煤矿总工程师技术手册(V1)

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煤 矿 总 工 程 师 技 术 手 册

2009 05 16

第9篇 矿井供电、排水、压风

目 录

1

矿井供电 ...................................................... 1

1.1

矿井供电标准及规范 ............................................................................................... 1

1.1.1 煤矿供电相关标准 ........................................................................................... 1 1.1.2 电能质量相关标准 ........................................................................................... 1 1.1.3 无功相关规范 ................................................................................................... 1 1.2 矿井供电技术 ........................................................................................................... 1

1.2.1 矿井供电结线方式 ........................................................................................... 1

1.2.1.1 系统网络结构的基本方式 ............................................................... 1 1.2.1.2 矿井变电所常用接线方式 ............................................................... 3 1.2.2 矿井电网中性点接线方式 ............................................................................... 8

1.2.2.1 中性点不接地方式 ........................................................................... 8 1.2.2.2 中性点经消弧线图接地方式 ......................................................... 10 1.2.2.3 中性点直接接地方式 ..................................................................... 11 1.2.3 负荷计算 ......................................................................................................... 12

1.2.3.1 负荷曲线 ......................................................................................... 12 1.2.3.2 负荷估算的方法 ............................................................................. 14 1.2.3.3 负荷计算的方法 ............................................................................. 29 1.2.3.4 矿井负荷的确定及主变容量的选择 ............................................. 34 1.2.3.5 无功补偿容量计算 ......................................................................... 36 1.2.4 短路计算 ......................................................................................................... 38

1.2.4.1 短路电流的基本概念 ..................................................................... 38 1.2.4.2 短路电流的暂态过程 ..................................................................... 39 1.2.4.3 无限大容量电源系统短路电流计算 ............................................. 49 1.2.4.4 有限大容量电源系统短路电流计算 ............................................. 61 1.2.4.5 大容量电动机对短路电流的影响 ................................................. 64 1.2.4.6 不对称短路电流计算 ..................................................................... 67 1.2.4.7 短路电流的电动力效应和热效应 ................................................. 80 1.2.5 高压电器设备选择原则 ................................................................................. 82

1.2.5.1 概述 ................................................................................................. 82 1.2.5.2 母线的选择 ..................................................................................... 97 1.2.5.3 母线支柱绝缘子及穿墙套管选择 ............................................... 109 1.2.5.4 高压开关设备的选择 ................................................................... 114 1.2.5.5 限流电抗器的选择 ....................................................................... 119 1.2.5.6 电流互感器的选择 ....................................................................... 123 1.2.5.7 电力架空线路与电力电缆截面的选择 ....................................... 134 1.2.5.8 变压器的选择 ............................................................................... 145 1.2.6 低压设备选择原则 ....................................................................................... 149

1.2.6.1 刀开关、熔断器与低压断路器的选择 ....................................... 152 1.2.6.2 接触器、磁力起动器及热继电器的选择 ................................... 163

1.3 矿井地面供电 ....................................................................................................... 165

1.3.1 矿井地面供电系统 ....................................................................................... 165

1.3.1.1 供电电压的选择 ........................................................................... 166 1.3.1.2 电力负荷分级及对供电的要求 ................................................... 167 1.3.1.3 电力负荷对供电的基本要求 ....................................................... 169 1.3.1.4 矿井地面变电所 ........................................................................... 170 1.3.2 地面供电设备 ............................................................................................... 171

1.3.2.1 开关设备 ....................................................................................... 171 1.3.2.2 电力变压器 ................................................................................... 179 1.3.2.3 导线 ............................................................................................... 181 1.3.2.4 互感器 ........................................................................................... 182 1.3.3 继电保护 ....................................................................................................... 185

1.3.3.1 继电保护运行设置的基本原则 ................................................... 185 1.3.3.2 35kV、110kV矿区主变保护 .............................................................. 188 1.3.3.3 3-10kV配电变压器保护 ...................................................................... 193 1.3.3.4 6kV线路保护 ....................................................................................... 196 1.3.3.5 6kV电力电容器保护 ........................................................................... 202 1.3.3.6 6k母线与联络开关保护 ...................................................................... 207 1.3.3.7 高压电动机保护 ........................................................................... 209 1.3.4 自动装置(重和闸和备用电源自动投入) ............................................... 214

