综采工作面供电计算.doc

第4章 综采工作面供电设计计算编写本章的目的在于正确地拟定综采工作面供电系统；正确地选择井下供电单元的变压器容量、控制开关、动力电缆；正确地计算、整定、调试继电保护装置。使供电系统安全，供配电设备容量合理，高低压开关保护装置动作灵敏可靠，既不误动又不拒动。掌握或了解低压供电系统的计算方法，对煤矿井下电气设备检修大有帮助。4.1 供电设计计算概述1. 设计依据（1）综采工作面巷道布置、巷道尺寸及支护方式；（2）综采工作面地质、排水、通风、沼气情况；（3）综采工作面机电设备布置、作业过程、运输情况；（4）综采工作面机电设备容量、技术参数及性能；（5）作业制度。（6）技术和经济指标2. 设计要求（1）应符合煤矿安全规程、井下供电设计技术规定和煤炭工业设计规范中的要求；（2）尽量选用定型的国产新产品（3）应保证安全、可靠、经济、合理、技术先进。3. 设计步骤（1）根据地质条件、巷道布置、通风、机电设备容量、设备的分布情况确定移动变电站及工作面配电点的位置；（2）综采工作面用电设备负荷统计，确定移动变电站容量、型号、台数；（3）根据综采工作面设备的布置情况，拟定供电系统图；（4）选择高压配电装置和高压电缆；（5）选择低压电缆；（6）选择低压开关；（7）继电保护装置的整定计算；（8）绘制综采工作面供电系统图。4.2 综采工作面供电系统负荷计算1. 供电电压综采工作面的供电电压可根据日生产能力、单机或双机最大容量、总装机容量来确定电压等级。参考范围见表4-1。表4-1 综采工作面电压等级使用范围电压等级/V适用于采煤方式综采总容量/kW单机最大容量/kW双机最大容量/kW日产量t/d660薄煤层和部分中厚煤层综采50010001501702150217050010001140综采10001500以上30040023753400100050003300一次采全高厚煤层综采3000及以上1000以上3400500010000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1140V；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。”由于日产万吨矿井综采工作面装机总容量不断增大，传统的井下6kV配电电压已不能满足供电合理的要求。目前，部分矿井井下已使用10kV高压作为配电电压，配套的10kV煤矿井下配电设备，国内已有正式生产厂家。2. 负荷统计把综采工作面用电负荷逐项填入表4-2中，进行统计。表4-2 综采工作面负荷统计表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额定功率因数起动功率因数额定起动电流/额定电流功率PN /kW加权平均功率因coswm3. 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。需用系数法是借助一些统计数据，通过计算手段，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 （4-1）式中 Sca-一组用电设备的计算负荷，kVA；PN-具有相同需用系数Kde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Kde可按下式计算 （4-2）式中 Pmax-最大一台电动机额定功率，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，即为 （4-3）采区其它作业电力负荷的需用系数Kde和加权平均功率因数也可查煤矿电工手册、煤矿井下供电设计技术规定等资料求取。表4-3给出了参考。表4-3 矿井电力负荷计算需用系数及加权平均功率因数用电设备需用系数加权平均功率因数采煤工作面：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)急倾斜煤层(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他运输设备(如输送机、绞车等)井底车场：无主排水设备有主排水设备0.4+0.60.286+0.7140.60.750.40.50.50.60.50.30.40.50.650.80.50.60.70.750.850.70.60.70.60.70.60.70.60.70.60.90.90.70.70.84. 移动变电站台数的确定移动变电站总的额定容量SN应大等于计算容量Sca，即SNSca （4-4）综采工作面采用一台移动变电站是不能满足要求的。移动变电站容量应根据设备的布置、电压等级和容量，确定几个分组方案，分别求出各方案下的各组计算容量，初选移动变电站的额定容量及台数，确定最优分组方案。