Москва 2017

1. Выполнения курсового проекта

При выполнении курсового проекта, в качестве технологии строительства городских подземных сооружений примем строительство перегонного тоннеля между станциями метро в условиях г. Москвы (см. рис. 1.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1 Схема строительства перегонных тоннелей при одностороннем околоствольном дворе: 1 - шахтный ствол; 2 - насосная камера; 3 - ЦПП; 4 - околоствольный двор; 5 - подходная штольня; 6 - строящиеся перегонные тоннели

В качестве примера примем следующие данные:

1. Qпр. = 310 м3/ч - нормальный часовой приток воды;

2. Lпер.т = 1200 м - протяженность перегонного тоннеля;

3. Lподх.шт. = 100 м - протяженность подходной штольни.

Будем проходить один перегонный тоннель диаметром 5 м с помощью проходческого комплекса КТ1-5,6.

Для выполнения расчетов составим предварительную однолинейную схему электроснабжения участка строительства перегонного тоннеля (см. рис. 1.2).

На рис. 1.2 представлены следующие элементы: 1 - ЦПП; 2 - ТП перегонного тоннеля; 3 - РП перегонного тоннеля; 4 - РП насосов главного водоотлива; 5 - РП околоствольного двора; 6 - КРУ на 6 кВ; 7 - силовые трансформаторы; 8 - преобразовательная подстанция; 9 - магнитные пускатели; 10 - автоматические выключатели; 11 - осветительный аппарат.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2 Однолинейная схема электроснабжения участка строительства подземных сооружений

2. Расчет электрического освещения

трансформатор кабельный тоннель светильник

2.1 Выбор светильника

При расчете электрического освещения будем использовать точечный метод, который не учитывает показатели освещаемого помещения (отражение стен и потолка). Исходными данными для применения данного метода являются кривая распределения силы света светильника и расстояние от светильника до заданной точки освещаемой поверхности.

На рис. 2.1 представлен график к расчету освещенности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Св

Рис. 2.1 График к расчету освещенности

На рис. 2.1. представлены: Св - светильник; h - высота подвеса светильника (расстояние от почвы выработки до центра нити); а - расстояние по горизонтали между светильником и заданной точкой освещаемой поверхности (полурасстояние между двумя светильниками); R - расстояние между светильником и заданной точкой освещаемой поверхности; ? - угол наклона светильника; I? - сила света светильника; Ен, Ег, Ев - соответственно нормальная, горизонтальная и вертикальная освещенности, А-В - перпендикулярная плоскость; О-О - горизонтальная плоскость; О-N - вертикальная плоскость.

Методика расчета электрического освещения в подземных выработках заключается в следующем:

1. Выбирается тип светильника в зависимости от условий эксплуатации и условий окружающей среды.

2. На основании размеров освещаемой выработки принимается высота подвеса светильника и расстояние между светильниками.

3. По формулам определяется освещенность в заданной точке освещаемой поверхности.

4. Результат расчета сопоставляется с нормами освещенности.

Технические характеристики светильников, применяемые для освещения в подземных горных выработках, приведены в табл. П1 приложения.

Горизонтальную и вертикальную освещенности определяем по выражениям (2.1) и (2.2):

, лк (2.1)

, лк (2.2)

где Ег, Ев - соответственно горизонтальная и вертикальная освещенности, лк; кп = Fл/1000 - поправочный коэффициент; I - сила света лампы под углом , определяемая из кривой светораспределения светильника, кд; Fл - световой поток применяемой лампы, лм; кз = 1,2 2,0 - коэффициент запаса, учитывающий запыление и загрязнение светильников (чем больше загрязненность светильника, тем больше принимается кз); h - высота подвеса светильника (от почвы выработки до центра нити), м.

Расстояние между светильниками, расположенными в подземных горных выработках при строительстве городских подземных сооружений, принимается от 6 до 12 м. Данное расстояние можно принять по соотношению

2а = (1,5 2,0)• h, м,

где 2а - расстояние между светильниками, м; h - высота подвеса светильника, м.

Освещать будем перегонный тоннель и подходную штольню на всю длину. Для освещения согласно табл. П1 (см. приложение) [15] примем светильник РНЛ-20 (исполнение - РН) с номинальными данными:

- Uном = 127 В;

- Рном = 20 Вт;

- Fл = 1180 лм;

- ? = 0,8;

- тип КСС: М.

Для перегонного тоннеля нормируется только горизонтальная освещенность. Согласно табл. П2 (см. приложение) [15] Ен = 10 лк.

