问题探讨
电网允许电动机最大起动容量估算方法
许敦昂，范正生，姜茶水
（乐平矿务局设计院，江西乐平333300）
本文阐述电动机起动应具备的条件，介绍小电网供电系统允许电动机最大起动容量估算摘 要：
的经验式、经验数据和计算公式，重点讨论矿山常用供电系统允许电动机最大起动容量估算和应用方法，以及电动机起动实际压降验算。关键词： 电动机；最大起动容量；估算
中图分类号：TD614 文献标识码：B 文章编号：1001-0874（2005）06-0029-03
Estimation of Maximum PermissibIe Capacity for
Starting Motor from EIectric Network
XU Dun-ang ，FAN Zheng-sheng ，JIANG Cha-shui
（Designing Institute ，Leping Mining Administration ，Leping 333300，China ）
Abstract ： The paper expatiates the necessary conditions for starting motor and introduces the empirical formula ，empirical data and computational formula for estimating the maximum permissible capacity for starting motor from power distribution system of small electric network. The paper emphatically discusses the estimation of maximum permissible capacity for starting motor from power distribution system commonly used in mine ，and the checking computation of actual voltage drop at starting motor. Keywords ： motor ；maximum starting capacity ；estimation
本文主要讨论确定电网允许的鼠笼型电动机直接起动最大容量的估算方法及其起动压降的验算。2 电网应具备的条件
电动机起动除了要求其拖动力矩大于机械设备静力矩外，还必须保证起动时产生的电压降不致于影响电网其他设备的正常运行。
电动机起动时，对电网而言，应满足下列条件：（1）需频繁起动的电动机起动时，在配电线路末端的电压降应≤10%；
（2）偶尔起动的电动机起动时，配电母线末端的电压降不宜>15%；
（3）配电线路上未接其他对电压波动敏感的负荷，且能保证所拖动的机械要求的起动转矩时，配电母线末端电压降允许达20%；
1 问题的提出
我局北部矿区由35/6kV 区域变电站供电，矿井已在二水平开采，供电线路长。因水患严重，在一水平和二水平中央泵房分别安装多台大功率主排水泵。以往选择电动机只注意电机功率满足所传动机械性能要求，而多忽略了电网容量对电机功率的限制；选择电动机的起动方式时，往往比较随意，要么全部采用降压起动，要么全部采用直接起动，缺少认真的分析比较，给运行管理带来一些困难。就电网经济性、设备投资和设备维护而言，应优先采用鼠笼型电动机和直接起动方式。因此，如何确定电网允许的电动机最大容量、如何选择电动机的起动方式，对电机的正常起动、电网的稳定和设备的正常运行十分重要。
（4）由变压器单独供电的电动机，配电母线上未接其他负荷，其允许的电压降可由被传动机械所要求的起动转矩确定，还应保证开关接触器线圈的电压不低于释放电压；
（5）电动机起动时，电网总负荷容量不应超过供电设备（如变压器）或电网的过载能力。
对变压器而言，在计及其他正常负载的条件下，加上电动机起动容量及起动次数所构成的负荷，应不超过变压器标准所限定的范围。一般情况下，上S Q =K i ・M ・S N ・M +β・S N
式中：S N —变压器的额定容量，kVA ；
S Q —电动机起动时变压器的输出容量，kVA ；U d %—变压器阻抗电压降百分数，查变压器参数表；
ΔU %—电动机起动时配电母线上的压降百分数；
K i ・M —电动机起动电流倍数，为起动电流/额定电流，全压直接起动取K =6～7；