1.3.4.1 自动重合闸在电力系统中的作用 ............................................... 214 1.3.4.2 对自动重合闸装置的基本要求 ................................................... 216 1.3.4.3 自动重合闸的动作时限应符合以下要求: ............................... 216 1.3.4.4 110kV及以下双侧电源线路的自动重合闸装置,按下列规定装设: 216 1.3.4.5 双侧电源送电线路置合闸的方式及选择原则 ........................... 217 1.3.4.6 备用电源自动投入 ....................................................................... 219 1.3.5 无功补偿与谐波治理设备 ........................................................................... 221

1.3.5.1 无功补偿介绍 ............................................................................... 221 1.3.5.2 并联电容器补偿无功功率的原理 ............................................... 222 1.3.5.3 静止无功补偿装置 ....................................................................... 224 1.3.5.4 谐波的危害介绍 ........................................................................... 231 1.3.5.5 LC滤波器 ............................................................................................. 231 1.3.5.6 有源滤波器(APF)滤波 ............................................................ 233 1.3.5.7 混合谐波滤波器(AHF+PHF)滤波 ......................................... 235 1.3.6 过电压及其保护(大气过电压、操作过电压、内部过电压) ............... 235

1.3.6.1 外部过电压 ................................................................................... 236 1.3.6.2 内部过电压 ................................................................................... 237 1.3.6.3 过电压的抑制 ............................................................................... 239 1.3.7 变电所与线路的防雷 ................................................................................... 240

1.3.7.1 输电线路防雷 ............................................................................... 240 1.3.7.2 变配电所防雷 ............................................................................... 243

1.4 矿井井下供电 ....................................................................................................... 246

1.4.1 井下供电系统 ............................................................................................... 246 1.4.2 防爆电器选择 ............................................................................................... 257 1.4.3 井下供电设备 ............................................................................................... 261

1.4.3.1 矿用变压器 ................................................................................... 261 1.4.3.2 矿用隔爆型高压配电箱 ............................................................... 264 1.4.3.3 矿用低压配电开关 ....................................................................... 269 1.4.3.4 矿用隔爆型移动变电站 ............................................................... 275 1.4.3.5 矿用电缆 ....................................................................................... 283 1.4.4 继电保护 ....................................................................................................... 290

1.4.4.1 井下漏电保护 ............................................................................... 290 1.4.4.2 矿井过流保护 ............................................................................... 309 1.4.4.3 井下监视线保护 ........................................................................... 334 1.4.5 保护接地 ....................................................................................................... 338 1.4.6 杂散电流的危害与防治 ............................................................................... 344

1.4.6.1 杂散电流的概念 ........................................................................... 344 1.4.6.2 杂散电流的危害 ........................................................................... 345 1.4.6.3 与煤矿杂散电流防治相关的标准 ............................................... 350 1.4.6.4 杂散电流的防治措施 ................................................................... 350 1.4.6.5 杂散电流的监测 ........................................................................... 352 1.4.6.6 杂散电流自动监测系统 ............................................................... 360 1.4.7 静电的危害及预防 ....................................................................................... 360

图9—1—4桥式结线

a—外桥结线;b—内桥结线;c—全桥结线

内桥结线适用的范围是:

(1)电源线路校长(线路故障概率较大)的变电所; (2)不需经常切换变压器且负荷稳定的变电所; (3)没有穿越功率的变电所; (4)处于电网终端的变电所; (5)向一、二级负荷供电的情况。 3)全桥结线

由前述可知,在内桥结线中,当变压器发生故障时,线路将短时停止工作;而在外桥结线中,当线路发生故障时,变压器将短时停止工作。两种情况下,不能避免用操作客量较小的隔离开关切断空载电路。为了克服上述缺点,在内桥结线的基础上,再增加两个变压器断路器,组成具有5个断路器的全桥结线,如图9—1—4 c所示。一般对于电压在35kV、容量在7500kV·A以上,或电压为110kV、容量在31500kV·A以上的两台(三台等)变压器可采用全桥结线。

