Электроснабжение и освещение подземного рудника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Кафедра ГМиТТК

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Электропривод и электроснабжение горных машин»

Тема: «Электроснабжение и освещение подземного рудника»

Исполнитель: студ. 5 курса, гр. ГЭМ-12

Руководитель: Габбасов Б.М, доцент, канд.техн.наук

Магнитогорск

2017

Задание на курсовой проект

Параметр	Ед. изм	Значение параметра	Количество
Высота горной выработки	м	6
Расстояние от кровли выработки до точки подвеса светильника	м	0,8
Расстояние между светильниками	м	6
Длина освещаемого помещения (насосной камеры)	м	80
ширина освещаемого помещения (насосной камеры)	м	6
Расстояние от пола камеры до рабочей поверхности (насосной камеры)	м	1,1
Высота освещаемого помещения (насосной камеры)	м	9
Размеры гаража: длина	м	20
ширина	м	6
высота	м	6
Размеры квершлага, штрека: длина	м	400
ширина	м	6
высота	м	6
Размеры забой орта: длина	м	40
ширина	м	4,5
высота	м	6
Размеры рем пункта: длина	м	20
ширина	м	5
высота	м	7
Перечень электроприемников поверхности:
Скиповой подъем	кВт	2х1750
Клетьевой подъем	кВт	1000
Вентилятор ВОД-40	кВт	1850
Компрессор	кВт	1130
Надшахтные здания		470
Столовая	кВт	320
Освещение	кВт	60
АБК	кВт	110
РММ	кВт	140
Калориферная	кВт	290
Гараж	кВт	160
Перечень электроприемников горизонта:
Boomer H-127	кВт	100	5
Solo 7 - 7V	кВт	55	8
ВМ -12М	кВт	110	5
Водоотлив	кВт	800	4
Требуемый общешахтный коэффициент мощности		0,94-0,98

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика электроснабжения и освещения подземного рудника

2. Электроснабжение и освещение

2.1 Расчет электрического освещения и выбор осветительных приборов

2.2 Расчет электрических нагрузок предприятия и выбор силовых трансформаторов

2.3 Выбор схемы электроснабжения и расчёт электрических сетей

2.4 Построение схемы замещения и расчёт токов короткого замыкания

2.5 Выбор и проверка электрооборудования ГПП

2.6 Расчет защитного заземления

2.7 Компенсация реактивной мощности

2.8 Релейная защита и автоматика

2.9 Основные технико-экономические показатели электроснабжения подземного рудника

Список литературы

Введение

Электрификацией называют единый во времени процесс производства, распределения и потребления электрической энергии.

Под электрификацией горной промышленности следует понимать, во-первых, применение электрического привода как основной движущей силы производственных машин и механизмов и, во-вторых, снабжение горных предприятий электроэнергией от электростанций и подстанций, что непосредственно и является целью нашего курсового проекта.

На основе электрификации происходит непрерывное совершенствование техники, технологии и организации горного производства, все более полное внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

В рамках электрификации горных предприятий разработаны и внедрены разнообразные виды рудничного взрывобезопасного и нормального электрооборудования, а также научные методы безопасного применения электрической энергии на горных предприятиях.

За последние годы в горной промышленности значительно повысилась производительность труда за счет внедрения новой высокопроизводительной техники, прогрессивной технологии, улучшения условий труда и техники безопасности. Осуществление дальнейшего технического прогресса предъявляет новые требования к электрификации горных работ, повышению качества электрической энергии, широкому внедрению регулируемого электропривода, полупроводниковой техники, автоматизированных систем управления, повышению безопасности, надежности и экономичности систем электроснабжения.

Основными источниками электроснабжения большинства современных горных предприятий являются районные энергетические системы и только в относительно редких случаях - местные электростанции. Схема электроснабжения предприятия выполняется с учетом особенностей режима работы отдельных потребителей, возможности дальнейшего расширения производства, удобства обслуживания и т. д. Она определяется величиной нагрузок и категориями потребителей и зависит от характера размещения нагрузок, планировки отдельных объектов на генеральном плане предприятия, от числа и мощности подстанций, наличия отдельных крупных электроприемников, тесно связана с технологией производства.

1. Краткая характеристика электроснабжения и освещения
подземного рудника

электроснабжение освещение подземный рудник

Современные шахты и рудники содержат сложный комплекс электроустановок, размещенных на поверхности и в подземных выработках. Вследствие того, что рудник имеет электропотребители всех трех категорий, он обеспечивается электроэнергией от двух независимых источников питания по двум линиям электропередачи принадлежащих энергосистеме Кемпирсай 1 , Орен ГЭЦ.

Для электроснабжения подземных потребителей предусмотрено сооружение одной центральной подземной подстанции (ЦПП) на горизонте 120 м в районе шахты “Клетьевая”, шести участковых подземных подстанции (УПП 1 - УПП 6) в районах ведения горных работ (на горизонтах 380, 400, 460) Кроме того, в качестве источников питания стационарных электропотребителей околоствольных дворов и квершлагов горизонтов 380, 400, 4600 м шахты “Северная Вентиляционная”, удаленной от ЦПП соответственно на 1420 м, приняты две высоковольтные ячейки КРУ ЯВ-6/400с трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью по 250 кВА. Ячейки устанавливаются в сопряжениях со стволами на горизонте 380 м шахты “Северная Вентиляционная” и на горизонте 400 м шахты “Скиповая” и запитываются от РУ-6 кВ поверхности соответствующих шахт. УПП1 с трансформаторами 2160 кВА располагается на горизонте 380 м и запитывается от РУ-6 кВ промплощадки шахты “Северная Вентиляционная” по кабелю ААПЛВ-6000 335, прокладываемому по стволу шахты “Северная Вентиляционная”.