По техническим условиям принимаем:

1. h = 5 м

2. 2а = 1,5•h = 1,5•4 = 6 м, следовательно

, откуда угол ? = 36,9 о.

По рис. П1-1 (см. приложение) [15] сила света светильника I? = 225 кд.

По формуле (2.1) определяем горизонтальную освещенность

лк.

Освещенность в заданной точке освещаемой поверхности (от двух светильников) будет

лк, что больше нормируемой Ен = 10 лк.

Следовательно, светильник выбран правильно.

2.2 Выбор мощности трансформатора для питания осветительной сети

Определяем необходимое количество светильников для освещения проходимых выработок

шт.,

где L = 1200 м - протяженность перегонного тоннеля;

Суммарная мощность светильников определяется из выражения (2.2.1)

кВт. (2.2.1)

Расчетная мощность трансформатора для питания осветительной сети выбирается по выражению (2.2.2):

кВ•А. (2.2.2)

На основании табл. П4 (см. приложение) [15] для питания осветительной сети принимаем пусковой аппарат АПР-2,5 с номинальными данными:

- Sном = 2,5 кВ•А;

- U1ном = 660/380 В;

- U2ном = 220/127 В;

- исполнение: РН.

Необходимое количество трансформаторов или осветительных агрегатов для питания осветительной сети определяется из выражения: (2.2.3)

3 шт. (2.2.3)

где Sтр.кат - номинальная мощность по каталогу выбранного трансформатора или осветительного агрегата, кВ•А.

В связи с тем, что осветительная нагрузка подсчитана при максимальном удалении перегонного тоннеля к установке принимаем пусковой аппарат типа АПР-2,5 в количестве 3-х штук.

2.3 Выбор кабеля для питания осветительной сети

В связи с тем, что осветительный трансформатор устанавливается в центре питания осветительной сети момент нагрузки на кабель, питающий осветительную сеть, определяется из выражения (2.3.1)

кВт•м. (2.3.1)

Сечение основной токонесущей жилы кабеля питания осветительной сети определяется из выражения (2.3.2):

мм2, (2.3.2)

где М - момент нагрузки, приходящий на данный кабель, кВт•м; с - конструктивный коэффициент, зависящий от типа осветительного кабеля (с = 8,5 - для гибких кабелей с медными жилами); U = 4 % - нормируемая величина потери напряжения в кабельной осветительной сети. Для питания осветительной сети принимаем кабель марки КГ 3х4+1х2,5

2.4 Расчет уставки МТЗ осветительного агрегата

Определим расчетный ток светильника по формуле (2.4.1)

А (2.4.1)

где Рсв - номинальная мощность выбранного светильника, Вт; Uном - номинальное напряжение осветительной сети, В; Cosсв - коэффициент мощности светильника.

Количество светильников, подключенных к защищаемому кабелю, определяется по выражению (2.4.2)

? 33 шт. (2.4.2)

где L - протяженность всей осветительной сети, м; 2а - расстояние между двумя светильниками, м; nтр - количество осветительных трансформаторов или осветительных агрегатов, шт.

Расчетный ток, проходящий через выбранный светильник, определяется по выражению (2.4.3)

А (2.4.3)

где Iсв.расч - расчетный ток, проходящий через выбранный светильник, А; n - количество светильников, подключенных к данному кабелю, шт.

Уставка максимальной токовой защиты (МТЗ) аппарата защиты осветительной сети определяется из условия (2.4.4)

 А (2.4.4)

где Iосв.расч - расчетный ток осветительной сети, приходящий на защищаемый кабель, А.

Принимаем ближайшую наибольшую стандартную величину уставки максимальной токовой защиты 20 А, что больше расчетной 17,82 А.

3. Расчет нагрузок и выбор мощности участковой трансформаторной подстанции

Расчетные нагрузки подземных электроустановок будем определять с помощью метода коэффициента спроса (кс).

Коэффициентом спроса называется отношение устойчивой максимальной нагрузки электроприемников к их суммарной установленной мощности. Под устойчивой максимальной нагрузкой обычно понимают нагрузку за время не менее 30 мин. Коэффициент спроса кс учитывает степень загрузки и одновременности работы электродвигателей, их КПД, а также КПД сети. Величина кс принимается по табличным данным или определяется по эмпирическим формулам.

Для расчета мощности участковой трансформаторной подстанции согласно рис. 1.2 составляется таблица электропотребителей участка (см. табл. 3.1) с указанием технических характеристик электродвигателей. Выбор трансформаторов для питания потребителей перегонного тоннеля и питания потребителей околоствольного двора будем выполнять отдельно.