全桥结线操作方便、运行灵活,但它会使占地面积加大,投资增加。 4)方案选择。在具体应用上述各种结线方式时,应就技术、经济指标进行综合比较,从中选取合理的主结线系统。一般,矿山地面变电所均有两路电源进线和两台变压器,变压器原方电压为35~110kV,副方为6~10Kv(目前多为6Kv)。按其所在的网络结构划分,有双回高压网上的中途和终端变电所、环网上的变电所、单回开式网上的终端变电所等类型。下面结合这几种类型,简要说明方案的

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选择。

(1)对于双回高压电网上的中途变电所,一般可选用如图9—1—5 所示的单母线分段结线方案。因为对此类变电所通常有两点要求,其一是既保证本变电所的可靠性又保证后续变电所的可靠性;其二是它要兼起开、闭变电所的作用。所以,若按该图结线,则在任一段线路故障时,均可使其余三段线路按并串联方式正常运行,并使线路阻抗比一回线路全部跳闸时要小,即所形成的双回路贯穿式结线,可较好地保持后续变电所的电压质量。对于特大型变电所,当变压器台数较多时,可采用双母线结线。

图9—1—5双回路高压电网上的中间变电所

(2)对于双回高压电网上的终端变电所,可采用内桥(电源线路较长,需经常操作时)或外桥结线(变电所负荷变化较大,需经常切换电源变压器时)。若变电所内有3台变压器,可采用扩大内(外)桥结线。

(3)对于环形电网上的变电所,为了减少环形电网的解环次数,且尽量减少环内断路器的数目,以采用外桥结线为宜。当变电所内有三台变压器时,可采用扩大外桥结线。

(4)对于单回线开式电网上的终端变电所,可采用如图9—1—6 所示的“线路一变压器组”结线方式,即只有单侧电源、单回线路且变电所只装有一台变压器的结线方式。当负荷分别为二、三级时,采用这种结线具有结构简单、使用设备少、投资省、基建快等优点,但因其在线路或变压器故障或检修时均要停电,其可靠性较差。

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图9—1—6线路一变压器组结线

2.单母线结线

在单母线结线方式中,进、出线均设有旨在切断负荷与故障电流的断路器,并没有与母线连接的“母线隔离开关”和与线路连接的“线路隔离开关”。其中,前一种隔离开关用来在检修断路器时隔离母线,而后一种则用来防止在检修断路器时从用户侧反向送电,或防止雷电过电压侵入,从而保证维修人员和设备的安全。

单母线结线又分为分段和不分段两种形式。 1)单母线不分段。

单母线不分段结线方式原理如图9—1—7a所示。这种结构虽有线路简单、配电装置造价低的优点,但在性能上却不够灵活与可靠,特别是在处理母线系统故障或检修时,因需全线停电,故其一般只适用于小容量的用户。这里,母线系统是指由线本身与其隔离开关构成的系统。

2)单母线分段。

为克服单母线不分段结线工作可靠性和灵活性差的缺点,可根据电源的数目、功率、电网的结线情况,将母线分成若干段,这就形成了单母线分段结线方式。在这种方式中,通常每段接一或两个电源,其引出线分别接到各段上,并使各段引出线电能分配尽量与电源功率相平衡.且尽量减少各段之间的功率交换。

单母线分段结线又分为隔离开关分段的和断路器分段的两类,前一类的结线如图9—1—7b所示,适用于由双回路供电的、允许短时间停电的二级负荷用户;后一类的结线如同图9—1—7c所示,适用于一级负荷用户较多的情况。

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图9—1—7 单母线接线

a—不分段;b—隔离开关分段;c—断路器分段

在采用隔离开关分段的情况下,各段可分列或并列运行。一般多采用分列运行方式,只有在一路电源送电时,隔离开关方可投入运行。

在采用断路器分段的情况下,由于断路器除具有分段隔离开关的作用,能实现切断负荷电流或故障电流的功能外,还可在继电保护配合下,实现自动分、合闸。故在母线系统检修或故障时,以避免全部停电。