Остальные УПП 2 - УПП 6, запитываются от ЦПП, которая в свою очередь, запитывается от РУ-6 кВ промплощадки шахты “Скиповая” по двум кабельным линиям ААПЛВ-6000 сечением 3120 мм2 прокладываемому по стволу шахты “Клетьевая”.

РУ-6 кВ ЦПП собирается из 22-х высоковольтных ячеек типа КРУ ЯВ-6/400. Шахтные передвижные трансформаторные подстанции типа ТСВП, питающие силовые сети 0,4 кВ, пусковые агрегаты АПШ-4, осветительные распредсети, снабжены встроенными реле утечки РУ-380 и РУ-127 действующие на отключение при понижении сопротивления изоляции электрической сети до 10 кОм при напряжении 380 В и 3,3 кОм при напряжении 127 В.

Общешахтная сеть заземления устраивается путем непрерывного соединения четвертых жил и металлических оболочек силовых кабелей, соединяемых с электродами заземления главных и местных заземлителей. Главные электроды заземления площадью по 0,6 м2 укладываются в водосборниках и зумпфах всех стволов шахт, местные заземлители устраиваются в водосточных канавах

2. Электроснабжение и освещение

2.1 Расчет электрического освещения и выбор осветительных приборов

Рациональное электрическое освещение является одним из важных факторов улучшения безопасности и повышении производительности труда. Особенное значение имеет рациональное электрическое освещение для подземных горных выработок шахт, где естественное освещение отсутствует Применение в подземных горных выработках, особенно в забоях, рационального электрического освещения, повышает производительность улучшает санитарно-гигиенические условия труда, облегчает уход за машинами и механизмами, способствует их бесперебойной рaботe, улучшает наблюдение за кровлей и креплением горных выработок, за движущимися частями горных машин, что способствует предупреждению несчастных случаев на производстве

Расчет электрического освещения производим для определения количества и мощности светильников, необходимых для обеспечения требуемой нормами освещенности, при соблюдении остальных светотехнических требований.

Расчет электрического освещения точечным методом широко применяют для подземных горных выработок, имеющих малый коэффициент отражения боков и кровли, так как он не учитывает отраженную часть светового потока.[6]

Для подземных горных выработок шахт установлены минимальные гигиенические нормы, определяющие нижний допустимый уровень освещенности:

призабойного пространства подготовительных горных выработок в горизонтальной плоскости на почве выработки, и в вертикальной плоскости на забое - 10 лк;

откаточных и вентиляционных выработок на горизонтальной плоскости на почве выработки - 2 лк;

горных выработок насосных камер в горизонтальной плоскости на уровне 0,8 м от пола - 10 лк и в горизонтальной плоскости на верстаках-20 лк.

Рисунок 1 Чертеж к расчету освещенности

Пусть источник света S освещает плоскость AВ, расположенную горизонтально и плоскость BR, расположенную вертикально. При этом освещенность в точке R от луча Iк будет равна;

на горизонтальной плоскости:

(1)

на вертикальной плоскости:

(2)

где - количество светильников, шт.;

- сила света под углом, определяется по кривой светораспределения светильника, кд;

- коэффициент, учитывающий отношение светового потока принятой лампы к световому потоку условной лампы, равному 1000 лм;

- коэффициент, учитывающий запыленность светильника и старение лампы, подземных горных выработок ;

- высота подвеса светильника, м.

Полученная расчетом освещенность должна быть не меньше нормируемой.

Для освещения забоев принимаем светильник РВЛ - 80М взрывобезопасного исполнения, с люминесцентной лампой ЛБ -80 мощностью 80 Вт на напряжение 220 В, способ зажигания - комбинированный с неоновым стартером.

Световой поток лампы ЛБ-80 F0= 4320 лм.

Высота подвеса светильников:

(3)

где - высота горной выработки, м;

- расстояние от кровли выработки до точки подвеса светильника 0,6.

Принимаем расстояние между светильниками а = 6 м

По кривой светораспределения при угле сила света в продольной плоскости, в поперечной плоскости .

Коэффициент для принятой лампы:

 (4)

Освещенность от одного светильника:

на горизонтальной плоскости:

на вертикальной плоскости:

Для достижения требуемой освещенности необходимое количество светильников определяем по формуле:

Для освещения откаточных и вентиляционных горных выработок принимаем также светильник РВЛ - 80М. Расчет освещения в откаточных и вентиляционных выработках производим также точечным методом. Результаты расчета сводим в таблицу 3,1.

Для расчета освещения подземной насосной камеры используем метод коэффициента использования светового потока, который учитывает не только световой поток, падающий непосредственно от светильника, но и часть потока отраженного потолком и стенами помещения, что немаловажно в камерах с побеленными стенами.

Для выполнения расчета необходимо определить индекс помещения, зависящий от соотношения размеров помещения, типа светильника и высоты подвеса светильника.

(5)

где А - длина освещаемого помещения (насосной камеры), м:

В - ширина освещаемого помещения, м;

Н' - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

(6)

где h" - расстояние от пола камеры до рабочей поверхности.

По величине индекса помещения [1] выбираем значение коэффициента использования светового потока при коэффициенте отражения потолка , стен , .

Общий световой поток светильников, необходимый для освещения насосной камеры площадью, S = 240 м2, обеспечивающий требуемую минимальную освещенность определим по формуле:

(7)

где - коэффициент, учитывающий запыленность светильника и старение лампы, для подземных горных выработок ;

- минимальная (нормируемая) освещенность в камере, лк;

- площадь освещаемого помещения, м2 ,

- коэффициент минимальной освещенности, который для рудничных светильников .

- коэффициент использования светового потока.

Для освещения подземной насосной камеры принимаем светильник РП-100 М - рудничный в исполнении повышенной взрывобезопасности, с лампой накаливания мощностью 100Вт. Световой поток светильника F0=1400 лм.

Необходимое число светильников для освещения насосной камеры:

шт.

