Проектирование и расчет системы электроснабжения подземных участков калийных рудников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Министерство образования и науки Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Кафедра электрификации и автоматизации горного производства

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Проектирование и расчёт системы электроснабжения подземных участков калийных рудников

Выполнил: студент гр. ЭАПУ-04-2

Проверил: старший преподаватель

Пермь 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание по курсовому проектированию

Введение

1. Общие данные

2. Выбор мощности питающих подстанций

3. Расчёт кабельной сети

4. Определение приведённых длин кабелей

5. Расчёт токов короткого замыкания

6. Расчёт сети по потере напряжения при нормальной работе электроприемников

7. Проверка параметров сети по условию пуска

8. Выбор аппаратуры управления и защиты

9. Выбор и проверка уставок максимально-токовой защиты низковольтных аппаратов

10. Выбор и проверка уставок срабатывания защиты высоковольтного распредустройства

11. Защитное заземление оборудования

12. Заключение

Список литературы

Введение

Система электроснабжения любого предприятия должна обеспечивать высокое качество электроэнергии, надежность и бесперебойность электроснабжения, безопасность и экономичность всех элементов системы.

Особенности подземных горных работ шахт и рудников обуславливают целый ряд дополнительных требований к электроснабжению подземных электроприемников:

1. Гибкость и мобильность в связи с непрерывным перемещением или периодическим передвижением за продвижением горных работ основных механизмов добычных и подготовительных работ (добычных и проходческих комбайнов, погрузочных машин, конвейеров, лебедок и др.)

2. Применение электрооборудования во взрывобезопасном исполнении с искробезопасной цепью управления.

3. Минимальные габариты электрооборудования по причинам ограниченного пространства горных выработок и стесненных условий его монтажа.

4. Высокая механическая прочность и стойкость к вибрациям электрооборудования.

Рациональный способ прокладки кабельных линий по электрическим скважинам, широко применяемый в угольной промышленности, неприменим для калийных рудников ввиду опасности проникновения воды в подземные выработки. В подземном электроснабжении широко применяется принцип глубокого ввода, когда высокое напряжение, в данном случае 6 кВ, подводится по возможности ближе к потребителю распределительными сетями. Основное оборудование - проходческие и очистные комбайновые комплексы, магистральные и участковые конвейерные установки, питаются напряжением 660 В, электроинструмент и рудничное освещение - напряжением 127 В.

Все понизительные трансформаторы в подземных условиях работают в режиме изолированной нейтрали.

В ближайшей перспективе развития электроснабжения рудников уже встает вопрос о переходе на основное рабочее напряжение 1140 В.

1. Общие данные

Исходной для расчетов является схема электроснабжения участка, нанесенная на схематический план горных работ, с указанием мест установки электрооборудования, типов и мощности электроприемников, длин участков кабельной сети высокого (ВН) и низкого (НН) напряжений.

На основе данной схемы составляется схема электроснабжения с указанием длин участков кабельной сети ВН и НН, расчетных точек к.з., расчетной мощности трехфазного к.з. на шинах ЦПП, номинальной мощности и типа электроприемников, номинальных значений номинального тока и пускового тока электроприемников. На данную схему по ходу расчетов наносятся марки и сечения кабелей, величины токов к.з., токи уставок защиты, указываются типы выбранных защитно-коммутационных аппаратов и др.

2. Выбор мощности питающих подстанций

На основе схемы электроснабжения производится группировка электроприемников, которые должны получать питание от одиночных комплектных трансформаторных подстанций (КТП). Параллельная работа КТП не допускается.

Составляется таблица 2.1 с указанием технических данных электроприемников. Эта таблица необходима для определения суммарной установленной мощности электроприемников, питающихся от КТП.

Таблица 2.1.

Наименование привода или другого электроприемника	Тип двигателя	Кол, шт.		n, об/мин
			Рном, кВт	Iном, А	КПД, %	сos, о.е.	I п.ном Iном	Рном, кВт	В том числе
									Iгр.	IIгр.
Включенные отдельно от РП-2
Освещение - АП-4	-	1	4	3,5	86	0,88	3	4	-	4	-
Вентилятор СВМ-6	ВРМ160М2	1	24	27	91	0,87	6,0	24	-	24	-
Самоходный вагон 5ВС-15:		122
Ходовая часть	АВТ15-4/6/12У5	2	22/46/23	26/56/48	78	0,92/0,91/0,56	5,8/5,0/3,8	92	-	92	1500/1000/500
Конвейер и маслостанция	АВК30/15-4/8-У5	1	30/15	40/21	90	0,85	-	30	-	30	1500/750
Итого: 150
Включенные от РП-1
Комбайн ПК8МА		398
Пылеотсос	КОФ22-2	1	20	22	89	0,93	5,5	20	20	-	-
Конвейер	КО12-4	1	11	13	88	0,85	5,9	11	11	-	-
Бермовые фрезы и маслонасос	ЭДКО4-2МУ5	1	105	119	91	0,84	6	105	105	-	-
Режущий орган	ВАОПК280S4	2	110	123	91	0,86	6	220	220	-	-
Фидер 127 В	-	1	12	14	86	0,88	-	12	12	-	-
Конвейер БП-14	ВРП180М4У2,5	1	30	34	90	0,87	6	30	30	-	1500
Итого: 398
Итого для КТП: 548

Расчетная мощность КТП определяется по формуле:

кВ•А

где: - сумма номинальных мощностей электроприемников питающихся от одной КТП, кВт;

Кс - коэффициент спроса группы электроприемников;

cos - средневзвешенный коэффициент мощности группы электроприемников;

По данным исследований выполненных кафедрой ЭАГП ПГТУ, для комбайновых комплексов калийных рудников ОАО «Уралкалий» = 0,65 и = 0,7.