不管采用何种开关分段,在检修母线或电源系统故障时,单母线分段结线方式都不能避免使故障段母线的用户停电。对用断路器分段的单母线接有二级用户较多又无备用电源时,为避免长时停电造成较大经济损失,通常在变电所装备用母线来解决(即旁路母线或双母线),这比装负荷备用线路能节约有色金属与投资。

1.2.2 矿井电网中性点接线方式

电力系统中性点运行方式包括三种:中性点不接地方式,中性点经消弧线图接地方式,中性点直接接地方式。前两种可合称为中性点非有效接地方式,属小接地电流系统;后一种称为中性点有效接地方式,属大接地电流系统。中性点不同的运行方式,在电网发生单相接地时有明显的不同,因而决定着系统保护与监测装置的选择与运行。各种接地方式都有其优缺点,对不同电压等级的电网亦有各自的适用范围。

1.2.2.1 中性点不接地方式

我国3~10kV电网,一般采用中性点不接地方式。这是因为在这类电网中,单相接地故障占的比例很大,采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流,从而减轻其危害。中性点不接地电网,单相接地电流基本上由电网对地电容决定,

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其电路与相量关系如图9—1—8所示。

图9—1—8中性点不接地方式的电力系统

(a)—电路图;(b)—相量图

系统正常运行时,三相电A压对称,三相经对地电容入地的电流相量和为零,没有电流在地中流动。各相对地电压就等于相电压。

系统发生一相接地时,例如C相接地,如图9—1—8(a)所示。此时C相

???U??(?U?)?U?,B相对地电压对地电压为零,而A相对地电压UAACAC???U??(?U?)?U?,如图9—1—8 (b)所示。这表明,中性点不接地电网UBBCBC当发生一相接地时,其余两个非故障相相电压将升高到线电压,因而易使电网绝缘薄弱处击穿,造成两相接地短路。这是中性点不接地方式的缺点之一。

?应为A、B两相对地电容电流C相接地时,电网的接地电流(电容电流)IE之和。取电源到负荷为各相电流的正方向,可得

???(I??I?) IEC.AC.B(9—1—1)

?相位超前U?90°,在量值上,由于I??3I,由图9—1—8(b)可知,IECEC.A而IC.A?U?UA/XC?3IC0,故得 A/XC=3

IE?3IC0

(9—1—2)

即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流IC0的3倍。 对于短距离,电压较低的输电线路,因对地电容小,接地电流小,瞬时性故障往往能自动消除,故对电网的危害小,对通讯线路的干扰也小。对于高电压、长距离输电线路,单相接地电流一般较大,在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃,出现间歇电弧,引起电网产生高频振荡,形成过电压,可能击穿设备绝

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缘,造成短路故障。为了避免发生间歇电弧,要求3~10kV电网单相接地电流小于30A,35kV及以上电网小于10A。因此,中性点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜。

应该指出,中性点不接地电网发生单相接地时。三相用电设备的正常工作并未受到影响。从图9—1—8(b)可以看出,电网线电压的相位和量值均未发生变化,因此三相用电设备仍可照常运行。按我国规程规定,中性点不接地电网发生单相接地故障时,允许暂时继续运行两小时。如企业有备用线路,应将负荷转移到备用线路上去。经两小时后接地故障仍未消除时,就应该切除此故障线路。

对于危险易爆场所。当中性点不接地电网发生单相接地故障时,应立即跳闸断电,以确保安全。

1.2.2.2 中性点经消弧线图接地方式

当电网单相接地电流超出上述要求时,可采用中性点经消弧线圈接地的运行方式,如图9—1—9 所示。

图9—1—9中性点经消弧线圈接地的电力系统

(a)电路图;(b)相量图

消弧线圈实际上就是铁芯线圈式电抗器,其电阻很小,感抗很大,利用电抗器的感性电流补偿电网的对地电容电流,可使总的接地电流大为减少。设电网C相发生单相接地,则流过接地点的电网电容电流IE为:

???(I??I?)??j?C(U??U?)?3j?CU? (9—1—3) IEC.AC.BACBCC?U?? 消弧线圈的电感为L,其流过的电流为IL?C??j?cUCjXL?与I?相位差1800,如果选择消弧线圈使I和I的量值相等,则可达到因IELEL完全补偿,其条件为:

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故得:

??I??0 IEL(9—1—4)

L=

13?C2 (9—1—5)

完全补偿对熄灭接地电弧非常有利。但由于电网中具有线路电阻、对地绝缘电阻、接地过渡电阻及变压器和消弧线圈的有功损耗等,即使电容电流被完全补偿,故障点还是会流过一个不大的电阻电流。

这种接地方式在正常运行时,如果三相对地分布电容不对称,或发生一相断线时,可能出现消弧线圈与对地分布电容的串联谐振,这时变压器中性点将出现危险的高电位。为此,消弧线圈一般采用过补偿运行,即选择参数使电感电流大于电容电流,这是该接地方式的缺点之一。此外,因要根据运行电网的长短来决定消弧线圈投入的数量或调节其电感值,故系统运行较复杂,设备投资较大,实现选择性接地保护也比较困难。

与中性点不接地方式一样,中性点经消弧线圈接地方式当发生单相接地时,其它两相对地电压也要升高到线电压,但三相线电压正常,也允许继续运行两小时用于查找故障。

1.2.2.3 中性点直接接地方式

图9—1—10 是中性点直接接地方式电网在发生单相接地时的电路。这种单相接地,实际上就是单相短路,用符号K(1)表示.由于变压器和线路的阻抗都很

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小,故所产生的单相短路电流IK比线路中正常的负荷电流大得多。因而保护装

置动作使断路器跳闸或线路熔断器熔断,将短路故障部分切除,其它部分则恢复正常运行。

图9—1—10中性点直接接地的电力系统

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该类电网在发生单相接地时,其它两相对地电压不会升高,因此电网中供用电设备的绝缘只需按相电压考虑,这对于110kV及以上的高压、超高压系统有较大的经济技术价值。高压电器特别是超高压电器,其绝缘是设计和制造的关键,绝缘要求的降低,实际上就降低了造价,同时也改善了高压电器的性能。为此,我国110kV及以上的高压、超高压系统均采取中性点直接接地的运行方式。

对于380/220V低压配电系统,我国广泛采用中性点直接接地的运行方式,而且引出有中性线N和保护线PE。中性线N的功能,一是用于需要220V相电压的单相设备,二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流;三是减少负荷中性点的电位偏移。保护线PE的功能,是防止发生触电事故,保证人身安全。通过公共的PE线,将电气设备外露的可导电部分连接到电源的接地中性点上,当系统中设备发生单相接地(碰壳)故障时,便形成单相短路,使保护动作,开关跳闸,切除故障设备,从而防止人身触电。这种保护称保护接零。

按新的国家标准规定,凡含有中性线的三相系统,通称为三相四线制系统,即“TN”系统。

若中性线与保护线共用一根导线一保护中性线PEN,则称为“TN-C”系统;若中性线与保护线完全分开,各用一根导线,则称为“TN-S”系统;若中性线与保护线在前段共用,而在后段又全部或部分分开测称为“TN-C-S”系统。

1.2.3 负荷计算 1.2.3.1 负荷曲线

在电力系统中,用电设备所需用的电功率称为电力负荷,简称负荷。功率是表示能量变化速率的一个重要物理量。通常,电功率又分为有功功率、无功功率和视在功率。负荷有时也用电流表示。目前,供电部门分配的负荷指标是每小时平均有功功率,而不是视在功率。但对变电站(或配电所)的变压器或其它电器设备则常以视在功率为限额。

不论是一台用电设备,还是一组用电设备,其用电负荷均不可能保持固定不变,它在一昼夜内或一年内均随时间而变化。负荷曲线是用来表示一组用电设备的用电功率随时间变化关系的图形,它反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标系内,一般纵坐标表示电力负荷,横坐标表示时间。

负荷曲线按负荷对象分,有企业的、车间的或是某用电设备组的负荷曲线,

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按负荷的功率性质分,有有功和无功负荷曲线;按所表示负荷变动的时间分,有年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线或工作班的负荷曲线。日负荷曲线代表用户一昼夜(24h)实际用电负荷的变化情况。