Таблица 3.1. Электропотребители участка перегонного тоннеля

3.1 Расчет схемы электроснабжения потребителей участка перегонного тоннеля

Расчетную мощность участковой трансформаторной подстанции определяем по выражению (3.1.1)

, кВ•А (3.1.1)

где кс - коэффициент спроса; Рном - суммарная номинальная мощность электропотребителей участка, кВт; Cosср.вз - средневзвешенный коэффициент мощности электропотребителей участка.

Для наших условий коэффициент спроса кс определяем по формуле (3.1.2), как при работе электродвигателей без автоматической блокировки очередности пуска:

(3.1.2)

где Рном.max - номинальная мощность самого мощного электродвигателя участка, кВт; Рном - суммарная номинальная мощность электропотребителей участка, кВт.

Средневзвешенный коэффициент мощности Cosср.вз определяется по выражению (3.1.3)

(3.1.3)

где - номинальные установленные мощности электроприемников участка, кВт; - коэффициенты мощности соответствующих электроприемников участка.

Определяем расчетную мощность трансформаторной подстанции

кВА. (3.1.4)

Согласно табл. П5 (см. приложение) [15] принимаем трансформатор типа ТСЗ - 400/6 - 0,4 с номинальными данными:

Sтр.ном = 400 кВ•А;

U1ном = 6 кВ;

U2ном = 400 В;

Рх.х = 1300 Вт;

РКЗ = 5400 Вт;

uКЗ = 5,5 %;

IКЗ = 3,0 %.

3.2 Расчет кабельной сети участка перегонного тоннеля

Выбор кабельной сети участка строительства городских подземных сооружений будем вести согласно схеме, представленной на рис. 1.2.

Расчет кабельной сети участка сводится к определению таких сечений кабелей, которые удовлетворяли бы условию экономичности, обеспечивали бы подвод к потребителям электроэнергии с напряжением, достаточным для их нормальной работы, не перегреваясь сверх допустимого значения. В соответствии с этим расчет кабельной сети сводится к выбору сечений кабелей по допустимому нагреву и по условиям экономичности с последующей проверкой по потере напряжения и по условиям пуска самого мощного и наиболее удаленного электродвигателя.

3.3 Выбор кабелей по допустимому нагреву

Для определения сечения кабеля по допустимому нагреву следует определить величину расчетного тока, проходящего по данному кабелю. Расчетный ток определяется по выражению (3.3.1)

, А (3.3.1)

где Рном - номинальная мощность электродвигателя, получающего питание по данному кабелю, кВт; Uном - номинальное напряжение сети, В; Cosном - номинальный коэффициент мощности электродвигателя.

Расчетный ток, проходящий по выбираемому кабелю, питающий группу электроприемников или весь участок, определяется по выражению (3.3.2)

, А (3.3.2)

где кс - коэффициент спроса для группы электроприемников, определяемый по формулам (3.2) или (3.3), Рном - суммарная номинальная мощность, приходящая на данный кабель, кВт; Cosср.вз - средневзвешенный коэффициент мощности группы электроприемников, получающих питание по данному кабелю.

По результатам расчетов в зависимости от напряжения и конструкции кабелей согласно [2], [5] и табл. П7 табл. П9 (см. приложение) [15] выбираем сечение токонесущей жилы и тип кабеля.

Технические характеристики выбранных кабелей сведем в табл 3.1.

Таблица 3.1. Техническая характеристика кабельной сети участка

4. Выбор сечения проводников по экономической плотности тока

Экономически целесообразное сечение определяется из соотношения (4.1)

, мм2 (4.1)

где Iрасч - расчетный ток, проходящий по данному кабелю, А; iэк нормированное значение экономической плотности тока для заданных условий работы, А/мм2.

Согласно ПУЭ [2] расчету по экономической плотности тока не подлежат:

сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятий до 4000 - 5000;

ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий;

сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3 - 5 лет.

В связи с тем, что электрические сети при строительстве городских подземных сооружений являются временными сооружениями, следовательно расчет кабелей по экономической плотности тока не производим.

