Электроснабжение лавы

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 Расчет электрических  нагрузок и выбор передвижных  участковых подстанций………………………………………………………………………...2

 

2 Расчет и выбор шахтных  кабельных сетей……………………………………4

      2.1 Выбор типа кабеля………………………………………………………..4

       2.1.1 Выбор типа бронированного кабеля…………………………………..4

      2.1.2 Выбор типа гибкого и полугибкого кабеля…………………………...5

      2.2 Определение расчетных нагрузок кабеля………………………………5

       2.3 Выбор сечения кабеля по нагреву………………………………………6

 

3 Проверка кабельной сети……………………………………………………….6

      3.1 Проверка кабельной сети участка по допустимой потере напряжения                      

           при нормальной работе электроприемников……………………………6                                             

     3.2 Проверка кабельной сети по пусковому режиму и режиму  

          опрокидывания наиболее мощного и удаленного электродвигателя….8                     

    3.3 Проверка кабелей по термической стойкости токам короткого     

          замыкания………………………………………………………………...10

      3.4 Проверка низковольтной кабельной сети на величину емкости фаз   

            относительно земли……………………………………………………...10

     3.5 Проверка активного сопротивления изоляции участковой сети

            относительно земли……………………………………………………...11

 

4 Расчет токов короткого  замыкания…………………………………………...12

 

5 Выбор и проверка электрических  аппаратов………………………………...14

       5.1 Выбор аппаратов………………………………………………………..14

       5.2 Проверка коммутационных аппаратов на отключающую           

             способность……………………………………………………………..14

 

6 Выбор уставок максимальных токовых защит………………………………15

 

7 Расчет освещения и  осветительной сети……………………………………..16

      7.1 Выбор типа светильника………………………………………………..16

     7.2 Расчет электрического освещения……………………………………..17                                                                                                    

       7.3 Расчет  осветительной сети……………………………………………..18

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет электрических нагрузок и выбор передвижных участковых подстанций.

 

Выбору мощности силовых  трансформаторов должно предшествовать определение расчетных нагрузок, которые должен обеспечить трансформатор, как в нормальных, так и в  аварийных режимах.

Выбор мощности силовых трансформаторов  на выемочном поле для питания  очистных, подготовительных работ, бремсберговых конвейеров, погрузочных пунктов и др. потребителей производится методом коэффициента спроса.

Для определения расчетных  нагрузок участковых трансформаторов  составим таблицу, в которую занесем  электродвигатели рабочих машин  и их мощности.

 

Таблица 1 – Технические  данные электроприёмников участка.

 

Тип рабочей машины

Номер электродвигателя на схеме

Рн, кВт

∑Рн, кВт

Комбайн 1ГШ-68

М1

М2

160

160

320

Конвейер КСП-202

М3

М4

110

110

220

Маслостанция СНУ5

М5

М6

М7

17

17

11

45

Насос НУМС

М8

30

30

Перегружатель ПТК

М9

М10

55

55

110

Дробилка ДШУ

М11

55

55

Поддерживающая лебедка 1ЛП

М12

17

17

Доставочная лебедка ЛШВ-25

М13

30

30

Лебедка для передвижки энергопоезда ЛПК

М14

22

22

∑Рн=849кВт


 

Определим расчетную мощность трансформатора с учетом коэффициента спроса по формуле:

 

 

где - суммарная установленная номинальная мощность                  электродвигателей, питающихся от трансформатора, кВт;

       - коэффициент спроса;

       - средневзвешенный коэффициент мощности.

 

 

 

где - номинальная мощность наиболее мощного электродвигателя.

 

 

 

 

 

где - номинальная мощность электродвигателя;

       - номинальный коэффициент мощности двигателя.

 

 

 

 

 

Подстанция может быть принята с номинальной мощностью, менее расчетной не более чем  на 5%.

 

 

 

К установке принимаем передвижную подстанцию ТСВП-1000/6-1,2/0,69-УХЛ5-ВВ.

Сведем технические данные передвижной станции в таблицу.

 

Таблица 2 – Технические  данные выбранной передвижной подстанции.