述总负荷不超过变压器额定容量的1. 15倍。3 允许电动机直接起动最大容量
目前有多种估算和计算方法。（1）按经验公式估算
I st /I N ≤0. 75+S N /（4・P N ）式中：
I st —电动机起动电流，A ；I N —电动机额定电流，A ；P N —电动机额定功率，kW ；S N —变压器额定容量，kVA 。
能满足上式，则可直接起动。此方法只适用于小容量网路、小型电机或专用变压器供电的用户。
（2）查表
一些有关手册给出了经验数值，可供估算时查阅，如表1。
表1 允许电动机直接起动功率经验数据
电网小容量高压变压器-状况
发电厂
变电所线路
电动机组经常起动，不大于变电动机允许直接每1kVA
压器容量不超过电功率不起动的笼发电机容的20%；不机连接线大于变型电动机量为0. 1经常起动，路上短路压器容功率（kW ）～0. 12kW 不大于变容量的3%
量的
压器容量80%
的30%
表中经验数是根据电源容量估算，它不反映线路电压水平，对大容量电源系统而言，给出的允许电机容量范围较大，其压降估算值相差较大。
（3）根据系统压降估算
对小网路，供电线路短，由变压器二次侧母线直接馈电的电动机，在一般工程计算中可忽略系统阻抗的影响，只考虑变压器阻抗为影响此压降的主要因素，只需计算变压器二次侧出线端的压降。
根据变压器阻抗压降的含义知，变压器的阻抗压降与变压器的输出容量成正比，有：
S N /S Q =U d %/ΔU %
i ・M S N ・M —电动机的额定容量，
S N ・M =P N ・M /cos ФN ・M ；
P N ・M —电机的有功功率，kW ；
cos ФN ・M —电机额定功率因数，0. 8～0. 9；β—除起动电动机外，变压器所供其他负荷占变压器容量的系数；
取cos ФN ・M =0. 8，整理后得：
P N ・M =0. 8・（ΔU %-βU d %）S N （/K i ・M ・U d %） 变压器阻抗电压降百分数（U d %）是一定的，对应不同的负荷率β，在满足不同的母线电压降ΔU %情况下，用上式可分别求出电动机直接起容量与变压器容量之比（P N ・M /S N ）。
对于（6/0. 4）变压器，容量为100～500kVA 时，其阻抗压降为4%，变压器容量为630～1000kVA 时其阻抗压降为4. 5%，若取变压器负荷率为β=0. 6，
可求出P N ・M /S N 值，见表2。表2 电动机起动容量P N ・M /S N （β=0. 6时）
ΔU %N ・M N N ・M N （U %=4）
（U %=4. 5）
50. 075
0. 058
100. 2160. 186120. 2740. 236150. 3600. 31220
0. 503
0. 439
（4）矿山常用大网络供电系统允许电动机直接起动容量计算
对矿区区域变电站供电线路长，多支路，由多级变（配）电所供电，我们称之为大网络供电系统。此时不可以忽略系统阻抗的影响，可用无限容量电源下各参数计算办法。一般认为，电源容量与电动机起动容量之比>5，
在起动（或系统短路）过程中电源电压维持不变，属于无限电源系统，大中型矿山区域变电站供电系统多属这类。
此时允许电动机直接起动的条件为———电动机起动时，在母线电压下降情况下的电网容量应大于
电动机的起动容量，即：
K i ・M ・S N ・M
Q L —网路中其他负载的无功功率，MVAR ；α—电压降系数，
/U N -ΔU %・U N ）α=ΔU %・U N （=ΔU %/（1-ΔU %）
因此，大网络供电系统中允许直接起动的电动累计得实际电压降。具体注意以下几点：
（1）电机起动前的电压，要按额定有功负荷查出对应负荷矩下的线路压降；
（2）按变压器在电机起动前的原有负荷率，查出对应功率因数下的电压降；
（3）电动机起动前的总电压降为变压器压降与线路压降之和；
（4）计算电动机起动容量时，起动功率因数按0. 25～0. 30计；
机最大有功功率的计算式为：
P N
cos ΦN ・M /（1-ΔU %）・K i ・M
若取cos ΦN ・M =0. 8，K i ・M =7进行估算，可简化为：
P N
（1）可用上式估算电动机连接母线上的电压降是否小于起动条件给定的允许压降ΔU %；
（2）计算电动机连接母线的三相短路容量S K ，其计算式为：