К установке принимаются КТП мощности, ближайшей к расчетной по стандартной шкале мощностей. Мощность КТП может быть выбрана с учетом допустимых перегрузок в соответствии с заводскими данными. Выбираем КТП мощностью 630 кВ·А типа ТСВП-630/6 [1, табл.1.2].

Коэффициент загрузки трансформатора в:

где: SП - мощность подстанции, кВ•А;

Sр - расчетная мощность подстанции, кВ•А.

Согласно проведенному расчету подстанция загружена на 80,8%, что соответствует допустимым нормам, то есть находится в пределах (60-120)%.

Основные технические данные ТСВП-630/6 приведены в табл. 2.2

Технические данные КТП

Таблица 2.2.

Параметр	Значение
Номинальная мощность, кВА	630
Номинальное напряжение ВН, кВ	6
Номинальное напряжение НН, кВ	0,69
Сопротивление обмотки RТР, Ом	0,0056
Сопротивление обмотки ХТР, Ом	0,026
Номинальный ток обмотки ВН, А	60,7
Номинальный ток обмотки НН, А	527
IКЗ обмотки НН при SКЗ=50МВА на вводе КТП	11330
Напряжение короткого замыкания, %	3,5
Потери КЗ, Вт	4700
Потери ХХ, Вт	2690
Ток холостого хода, %	1,5
Коммутационные защитные устройства
Тип автоматического выключателя (АВ)	А3742У
Тип защиты	УМЗ
Уставка УМЗ IУ, А	1000ч3000
Уставка АВ IЭМЭ, А	4000
Габаритные размеры и масса КТП
Длина, мм	3770
Высота, мм	1580
Ширина, мм	1170
Масса, кг	4850

3. Расчет кабельной сети

Сечение кабелей допустимое по нагреву:

Расчетный ток для кабеля ВН, питающего КТП определяется по формуле:

А

где: IР.ТР(ВН) - расчетный ток трансформатора со стороны 6 кВ, А

UНОМ.ТР(ВН) - расчетное напряжение питания КТП, кВ.

Расчетный ток для фидерных и магистральных кабелей, питающих группу электроприемников определяется по формулам:

где: UНОМ - номинальное напряжение электроприемников, кВ.

при = 0,65 и = 0,7.

При питании одиночных электроприемников расчетный ток принимается равным номинальному току электроприемника.

Расчетный ток для фидерного кабеля-1 (от КТП до РП-1):

Расчетный ток для фидерного кабеля-2 (от КТП до РП-2):

Расчетный ток для магистрального кабеля (от РП-1 до ПК-8МА):

Расчетный ток для кабеля от ПК-8М до БП-14:

Расчетный ток для кабеля от РП-2 до самоходного вагона 5ВС-15М:

Расчетный ток для кабеля от РП-2 до СВМ-6:

Расчетный ток для кабеля от РП-2 до АП-4:

Расчётный ток для сети освещения 127 В:

По расчетным токам определяется ближайшее большее стандартное сечение кабеля, соблюдая условие:

IДОП.=Кх?IS.H Iр.к.

где: Кх - поправочный коэффициент на токи для кабелей в зависимости от температуры окружающей среды (+15?С) и допустимого нагрева жилы;

IS.H - длительно допустимый ток по условию нагрева при температуре окружающего воздуха +25?С.

Для питания КТП выбираем кабель ЭВТ-6 3х16 + 1х10, t=65°С, Is.н.=80А, Sж=16мм2:

Для фидера 1 выбираем кабель марки КГЭШТ 3х70 + 1х10, t=90°С, Is.н.=306А, Sж=70мм2:

Для фидера 2 выбираем кабель марки КГЭШ 3х25 + 1х10, t=75°С, Is.н.=136А, Sж=25мм2:

Для магистрального кабеля выбираем кабель марки КГЭШТ 3х70 + 1х10, t=90°С, Is.н.=306А, Sж=70мм2:

Для кабеля от ПК-8МА до БП-14 выбираем кабель марки КГЭШ 3х4 + 1х2,5, t=75°С, Is.н.=45А, Sж=4мм2:

Для кабеля от РП-2 до самоходного вагона выбираем кабель марки КГЭС 4х10 + 1х10, t=75°С, Is.н.=75А, Sж=10мм2.

При нахождении кабеля в бухтах или на барабанах допустимый ток должен быть снижен на 30% против номинального, (КБ=0,7):

где: КПВ - коэффициент учитывающий повторно-кратковременный режим работы двигателей АВТ15 с ПВ=25% по заводским данным

Для питания сети освещения 127 В выбираем кабель марки КГЭШ 3х4 + 1х2,5, t=75°С, Is.н.=45А, Sж=4мм2:

Для кабеля от РП-2 до вентилятора местного проветривания СВМ-6 выбираем кабель марки КГЭШ 3х4 + 1х2,5, t=75°С, Is.н.=45А, Sж=4мм2:

Для кабеля от РП-2 до АП-4 выбираем кабель марки КГЭШ 3х4 + 1х2,5, t=75°С, Is.н.=45А, Sж=4мм:

Сечение кабелей по условию экономичности:

Продолжительность максимума нагрузки Тmax=3000ч4000 ч/год для комбайновых комплексов калийных рудников.

Экономическое сечение кабеля питающего КТП (от УРП-6 до КТП):

мм2

где: jэк - экономическая плотность тока, А/мм2, для для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией и медными жилами jэк=3,1.

В соответствии с ПУЭ сети с напряжением до 1 кВ проверке по экономичности плотности тока при Тmax < 5000 ч/год не подлежат.