5. Расчет кабельной сети участка по допустимой потере напряжения

Потерей напряжения на участке сети называется алгебраическая разность между величинами напряжения в начале и конце этого участка. Для расчета кабельной сети по потере напряжения составляется схема замещения участка сети (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Расчетная схема распределения потерь напряжения: Тр - трансформатор, РП - распределительный пункт; м.к - магистральный кабель; г.к - гибкий кабель

Общую величину потери напряжения в участковой сети от трансформатора до наиболее мощного и удаленного электропотребителя определяется по выражению (5.1):

, В (5.1)

где Uтр - потеря напряжения в трансформаторе, В; Uм.к - потеря напряжения в магистральном кабеле (от трансформатора до распределительного пункта), В; Uг.к - потеря напряжения в гибком кабеле, питающем наиболее мощный и удаленный электропотребитель, В.

Допустимые потери напряжения в любой электрической сети определяются по выражению (5.2)

 В. (5.2)

По допустимой потере напряжения проверяется ранее выбранный магистральный кабель. Потеря напряжения в магистральном кабеле из наличия допустимых потерь электрической сети определяется по выражению (5.3)

, В. (5.3)

Потеря напряжения в трансформаторе определяется по выражению (5.4)

, %, (5.4)

где тр - коэффициент загрузки трансформатора; ua, uр - соответственно относительные величины активной и индуктивной составляющих напряжения короткого замыкания трансформатора, %; тр - угол сдвига фаз для вторичной цепи. Коэффициент загрузки трансформатора определяется по выражению (5.5)

(5.5)

Относительная величина активной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора определяется по выражению (5.6)

%, (5.6)

где Рк - потери короткого замыкания трансформатора (по каталогу), кВт.

Относительная величина реактивной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора определяется по выражению (5.7)

%, (5.7)

где uк - относительная величина полной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора (по каталогу), %.

Определим потерю напряжения в трансформаторе (5.8)

Расчетная величина потери напряжения трансформатора в вольтах определяется по выражению (5.8)

В (5.9)

где Uтр% - потеря напряжения трансформатора в %, определенная по выражению (5.8).

Потеря напряжения в гибком кабеле, питающий самый мощный и наиболее удаленный электропотребитель, определяется по выражению (5.10)

В (5.10)

где rг.к, хг.к - соответственно активное и индуктивное сопротивления гибкого кабеля, Ом; кс - коэффициент спроса группы электроприемников, получающих питание по данному кабелю, принятый по табл. 3.2; Рном - суммарная номинальная мощность этих электроприемников, кВт; Uном.с - номинальное напряжение сети, В.

Для определения активного и индуктивного сопротивлений кабелей их длины будем определять как максимально возможные, а именно:

длина кабеля до проходческого комплекса от РП перегонного тоннеля примем равной 150 м;

длина кабеля до вентилятора от РП перегонного тоннеля примем равной 50 м;

длина кабеля до лебедки и насоса участкового водоотлива примем равной 25 м;

длина магистрального кабеля до РП перегонного тоннеля от ТП соответственно будет 10 м;

через каждые 150 м ТП и РП перегонного тоннеля будут передвигаться, т. е. на 150 м будет удлиняться кабель питания напряжением 6 кВ от ЦПП до ТП перегонного тоннеля.

Активное и индуктивное сопротивления гибкого кабеля, питающего самый мощный и удаленный электропотребитель определяются по формулам (5.11) и (5.12)

Ом. (5.11)

Ом (5.12)

Потеря напряжения в гибком кабеле

(5.13)

Допустимая потеря напряжения в магистральном кабеле определяется

В (5.14)

Сечение магистрального кабеля по допустимой потере напряжения определяется по формуле (5.15)

мм2 (5.15)

где кс - коэффициент спроса для группы электроприемников, получающих питание по данному кабелю; Рном - суммарная мощность электроприемников, подключенных к данному магистральному кабелю, кВт; Lм.к - протяженность магистрального кабеля, м; - удельная проводимость материала основной токонесущей жилы (для меди = 53,4), м/(Ом*мм2); Uном.с - номинальное напряжение сети, В; Uм.к - допустимая величина потери напряжения в магистральном кабеле, определенная по формуле (4.6), В.

В результате расчета кабельной сети к установке в качестве магистрального кабеля от ТП до РП перегонного тоннеля принимаем кабель марки СБнУ 3х240 (по условиям нагрева рабочим током) длиной 10 м.

6. Проверка параметров участковой сети на условия пуска наиболее мощного и удаленного электродвигателя

Участковая кабельная сеть, выбранная по условию нормального режима, должна быть проверена на возможность пуска наиболее мощного и удаленного электродвигателя, исходя из колебаний напряжения на его зажимах.