图9—1—11 是某企业的日有功负荷曲线。图9—1—11 a是依点连成的负荷曲线。通常,为了使用方便,负曲线绘制成如图9—1—11 b的阶梯形负荷曲线。

图9—1—11日有功负荷曲线

日负荷曲线可用测量的方法来绘制。绘制的方法是:先将横坐标按一定时间间隔(一般为半小时)分格。再根据功率表读数,将每一时间间隔内功率的平均值,对应横坐标相应的时间间隔绘在图上,即得阶梯形负荷曲线。其时间间隔取得愈短,则该负荷曲线愈能反映负荷的实际情况。日负荷曲线与坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能数。

年负荷曲线代表用户全年(8760h)内用电负荷变化规律。企业的年负荷曲线可以根据企业一年中具有代表性的冬季和夏季的日负荷曲线来绘制。图9—1—12 就表示这种年负荷曲线绘制的方法。图9—1—12 a表示某企业具有代表性的夏季日负荷曲线,图9—1—12 b表示该企业具有代表性冬季日负荷曲线,图9—1—12 c是由此绘制约该企业的年负荷曲线。年负荷曲线的横坐标用一年365天的总时数8760h来分格。绘制年负荷曲线时,冬季日和夏季日所占的天数,应视当地的地理位置和气温情况而定。在我国北方,一般可近似地认为夏

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日165天,冬日200天;而在我国南方,则可以近似地认为夏日200天,冬日165天。图9—1—12 c就假定是绘制我国南方某企业的年负荷曲线。

图9—1—12年负荷曲线的绘制

上述年负荷曲线反映了企业全年负荷变动与负荷持续时间的关系,所以也称为年负荷持续时间曲线,一般就简称为年负荷曲线。还有另一种年负荷曲线,它是按全年每日的最大负荷(一般取为每日最大负荷的半小时平均值)绘制的,称为年每日最大负荷曲线,如图9—1—13 所示。横坐标依次以全年十二个月份的日期来分格。这种年最大负荷曲线,可用来确定拥有多台电力变压器的企业变电站在一年内不同时期宜于投入几台变压器运行,即所谓经济运行方式,以降低电能损耗,提高供电系统的经济效益。

图9—1—13年每日最大负荷曲线

从各种负荷曲线上,可以直观地了解负荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析,可以更深入地掌握负荷变动的规律,并可从中获得一些对设计和运行有用的资料。因此,负荷曲线对于从事企业供电设计和运行的人员来说,是很有用的。

1.2.3.2 负荷估算的方法

负荷估算是指在进行矿区总体设计或可行性研究时,对矿区内各企业(或某

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PjN?PN?/?,kW

(9—1—15)

式中 PjN——用电设备组从电网吸收容量,kW; ?——n台电动机的加权平均效率

??PN1?1?PN2?2???????PNn?n?Pi?1n

Ni然而,n台电动机同时运行的可能很小。我们可以定义同时运行系数Kai

Kai?在最大负荷期间投入运行的电动机的额定容量的总和

全部电动机的总额定容量则在最大负荷期间,电网供给该用电设备组的最大负荷为:

KKPPca???10siN?,kW

?(9—1—16)

考虑到用电设备组在运行时,供电线路上也会引起一些功率损耗,它也必须由电网提供,于是得:

Pca?K10KsiPN???l,kW (9—1—17)

式中 ?——供电线路效率,一般为0.95~0.98。 由式(9—1—16)用电设备组的需用系数:

Kd?PcaK10Ksi ?PN???l(9—1—18)

通过以上分析不难看出用电设备组的需用系数Kd的含义。它标示着用电设备组在投入电网运行时,需从电网实际取用的有功功率所必须考虑的一个综合系数。这个系数是与用电设备组的平均加权负荷系数K10、同时运行系数Ksi、电动机的加权平均效率?以及电网供电线路效率?l等系数有关。 2)需用系数法计算电力负荷