国产矿用隔爆型移动变电站（联合设计）主要技术数据见表4-4a，太原万鵬变器压公司生产的隔爆型移动变电站技术数据见表4-4b，国外移动变电站主要技术数据见表4-4c。表4-4a 国产矿用隔爆型移动变电站技术数据型号额定容量/kVA额定电压/kV损耗/W阻抗电压/%空载电流/%连接组别外型尺寸长宽高/mm总重量/kg高压低压空载负载KSGZY-315/63156-24%65%1.2/0.691400210042.5Yy0Yd113200110012252650KSGZY-500/65006-24%65%1.2/0.691900300042Yy0Yd113324110013353380KSGZY-630/66306-24%65%1.22000385042Yy03450110014554000KSGZY-800/680065%1.2230051005.51.5Yy03536110015305300KSGZY-1000/6100065%1.22700590061.5Yy03600110016006000KSGZY-1250125065%1.23200720061.5Yy03750110016206920表4-4b 太原万鵬变压器公司生产的隔爆型移动变电站技术数据产品型 号额定容量/kVA电压组合及分接范围联接组标号损耗 /kW空载电流/%短路阻抗/%重量 /kg外形尺寸长宽高/mm轨距/mm高压/kV高压分接范围/%低压/kV空载负载 器身重总重KBSGZY-1001006/1050.69/0.4Yy0（Yd11）0.60/0.701.00/1.2003.004/4.5800210021007651360600/900KBSGZY-1201200.82/0.951.2/1.3803.00850210021007651360KBSGZY-1601600.9/1.041.50/1.7203.0010002500210011001360KBSGZY-2002001.2/0.693/0.400.95/1.101.70/1.952.512003150350011001285KBSGZY-3153150.693/1.201.30/1.452.30/2.702.5014703300360011001365KBSGZY-4004001.55/1.702.80/3.202.0/2.5017003600365011001400KBSGZY-5005001.80/2.003.30/3.802.00194036800370011001465KBSGZY-6306302.10/2.304.00/4.502.005.0/5.525904800400011001690KBSGZY-8008001.2Yy02.30/2.505.20/6.001.505.5/6.031705700400011001755KBSGZY-100010002.70/2.956.10/7.106.0/6.539507150434011001850KBSGZY-125012503.20/3.507.20/8.406.5/7.047008160440011301875KBSGZY-160016001.2/3.33.80/40158.50/10.001.253008700439011901740KBSGZY-200020003.34.50/4.9510.0/12.0065009500440011901800KBSGZY-250025006/1053.3Yy05.35/5.9012.0/14.1517/8710010500480013501850KBSGZY-315031506.20/6.8013.50/15.8017/8819011800480014501850注：以上参数为太原万鵬变压器公司（原太原变压器厂）的产品表4-4c 国外矿用隔爆型移动变电站主要技术数据项目波兰英国波兰英国西德波兰西德西德英国容量/kVA31530050063080075015002000高压电压/V60006000600060006000600060006000600060006000低压电压/V660113066011301050105010501050113034003400空载损耗/W1500135018001900190021502000230022004000负载损耗/W2650245035003400280052003500550049007800阻抗电压/%3.74444.344.86.86.944.56重量/kg变压器260036402700327043004700变电站325036404250467043505600938811374外型尺寸/mm长2900360032003900220032202350420047004951宽98011309801270830980955127011961320高148012001720125093017201055135015201585绝缘等级HCHCHCHHCCC4.3 综采工作面供电系统的拟定1. 