Сечение кабелей по условиям механической прочности:

По условиям механической прочности минимальное сечение кабелей Sмех принимается равным:

а) для питания КТП напряжением 6 кВ - 16 мм2;

б) для питания пусковых агрегатов напряжением 660/133 В - 10 мм2;

в) для отдельно установленных и периодически перемещаемых электроприёмников - 16 мм2;

г) для сети освещения напряжением 127 В - 2,5 мм2.

Проверка выбранных сечений кабелей по условиям термической стойкости производится после определения величин трехфазных токов к.з.

Результаты расчетов и окончательный выбор кабелей приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Наименование кабелей	Расчетный ток , А	Марка кабеля	Сечение жилы (мм2), по условиям	Выбранное сечение жилы , мм2
				,
Кабель 6 кВ от УРП-6 до КТП 630 кВА		ЭВТ-6, 4 жилы	16 мм2 , А	=16 =15,91	=16 мм2 80
Фидерный кабель 1 от КТП до РП-1	325,62	КГЭШТ, 4 жилы	70 мм2, 306 А	25 мм2, _____	=70 мм2, 306 А
Фидерный кабель от КТП 2 от РП-2	121,5	КГЭШ, 4 жилы	25 мм2 , 136 А	25 мм2, _____	=25 мм2, 136 А
Магистральный кабель от РП-1 до ПК-8МА	325,62	КГЭШТ, 4 жилы	70 мм2, 306 А	25 мм2, _____	=70 мм2, 306 А
Кабель от РП-2 до 5ВС-15М	98,82	КГЭС, 4 жилы	10 мм2 , 75 А	16 мм2, _____	=16 мм2, 105 А
Кабель от РП-2 до СВМ-6	27	КГЭШ, 4 жилы	4 мм2 , 45 А	16 мм2, _____	=16 мм2, 105 А
Кабель от РП-2 до АП-4	3,5	КГЭШ, 4 жилы	4 мм2 , 45 А	10 мм2, _____	=10 мм2, 75А
Кабель от АП-4	17,4	КГЭШ, 4 жилы	4 мм2 , 45 А	2,5 мм2, _____	=4 мм2, 45 А
Кабель от ПК-8М до БП-14	34	КГЭШ, 4 жилы	4 мм2 , 45 А	10 мм2, _____	=10 мм2, 75 А

На данном этапе сечение кабелей, допустимое по нагреву, сечение кабелей по условию экономической плотности и сечение по условию механической прочности удовлетворяют нашим условиям.

4. Определение приведенных длин кабелей

Кабельная сеть участка обычно состоит из кабелей, имеющих различные сечения, длину и сопротивление. Для упрощения расчетов токов короткого замыкания все кабели приводятся к кабелю сечением силовых жил 50 мм2.

Приведенная длина кабельной линии находится по формуле

где li - фактические длины кабелей различных сечений от базовой расчетной точки;

kn.i- коэффициенты приведения кабелей к кабелю сечением 50 мм2 ;

n - число участков кабелей включенных последовательно.

При расчетах токов к.з. в сети НН учитывается и влияние сети ВН. Приведенная длина кабельной сети ВН приводится к сети НН по формуле

где l* вн - приведенная длина кабелей ВН от базовой расчетной точки;

kТ - коэффициент трансформации трансформатора КТП, при номинальных напряжениях 6/0,69 кВ kТ = 8.7;

kn(BH) - коэффициент для перевода приведенной длины кабелей сети ВН к приведенной длине кабельной сети НН; при номинальных напряжениях 6/0,69kn(BH) = 0,0132.

Резудьтаты расчетов сведены в таблицу 4.1.

Приведенные длины кабелей

Таблица 4.1.

Наименование кабеля	Сечение силовой жилы, мм2	Фактическая длина , км	Коэффициент приведения	Приведенная длина кабеля
				В сети ВН	В сети ВН
Кабель от ЦПП до РПП-6	95 мм2	0,95	0,54	0,513	0,022
Кабель от РПП до УРП	70 мм2	0,75	0,72	0,54
Кабель от УРП до КТП	16 мм2	0,19	3,06	0,5814
Фидерный кабель 1	70 мм2	0,13	0,72		0,0936
Фидерный кабель 2	25 мм2	0,13	1,97		0,2561
Магистральный кабель	70 мм2	0,22	0,72		0,1584
Кабель от ПК-8МА до БП-14	10 мм2	0,01	4,92		0,0492
Кабель от РП-2 до 5ВС-15М	16 мм2	0,22	3,06		0,6732
Кабель от РП-2 до СВМ-6	16 мм2	0,06	3,06		0,1836
Кабель от РП-2 до АП-4	10 мм2	0,002	4,92		0,00984
Кабель от АП-4	4 мм2	0,19	1		0,19

Суммарные приведенные длины кабелей от базовой точки до точки к.з. L*BH и L*, км:

L*КВ1=0

L*КВ2 = L*BH(ЦПП)+L*BH(РПП) = 0,513+0,54 = 1,053

L*КВ3= L*КВ2+L*BH(УРП) = 1,053+0,5814 = 1,6344

L*К1= L*(ВН-НН)= 0,022

L*К2= L*К1+L*Ф.К.1.= 0,022+0,0936 = 0,1156

L*К3= L*К2+L*М.К. = 0,1156+0,1584 = 0,274

L*К4= L*К3+L*БП = 0,274+0,0492=0,3232

L*К5= L*К1+L*Ф.К.2 = 0,022+0,2561= 0,2781

L*К6= L*К5+L*5ВС-15М= 0,2781+0,6732=0,9513

L*К7= L*К5+L*СВМ=0,2781+0,1836=0,4617

L*К8=L*К5+L*АП4=0,2781+0,00984=0,28794

L*К9= L*ОТ.АП-4= 0,19

5. Расчет токов короткого замыкания

Рис. 5.1. Схема замещения к расчёту токов К.З.