 

Тип подстанции

Рном, кВт

Uном, В

Iном, А

Uк, %

Потери

Сопротивление, Ом

ВН

НН

ВН

НН

Рх

Рк

Rт

Xт

КТСВП2-630/6

630

6

1,2/0,69

61

304/515

3,5

1,8

4,2

0,017

0,0776


 

 

 

 

2 Расчет и выбор  шахтных кабельных сетей

 

Выбор и расчет шахтных  сетей сводится к определению  таких сечений, которые обеспечивали бы подведение к приемникам электроэнергии высокого качества без перегрева  сверх допустимой величины в нормальных и аварийных режимах. Кроме того, электрическая сеть должна обладать достаточной механической прочностью, экономичностью, должна обеспечивать высокую производительность рабочих  машин и требуемый уровень  безопасности.

 

Таблица 3 – Расчет и выбор  шахтных кабельных сетей

 

Номер ВЛ или КЛ

Тип провода или кабеля

Длина, м

Расчетный ток нагрузки, Iр, А

Выбор сечения, мм2

Предварительно выбранное  сечение, мм2

Проверка сечения, мм2

Окончательно принятые сечения  с учетом жил заземления и управления

по нагреву

по мех. прочности

по потере напряжения

по пуску и опрокидыванию

по термостойкости

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1. Высоковольтные подземные  кабели

1

СБн

1540

50,51

10

-

10

10

-

10

3×10

2. Кабельная сеть ПУПП

21

КГЭШ-1140

20

156

35

35

35

35

35

35

3×35+1×10+3×4

22

КГЭШ-1140

20

156

35

35

35

35

35

35

3×35+1×10+3×4

3

КГЭШ-1140

220

197

50

50

50

50

50

50

3×50+1×10+3×4

41

КГЭШ-1140

20

135,4

35

35

35

35

35

35

3×35+1×10+3×4

42

КГЭШ-1140

198

67,7

10

10

10

10

10

10

3×10+1×10+3×4

5

КГЭШ-1140

15

27,5

4

10

4

10

10

10

3×10+1×10+3×4

6

КГЭШ-1140

15

27,5

4

10

4

10

10

10

3×10+1×10+3×4

7

КГЭШ-1140

15

18,5

4

10

4

10

10

10

3×10+1×10+3×4

8

КГЭШ-1140

15

67,7

10

10

10

10

10

10

3×10+1×10+3×4

9

КГЭШ-1140

15

33,8

4

10

4

10

10

10

3×10+1×10+3×4

10

КГЭШ-1140

15

10,5

4

10

4

10

10

10

3×10+1×10+3×4

11

КГЭШ-1140

15

18,5

4

10

4

10

10

10

3×10+1×10+3×4

12

КГЭШ-1140

15

13,5

10

10

10

10

10

10

3×10+1×10+3×4

13

КГЭШ-1140

242

101,5

25

25

25

25

25

25

3×25+1×10+3×4


 

2.1 Выбор типа кабеля.

 

2.1.1 Выбор типа бронированного  кабеля.

 

В условиях подземных выработок  угольных шахт необходимо применять  кабель с медными жилами и свинцовыми оболочками.

Принимаем бронированный  кабель СБн.

 

2.1.2 Выбор типа гибкого  и полугибкого кабеля.

 

Для присоединения передвижных  механизмов шахт должны применяться специальные шахтные гибкие и полугибкие кабели, кабели с негорючей изоляцией и экранированными жилами.

Принимаем гибкий кабель марки  КГЭШ-1140.

 

2.2 Определение расчетных  нагрузок кабеля

 

Расчетные нагрузки при выборе сечения кабеля определяются по формулам (4), (5) и (6).

Для высоковольтного кабеля от РПП-6 до ПУПП:

 

 

 

 

 

Для кабелей, питающих группу электродвигателей, работающих не одновременно:

 

 

 

 

 

Для кабелей питающих один электродвигатель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Выбор сечения кабеля  по нагреву

 

Для каждого типа кабеля установлена предельно допустимая температура нагрева при нормальной работе в зависимости от класса изоляции. Если температура нагрева будет  превышать предельно допустимую, то срок службы кабеля резко сокращается вследствие быстрого старения изоляции. Температура нагрева проводника определяется величиной протекающего тока, активным сопротивлением, температурой окружающей среды и рядом других факторов.