拟定综采供电系统的原则1）在保证供电可靠的前提下，力求减少电缆的根数和长度，尽量避免回头供电。橡套电缆长度按敷设路径长度增加10%，铠装电缆长度按敷设路径增加5%；2）采煤机功率相对较大，宜采用单独电缆供电；工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式线路供电；带式输送机可以采用干线式供电，对多台大容量带式输送机，也可以用辐射式线路供电；3）配电点的设置。综采工作面设置为集中配电点，一般距离工作面5070m，随工作面的移动而移动；对输送机及其他附属机械，因位置的分散，可分别设置配电点；4）原则上1台起动器控制1台电动机。对采煤机等重要生产机械应设备用起动器，即一用一备；对控制刮板输送机的起动器，采用二用一备。各备用起动器与工作起动器的主接线，可参考图4-1连接；图4-1 工作起动器与备用起动器的连接a-起动器一用一备主接线；b-起动器二用一备主接线1#、3#-工作起动器；2#-备用起动器5）配电点在3台及以下起动器时，可以不设进线总馈电开关；6）移动变电站低压侧已有低压馈电开关，而且保护齐全，可以不在移动变电站之外再设置低压总馈电开关；7）综采工作面一般选用23台移动变电站。例如，1#移动变电站向带式输送机及其他转运设备供电；2#移动变电站向采煤机、乳化液泵和喷雾泵供电；3#移动变电站向刮板输送机、转载机等供电。2#、3#移动变电站的负荷可以根据需要适当调换。2. 综采工作面供电系统的拟定根据供电系统拟定原则，初步拟定综采工作面供电系统。3. 综采工作面供电设备的布置综采工作面供电设备布置，是根据运输巷道断面、顶底板地质情况、瓦斯含量等，基本上分为4种方案。这是矿上地质、技术部门等在设计综采工作面，布置巷道时已考虑和论证过的。 1）方案-大断面单巷道布置法工作面配电点和乳化液泵站等设备布置在可伸缩带式输送机的一侧，随着工作面的推进，移动供电设备及泵站，因为起动器通常放置在平板矿车上。这一方案缺点是巷道断面大，开拓量大，支护成本高。其优点是，供电、供液距离短，低压电缆电压损失小，液压管路压力损失小，而且设备移动很方便，便于供电、供液设备的维护。是现代综采供电的典型方案，地质条件许可时，应优先选用。工作面设备的布置如图4-2所示。图4-2 综采工作面设备布置1-采煤机；2-刮板输送机；3-桥式转载机；4-带式输送机；5-安全绞车；6-液压支架；7-乳化液泵站；8-喷雾泵；9-破碎机；1#-向带式输送机和安全绞车供电的移动变电站；2#-向采煤机、乳化液泵站、喷雾泵站、通信系统供电的移动变电站；3#-向刮板输送机、转载机、破碎机照明灯供电的移动变电站；4#-控制带式输送的起动器；5#-拉紧绞车开关；6#-液压绞车控制开关；7#-控制采煤机磁力起动器；8#-控制采煤机备用起动器；9#、10#-乳化液泵站起动器；11#、12#-喷雾泵站磁力起动器；13#-CK-1通信系统；14#、16#-刮板输送机磁力起动器；15#-刮板输送机备用开关；17#-转载机磁力起动器；18#-破碎机磁力起动器；19#、20#照明变压器。2）方案-小断面双巷布置法将移动变电站、工作面配电点开关、乳化液泵站和喷雾泵站都设置在单独的辅助巷道内，每隔一定的距离，用联络巷与工作面运输巷连通，通过联络巷与运输巷向工作面配电。这种方案最适宜于下一个工作面尚未回采，但其回风巷已经开拓完毕，这就可在此回风巷布置上工作面的移动变电站、配电开关和泵站设置。这种方案可使运输巷道断面缩小，支护成本低，适合于双巷掘进的开拓系统，其设备布置如图4-3所示。图4-3 综采工作面设备布置1-刮板输送机；2-采煤机；3-破碎机；4-转载机；5-带式输送机；6-液压支架；7-轨道；8-乳化液泵站；9-配电开关组；10-移动变电站3）方案-定点布置法将供电、供液设备安装在离工作面较远的短石门里或硐室里，并随工作面的推进而多次移动。这种方案适合于顶板比较破碎、巷道维护较困难，同时走向长度和工作面长度不太长的综采工作面。其优点是投资小，维护方便。设备布置如图4-4所示。图4-4 远距离供电供液综采工作面设备布置1-运输大巷；2-短石门；3-斜巷；4-移动变电站；5-泵站；6-运输巷；7-回风巷；8-带式输送机；9-转载机；10-破碎机；11-液压支架；12-采煤机；13-刮板输送机4）其他方案对于低瓦斯矿井的综采工作面供电的移动变电站、配电开关和泵站，可以设置在回风巷，也可以在进风的运输巷与回风巷各设一部分。对于放顶煤综采支架后的刮板输送机等设备的配电点与移动变电站，有的设在回风巷内。4.4 高压配电装置及高压电缆选择1. 高压配电装置的选择综采工作面供电系统中，一般不设高压配电装置（箱），而是由采区变电所直接引来高压电源。但是，当综采工作面顺槽较长，特别是高产高效矿井，日产万吨及以上原煤的综采工作面供电系统，为了维修工作面配电点的设备方便，有时也将隔爆型高压配电装置（箱）设置在工作面顺槽入口处，作为综采工作面供电系统中高压的总开关。