Результат расчета признается удовлетворительным, если соблюдается условие Uпуск Uдв. пуск.min и выполняются соотношения (6.1) и (6.2)

(6.1)

(6.2)

где Uпуск - напряжение на зажимах наиболее мощного электродвигателя при пуске, В; Uном - номинальное напряжение сети, В; Uдв.пуск.min - минимальное напряжение на зажимах электродвигателя при пуске, В; Uпг - напряжение на зажимах наиболее мощного и удаленного электродвигателя при перегрузке, В.

Напряжение на зажимах наиболее мощного и удаленного электродвигателя при пуске определяется по выражению (6.3)

, В (6.3)

где Uном.тр - номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В; Uном.р - потеря напряжения в участковой сети от работающих двигателей при номинальном напряжении в тех элементах сети, через которые подключен запускаемый электродвигатель, В; пуск - параметр пускового режима.

Величина Uном.р определяется по формуле (6.4)

(6.4)

где Рдв - номинальная мощность запускаемого электродвигателя, кВт.

Активное сопротивление обмоток трансформатора определяется по выражению (6.5)

Ом (6.5)

где Рк - потери мощности при КЗ в трансформаторе, Вт; Uном.тр, Iном.тр, Sном.тр - соответственно напряжение, ток и полная мощность трансформатора, В, А, кВ*А.

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора определяется по выражению (6.6)

Ом (6.6)

где zтр - полное сопротивление обмоток трансформатора, Ом, определяемое по выражению (6.7)

Ом (6.7)

где uк - напряжение КЗ трансформатора, % (по каталогу); Uном.тр - номинальное напряжение трансформатора, В; Iном.тр - номинальный ток трансформатора, А; Sном.тр - полная номинальная мощность трансформатора, кВ•А.

Параметр пускового режима определяется по формуле (6.8)

(6.8)

где Iпуск.ном - пусковой ток электродвигателя при Uном (по каталогу), А; r, x - соответственно суммы активных и индуктивных сопротивлений от трансформатора до запускаемого электродвигателя, Ом; Cosпуск - коэффициент мощности электродвигателя при пуске (для двигателей комбайнов принимается равным Cosпуск = 0,5).

Напряжение на зажимах наиболее мощного и удаленного электродвигателя при пуске

В (6.9)

Минимальное напряжение на зажимах электродвигателя при пуске определяется из условия (6.10)

В (6.10)

где Мном - номинальный момент электродвигателя, Н*м; Мпуск.ном - номинальный пусковой момент электродвигателя (по каталогу), Н*м; К - минимальная кратность пускового момента, определяемая по выражению (6.11)

(6.11)

где Мпуск.min - минимальный пусковой момент электродвигателя, обеспечивающий трогание с места и разгон, Н*м.

Значения К принимаются:

для комбайнов: 1,0 1,2;

для скребковых конвейеров: 1,2 1,5;

для ленточных конвейеров: 1,2 1,4;

для вентиляторов и насосов: 0,5 0,6 и т.д.

Номинальный момент электродвигателя определяется по формуле (6.12)

Н*м (6.12)

где nном - номинальная частота вращения электродвигателя, об/мин.

Напряжение на зажимах наиболее мощного и удаленного электродвигателя при перегрузке определяется по выражению (6.13)

(6.13)

где bном - кратность максимального каталожного момента к номинальному, соответствующему номинальному току электродвигателя; Iном. дв - номинальный ток электродвигателя, А.

Проверим результаты расчета

Uпуск Uдв.пуск.min 306,3 289,8

0,81 0,72

0,90 0,85.

Все условия выполняются.

Всю выбранную кабельную сеть участка строительства перегонного тоннеля сведем в табл. 12.3.

Таблица 6.1. Кабельная сеть участка строительства перегонного тоннеля

7. Расчет токов короткого замыкания на участке перегонного тоннеля

Величина тока трехфазного КЗ определяется из выражения (7.1)

, А (7.1)

где Uном.тр - номинальное напряжение трансформатора, В; ZКЗ - полное эквивалентное сопротивление до точки КЗ, Ом.

Величина тока двухфазного КЗ определяется из выражения (7.2)

, А (7.2)

Значение полного эквивалентного сопротивления складывается из сопротивлений трансформатора и кабелей до точки КЗ (7.3)

, Ом (7.3)

где rтр, rм.к, rг.к - соответственно активные сопротивления трансформатора, магистрального и гибкого кабелей, Ом; хтр, хм.к, хг.к - соответственно индуктивные сопротивления трансформатора, магистрального и гибкого кабелей, Ом.