Расстояние между светильниками при расположении их по обеим длинным сторонам камеры в один ряд:

(8)

Расчет освещения гаража

Для расчёта используем метод коэффициента использования светового потока, который учитывает не только световой поток, падающий непосредственно от светильника на рабочую поверхность, но и часть потока, отражённого потолком и стенами помещения, что немаловажно.

Размеры гаража: длина А=15 м; ширина В=4 м; высота Н=5м.

Принимаем светильник НСРО 1Ч200 с лампой накаливания Г 127-200-1

Количество светильников:

шт

Аналогичным образом рассчитываются освещение других помещений. Расчеты сводим в таблицу

Таблица 1

Результаты расчёта освещения

Место работы	Длина горной выработки, м	Тип светильника	Кол., шт.	, лк	Общая мощность, Вт
Квершлаги, штреки	400х6	РВЛ-20	66	?2 лк	1320
Насосная камера	80х6	РП-100 М	13	?10лк	1300
Забой орта	-	РВЛ-80 М	5	?10лк	400
Гараж	20Ч6	НСРО 1Ч200	3	?10лк	600
Рем пункт	-	РП-100 М	3	?10лк	300

Для электроснабжения осветительной сети в подземных горных выработках применяют комплектные агрегаты АПШМ - 4М имеющие трансформатор полной мощностью

Техническая характеристика АПШ-4М

Номинальная мощность, кВА 4

Номинальное напряжение первичной цепи, В 380

Номинальное напряжение вторичной цепи, В 133±5

Номинальный ток первичной цепи, А 6,76/3,9

Номинальный ток вторичной цепи, А 17,4±0,6

Ток короткого замыкания на выходных зажимах при 35°С, А 700

К. п. д., % 92

Номинальный режим работы продолжительный

Размеры, мм 850Ч630Ч630

Масса, кг 200

Суммарная мощность осветительных трансформаторов для электроснабжения осветительной сети в подземных горных выработках определяется:

 (9)

где - суммарная мощность светильников, кВт;

- коэффициент полезного действия осветительной сети, =0,92 - 0,95;

- коэффициент полезного действия светильников, =0,65;

- коэффициент мощности осветительной нагрузки, =0,5 для люминесцентных ламп.

Необходимое количество осветительных трансформаторов для электроснабжения осветительной сети в подземных горных выработках:

Расчёт освещения на поверхности шахты

Освещение промплощадки осуществляем лампами ДРЛ - 400.

Техническая характеристика лампы ДРЛ - 400

Номинальная мощность, Вт 400

Световой поток, лм 19000

Срок службы лампы, тыс. час 10

Напряжение, В 220

Площадь освещения, м2 40000

Высота подвеса над рабочей поверхностью может быть определена по формуле:

, м (10)

где - 0,11- постоянное число с учётом коэффициента запаса;

- световой поток выбранной лампы, лм;

- заданная минимальная горизонтальная освещенность, лк.

м.

Принимаем расстояния между светильниками, равное пятикратной высоте подвеса:

м.

Общее количество светильников:

(11)

Общий световой поток всех светильников:

(12)

Средняя освещённость:

, (13)

где - к. п. д. светильника.

Общая мощность светильников:

2.2 Расчет электрических нагрузок предприятия и выбор силовых трансформаторов

Исходными данными для определения электрических нагрузок отдельных элементов и всей системы электроснабжения являются сведения о количестве потребителей, их расположении и номинальных мощностях. (табл. 2)

Таблица 2

Перечень электроприемников поверхности

Номер ЭП	Наименование потребителя	,	Коэф. спроса			К.п.д. , %	,
1	Скиповой подъем	2Ч1750	0,75	0,75	0,88	0,97	6
2	Клетьевой подъем	1000	0,75	0,75	0,8	0,95	6
3	Вентилятор ВОД-40	1850	0,7	0,9	0,48	0,96	6
4	Компрессор	1130	0,8	0,9	0,48	0,97	6
5	Надшахтные здания	470	0,7	0,7	1,02	0,8	0,4
6	Столовая	320	0,7	0,7	1,02	0,8	0,4
7	Освещение	60	1	1	0	0,9	0,4
8	АБК	110	0,7	0,7	1,02	0,8	0,4
9	РММ	140	0,7	0,75	0,88	0,9	0,4
10	Калориферная	290	0,7	0,7	1,02	0,95	0,4
11	Гараж	160	0,7	0,75	0,88	0,75	0,4

Таблица 3.3

Перечень электроприемников горизонта

Номер ЭП	Наименование потребителя	Кол.	,	Коэф. спроса			К. п. д., , %	,
1	Boomer H-127	5	100	0,7	0,75	0,88	0,9	0,4
2	Solo 7 - 7V	8	55	0,7	0,75	0,88	0,9	0,4
3	ВМ -12М	5	110	0,7	0,7	1,02	0,7	0,4
4	Освещение	90	3,9	1	1	0	0,9	0,4
5	Водоотлив	4	800	0,7	0,88	0,54	0,9	6

Расчет мощности силовых трансформаторов для питания подземных и поверхностных потребителей шахты произведен методом коэффициента спроса, учитывающим неодновременность работы и неполноту загрузки электроприемников

Расчетная активная нагрузка:

, (14)

где - коэффициент спроса оборудования;

- номинальная мощность ЭП, кВт.

Расчет электрических нагрузок скиповой подъемной машины:

Расчетная реактивная нагрузка:

, (15)

где - коэффициент реактивной мощности.

Средний ток отдельного электроприемника:

, (16)

где 1,5 - коэффициент, учитывающий техническую производительность ЭП;

- номинальное напряжение, кВ.

Расчетный ток отдельного ЭП:

, (17)

где - коэффициент формы графика нагрузки.

По этой же методике пересчитываем остальные ЭП, и сносим результаты расчета в таблицу 4 и 5.