下面简述高压配电装置的选择方法。选择原则：根据环境条件和供电要求，确定高压配电装置的型式和参数。1）高压配电装置的型式应符合煤矿安全规程第444条中的有关规定，也就是说，选用井下电气设备，必须符合表4-5的要求。通常选择矿用隔爆型高压真空配电装置。表4-5 井下电气设备选用规定 使用场所类别煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井和瓦斯喷出区域瓦斯矿井井底车场、总进风巷和主要进风巷翻车机硐室采区掘进巷总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作面和工作面进回风巷低瓦斯矿井*高瓦斯矿井1高低压电机和电气设备2照明灯具3通信、自动化装置和仪表、仪器*矿用防爆型（矿用增安型除外）*矿用防爆型（矿用增安型除外）矿用防爆型（矿用增安型除外）矿用一般型矿用一般型矿用一般型矿用一般型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型（矿用增安型除外）矿用防爆型（矿用增安型除外）矿用防爆型（矿用增安型除外）* 使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内可以采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器）；* 煤（岩）与瓦斯突出矿井井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机；* 允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。2）电气参数选择（1）按正常条件选择额定电压和额定电流高压配电装置的额定电压UN，应与井下高压电网额定电压等级相符，即设备的额定电压不应小于其装设处的额定电压。高压配电装置的额定电流IN，不应小于其所控制的设备或线路的长时最大工作电流Ica，即INIca， （4-5）式中 Ica-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；PN-该高压配电装置所带用电设备的额定功率之和，kW；KSC-变压器变比，即变压器原、副绕组的匝数比；coswm-加权平均功率因数；wm-同时工作设备的加权平均效率，它反映各用电设备设备平均功率损耗，即各用电设备的功率与效率的乘积之和与总功率之比。由于电气设备的额定电流IN是指在规定的的环境温度h.a=+40（我国目前规定的最高环境温度）时，长期允许通过的最大电流。所以，当设备装设地点的温度时,应进行修正。即，在该环境温度下的长期允许工作电流Ip为 （4-6）式中 Ip环境温度为时，设备长期允许的工作电流，A；Kso温度修正系数；h.h最热月份的平均最高温度，；h.a规定额定电流IN时的环境温度，通常取40；设备安装地点的温度，。（2）动稳定和热稳定校验动稳定校验，设备的极限通过电流峰值imax（或有效值Imax）应大于或等于短路电流冲击值iim（或冲击值的有效值Iim）。即 或者 （4-7）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t秒时间内允许通过热稳定电流Its的数值。根据短路电流热效应的计算方法得 即 （4-8）式中 Its-设备在t秒内能承受的热稳定电流，kA。可从产品样本中查得；tts-设备热稳定电流所对应的时间，s。可从产品样本中查得；Iss-稳态短路电流，kA。（为三相短路电流）；tph-短路电流作用的假想时间，s。假想时间tph是在计算短路电流通过导体引起发热而引入的一个等效时间。也就是说，在假想时间内短路稳态电流Iss所产生的热量等于短路全电流is在实际短路时间内产生的热量。对无限大容量系统的短路故障，确定方法如下tph=tsc+tbr+0.05 （4-9）式中 tsc短路保护装置动作时间，s；tbr主开关的断路时间（s），约0.110.25s；0.05是考虑知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。所谓无限大电源电源容量是一相对概念，它是指电源距短路点的“电气距离”较远时，电源的额定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 = 表示。（3）断流能力校验断流能力必须符合下式要求或 (4-10)IND、SND是配电装置的额定开断电流、额定开断容量；Imax.s、Smax.s是配电装置安装处最大短路电流、最大短路容量。2. 高压电缆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。