Сопротивление цепей к.з. в сетях напряжением 6 кВ:

а) для трехфазного к.з.:

, Ом

б) для двухфазного к.з.:

, Ом

где: хС(ВН) - эквивалентное сопротивление в базовой точке;

r*к.л - активное сопротивление приведенного кабеля составляет 0,363 Ом/км при (+15°С) и 0,423 Ом/км при (+65°С).

х*к.л - индуктивное сопротивление приведенного кабеля составляет 0,075 Ом/км

Сопротивление цепей в сетях НН:

а) для трехфазного к.з.:

, Ом

б) для двухфазного к.з.:

, Ом

где: хС - сопротивление системы ВН, приведенное к напряжению НН;



L* - общая приведенная к НН длина кабелей ВН и НН, км;

хтр,Rтр - индуктивное и активное сопротивление трансформатора, Ом

Сопротивление цепи к.з. на ЦПП (КВ1):

Ом

Ом

Сопротивление цепи к.з. от ЦПП до УРП-6 (КВ2):

Ом

Ом

Сопротивление цепи к.з. от УРП-6 до КТП (КВ3):

Ом

Ом

Сопротивление цепи к.з. ВН-НН (К1):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на фидерном кабеле-1 (К2):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на магистральном кабеле (К3):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на кабеле БП-14 (К4):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на фидерном кабеле-2 (К5):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на кабеле 5ВС-15М (К6):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на кабеле СВМ-6 (К7):

Ом

Ом

Сопротивление к.з. на кабеле до АП-4 (К8):

Ом

Ом

Величина тока к.з. на ЦПП (КВ1):

кА

кА

Величина тока к.з. на УРП-6 (КВ2):

кА

кА

Величина тока к.з. на КТП (КВ3):

кА

кА

Величина тока к.з. на ВН-НН (К1):

кА

кА

Величина тока к.з. на фидерном кабеле-1 (К2):

кА

кА

Величина тока к.з. на магистральном кабеле (К3):

кА

кА

Величина тока к.з. на кабеле БП-14 (К4):

кА

кА

Величина тока к.з. на фидерном кабеле-2 (К5):

кА

кА

Величина тока к.з. на кабеле 5ВС-15М (К6):

кА

кА

Величина тока к.з. на кабеле СВМ-6 (К7):

кА

кА

Величина тока к.з. на кабеле до АП-4 (К8):

кА

кА

Величина тока к.з. на кабеле после АП-4 (К9):

При расчете тока короткого замыкания для 9-ой точки воспользуемся рис. 1.3. в литературе [1].

кА

кА

Результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.

Токи короткого замыкания

Таблица 5.1.

Расчетные точки К.З.	Суммарная приведенная длина кабелей от базовой точки до точки К.З. (км)	Полное сопротивление цепи К.З. (Ом)	Токи К.З., (кА)
		Z	Z	I	I
Кв1	0	0,794	0,794	4,581	3,967
Кв2	1,053	0,953	0,98	3,817	3,214
Кв3	1,6344	1,092	1,148	3,172	2,613
К1	0,022	0,04	0,042	10,458	7,806
К2	0,1156	0,065	0,073	6,435	4,489
К3	0,274	0,119	0,137	3,362	2,288
К4	0,3232	0,137	0,157	2,921	1,997
К5	0,2781	0,121	0,138	3,457	2,375
К6	0,9513	0,367	0,425	1,090	0,7376
К7	0,4617	0,187	0,216	2,139	1,451
К8	0,28794	0,124	0,142	3,226	2,208
К9	0,19			0,078	0,0675

По результатам расчетов токов короткого замыкания проводится проверка выбранных кабелей по условиям термической стойкости.

Сечение кабеля должно удовлетворять условию:

Iк.пр ? I(3)к

где: Iк.пр - предельно допустимый ток к.з. для кабеля, А;

I(3)к - ток трехфазного к.з. в месте подключения кабеля, А.

Предельно допустимый ток определяется:

, А

где: КЗ - коэффициент, учитывающий загрузку кабеля до момента к.з. и температуру окружающей среды;

С- коэффициент, учитывающий начальную и конечную температуру нагрева кабеля;

SЖ - сечение силовой жилы кабеля, мм2;

tn - приведенное время откл. тока к.з. защитно-коммутационным аппаратом, с.

Коэффициент КЗ определяется:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2)

где: хдл - длительно допустимая температура нагрева жил кабелей, °С;

х0 - температура окружающей среды (воздуха), °С;

в - коэффициент загрузки кабеля.

Проверке подлежат только кабели сечением 35 мм2 и ниже.

1)Проверка кабеля ЭВТ-6 3х16 + 1х10 питающего КТП:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(65 - 15)(1 - 0,552) = 1,174

кА > 3,817 А.