Таблица 4

Результаты расчета нагрузок ЭП поверхности

Номер ЭП	Наименование потребителя	, кВт	Коэф. спроса			Средняя мощность	Ток	U, кВ
						Активная	Реактивная
1	Скиповой подъем	1750	0,75	0,75	0,88	1313	1155	252	300	6
2	Клетьевой подъем	1000	0,75	0,75	0,88	750	660	144	171	6
3	Вентилятор ВОД-40	1850	0,7	0,9	0,48	1295	622	207	244	6
4	Компрессор	1130	0,8	0,9	0,48	904	434	145	172	6
5	Надшахтные здания	470	0,7	0,7	1,02	329	336	1008	1199	0,4
6	Столовая	320	0,7	0,7	1,02	224	228	685	815	0,4
7	Освещение	60	1	1	0	60	0	128,6	153	0,4
8	АБК	110	0,7	0,7	1,02	77	78	235	279	0,4
9	РММ	140	0,7	0,75	0,88	98	86	279	332	0,4
10	Калориферная	290	0,7	0,7	1,02	116	118	355	422	0,4
11	Гараж	160	0,7	0,75	0,88	112	98	319	379	0,4
Итого 6 кВ	4262	2871
0,4 кВ	1016	944
Всего	5278	3815

Таблица 5

Результаты расчета нагрузок ЭП горизонта

Номер ЭП	Наименование потребителя	, кВт	Коэф. спроса			Средняя мощность	Ток	U, кВ
						Активная	Реактивная
1	Boomer H-127	100	0,7	0,75	0,88	70	61,6	200	238	0,4
2	Solo 7 - 7V	55	0,7	0,75	0,88	38,5	33,88	110	131	0,4
3	ВМ -12М	110	0,7	0,7	1,02	77	78,54	236	280	0,4
4	Освещение	3,9	1	1	0	3,9	0	8	10	0,4
5	Водоотлив	800	0,7	0,88	0,54	560	302	92	109	6
Итого 6 кВ	560	302
0,4 кВ	189	174
Всего	749	476

Выбор трансформаторов

Расчетная активная нагрузка электроприемников горизонта:

(18)

где - коэффициент максимума нагрузки;

Расчётная реактивная нагрузка ЭП участка:

, (19)

где - коэффициент максимума для реактивной мощности;

Расчётная полная нагрузка, кВА:

 (20)

Средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности:

(21)

Среднеквадратичная мощность подстанции:

, (22)

где 1,04 - коэффициент формы .

Мощность силовых трансформаторов определяем по нагреву с учётом перегрузочной способности и проверяем в нормальном и аварийном режимах.

Нормальный режим

1. Номинальная мощность трансформатора по условиям длительного нормального режима с учётом эквивалентной температуры окружающей среды в летний период.

, (23)

где - коэффициент допустимо длительной перегрузки трансформатора;

- количество трансформаторов;

2. Определим возможность работы трансформатора в режиме расчётных нагрузок:

, (24)

где 1,5 - разрешённая получасовая перегрузка;

3. Коэффициент эквивалентной начальной нагрузки:

; (25)

где поэтому проверку нормального режима заканчиваем.

Предварительно принимаем 6 трансформаторов ТСВП-250/6 мощностью 250 кВА. Техническая характеристика трансформатора ТСВП-250/6 приведена в табл. 3.6

Расчёт мощности трансформатора для электроприемников 0,4 кВ на поверхности шахты

Расчётная активная нагрузка ЭП на поверхности шахты:

, (26)

Расчётная реактивная нагрузка ЭП:

, (27)

Расчётная полная нагрузка:

, (28)

Средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности:

(3.29)

Среднеквадратичная мощность:

, (30)

где 1,04 - коэффициент формы.

Номинальная мощность:

, (31)

где - коэффициент допустимо длительной перегрузки трансформатора;

- количество трансформаторов;

Принимаем к установке два трансформатора ТМ-1000/10.Техническая характеристика трансформатора ТМ-1000/10 приведена в табл. 3.6

Расчёт мощности ГПП для электроснабжения промплощадки

Расчётная активная нагрузка ЭП:

, (32)

Расчётная реактивная нагрузка ЭП:

, (33)

Расчётная полная нагрузка:

, (34)

Средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности:

(35)

Среднеквадратичная мощность:

, (36)

где 1,04 - коэффициент формы.

Номинальная мощность:

, (37)

где - коэффициент допустимо длительной перегрузки трансформатора;

- количество трансформаторов;

Выбор количества трансформаторов на ГПП определяем наличием электроприёмников I и II категории.

В составе ЭП на УПР помимо ЭП II категории, имеются ЭП I категории (людской подъём, вентиляторы, водоотлив), поэтому на ГПП установим два трансформатора, причём каждый трансформатор должен обеспечивать (в аварийном режиме) питание всех ЭП I категории и наиболее ответственных II категории.

Таким образом, каждый трансформатор должен быть рассчитан на 80% всей нагрузки.

Мощность трансформатора:

Выбираем трансформатор ТДН-10000/110 Техническая характеристика трансформатора ТДН-10000/110 приведена в табл. 3.6

Таблица 6

Техническая характеристика трансформаторов

Тип	Номинальная мощность, кВ•А	Номинальное напряжение, кВ	Потери, кВт	Напряжение КЗ, %	Ток XX, %
		ВН	НН	XX	КЗ
ТДН-10000/110	10000	110	6	8	60	10,5	0,9
ТМН-1000/6	1000	6	0,4	3,3	11	5,5	3
ТСВП-400/6	400	6	0,69	1,6	3	3,5	1,5

2.3 Выбор схемы электроснабжения и расчёт электрических сетей

Для электроснабжения подземных потребителей предусмотрено сооружение одной ГПП и четырех УПП в районе ведения горных работ.