其主芯线载面的确定，通常按经济电流密度初选，按长期允许负荷电流校验，按允许电压损失校验，按电缆线路电源端短路电流校验热稳定。1）按经济电流密度初选高压电缆载面经济截面，是指按降低电能损耗、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为 （4-11）式中 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，其数值可参照表4-6来选择。当计算出经济截面后，选取标准截面，并使。即，选择接近而小于计算截面的标准截面。表4-6 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/mm210003000300050005000以上2.502.252.00注：一班作业，年最大负荷利用小时数10003000h；两班作业，30005000h；三班作业为5000h以上。2）按长时允许负荷电流校验电缆芯线有电阻，当流过电流超过长期允许电流时，产生的热量就会超过允许值，加速绝缘老化，使用寿命缩短或迅速损坏，从而造成漏电或短路事故。矿用橡套电缆的长时允许电流（载流量）见表4-7所示。表4-7 矿用橡套电缆长时允许载流量主芯线截面/mm2长时允许载流量 /A主芯线截面/mm2长时允许载流量 /A1000V，U、UP、UC、UCP型6000V，UG、UGSP、UYJP型1000V，U、UP、UC、UCP型6000V，UG、UGSP、UYJP型461016 25 36406485113537294 12135507095138173215260148170注：1. 上表是环境温度为+25，电缆芯线最高允许工作温度+65时的值。当环境温度不等25时，应乘以修正系数，才是电缆的长时允许载流量。 2.电缆型号UGSP为试制时的型号，现在改为UYJP型号。按长时允许电流校验电缆截面时，应满足 （4-12）式中 环境温度为+25时，电缆的允许载流量，A；通过电缆的最大长时负荷电流，A；环境温度不等于+25时的修正系数，见表4-8所示。表4-8 不环境温度时的电缆载流量修正系数电缆芯线最高允许工作温度/不同环境温度下电缆载流量修正系数K51015202530354045651.221.171.121.061.00.9350.8650.7910.707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 （4-13）式中 移动变电站额定容量，kVA；移动变电站一次侧额定电压，V；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，最大长时负荷电流为两台移动变电站一次侧额定电流之和，即 （4-14）（3）向3台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为 （4-15）式中 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容量总和，kW；移动变电站一次侧额定电压，V；变压器的变比；、wm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 （4-16）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，见表4-9。表4-9 热稳定系数C的值种类材料最高允许温度C电缆（10kV及以下）油浸纸绝缘铜芯油浸纸绝缘铝芯铜芯橡胶绝缘铝芯橡胶绝缘铜芯交联聚乙烯绝缘铝芯交联聚乙烯绝缘25020020020023020016595145188141874）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U表示。我国规定，电缆线路电压损失百分数的标准为：对1035kV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 （4-17）或 （4-18）式中 电缆线路电压损失百分数；Ica通过电缆的最大长时工作电流，A；、该电缆所带负荷的功率因数和对应的正弦值；P负荷功率，kW；电缆线路的额定电压，kV；分别为电缆线路的电阻和电抗，/km。可查表4-10求取；电缆长度，km；电缆所带负荷功率因数角的正切。