S K =（10-3・U 2eb /・ΣZ ， MVA 式中：U 2eb —变压器二次侧空载电压，kV ；
ΣZ —电动机连接母线网路各环节的总阻抗，
包括变压器、输电线路、电缆线路。可略去变压器线圈有效电阻，只计每相线圈电抗。
（3）在计算线路阻抗ΣZ 时，为简单起见，可根据阻抗相等的原则，以一种截面的电缆为基准，取换算系数，求出各段导线或电缆的换算长度，再计算阻抗。
（4）网络中其他负荷的无功功率Q L ，可根据占用的变压器容量负荷系数β和电网功率因数进行计算。
（5）若电动机直接起动不能符合电压降要求，则选用降压起动。
5 电动机起动实际电压降的验算
验算电动机直接起动时的实际电压降可用负荷矩表和变压器负荷率电压降表分别查干线路、支线路和变压器在对应负荷（负荷率）下的电压降，三者
（5）计算电动机起动时电网的其他负荷，要按起动前实际电压水平下的有功负荷计；
（6）计算线路阻抗，同样可按前述的换算系数法，得出换算长度，由此求出各段线路阻抗和对应的负荷矩，再查表得相应的线路压降；
（7）起动时的变压器压降，按电机起动负荷与起动时其他负荷之和所占变压器的负荷率和电网功率因数，查出对应的电压降；
上述（6）、（7）之和即为电动机起动时在电动机连接母线端的压降。
用查表法验算起动压降，忽略了电源系统电抗，即在电动机起动时变压器电源侧电压认为是不变的，其结果还是比较准确的，可以满足现场工程计算的要求。从常用手册中可查到各种材质、截面导线的不同负荷矩对应的压降，也可查到各种变压器不同功率因数、负荷率下的压降，因此在使用也比较方便。
另外，也可应用阻抗、压降成比例原则，用计算公式验算电动机起动时的实际电压。6 结语
综上所述，应用允许电动机起动容量的估算方法，要注意其应用条件和范围。矿山供电系统多属无限电源容量系统，应选用大网路系统起动容量估算方法。估算中只提供了一个选择鼠笼型电动机的容量范围，要判别电机所连接母线在电机起动时的实际电压水平及电压降对其他设备运行的影响，还需进行电压验算。
作者简介：许敦昂（1963-），男，高级工程师。毕业于淮南矿业学
院工业电气自动化专业，现在乐平矿务局从事机电技术工作，发表文章多篇。
（收稿日期：2005-06-16；责任编辑：陈锡强）
问题探讨
电网允许电动机最大起动容量估算方法
许敦昂，范正生，姜茶水
（乐平矿务局设计院，江西乐平333300）
本文阐述电动机起动应具备的条件，介绍小电网供电系统允许电动机最大起动容量估算摘 要：
的经验式、经验数据和计算公式，重点讨论矿山常用供电系统允许电动机最大起动容量估算和应用方法，以及电动机起动实际压降验算。关键词： 电动机；最大起动容量；估算
中图分类号：TD614 文献标识码：B 文章编号：1001-0874（2005）06-0029-03
Estimation of Maximum PermissibIe Capacity for
Starting Motor from EIectric Network
XU Dun-ang ，FAN Zheng-sheng ，JIANG Cha-shui
（Designing Institute ，Leping Mining Administration ，Leping 333300，China ）
Abstract ： The paper expatiates the necessary conditions for starting motor and introduces the empirical formula ，empirical data and computational formula for estimating the maximum permissible capacity for starting motor from power distribution system of small electric network. The paper emphatically discusses the estimation of maximum permissible capacity for starting motor from power distribution system commonly used in mine ，and the checking computation of actual voltage drop at starting motor. Keywords ： motor ；maximum starting capacity ；estimation