2) Проверка фидерного кабеля от КТП до РП-2 КГЭШ 3х25 + 1х10:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(75 - 15)(1 - 0,8122) = 1,102

кА > 10,458

3) Проверка кабеля от ПК-8М до БП-14 КГЭШ 3х10 + 1х6:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(75 - 15)(1 - 0,4122) = 1,249

кА > 3,362

4) Проверка фидерного кабеля от РП-2 до 5ВС-15М КГЭС 4х16 + 1х10:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(75 - 15)(1 - 0,8562) = 1,08

кА > 3,457

5) Проверка кабеля от РП-2 до СВМ-6 КГЭШ 3х16 + 1х10:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(75 - 15)(1 - 0,2342) = 1,176

кА > 3,457

6) Проверка кабеля от РП-2 до АП-4 КГЭШ 3х10 + 1х6:

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(75 - 15)(1 - 0,0422) = 1,299

кА > 3,457

7) Проверка кабеля от АП-4 КГЭШ 3х4 + 1х2,5 питающего осветительную технику от АП-4: В месте подключения кабеля к сети (вторичные зажимы трансформатора в АП-4) (рис. 1.3. [1])

КЗ = 1 + 0,005(хдл - х0)(1 - в2) =1 + 0,005(75 - 15)(1 - 0,3522) = 1,263

кА > 0,486

Как видно из расчетов, все кабели проходят по термической стойкости.

6. Расчет сети по потере напряжения при нормальной работе электроприемников

Потерей напряжения на участке сети называется алгебраическая разность между величинами напряжения в начале и в конце этого участка. Расчет по потере напряжения имеет важное значение, так как высокопроизводительная работа забойных машин и механизмов зависит от качества электроэнергии, а последнее определяется уровнем напряжения, подводимого к электроприемникам.

Номинальное напряжение трансформаторов КТП серии ТВСП и ТСШВП 6000/0.69 кВ. При этом, номинальное напряжение вторичной обмотки U=690 В соответствует номинальному току нагрузки трансформатора. В режиме холостого хода (х.х.) трансформатора напряжение на вторичной обмотке повышается на 5% и составляет Uo =725 В. Для поддержания указанных значений напряжений служат специальные регулировочные зажимы, подключаемые к первичной обмотке трансформатора, с помощью которых напряжение на вторичной обмотке повышается или понижается на 5%, компенсируя, таким образом, понижение или повышение напряжение, подводимое к трансформатору.

Для нормальной работы электродвигателей величина напряжения на их зажимах должно быть не менее 0,95 от номинального, т.е. не менее 627 В.

Таким образом, суммарные допустимые потери напряжения в сети при питании от КТП серии ТВСП и ТСШВП не должны превышать при нормальной работе электродвигателей ??Uнорм ? 63 В. В случае не выполнения данного условия применяется переключение на специальные регулировочные зажимы, что приводит к повышению допустимых потерь до 98 В.

Проверка сети на потери напряжения производится для наиболее мощных и наиболее электрически удаленных электродвигателей.

Суммарные потери напряжения в сети при нормальной работе электроприемников определяются выражением:

где ?U - потери напряжения на обмотках трансформатора;

?U - в фидерном кабеле;

?U - в магистральном кабеле;

?U - в кабеле ответвления к электроприемнику

Формула для расчета приводится к виду

где Ri, Xi - активные и индуктивные сопротивления цепей нагрузок, Ом;

ц -угол сдвига фаз напряжения и тока в участках нагрузок;

n - число расчетных участков цепей нагрузок.

Потери напряжения в обмотках трансформатора определяется по формуле:

где 1.5- коэффициент, учитывающий нагрев обмотки с +20 до +150°С;

цтр - угол сдвига фаз нагрузки трансформатора.

Потери напряжения в кабельной линии определяются из выражения

где Rк.л., Хк.л. - активные и индуктивные сопротивления кабельной линии, Ом;

цк.л. - угол сдвига фаз нагрузки кабельной линии.

Выражение для упрощения расчетов приводится к виду

где rк.л. - активные сопротивления жил кабеля при +65°С, Ом/км;

Кх - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления кабеля из-за влияния индуктивности;

I к.л. - фактическая длина кабеля, км.

Если потери напряжения при нормальной работе электроприемников превышает допустимые, то увеличивают сечение кабелей либо уменьшают их длину приближением КТП к нагрузке.

А

Рис. 6.1. Схема замещения к расчёту потерь напряжения при нормальном режиме работы.

Расчет потерь напряжения проводим по расчетным схемам для бункера перегружателя и для самоходного вагона. Результаты расчетов приведены в таблицах 6.1. и 6.2.

Таблица 6.1 Сумма потерь напряжения для БП-14.

Расчетные участки и точки	Расчетные точки участка кабеля , А	Характеристики кабеля	Потери напряжения в участках сети, В
		, мм2	, км	, Ом/м
К1 тр-ра		_____	_____	_____	_____
К1-К2(ф.к.1)		70	0,13	0,302	1,23
К2-К3(м.к.)		70	0,22	0,302	1,23
К3-К4 до БП-14		10	0,01	2,11	1,05

В

В > 63 но <98

В

Таблица 6.2. Сумма потерь напряжения на 5ВС-15М

Расчетные участки и точки	Расчетные точки участка кабеля , А	Характеристики кабеля	Потери напряжения в участках сети, В
		, мм2	, км	, Ом/м
К1 тр-ра		_____	_____	_____	_____
К1-К5(ф.к.2)		25	0,13	0,846	1,11
К5-К6 до 5ВС-15М		16	0,22	1,32	1,07

В

В>63 но < 98

В

Исходя из расчёта потерь напряжения для обоих участков видно, что на потребители подаётся напряжение ниже допустимого значения (627 В). Принимаем к использованию «5%» зажимы, что даёт повышенное напряжение на выходе трансформатора КТП - 725 В.

Перерасчет по разделам 4 и 5.

При повышении напряжения на вторичной обмотке КТП до 725В необходимо произвести перерасчет некоторых величин рассчитанных ранее:

1. Приведенная длина кабельной сети. ВН приводится к сети НН:

мощность подстанция сеть заземление

KТ - коэффициент трансформации трансформатора КТП, при номинальных напряжениях 6/0,725 кВ равен 8,276.

