米
②I=
③电阻R=PI/S(电缆截面mm2)
④电压降(就达到要求)
例1:
在800米以外有30KW负荷,用70mm2电缆看是否符合要求?
电压380为例。
I=P/1.732U=30/1.732X0.38*0.8=56.98A
R=PI/电缆截面=0.018*800/70=0.206Ω
==2*56.98*0.206=23.44>19(5%U=0.05*380=19)不符合要求
例2:
在800米以外有30KW负荷,用70mm2电缆看是否符合要求?
电压660为例。
I=P/1.732U=30/1.732X0.69*0.8=31.38A
R=PI/电缆截面=0.018*800/70=0.206Ω
==2*31.38*0.206=12.93<33(5%U=0.05*660=33)符合要求
当总电压损失大于5%时,只能采用加大电缆截面的方法来解决。
五、两相短路电流的计算
煤矿井下的低压动力电网比较复杂,尤其是采区发生短路故障的可能性比较大,所以必须掌握低压电网短路电流的计算方法。
计算低压电网的短路电流值,是为了满足对保护装置进行整定计算的需要及合理地选择开关设备。
当电网中出现短路故障时,通过保护装置及时切断电源,保护电缆线路和电气设备不致损坏,防止故障范围扩大,保证安全生产。
1、公式法
三相短路电流的计算公式:
(最大三相短路电流是用来校验开关设备的分断能力和东热稳定性,以及电缆的热稳定性)
两相短路电流的计算公式:
式中:
三相短路电流
两相短路电流
变压器的二次侧电压,对于380V网络,以400V计算;对于660V网路,以690V计算;对于127V网路,以133V计算。
短路回路内一相有效电阻的总和(包括变压器电阻和线路电阻)
短路回路内一相电抗的总和(包括变压器电抗和线路电抗)
在电压相同,每相阻抗相同的情况下
由此可以看出,三相短路电流大于两相短路电流。
附表:
10KV矿用隔爆型干式变压器性能参数表
容量
KVA
电压比
KV
高压电流
A
低压电流
A
负载损耗
W
短路阻抗
%
折算至高压侧每相线圈阻抗/Ω
Zk
Xk
Rk
500
10/0.693(0.4)
10/1.2(0.693)
28.9
417(722)
241(417)
3500
4
8
7.876547
1.4
630
10/0.693(0.4)
10/1.2(0.693)
36.4
525(909)
303(525)
4100
4
6.349206
6.264609
1.033006
800
10/3.45
10/1.2(0.693)
10/1.2
46.2
134
385(667)
385
5100
4
5
4.936091
0.796875
2、图表法
在实际工作中,即使采用上述简化的公式计算法,计算也比较繁琐。
为了简化计算方法和提高计算效率,往往采用图表法。
用图表法计算两相短路电流是根据变压器型号和容易短路点至变压器的电缆换算长度。
电缆的换算长度可以从表中查出,也可以根据公式计算:
式中:
电缆总的换算长度
换算系数,各种截面电缆的换算系数可从表中查出
各段电缆实际长度
电缆的换算长度,是根据阻抗相等的原则将不同截面和长度的电缆换算到标准截面的长度。
在380V和660V系统中,以50mm2电缆作为标准截面;在127V系统中,以4mm2电缆作为标准截面,然后根据上述公式求出这个标准截面电缆的不同长度L所对应的两相短路电流,最后把互相对应的和制成表格和曲线。
然后在表中或曲线上就可以找到相应的两相短路电流值。
六、保护整定
(一)低压电气设备整定计算
1、整定原则:
(1)选择性好:
保护装置动作时,保证只切断故障部分的电路,其他部分仍能正常工作。
(2)动作可靠:
电动机起动或正常运行时,保护装置不能误动作,当电动机或线路发生短路或过负荷时,保护装置可靠动作。
(3)动作迅速:
保护范围内发生短路时,保护装置迅速动作,切断被保护的电路,防止事故蔓延,减少故障电流对设备的损坏。
(4)动作灵敏:
在保护范围内发生最小两相短路时,保护装置可靠动作。
2、真空馈电开关保护整定过电流保护动作值:
——所有电动机额定电流之和。
速断保护动作值:
——容量最大电动机的起动电流,对于有数台电动机同时起动的工作机械,若其总的起动电流大于最大电动机起动电流时,则为这几台同时起动电动机的起动电流之和。
对于鼠笼电动机,其近似值可以用额定电流乘以6;对于绕线型电动机,其近似值可以用额定电流乘以1.5。
对于某些大容量采掘机械设备,由于位处低压电网末端,且功率较大,起动时电压损失较大,其实际起动电流大大低于额定电流,若能测出其实际起动电流时,应以实际起动电流计算。
——需用系数,,Pb为最大一台设备额定功率,为所有设备额定功率之和,对单台设备为=1。
——其它所有设备额定电流之和。
用两相短路电流值进行校验,应符合:
用三相短路电流值进行校验,应符合:
——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。
——被保护电缆干线或支线距变压器最远点的三相短路电流值。
1.5——保护装置可靠动作系数。
若经校验,两相短路电流不能满足时,可采取下列措施:
1)加大干线或支线电缆截面积。
2)设法减少低压电缆长度。
3)采用变频器,CST起动等新技术,减少起动电流。
4)换大容量变压器或采取变压器并联。
5)增设分段保护开关
3、真空电磁起动器保护整定过流保护动作值:
(定值选取要与保护本身档位相符,如:
井下75KW多级离心泵额定电压为660V时,额定电流为77.5A。
控制开关为QBZ-120/200真空电磁起动器,过流整定为78A)。
——被控制电动机额定电流。
当运行中电流超过—值时,即视为过载,电子保护器延时动作,当运行电流达到值及以上时,即视为短路,电子保护器瞬时动作,此短路保护一般出厂已设定好,不需整定。