Схему электроснабжения выбираем из соображений надёжности, экономичности и безопасности эксплуатации.

Способ передачи электроэнергии через стволы для питания подземных электроустановок шахты до настоящего времени является наиболее распространенной при глубоком залегании полезного ископаемого.

Количество кабелей прокладываемых по стволу зависит от количества разрабатываемых горизонтов и от передаваемой мощности с учётом номинального тока вводной ячейки ГПП и необходимого резерва.

Достоинством такой прокладки кабелей является:

Удобство контроля и эксплуатации участковых трансформаторных подстанций;

Удобство контроля и обслуживание кабельной сети;

Недостатки:

Большая ёмкость кабельной сети, определяющая значительную величину ёмкостных токов;

Большие токи короткого замыкания, вызывающие необходимость в применении токоограничивающих реакторов.

Расчёт электрических сетей

Выбор марок и сечений ЛЭП:

Определяем марку кабеля или ВЛ для электроприёмника в зависимости от условий эксплуатации;

В ПУЭ для данной марки определяем ;

Выбираем сечение по условию ;

Проверяем на термическую стойкость.

Выбор кабельной линии от ГПП до машины скипового подъема: ().

Выбираем кабель АСБУ 3Ч120

Условие 238<0,94·261=245 - выполняется.

Проверяем на термическую стойкость:

, (39)

где - учитывает (действующий) ток К.З.;

- время действия тока К.З.

- термический коэффициент;

Так как кабель при питании наиболее удалённого ЭП (машина скипового подъема) имеет достаточную стойкость, то остальные кабели выбираем только по условию нагрева, т. е.:

(40)

Сводим результаты расчета и выбора кабелей в таблицу 3.7.

Таблица 7

Результаты расчёта и выбора ЛЭП

Наименование ЭП	U, кВ	Марка кабеля
Скиповой подъем	6	АСБУ 3Ч120
Клетьевой подъем	6	АСБУ 3Ч50
Вентилятор ВОД-40	6	АСБУ 3Ч70
Водоотлив	6	АСБУ 3Ч35
Компрессор	6	АСБУ 3Ч50
По стволу до ЦПП	6	ЦААСБУ 3Ч120
От ГПП до РУ 6 кВ	6	ААШвУ 3Ч185
От ЦПП до РП-2 460 гор.	6	ЦААСБУ 3Ч95
Надшахтные здания	0,4	АСБУ 3Ч240
Столовая	0,4	АСБУ 3Ч185
Освещение	0,4	АСБУ 3Ч35
АБК	0,4	АСБУ 3Ч95
РММ	0,4	АСБУ 3Ч120
Калориферная	0,4	АСБУ 3Ч185
Гараж	0,4	АСБУ 3Ч150
Boomer Н-127	0,4	ГРШЭ 3Ч95
Solo 7 - V7	0,4	ГРШЭ 3Ч50
ВМ-12	0,4	ГРШЭ 3Ч95

Расчёт сети по допустимому нагреву

Выбираем кабель для подземного ЭП Solo 7 - V7

, (41)

где - номинальная мощность электроприемника, кВт;

- коэффициент загрузки электроприемника;

- номинальное напряжение питания электроприемника, кВ;

- коэффициент мощности электроприемника;

- коэффициент полезного действия электроприемника

По справочнику [ 17 ] выбираем кабель ГРШЭ 3Ч50;

Рис. 2. Расчётная схема распределения потерь напряжения от участкового трансформатора до электроприёмника в забое

Расчёт участковой сети по потере напряжения

(42)

где - потеря напряжения в трансформаторе;

- потеря напряжения в фидерном кабеле от трансформатора до распредпункта;

- потеря напряжения в гибком кабеле.

(43)

где - коэффициент загрузки трансформатора. =0,9

- относительная величина активной составляющей напряжения К.З. трансформатора, %;

- относительная величина реактивной составляющей напряжения К.З. трансформатора, %;

, % (44)

%

, % (45)

%;

%.

Потери напряжения в кабеле:

, (46)

где - соответственно активное и индуктивное сопротивления гибкого

кабеля, Ом.

Допускаемая величина потери напряжения в фидерном кабеле:

, % (47)

%.

Проверим потери напряжения на участке от ГПП до машины скипового подъема и сравним их с допустимой величиной %

Данные для проверки: кабель АСБУ 3Ч95 , .

Потери напряжения в кабеле:

, (48)

где А - расчётный ток;

В - номинальное напряжение;

Ом/км - активное сопротивление КЛ;

Ом/км - реактивное сопротивление КЛ;

,

<.

Результаты расчёта показывают, что возможно подключение других нагрузок к данной кабельной линии.

2.4 Построение схемы замещения и расчёт токов короткого замыкания

Расчёт проводим для самых удалённых электроприемников от ГПП - скиповая подъемная машина, клетевая подъемная машина, вентилятор ВОД-40

S1=1,1 МВА ; S2=0,94 МВА; S3=1,16 МВА.

Задаёмся безопасными величинами

МВА, кВ, МВА

Расчёт сопротивления всех элементов схемы



Рисунок 3. Схема замещения

Сопротивление питающей сети:

, (49)

где МВА мощность к.з.

Сопротивление трансформатора:

, (50)

где - напряжение к. з. трансформатора;

- мощность трансформатора ГПП.

Сопротивление КЛ-6 кВ (от трансформатора до распредпункта):

, (51)

где км - длина кабельной линии;

- индукционное сопротивление проводов, Ом/км.

Сопротивление КЛ-6 кВ (от РП до )

;

Сопротивление двигателей :

(52)

Для упрощения схемы введём следующие обозначения:

Упростим схему замещения:



Рисунок 4. Упрощённая схема замещения

Определим возможность объединения и :

Получаем 0,4<1<2,5, отсюда следует S1 и S2 можно объединить.