在确定了设备容量之后,可分别按下列情况按需用系数确定计算负荷。 (1)用电设备组计算负荷的确定

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用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中,可根据具体情况将用电设备分为若干组,再分别计算备用电设备组的计算负荷。其计算公式为:

?Pca?KdPN?,kW?Q?Ptan?,kvarN??ca ?22 (9—1—19)

?Sca?Pca?Qca,kVA??Ica?Sca/(3UN),A式中 Pca、Qca、Sca——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷; PN?——该用电设备组的设备总额定容量,kW,

UN——额定电压,V;

tan?——功率因数角的正切值;

Ica——该用电设备组的计算负荷电流,A; Kd——需用系数,由表9—1—13查得。 表9—1—13用电设备的Kd、cos?和tan?

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(2)多个用电设备组的计算负荷

在配电干线上或车间变电所低压母线上,常有多个用电设备组同时工作,但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现,因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时,应再计入一个同时系数Ksi,具体计算如下:

m??Pca?Ksi?(KdiPN?i),i?1,2,3....,mi?1?m??Qca?Ksi?(KdiPN?itan?i) ?i?1?22?Sca?Pca?Qca???Ica?Sca/(3UN) (9—1—20)

式中 Pca、Qca、Sca——为配电干线或变电站低压母线的有功、无功、视在计

算负荷;

Ksi——同时系数.其值见表9—1—14;

m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总

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数;

Kd、tan?i、PN?i——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角

正切值、总设备容量;

Ica——该干线或变电站低压母线上的计算电流,A; UN——该干线或低压母线上的额定电压,V。

注意:在计算多组用电设备组的总计算负荷时,为了简化和统一,一般各组设备的台数不论多少,各组的计算负荷均按表9—1—13所列Kd和cos?的值来计算,而不必考虑设备台数少而适当增大Kd和cos?值的问题。

表9—1—14工业企业需要时数的同时系数Kd

注:1.无功负荷的同时系数一般采用与有功负荷的同时系数Ksi相同数值。

2.当又全长各车间的设备容量直接计算全场最大负荷时,就同时诚意表中两个同时系数。

2.二项式法

用需要系数法进行负荷计算时,只按用电设备类别乘以不同的需要系数,而对用电设备组中容量最大的几台设备没有单独加以特殊的考虑,因而使计算结果常常偏小。二项式法则额外地计及了几台最大容量用电设备的影响,弥补了需要系数法的缺陷。但有时也可能矫枉过正,使计算结果偏大。

二项式法适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算,以及机械加工车间、机械装配车间和热处理车间等用电设备数量较少但容量差别较大的场所。

使用二项式法进行负荷计算时,应注意以下各项:

1)应将计算范围内的所有用电设备统一按性质分组(不按地点或车间分组)后进行计算。

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2)不必像需要系数法那样从末端负荷按接线图逐级向前计算,也没有同时系数。

3.利用系数法

该方法利用下式计算负荷: 其中

Pmax?kmkl?Pe

(9—1—21)

kl——利用系数,且kl?Pp ?Pe

km——最大系数,且km?Pmax

Pp由于利用系数kl和最大系数km的数据目前还比较缺乏,所以利用系数法的应用目前还不广泛。

1.2.3.4 矿井负荷的确定及主变容量的选择

由于井下地质条件、涌水量及工作环境等比较复杂,要准确计算井下电气设备的电力负荷,是一个比较复杂和困难的问题。因此在没有新的较准确的计算方法以前,仍然推荐在设计计算中使用需要系数法来进行井下电力负荷的计算。计算时按以下步骤:

(1)先根据井下用电设备布置及用电设备的单台容量大致确定井下设置的变电站的数目(包括固定和移动变电站)。

(2)井下采区变电站的负荷可按式(9—1—21)进行计算:

S??PNKr cos?(9—1—22)

式中 S——所计算的电力负荷总的视在功率,kVA;

?PN——参加计算的所有用电设备(不包括备用)额定功率之和,kW;

cos?——参加计算的电力负荷的平均功率因数;

Kr——需用系数,按以下两种情况选取。

A、单体支架,各用电设备无一定顺序起动的一般机组工作面,按式(9—1—23)计算需用系数:

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