本文主要讨论确定电网允许的鼠笼型电动机直接起动最大容量的估算方法及其起动压降的验算。2 电网应具备的条件
电动机起动除了要求其拖动力矩大于机械设备静力矩外，还必须保证起动时产生的电压降不致于影响电网其他设备的正常运行。
电动机起动时，对电网而言，应满足下列条件：（1）需频繁起动的电动机起动时，在配电线路末端的电压降应≤10%；
（2）偶尔起动的电动机起动时，配电母线末端的电压降不宜>15%；
（3）配电线路上未接其他对电压波动敏感的负荷，且能保证所拖动的机械要求的起动转矩时，配电母线末端电压降允许达20%；
1 问题的提出
我局北部矿区由35/6kV 区域变电站供电，矿井已在二水平开采，供电线路长。因水患严重，在一水平和二水平中央泵房分别安装多台大功率主排水泵。以往选择电动机只注意电机功率满足所传动机械性能要求，而多忽略了电网容量对电机功率的限制；选择电动机的起动方式时，往往比较随意，要么全部采用降压起动，要么全部采用直接起动，缺少认真的分析比较，给运行管理带来一些困难。就电网经济性、设备投资和设备维护而言，应优先采用鼠笼型电动机和直接起动方式。因此，如何确定电网允许的电动机最大容量、如何选择电动机的起动方式，对电机的正常起动、电网的稳定和设备的正常运行十分重要。
（4）由变压器单独供电的电动机，配电母线上未接其他负荷，其允许的电压降可由被传动机械所要求的起动转矩确定，还应保证开关接触器线圈的电压不低于释放电压；
（5）电动机起动时，电网总负荷容量不应超过供电设备（如变压器）或电网的过载能力。
对变压器而言，在计及其他正常负载的条件下，加上电动机起动容量及起动次数所构成的负荷，应不超过变压器标准所限定的范围。一般情况下，上S Q =K i ・M ・S N ・M +β・S N
式中：S N —变压器的额定容量，kVA ；
S Q —电动机起动时变压器的输出容量，kVA ；U d %—变压器阻抗电压降百分数，查变压器参数表；
ΔU %—电动机起动时配电母线上的压降百分数；
K i ・M —电动机起动电流倍数，为起动电流/额定电流，全压直接起动取K =6～7；
述总负荷不超过变压器额定容量的1. 15倍。3 允许电动机直接起动最大容量
目前有多种估算和计算方法。（1）按经验公式估算
I st /I N ≤0. 75+S N /（4・P N ）式中：
I st —电动机起动电流，A ；I N —电动机额定电流，A ；P N —电动机额定功率，kW ；S N —变压器额定容量，kVA 。
能满足上式，则可直接起动。此方法只适用于小容量网路、小型电机或专用变压器供电的用户。
（2）查表
一些有关手册给出了经验数值，可供估算时查阅，如表1。
表1 允许电动机直接起动功率经验数据
电网小容量高压变压器-状况
发电厂
变电所线路
电动机组经常起动，不大于变电动机允许直接每1kVA
压器容量不超过电功率不起动的笼发电机容的20%；不机连接线大于变型电动机量为0. 1经常起动，路上短路压器容功率（kW ）～0. 12kW 不大于变容量的3%
量的
压器容量80%
的30%
表中经验数是根据电源容量估算，它不反映线路电压水平，对大容量电源系统而言，给出的允许电机容量范围较大，其压降估算值相差较大。
（3）根据系统压降估算
对小网路，供电线路短，由变压器二次侧母线直接馈电的电动机，在一般工程计算中可忽略系统阻抗的影响，只考虑变压器阻抗为影响此压降的主要因素，只需计算变压器二次侧出线端的压降。
根据变压器阻抗压降的含义知，变压器的阻抗压降与变压器的输出容量成正比，有：
S N /S Q =U d %/ΔU %
i ・M S N ・M —电动机的额定容量，
S N ・M =P N ・M /cos ФN ・M ；
P N ・M —电机的有功功率，kW ；
cos ФN ・M —电机额定功率因数，0. 8～0. 9；β—除起动电动机外，变压器所供其他负荷占变压器容量的系数；
取cos ФN ・M =0. 8，整理后得：
P N ・M =0. 8・（ΔU %-βU d %）S N （/K i ・M ・U d %） 变压器阻抗电压降百分数（U d %）是一定的，对应不同的负荷率β，在满足不同的母线电压降ΔU %情况下，用上式可分别求出电动机直接起容量与变压器容量之比（P N ・M /S N ）。