Параметры объединенной цепи:

Определим возможность объединения S12 и S3:

Получаем 0,4<1<2,5, отсюда S12 и S3 можно объединить.

Параметры объединённой цепи:



Рисунок 5. Упрощённая схема замещения

Рассмотрим короткое замыкание в точке К1. Сопротивление от энергосистемы до точки К1:

.

где и - соответственно индуктивное и активное сопротивление.

Ток к. з. от энергосистемы в точке К1:

, (53)

Ток к. з. посылаемый двигателями:

, (54)

Суммарное значение тока к. з. в точке К1:

,

Максимальное (мгновенное) значение ударного тока при Ку=1,75 - удельный коэффициент трёхфазного к. з.:

, (55)

двухфазного к. з.:

, (56)

Действующее значение полного тока к. з. в точке К1:

трёхфазного к. з.:

, (57)

двухфазного к. з.:

, (58)

Рассмотрим к. з. в точке К2: .

Ток к. з. от энергосистемы в точке К2:

, (59)

Максимальное (мгновенное) значение ударного тока при kу=1,75:

трёхфазного к. з.:

,

двухфазного к. з.:

,

Действующее значение тока к. з. в точке К2:

трёхфазного к. з.:

,

двухфазного к. з.:

,

Рассмотрим короткое замыкание в точке К3.

Сопротивление питающей системы: ; сопротивление ВЛ 110 кВ:

(60)

где - протяжённость ВЛ 110 кВ, км;

- индукционное сопротивление проводов, Ом/км.

,

Сопротивление питающей системы до точки К3:

Ток к. з. от энергосистемы в точке К3:

,

Максимальное (мгновенное) значение ударного тока при :

трёхфазного к. з.:

,

двухфазного к. з.:

,

Действующее значение тока к. з. в точке К3:

трёхфазного к. з.:

,

двухфазного к. з.:

,

Расчет токов к.з. в участковой сети напряжением 0,4 кВ

ВМ-12 S= 110 кВт

Освещение S= 4 кВт

Solo7-7V S=55 кВт

Рисунок 6. Участковая сеть

Наиболее мощным двигателем на участке является вентилятор ВМ - 12М мощностью 110 кВт.

Определим активное сопротивление трансформатора

(61)

где - потери (к.з. при номинальной нагрузке), Вт;

- номинальный ток вторичной обмотки, А.

Индуктивное сопротивление трансформатора

(62)

где - напряжение к.з. трансформатора, ;

- номинальное напряжение вторичной обмотки, кВ;

- номинальная мощность, кВА.

Ток 3х фазного к.з. в точке К1

Ток 2х фазного к.з. в точке К1

Определим ток к.з. в точке К2 (ближайший электродвигатель).

Активное сопротивление кабеля до точки К2

(63)

где - протяженность кабеля, = 0,02 км;

- активное сопротивление кабеля, = 0,2 Ом/км

Индуктивное сопротивление кабеля до точки К2

(64)

где - индуктивное сопротивление, = 0,08 Ом/км

Общее активное и индуктивное сопротивления до точки К2

Ток 3х фазного к.з. в точке К2

Ток 2х фазного к.з. в точке К2

Определим ток к.з. в точке К3 (наиболее удаленный двигатель).

Активное и индуктивное сопротивление кабеля

Общее активное и индуктивное сопротивления до точки К3

Ток 3х фазного к.з. в точке К3

Ток 2х фазного к.з. в точке К3

Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением 127 В (точка К4).

Активное и индуктивное сопротивления до точки К4

где и - активное и индуктивное сопротивления

- длина кабеля, м.

Ток 3х фазного к.з. в точке К4

Ток 2х фазного к.з. в точке К4

2.5 Выбор и проверка электрооборудования ГПП

Тип подстанции выбран по величине и характеру электрических нагрузок с учётом окружающей среды.

Трансформатор имеет следующие виды защит:

1. Максимально-токовую защиту;

2. Газовую I и II степени;

3. Защиту от перегрузок и перегрева;

4. От междуфазных замыканий и от однофазных замыканий на землю;

5. Токовая отсечка;

6. Дифференциальная защита трансформатора.

Расчётный ток на шинах ГПП:

на стороне 110 кВ:

, ; (65)

на стороне 6 кВ:

, ;

Выбор высоковольтных выключателей произведём по номинальному напряжению и току.

На стороне ВН выбираем разъединитель типа РНД3-110/1000, отделитель наружной установки типа ОДЗ-110/1000, короткозамыкатель типа КЗ-110 Б-У1, разрядник высоковольтный типа РВС-110.

Технические данные РНД3-110/1000

Номинальное напряжение, кВ 110

Номинальный ток, А 1000

Допустимый ток, кА 80

Ток термической стойкости, кА 31,5

Технические данные ОДЗ-110/1000

Номинальное напряжение, кВ 110

Номинальный ток, А 1000

Допустимый ток, кА 20

Ток термической стойкости, кА 31,5

Время отключения, с 0,38

Технические данные КЗ-110Б-У1

Номинальное напряжение, кВ 110

Наибольшее рабочее напряжение, кВ 126

Амплитуда предельного сквозного тока, кА 51

Ток термической стойкости, кА 12,5

Время отключения, с 0,14

Технические данные РВС-110

Номинальное напряжение, кВ 110

Наибольшее допустимое напряжение на разряднике, кВ 100

Пробивное напряжение, не менее кВ 200

Трансформаторы тока:

На стороне ВН ТФНД-110 М

Технические данные ТФНД-110 М

Номинальное напряжение, кВ 110

Номинальный ток первичной обмотки, А 1000

Ток динамической стойкости, кА 63

Термическая кратность тока,с 32/4

На стороне НН: ТНП-Ш2

Технические данные ТПОЛ - 10

Номинальное напряжение, кВ 6-10

Длительно допустимый ток, А 3000

Десятисекундный ток термической стойкости, кА 48

Наибольший ударный ток КЗ, кА 165

На линиях, питающих обмотки трансформаторов напряжения типа НТМИ 6 устанавливаем высоковольтные предохранители типа ПКН-001-10

На стороне 6 кВ ГПП для резервирования напряжения между секциями шин выбираем вакуумный выключатель типа ВМПЭ-10.