, км

Сопротивление обмоток трансформатора:

2. Суммарные приведенные длины кабелей:

L*К1= L*(ВН-НН)=0,0239

L*К2= L*К1+L*Ф.К.1.= 0,0239+0,0936=0,1175

L*К3= L*К2+L*М.К. = 0,1175+0,1584=0,2759

L*К4= L*К3+L*БП-14 = 0,2759+0,0492=0,3251

L*К5= L*К1+L*Ф.К.2 = 0,0239+0,2561=0,28

L*К6=L*К5+ L*5ВС-15М=0,28+0,6732 =0,9532

L*К7=L*К5+ L*СВМ-6=0,28+0,1836=0,4636

L*К8= L*К5+ L*АП-4= 0,28+0,00984=0,28984

L*К9= L*ОТ.АП-4 = 0,19

3. Расчет токов короткого замыкания:

Сопротивление системы ВН, приведенное к напряжению НН, при номинальных напряжениях КТП 6/0,725:

Расчет токов короткого замыкания был произведен только для точек K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, т. к. на остальные точки повышение напряжения на КТП не влияет.

Расчет токов короткого замыкания сведен в таблицу № 6.3.

Таблица №6.3

Расчетные точки К.З.	Суммарная приведенная длина кабелей от базовой точки до точки К.З. (км)	Полное сопротивление цепи К.З. (Ом)	Токи К.З., (кА)
		Z	Z	I	I
КВ1	0,000	0,794	0,794	4,581	3,967
КВ2	1,053	0,953	0,980	3,817	3,214
КВ3	1,634	1,092	1,148	3,172	2,613
К1	0,0239	0,045	0,047	9,767	7,327
К2	0,1175	0,069	0,077	6,370	4,472
К3	0,2759	0,123	0,140	3,253	2,239
К4	0,3251	0,140	0,161	2,858	1,947
К5	0,2800	0,124	0,142	3,545	2,425
К6	0,9532	0,370	0,427	1,081	0,734
К7	0,4636	0,190	0,219	2,106	1,432
К8	0,2898	0,128	0,146	3,126	2,147
К9	0,1900			0,078	0,068

4. Проверка по термической стойкости:

Перерасчет по пункту проверки по термической стойкости можно не производить, так как при проверке, проводимой выше, было видно, что кабели имеют значительный запас по термической стойкости, а также уменьшились токи к.з.. При проведении проверки, с учетом перерасчитанных токов к.з., кабели удовлетворяют данному условию.

5. Перерасчет по потере напряжения.

При повышении напряжения на зажимах трансформатора меняются не только не только сопротивления, но также потери в трансформаторе:

Суммарные потери для БП-14 будут составлять:

В

В > 63 но <98

В

Суммарные потери для 5ВС-15М будут составлять:

В

В>63 но < 98

В

Вывод: из расчетов для обоих участков видно, что на потребители подается напряжение, которое удовлетворяет нормам.

7. Проверка параметров сети по условию пуска

Расчет, ввиду полученных в предыдущем пункте результатов, проводим при условии, что напряжение холостого хода повышено до 725 В.

Участковая сеть, выбранная по условию нормального режима должна быть проверена на возможность пуска наиболее мощных и электрически удаленных двигателей без «опрокидывания» исходя из допустимых колебаний напряжений на их зажимах, суммарные потери напряжения:

где - потери от электроприемников, включенных к моменту пуска двигателя

?Uн.д. - потеря из-за пускового тока двигателя

Если электроприемники работают в режиме х.х., то их расчетные токи Ip.i, определенные ранее уменьшаются в 2 раза, (Kx.x. = 0.5)

Расчетный пусковой ток двигателя определяется по формуле

где In.ном. - номинальный пусковой ток двигателя;

Un.p. - расчетное напряжение на зажимах двигателя при пуске;

Uном.д. номинальное напряжение двигателя.

Напряжение на зажимах двигателя при пуске определяется из выражения



Где Up.n. - напряжение на шинах распредпункта, к которому подключен пускатель двигателя.

Напряжение на зажимах пускателя двигателя определяется как разность между напряжением х.х. трансформатора и потерями напряжения, вызванными работой электроприемников, включенных к моменту запуска двигателя

Таким образом, напряжение на зажимах двигателя при пуске определяется следующим выражением:

Рис. 7.1 Схема замещения к расчёту потерь напряжения при пуске наиболее мощных и удалённых электродвигателей

При этом учитывается, как указывалось выше, что к моменту запуска двигателя часть электроприемников может быть не включена, а часть электроприемников может работать в режиме х.х.

Определяем величину напряжения на зажимах электродвигателей, необходимую для обеспечения их надежного пуска.

В

Результаты расчетов сводятся в таблицы:

Таблица 7.1. Запуск комбайна ПК-8МА

Расчетные участки и точки	Расчетный ток участка , А	Потери напряжения на участках сети, В
К1
К1-К2
К2-К3
	-

Определим значение Адля цепей запускающих двигателей:

Таблица 7.2. Определение при запуске ПК8МА

Расчетные участки и точки	Характеристики кабеля	Величина Адля трансформатора и кабелей
	S	l	r	K
К1	-	-	-	-	0,02988
К1-К2	70	0,13	0,302	1,4	0,0275
К2-К3	70	0,22	0,302	1,4	0,0465

=0,10388

=В

А

Таблица7.3.Определение расчетных значений напряжения на зажимах двигателей при пуске и пускового тока двигателей при запуске ПК8МА

Расчетные точки	Расчет значений
	, В		, В	, А
К3	28,17	0,10388	580,12>528	648,68

Таблица 7.4. Запуск 5ВС-15

Расчетные участки и точки	Расчетный ток участка , А	Потери напряжения на участках сети, В
К1
К1-К5

Определим значение Адля цепей запускающих двигателей.