用两相短路电流值进行校验,应符合:
4、照明信号综合保护装置额定电流选择
现井下没有采用熔断器对电缆干线进行保护。
但照明综合保护及组合开关中带小负荷的空气接触器回路仍采用熔断器进行保护。
1)、对保护支线电缆熔体额定电流选取
——设备起动电流。
1.8~2.5——设备起动时熔体不熔化系数。
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可取1.8。
2)、对照明负荷熔体额定电流选取
——照明负荷的额度电流。
3)、选用熔体的校验:
4~7——保证熔体及时熔断系数,当电压为1140V、660V、380V,熔体电流为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)高压电气设备整定计算
将低压设备组的计算电流换算为10KV电流:
(1)当低压设备组为660V时,低压设备组电流*变比(660/10000=0.0066);
(2)当低压设备为1140V时,低压设备组电流*变比(1140/10000=0.0114);然后进行高压开关的过流与短路整定。
我矿使用中的PJG40-630/10(6)Y系列矿用隔爆兼本质安全性永磁机构高压真空配电装置整定计算方法如下:
1、额定工作电流显示整定值
分别为600A、400A、300A、200A、150A、100A、50A、630,精度±5%
2、短路保护整定值
按高压开关额定电流值的:
1.6倍、2.0倍、3.0倍、4.0倍、5.0倍、6.0倍、8.0倍、9.0倍,从出现短路信号至确认无误后发出的保护信号时间不小于0.1秒。
精度±8%。
例如:
一台高压开关额定电流为100A,负载为一台额定电流为40A的电机,则启动峰值电流为40A*(4-7)倍即160A-280A,则短路电流倍数整定值为:
1.6倍-3倍,即160A-300A。
则这台高压开关短路电流整定值应为3倍,即300A。
以上三个参数整定完后,通过移位把光标移到“下页”按一次“确认”键,即进入下三个参数整定屏,如不需要调其他参数,把光标移到“返回”位置,按一次“确认”键,即可返回正常工作。
以下几个参数调整以此类推,如下图所示:
1、下页2、返回
3、过载倍数2倍
4、过载延时5档
5、零序电流2.0A
过载倍数
0.20.30.40.6
0.81.01.21.4
过载延时
1234
5678
零序电流(A)
0.51.02.03.0
4.05.06.08.0
1、返回2、表清零
3、漏电延时0.5S
4、零序电压15V
5、监视开关开
漏电延时(S)
0.10.20.30.5
0.71.01.52.0
零序电压(V)
3.05.010.015.0
20.025.030.0
电流型
监视开关
开关
调整到最后一项完成后,按一次“确认”键即可返回正常工作,若还想整定参数,再按一次“确认”键,即可重新开始整定。
表清零:
要使电度表清零,可通过“移位”键,把光标移到“表清零”位置上,再按“确认”键即可清零。
电度表的用电量仅作为参考,功率因素设定为0.72。
过载延时整定值:
分为8档。
用户根据负载情况选定,应大于负载起动时间。
零序电流整定值:
分为8档,用户在实际使用中根据电缆好坏情况和漏电大小来调整,开始整定选择略小,在使用逐步趋于合理。
零序电压整定值:
分为8档,最后一档为电流型(本机必须整定在电流型上)
漏电延时:
用户在使用中根据实际情况选定。
监视开关:
通过光标的“移位”和“确认”可以打开和关闭保护器的监视功能。
注意:
如果15秒钟内未完成整定操作,电脑则认为是放弃整定,自动返回,仍按照原有整定的参数进行工作。
以上整定值,要在实际中逐步调整,使参数整定值渐趋合理,既不出现频繁动作,又不适保护器反应迟钝。
3、过载保护整定值
按高压开关额定工作电流的0.2倍、0.3倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍、1.0倍、1.2倍、1.4倍。
精度为±8%。
4、过载延时整定
分别为1、2、3、4、5、6、7、8档,动作时间与整定电流值强度成反时限特征。
负载电流超过整定值的倍数越大,动作延时越短。
见附表:
延时时间
(单位:
秒)
过载延时(档位)
1
2
3
4
5
6
7
8
0.2
2.5
25.0
35.0
50.0
70.0
100.0
140.0
200.0
过载整定值
0.3
1.70
16.7
23.3
33.3
46.7
66.7
93.3
133.3
0.4
1.30
12.5
17.5
25.0
35.0
50.0
70.0
100.0
0.6
0.80
8.3
11.7
16.7
23.3
33.3
46.7
66.7
0.8
0.60
6.3
8.8
12.5
17.5
25.0
35.0
50.0
1.0
0.50
5.0
7.0
10.0
14.0
20.0
28.0
40.0
1.2
0.40
4.2
5.8
8.3
11.7
16.7
23.3
33.3
1.4
0.36
3.6
5.0
7.1
10.0
14.3
20.0
28.6
5、零序电流整定值
分别为:
0.5A、1.0A、2.0A、3.0A、4.0A、5.0A、6.0A、8.0A。
精度±8%
6、零序电压整定值
分别为:
3.0V、5.0V、10.0V、15.0V、20.0V、25.0V、30.0V、电流型。
精度±5%。
7、漏电延时整定值
分别为:
0.1S、0.2S、0.3S、0.5S、0.7S、1.0S、1.5S、2.0S
高压配电装置、低压馈电开关额定电流值的选取,除应考虑其实际可能的最大负载电流外,还应从其极限分断能力出发,以其出口处可能发生的三相短路
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