Технические данные ВМПЭ-10-630-31,5 У2

Номинальное напряжение, кВ 10

Наибольшее рабочее напряжение, кВ 12

Номинальный ток, А 630

Ток термической стойкости, кА 20

Время отключения, с 0,5

Выбор ячейки КРУ для ЦПП 6 кВ приведём по номинальному напряжению, току и току отключения.

Определяем минимально возможный ток при к. з. на выводах обмотки трансформатора:

, ;

(66)

Техническая характеристика ячейки КРУ ЯВ-6400

Номинальное напряжение, кВ 6

Номинальный ток, А 400

Номинальный ток отключения, кА 7,2

На магистральных кабелях питающих подземные потребители 0,4 кВ устанавливаем шахтные автоматические фидерные выключатели типа АФВД-2БК

Технические данные АФВД-2БК

Номинальное напряжение, кВ 0,4

Номинальный ток, А 350

Предельный разрывной ток, кА 10

Исполнение РВ

На гибких кабелях питающих подземные потребители 0,4 кВ (Соло, Бумер) устанавливаем шахтные магнитные пускатели ПВИ-250, ПВИ-125, на остальных потребителях ПВИ-63.

На линиях питающих низковольтные потребители шахтной поверхности устанавливаем автоматические выключатели серии А 3700 и магнитные пускатели серии ПМЕ, ПМА.

2.6 Расчет защитного заземления

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Для обеспечения безопасности людей на подстанциях сооружают заземляющие устройства и заземляют корпуса электрооборудования, т.е. создают сеть защитного заземления, назначение которого состоит в создании между металлическими частями электрооборудования и землёй электрического соединения с достаточно меньшим сопротивлением, при котором параллельное присоединение человека к заземлённым частям, оказавшегося под напряжением, не способно создать ток, опасный для его жизни.

Общешахтная сеть заземления устраивается путём непрерывного электрического соединения четвёртых жил и металлических оболочек силовых кабелей, соединяемых с электродами заземления главных и местных заземлителей. Главные электроды заземления площадью по 0,6 м2 укладываются в

водосборниках и зумпфах всех стволов шахт, местные заземлители устраиваются в водосточных канавах. Общее защитное сопротивление шахтной заземлительной сети, измеренное у наиболее удаленных от зумпфа заземлителей согласно приложению 7 «ЕПБ при разработке рудных, нерудных и рассыпных месторождений подземным способом» не должно превышать 2 Ом.

Кроме того, шахтные передвижные трансформаторные подстанции типа ТСВП, питающие силовые сети 0,4 кВ и пусковые агрегаты АПШ - 4М, питающие осветительные распределительные сети снабжены встроенными реле утечки типа РУ - 380 и РУ - 127 действующие на отключение при понижении сопротивления изоляции электрической сети до 10 кОм при напряжении 380 В и 3,3 кОм при напряжении 380 В и 3,3 кОм при напряжении 127 В.

В качестве местных заземлителей принимаем стальные полосы с размерами: длиной , шириной , толщиной ,глубина погружения в сточную канавку .

Сопротивление одиночного полосового заземлителя:

, Ом, (67)

где Ом - удельное сопротивление грунта;

мм - ширина полосы; мм - глубина заложения.

Ом.

Общее сопротивление всех заземлителей, измеренное в наиболее удаленной точке сети:

, (68)

где =0,25 Ом - сопротивление заземляющей магистрали из стальной брони и свинцовой оболочки кабелей между двумя соседними заземлителями.

Ом.

Общее сопротивление у центрального заземлителя в зумпфе:

, Ом

Ом.

Общее сопротивление с учетом центрального заземлителя:

, Ом

Ом.

Ом сопротивление главного заземлителя.

1,3 Ом<2 Ом, т. е. расчетное значение сопротивления заземлителя удовлетворяет

2.7 Компенсация реактивной мощности

На горных предприятиях для привода установок большой мощности не требующих регулирования скорости вращения в широких пределах (компрессоров, вентиляторов главного проветривания) широко применяются синхронные электродвигатели. Принцип работы этих электродвигателей позволяет генерировать в сеть реактивную мощность при работе с перевозбуждением (с опережающим cos).

Для компенсации общего коэффициента мощности, необходимо, прежде всего использовать компенсационную мощность синхронных двигателей.

В нашем случае для привода компрессора 32 ВЦ 10/9 и ВОД-40 используются синхронные двигатели СТД 630 и СДН2-18-41-16 мощностью 830 кВт и 1500 кВт соответственно, для которых возможна работа при опережающем cos=0,9

Активная мощность, потребляемая всеми электроприемниками, без учета синхронных двигателей Ра1=5717 кВт при коэффициенте мощности до компенсации cos=0,84

Потребляемая рудником кажущаяся мощность без учета синхронных двигателей:

(39)

Потребляемая рудником реактивная мощность:

Кажущаяся мощность двигателя синхронного двигателя, кВт

(70)

где -номинальная мощность синхронных двигателей, кВт

cos =0,9 опережающий коэффициент мощности.

Суммарная потребляемая рудником активная мощность с учетом синхронных двигателей:

,

Суммарная реактивная мощность после компенсации

,

Суммарная кажущаяся мощность после компенсации

Скомпенсированный коэффициент мощности

Таким образом, используя компенсирующую способность синхронных электродвигателей, мы повысили общешахтный коэффициент мощности с cos=0,84 до cos= 0,98

2.8 Релейная защита и автоматика

В процессе эксплуатации систем электроснабжения возникают повреждения отдельных ее элементов. Предотвращение возникновения аварии или ее развития может быть обеспечено путем быстрого отключения поврежденного элемента. Для этого электроустановки снабжаются автоматически действующими устройствами - релейной защитой.