表4-10a 矿用橡套电缆单位长度电阻和电抗 /km阻抗/相电缆型号截面 /mm22.546101625355070电阻UZU、UPUC、UCP8.835.394.663.131.831.851.161.250.7320.7940.5220.5790.3800.4160.267电抗0.1010.0950.0920.0900.0880.0840.081注：表中的数值为20时的值，换算到65的电阻值为R65=1.18R20表4-10b 千伏级矿用屏蔽橡套电缆电阻和电抗 /km型号UPQUCPQ、UCPJQUGSP（6kV高压电缆）截面/mm2R20R65XR20R65XR20R65X101625355070951.831.160.7320.5220.3800.2670.1952.1591.3690.8640.6160.4480.3150.2300.0920.0900.0880.0840.0810.0780.0760.5790.4160.2930.2090.6830.4190.3460.2470.0840.0810.0780.0760.5220.3700.6160.4370.0840.08注：R65=R201+0.004(65-20)= 1.18R204.5 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。对向采煤机、刨煤机、工作面刮板输送机、调度绞车等经常移动的工作机械，应采用轻便易弯曲非燃屏蔽橡套电缆。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胶绝缘专用电缆。如向采煤机供电低压电缆，选用UCPQ-1140型；向煤电钻供电电缆应选用UZ-500系列电钻专用电缆。矿用橡套电缆的型及使用场所见表4-11。表4-11 矿用电缆的型号及使用场所型号名称使用场所UGUGFUYJPUCPUCUPUUCPQUCPJQUPQUZUM（UMP）矿用高压橡套电缆矿用高压氯丁橡胶护套电缆矿用监视型双屏蔽高压橡套电缆采掘机械用屏蔽橡套电缆采掘机械用橡套电缆矿用移动屏蔽橡套电缆矿用橡套电缆千伏级采煤机用屏蔽橡套电缆千伏级采煤机用加强型屏蔽橡套电缆千伏级矿用移动屏蔽橡套电缆矿用电钻电缆矿灯电缆采区变电所至移动变电站采区变电所至移动变电站采区变电所至移动变电站名种采掘机械各种采掘机械各种移动电气设备各种电气设备及采区动力线路采煤机用采煤机用千伏级各种电气设备电钻及控制信号线矿灯专用电缆2. 低压电缆长度的确定橡套电缆按所经路经长度的1.10倍计，移动设备还须增加机头部分活动长度35m。3. 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711芯，其中3芯为动力回路，1芯为地线，其他芯线为控制线。4. 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。防止设备在运行中电缆弯曲过渡、打结、扭伤或砸碰等绝缘损坏，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、功率最大的电动机起动时校验电压损失。以保证该电动机能够正常起动，同时已起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。5. 低压电缆主芯线截面的选择1）按长时最大工作电流选择电缆主截面（1）流过电缆的实际工作电流计算 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。 （4-19）式中 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；电动机功率因数；电动机的额定效率。 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 （4-20）向三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 （4-21）式中 干线电缆长时最大工作电流，A；由干线所带电动机额定功率之和，kW；额定电压，V；需用系数；加权平均功率因数。（2）电缆主截面的选择选择要求 （4-22）是环境温度校正系数，参见表4-8；环境温度为25时，电缆长时允许负荷电流，A，见表4-7；由长时最大工作电流查表4-12，确定电缆的标称主截面。表4-12 矿用橡套电缆主要技术数据型号芯数截面 /mm2电缆标称外径 /mm芯线最高允许温度65，环境温度为25时的长时允许负荷电流 /A用途UZ32.5+12.532.5+12.534+1434+2417.819.119.120.53636500V以下电钻电缆U（UP）34+1434+2436+16310+16316+16325+110335+110350+110370+11620.722.322.226.529.535.037.342.346.53636466485113138173215用于1000V以下各种移动电气UC（UCP）310+110310+110316+110316+14+22.5325+110325+16+42.5325+16335+16+44350+116350+110+7428.333.031.231.537.138.839.841.244.146.964648585113113113138173173用于1000V以下各种采掘机UPQ310+110316+110325+116335+116350+116370+125395+12533.836.941.945.051.256.963.16485113138173215260用于1140V井下采煤机UCPQ（UCPJQ）335+110+34335+116350+110+36370+125370+116+36395+13544.148.954.462.862.868.8138138178215215260用于1140V井下采煤机2）按机械强度校验电缆截面按机械强度校验电缆的最小截面，见表4-13。