对于（6/0. 4）变压器，容量为100～500kVA 时，其阻抗压降为4%，变压器容量为630～1000kVA 时其阻抗压降为4. 5%，若取变压器负荷率为β=0. 6，
可求出P N ・M /S N 值，见表2。表2 电动机起动容量P N ・M /S N （β=0. 6时）
ΔU %N ・M N N ・M N （U %=4）
（U %=4. 5）
50. 075
0. 058
100. 2160. 186120. 2740. 236150. 3600. 31220
0. 503
0. 439
（4）矿山常用大网络供电系统允许电动机直接起动容量计算
对矿区区域变电站供电线路长，多支路，由多级变（配）电所供电，我们称之为大网络供电系统。此时不可以忽略系统阻抗的影响，可用无限容量电源下各参数计算办法。一般认为，电源容量与电动机起动容量之比>5，
在起动（或系统短路）过程中电源电压维持不变，属于无限电源系统，大中型矿山区域变电站供电系统多属这类。
此时允许电动机直接起动的条件为———电动机起动时，在母线电压下降情况下的电网容量应大于
电动机的起动容量，即：
K i ・M ・S N ・M
Q L —网路中其他负载的无功功率，MVAR ；α—电压降系数，
/U N -ΔU %・U N ）α=ΔU %・U N （=ΔU %/（1-ΔU %）
因此，大网络供电系统中允许直接起动的电动累计得实际电压降。具体注意以下几点：
（1）电机起动前的电压，要按额定有功负荷查出对应负荷矩下的线路压降；
（2）按变压器在电机起动前的原有负荷率，查出对应功率因数下的电压降；
（3）电动机起动前的总电压降为变压器压降与线路压降之和；
（4）计算电动机起动容量时，起动功率因数按0. 25～0. 30计；
机最大有功功率的计算式为：
P N
cos ΦN ・M /（1-ΔU %）・K i ・M
若取cos ΦN ・M =0. 8，K i ・M =7进行估算，可简化为：
P N
（1）可用上式估算电动机连接母线上的电压降是否小于起动条件给定的允许压降ΔU %；
（2）计算电动机连接母线的三相短路容量S K ，其计算式为：
S K =（10-3・U 2eb /・ΣZ ， MVA 式中：U 2eb —变压器二次侧空载电压，kV ；
ΣZ —电动机连接母线网路各环节的总阻抗，
包括变压器、输电线路、电缆线路。可略去变压器线圈有效电阻，只计每相线圈电抗。
（3）在计算线路阻抗ΣZ 时，为简单起见，可根据阻抗相等的原则，以一种截面的电缆为基准，取换算系数，求出各段导线或电缆的换算长度，再计算阻抗。
（4）网络中其他负荷的无功功率Q L ，可根据占用的变压器容量负荷系数β和电网功率因数进行计算。
（5）若电动机直接起动不能符合电压降要求，则选用降压起动。
5 电动机起动实际电压降的验算
验算电动机直接起动时的实际电压降可用负荷矩表和变压器负荷率电压降表分别查干线路、支线路和变压器在对应负荷（负荷率）下的电压降，三者
（5）计算电动机起动时电网的其他负荷，要按起动前实际电压水平下的有功负荷计；
（6）计算线路阻抗，同样可按前述的换算系数法，得出换算长度，由此求出各段线路阻抗和对应的负荷矩，再查表得相应的线路压降；
（7）起动时的变压器压降，按电机起动负荷与起动时其他负荷之和所占变压器的负荷率和电网功率因数，查出对应的电压降；
上述（6）、（7）之和即为电动机起动时在电动机连接母线端的压降。
用查表法验算起动压降，忽略了电源系统电抗，即在电动机起动时变压器电源侧电压认为是不变的，其结果还是比较准确的，可以满足现场工程计算的要求。从常用手册中可查到各种材质、截面导线的不同负荷矩对应的压降，也可查到各种变压器不同功率因数、负荷率下的压降，因此在使用也比较方便。
另外，也可应用阻抗、压降成比例原则，用计算公式验算电动机起动时的实际电压。6 结语
综上所述，应用允许电动机起动容量的估算方法，要注意其应用条件和范围。矿山供电系统多属无限电源容量系统，应选用大网路系统起动容量估算方法。估算中只提供了一个选择鼠笼型电动机的容量范围，要判别电机所连接母线在电机起动时的实际电压水平及电压降对其他设备运行的影响，还需进行电压验算。
作者简介：许敦昂（1963-），男，高级工程师。毕业于淮南矿业学
院工业电气自动化专业，现在乐平矿务局从事机电技术工作，发表文章多篇。
（收稿日期：2005-06-16；责任编辑：陈锡强）