Для распределительных сетей 110/6 кВ предусмотрены устройства релейной защиты от междуфазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

Наиболее распространенным видом защиты является максимальная токовая защита. От междуфазных замыканий такую защиту рекомендуют выполнять в двухфазном исполнении и включать ее в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения с целью отключения в большинстве случаев двухфазных замыканий на землю при повреждении в одном месте.

Релейную защиту электродвигателей и сварочных трансформаторов реализуют с помощью автоматических выключателей или предохранителей.

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы: многофазных замыканий в обмотках и на выводах, однофазных замыканий на корпус, в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью, витковых замыканий в обмотках, токов в обмотках, обусловленных перегрузкой, понижения уровня масла

Для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более предусматриваем продольную дифференциальную защиту. Она используется для защиты линий небольшой протяженности.

Наряду с защитами, действующими при повреждениях в самом трансформаторе и его соединениях, предусматриваем релейную защиту от внешних коротких замыканий. Она является одновременно защитой шин понизительных подстанций, на которых работает трансформатор, если на шинах нет собственной защиты.

Перенапряжения в зависимости от причин их возникновения можно разделить на две группы: атмосферные и коммутационные. Внутренние перенапряжения возникают в процессе нормальной эксплуатации линии в результате включения под напряжение разомкнутой на конце линии, отключения работающих в холостую линий большой емкости, трансформаторов и асинхронных двигателей.

Волны перенапряжения, появившиеся в результате непосредственного грозового разряда в линии снижаются при помощи разрядников и защитных искровых промежутков.

Обязательным видом защиты всех масляных трансформаторов, установленных на шахтной поверхности мощностью 630 кВА и более является газовая защита. Применяем схему защиты на переменном оперативном токе с самоблокировкой газового реле. Защита трансформаторов от К.З. в обмотках на выводах и в соединениях до выключателей выполняем в виде токовой отсечки.

На рисунке 3.6. показаны два типа защит: максимальная токовая и промежуточная дифференциальная. Для осуществления последней используются трансформаторы тока, установленные по краям защищаемой зоны. Вторичная обмотка ТТ соединяется между собой так, чтобы ток проходил через рабочую обмотку дифференциально включенного реле тока. Ток проходит только в случае повреждения в защитной зоне, и принципиально равен нулю при нормальной работе и любых внешних к. з.

Для защиты от внутренних повреждений трансформаторов, сопровождающихся выделением газа и понижением уровня масла, предусматривается газовая защита с действием на сигнал при слабых газообразованиях и с действием на отключение при интенсивном газообразовании.

Защита электродвигателей

Защита электродвигателей может осуществляться при помощи предохранителей или релейной защиты, действующей на отключающие аппараты (автоматы, контакторы, выключатели высокого напряжения).

Защита электродвигателей напряжением до 1 кВ осуществляется предохранителями или автоматами.

Для защиты трехфазных электродвигателей от работы на двух фазах применяется токовая защита, основанная на использовании фильтра тока обратной последовательности.

Защита кабельных и воздушных линий

На кабельных и воздушных линиях устанавливают защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы: многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, перегрузки.

Для защиты линий в системах промышленных предприятий предусматриваются максимальная токовая защита и отсечки по току и напряжению. Для повышения избирательности действия рекомендуется в случае необходимости применять направленные защиты.

Для защиты кабельных линий от замыканий на землю используются специальные трансформаторы тока нулевой последовательности. Защита в том случае работает на сигнал. Действие защиты на отключение поврежденного участка используется только в случае, когда отключение поврежденного участка необходимо по условиям техники безопасности или когда отключение линии не вызывает перерыва в питании потребителя.

Для защиты линий от перегрузки, устанавливается защита от перегрузки в одно релейном исполнении, действующая на сигнал или, если то необходимо, с выдержкой времени на отключение. Последняя относится к кабельным линиям (предотвращает разрушение изоляции кабеля от чрезмерного повышения температуры жил кабеля).

Для обеспечения бесперебойного питания потребителей предусматриваются мероприятия осуществления резервного питания, с помощью АВР; выполняется защита с минимальной выдержкой времени.

2.9 Основные технико-экономические показатели электроснабжения подземного рудника

Современное горнорудное предприятие потребляет значительное количество электроэнергии. Стоимость электроэнергии и затраты на эксплуатацию электроустановок составляют значительную часть себестоимости добычи и переработки полезного ископаемого. Поэтому рациональное использование и максимальная экономия электроэнергии имеют существенное значение.

Коэффициент мощности с учетом компенсации реактивной мощности:

Число часов работы рудника со средней нагрузкой в год,

Годовой расход активной электроэнергии:

(71)

Годовой расход реактивной электроэнергии:

(72)

Удельный расход электроэнергии по предприятием:

(73)

где - годовой расход активной электроэнергии,

- годовая производительность рудника по полезному ископаемому,

Плата за электроэнергию расчитывается по трехставочному тарифу:

(74)

где ;

;

Стоимость 1 кВт·ч электроэнергии:

(75)

Список литературы

1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. - М.:Высш. Шк.,2000.

2. Озерной М.И. Электрооборудование и электроснабжение подземных разработок угольных шахт. - М.:Недра,1975.

3. Электрификация горных работ./ Под общей ред. С.А. Волотковского. - Киев: Вища школа, 1980.

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т./Под общей ред. А.А. Федорова. - М.:Энергоатомиздат,1987.

5. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат,1986.

6. Медведев Г.Д. Электроснабжение горных предприятий. - М.:Недра,1978.

7. Гладилин Л.В. Основы электроснабжения горных предприятий. - М.: Недра, 1980.

Размещено на Allbest.ru