表4-13 井下机电设备按机械强度要求的电缆最小截面序号用电设备名称要求最小截面 /mm21234567采煤机截煤机及功率相近的刮板输送机小功率刮板输送机安全回柱绞车装岩机调度绞车煤电钻3550163510251025162546463）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6.3.3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起动，如采掘机械无实际最小起动力矩数据时，可按电动机起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的5%，个别特别远的电动机允许偏移-8% -10%。”允许电压损失用下式计算 （4-23）煤矿井下不同电网电压下正常与最大允许电压损失值见表4-14。表4-14 不同电网电压下的正常与最大允许电压损失额定电压 /V变压器副边额定电压U2N=1.05UN/V正常运行时电动机负偏移-5%UN个别情况下电动机最大负偏移-10%电动机最小端电压Umo=0.95UN/V允许电压损失Up=U2N-Umo/V电动机最小端电压Umo=0.9UN/V允许电压损失Up=U2N-Umo/V12738066011403300133400693120034651213616271083313512396611733011434259410262970195899174495（1）电缆支线上电压损失采区低压电网电压损失分布如图4-5所示。总电压损失U通常由三部分组成，即变压器电压损失、供电干线电压损失、和支线电压损失。并满足 （4-24）图4-5 采区低压电网电压损失分部图支线橡套电缆电压损失 （4-25）式中 支线电缆电压损失，V；支线电缆工作电流，通常取电动机的额定电流，A； 、支线电缆电阻、电抗值，/km； 电动机的功率因数，取电动机额定功率因数； 功率因数角对应的正弦值。煤矿井下1140V及以下电压等级的供电系统，低压电缆截面一般限制在70mm2以下，最大不超过95mm2，此时，所以上式可略去电感抗的影响，简化为 （4-26）而支路电流近似为电动机的额定电流，即将，代入上式，支线电缆电压损失也可用下式计算 （4-27）式中 配电点中，线路最长且负荷最大的支线电缆电压损失，V； 、依次为电动机额定功率，kW；额定电压，V；额定效率； 电缆材料的电导系数，m/mm2；取42.5（芯线温度为65）； 、依次为支线电缆的长度，m；截面积，mm2。（2）变压器电压损失计算变压器的电压损失与计算电缆的电压损失完全相同，只是由于变压器绕组的电抗较大而不能忽略，即按下式计算 （4-28）式中 变压器的电压损失，V； 变压器的负荷电流，A；按需用系数法求取； 变压器的功率因数，它等于相应负载的加权平均功率因数；功率因数角的正弦值；、分别是变压器每相绕组的电阻、电抗值，。通常移动变电站或干式变压器技术数据中，给出的是负载损耗和阻抗电压百分数，所以需要计算变压器的电阻、电抗值。 （4-29） （4-30） （4-31）式中 、依次为变压器每相电阻、电抗和阻抗，；、依次为变压器的负荷损耗，W；阻抗电压百分数，%；二次额定电压，V；额定容量，VA。如果已知变压器的电阻压降百分数和电抗压降百分数，也可以用下式计算变压器的电压损失。 （4-32）式中 、变压器实际负荷电流及额定电流。其余参数含义同前。 设为变压器的负荷系数；为变压器电阻压降百分数；为变压器电抗压降百分数。则上式可写成 （4-33）变压器的电阻压降百分数、电抗压降百分数，也可以由负荷损耗和阻抗电压求得； （4-34）计算出变压器电压损失百分数后，便可求出变压器的电压损失 （4-35）（3）干线电缆电压损失计算为了减少计算工作量，提高干线电缆计算的准确性，当选择了供电距离最远、负荷最大支线电缆，并计算出电压损失，计算出变压器的电压损失后，根据式（4-24）求出干线上的允许电压损失值，再由电压损失公式计算出干线电缆的截面，确定标称截面，计算如下。干线上允许的电压损失 （4-36）式中 干线电缆允许电压损失，V； 第台电动机额定功率，kW； 变压器所带负荷的需用系数； 干线电缆的长度，m； 电缆材料的电导系数，m/mm2；对铜芯软电缆取42.5（芯线温