Таблица 7.5. Определение при запуске 5ВС-15

Расчетные участки и точки	Характеристики кабеля	Величина Адля трансформатора и кабелей
	S	l	r	K
К1	_____	_____	_____	_____	0,02988
К1-К5	25	0,13	0,846	1,2	0,06598
К5-К6	16	0,22	1,32	1,13	0,1641

=0,25996

=В

А

Таблица7.6.Определение расчетных значений напряжения на зажимах двигателей при пуске и пускового тока двигателей при запуске 5ВС-15

Расчетные точки	Расчет значений
	, В		, В	, А
К6	19,55	0,25996	564,87>528	312,22

Вывод: после расчета сети по условию пуска видно, что наиболее мощные и электрически удаленные двигатели запустятся без «опрокидывания».

8. Выбор аппаратуры управления и защиты

Каждый коммутационно-защитный аппарат (комплектное распределительное устройство на напряжение 6 кВ, автоматический выключатель, магнитный пускатель, контактор магнитной станции и т.д.) должен быть выбран по номинальному напряжению , номинальному току и проверен на отключающую способность или .

Выбор высоковольтного комплектного распределительного устройства (ячейки) для КТП. Номинальный ток ячейки должен соответствовать условию:

где 1,1 - коэффициент запаса.

Предельная мощность отключения ячейки должна быть не менее мощности трехфазного к.з. на ее зажимах:

По этим двум условиям, согласно [1, табл.1.15] выбираем высоковольтное комплектное распределительное устройство типа КРУВ-6

Технические характеристики КРУВ-6.

Номинальный ток Iном , А 80

Предельные значения:

I(3)о.пр, кА 9,6

S(3)о.пр, МВА 100

Пределы регулирования уставок защиты Iу, А 75-225

Выбор автоматических выключателей.

Номинальный ток автоматического выключателя для фидерного кабеля 1:

где IР.АВ - расчетный ток через АВ.

Номинальный ток автоматического выключателя для фидерного кабеля 2:

По расчетам выбираем автоматические выключатели типа АВ-320ДО для первого фидера и АВ-200ДО для второго фидера.

Технические характеристики АВ-320ДО

Тип максимальной токовой защиты ПМЗ

Номинальный ток Iном, А 350

Предельная коммутационная способность, А 20000

Уставки срабатывания, А

Регулируемая Iу 800-2400

Технические характеристики АВ-200ДО

Тип максимальной токовой защиты ПМЗ

Номинальный ток Iном, А 200

Предельная коммутационная способность, А 18000

Уставки срабатывания, А

Регулируемая Iу 400-1200

Предельная отключающая способность IО.ПР у АВ должна соответствовать условию:

а) для Ф.К.1:

б) для Ф.К.2:

Выбор магнитных пускателей:

При выборе типа пускателя для конкретной электроустановки заданными являются:

а) номинальное напряжение сети;

б) тип и мощность электроприёмников, подключаемых к данному пускателю;

в) токи нагрузки и пусковые токи электродвигателей;

г) марка и сечение входящего и отходящего кабелей;

д) значения токов к.з. - в месте установки пускателя и в наиболее удалённой от пускателя точке сети, включаемой данным пускателем.

Номинальный ток пускателя должен соответствовать условию:

Для ПК8МА (м.к.):

Выбираем пускатель марки ПВИ-400 с и при n=2

Для питания вентилятора местного проветривания ВМЭ-6:

Выбираем пускатель марки ПВИ-32М с и при n=2

Для питания самоходного вагона 5ВС-15М:

Выбираем пускатель марки ПВИ-125 с и при n=2

Максимально токовая защита у всех выбранных пускателей выполнена на блоке ПМЗ.

Проверка по отключающей способности:

Для ПК8МА (м.к.):

Для питания вентилятора местного проветривания ВМЭ-6:

Для питания самоходного вагона 5ВС-15М:

Вывод: По необходимым условиям выбранная аппаратура проходит.

9. Выбор и проверка уставок максимально-токовой защиты низковольтных аппаратов

При защите магистрали ток уставки определяется по условию:

где - расчётный пусковой ток наиболее мощного двигателя;

- расчётные токи остальных токоприёмников с учётом возможного режима х.х.

для КТП со стороны 6кВ:

для всего комплекса от КТП:

для ЭП от КТП по фидерному кабелю 1:

для ЭП от РП-1 по магистральному кабелю:

для ЭП от КТП по фидерному кабелю 2:

для самоходного вагона 5ВС-15М:

для вентилятора ВМЭ-6:

По данным расчёта выбираются предварительные уставки срабатывания МТЗ автоматов и пускателей, которые сводятся в таблицу 10.1

Выбранные уставки срабатывания МТЗ автоматов и пускателей проверяются по условию надёжного отключения минимального тока двухфазного к.з. по величине коэффициента чувствительности:

Следует учитывать, что при отказе действия основной МТЗ, должна работать защита последующего аппарата (автоматического выключателя или группового магнитного пускателя), т.е. должно обеспечиваться резервирование защита.

Коэффициент чувствительности КЧ принимается равным 1,5 - для основной и 1,25 - для резервной защит.

Коэффициент чувствительности защиты для защиты в АП-4 равной 45А:

, удовлетворяет условию.

Расчёт коэффициентов чувствительности для защит приведён в таблице 10.1

10. Выбор и проверка уставок срабатывания защиты высоковольтных распредустройств

Ток срабатывания МТЗ ячейки, включающей КТП, выбирается по формуле:

принимаем IУ=225А

где: - ток уставки МТЗ автоматического выключателя в КТП;

КС.З - коэффициент обеспечения селективности защиты, принимаемый равным 1,2.

Таким образом, выбранная уставка ячейки должна удовлетворять условию:

Для КТП с разными схемами соединения обмоток ВН и НН:

, удовлетворяет условию в зоне основной защиты.

, удовлетворяет условию в зоне резервной защиты.

Все расчёты сводятся в таблицу 10.1

Таблица 10.1

Наименование электроприёмников или группы электроприёмников	Расчётн. нагрузка IP.i, A	Ток К.З. в месте подкл. аппарата , А	Данные защитно-коммутационных аппаратов	Пусковые токи двигателей IП.НОМ, IП,Р, А	Расчётные токи других электропр. I'P.i, A	Определение уставки МТЗ по условию пуска наиболее мощного двигателя	Предв. выбор уставки МТЗ с учётом требований селективности IУ, А	Ток К.З в зонах действия защиты	Коэф. чувствительности МТЗ по току в зонах, КЧ	Окончательно принятая уставка IУ, А
			Тип	IНОМ, А	IО.ПР, А					основная	резервная	основная	резервная
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
КТП со стороны 6кВ	48,966	3172	КРУВ-6	80	9600				225	7327	4472			225
Весь комплекс от КТП	445,148	9767	А3742У	630	60000	648,68	221,94		1600	7327	4472			1600
ЭП от КТП (ф.к.1)	322,38	9767	АВ-320ДО	350	20000	648,68	112,59		1200	4472	2239			1200
ПК-8МА	322,38	6370	ПВИ-400	400	16000 (n=2)	648,68	112,59		1000	2239	---		---	1000
ЭП от КТП (ф.к.2)	121,5	9767	АВ-200ДО	200	18000	312,22	22,68		500	2425	734			500
Вентилятор ВМЭ-6	27	3545	ПВИ-32	32	10000 (n=2)	162	0		218	1432	---		---	218
Самоходный вагон 5ВС-15М	98,82	3545	ПВИ-125	125	12500 (n=2)	312,22	0		400	734	---		---	400

11.Защитное заземление оборудования

Рис 11.1 Схема заземления электрооборудования

Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током в результате прикосновения к металлическим частям электроустановок, нормально не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждений изоляции.

Заземляющее устройство калийных рудников состоит из заземлителей и заземляющей магистрали, обеспечивающей надежную электрическую связь между металлическими корпусами заземляемых электроустановок и заземлителями. По всем горным выработкам проложена заземляющая магистраль, состоящая из общей сети заземления и дополнительного заземляющего контура.

Общая сеть заземления состоит из стальной брони и свинцовых оболочек бронированных кабелей и медных заземляющих гибких кабелей всех напряжений, непрерывно связанных между собой и присоединенных к главным заземлителям.

Металлические корпуса электроаппаратуры должны быть надежно связаны с броней и свинцовой оболочкой присоединенных кабелей при помощи перемычек из стали сечением не менее 50 мм2 или из меди сечением не менее 25 мм2.

Дополнительный заземляющий контур прокладывается параллельно общей заземляющей сети и также присоединен к главным заземлителям.

Он представлен стальным проводником сечением не менее 200 мм2, проложенным по общешахтным выработкам и не менее 100 мм2 - по панельным и участковым выработкам. Допускается использовать в качестве проводников стальные канаты такого же сечения.

Все металлические корпуса стационарных установок присоединяются к дополнительному контуру с помощью перемычек из стали сечением не менее 50 мм2 или из меди сечением не менее 25 мм2.

Таким образом, дополнительный заземляющий контур выполняет функцию местных заземлителей, которые допускается не устанавливать в виду их малой эффективности из-за низкой электропроводимости калийных и каменных солей.

Все присоединения проводников и перемычек к корпусам электроустановок и к дополнительному контуру должны быть надежными и выполняются сваркой или болтовыми соединениями. Общая схема заземления электрооборудования на участке приведена на рис. 11.1. Дополнительное заземление в виду отсутствия местных заземлителей разрешается выполнить гибким медным проводником сечением не менее 10 мм2, который болтовым соединением присоединяется к дополнительному заземляющему контуру.

Передвижные машины и механизмы присоединены к общей сети заземления через заземляющие жилы гибких кабелей, сопротивление которых не должно превышать 1 Ом.

12. Заключение

Выполняя данный курсовой проект, во-первых, мы получили комплексное представление об электроснабжении и электрооборудовании калийных рудников. Во-вторых, с помощью «Инструкции по расчету системы электроснабжения подземных участков калийных рудников» научились рассчитывать схему электроснабжения с учетом следующих особенностей: влияние сопротивления системы электроснабжения напряжением 6кВ, что приводит к завышенным значениям токов к.з., и пусковых токов наиболее мощных электродвигателей. Также научились выбирать и проверять уставки максимально-токовой защиты.

В ходе работы возникали трудности по перерасчету токов короткого замыкания из-за повышения напряжения на вторичной стороне трансформатора, а также при замене кабеля при увеличении его сечения. Также возникал и ряд других трудностей.

В целом выполнение данного проекта оказалось трудоемкой работой, но для специалистов нашей кафедры он просто необходим.

Список литературы

1. Инструкция по расчету системы электроснабжения подземных участков калий- ных рудников. ПГТУ, Пермь, 2000 г.

2.Электронный каталог «Камкабель».

3.ПУЭ 7 издание.

4.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождения, Васильев Б.В., ПГТУ, Пермь.

Размещено на Allbest.ru