 

 

 

3 Проверка кабельной  сети

 

3.1 Проверка кабельной  сети участка по допустимой  потере напряжения при нормальной  работе электроприемников

 

Цель проверки заключается  в том, чтобы отклонение напряжения на зажимах электродвигателей при  их нормальной работе не превышало  допустимых норм (-5 ÷ +10%)Uн.

Проверяются только отрицательные  отклонения, следовательно допустимое напряжение на зажимах электродвигателей для напряжения 1140В будет равно 1083В.

Если за номинальное напряжение на зажимах трансформатора принять  максимально допустимое 1200В, то допустимая потеря напряжения будет равна:

 

 

 

Суммарная потеря напряжения () от ПУПП до зажимов электродвигателей не должна превышать 117В.

 

                                                                                               (7)

 

Суммарные потери напряжения в сети до зажимов двигателя:

 

                                                  (8)

 

где - потеря напряжения в трансформаторе, В;

      , - потеря напряжения в отдельных звеньях низковольтной                             кабельной сети, питающей двигатель, В.

Потерю напряжения в трансформаторе определяют по формуле:

 

 

 

 

 

Потерю напряжения в любом  отрезке кабельной сети можно  определить по формуле:

 

 

 

где - расчетный ток в кабеле, А;

      - активное сопротивление отрезка кабеля, Ом;

      - индуктивное сопротивление отрезка кабеля, Ом.

 

 

                                                                                                    (11)

 

                                                                                                    (12)

 

где , – удельное активное и индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км;

       - длина отрезка кабеля, км.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 

 

Условие (7) выполняется.

 

3.2 Проверка кабельной  сети по пусковому режиму и  режиму опрокидывания наиболее  мощного и удаленного электродвигателя

 

При опрокидывании или  пуске асинхронного электродвигателя пусковой ток может достигать (5÷7) Iн, при этом потеря напряжения в сети достигает такой величины, при которой пусковой или критический момент электродвигателя оказывается недостаточным для преодоления момента на его валу. В этих условиях двигатель не разворачивается или останавливается и под действием больших токов может выйти из строя. Это вызывает необходимость проверки сечения кабельной сети на возможность пуска наиболее мощного и удаленного двигателя и предотвращает его опрокидывание при перегрузке.

Критерием успешной проверки сети по пусковому режиму мощного  и удаленного двигателя является выполнение условий:

 

                                                                                              (13)

 

 

 

Фактическое напряжение у  двигателя комбайна при пуске  определяется по формуле:

 

 

 

где - напряжение холостого хода трансформатора, В;

       – потеря напряжения в сети от нормально работающих двигателей                  в тех участках сети, через которые получает питание комбайновый                  электродвигатель, В;

       - пусковой ток, А;

       , - активное и индуктивное суммарное сопротивление сети до зажимов пускаемого двигателя;

       - коэффициент мощности при пуске двигателя.

 

                                                                                        (15)

 

 

 

                                                                                        (16)

 

 

 

Общая потеря напряжения в  элементах сети от нормально работающих двигателей определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

                                     (19)

 

 

 

 

                                                                                                                 (20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие (13) выполняется.

 

3.3 Проверка кабелей по  термической стойкости токам  короткого замыкания

 

Проверку кабельной сети по термической стойкости осуществляют в целях обеспечения пожаробезопасности кабеля при коротких замыканиях в сетях. Выделившееся при к.з. тепло не успевает рассеиваться в окружающую среду и производит нагрев только массы металла проводника. Если масса, а следовательно, и теплоемкость металла окажутся недостаточными, то за время действия защит токи к.з. нагревают провод до такой температуры, при которой могут произойти разрушение изоляции, расплавление металла проводника и загорание провода или кабеля.

Условие положительной проверки является:

 

                                                                                           (21)

 

Минимально допустимое сечение  проводника определяют по формуле:

 

                                                                                    (22)

 

где - коэффициент термической стойкости;

       - ток трехфазного короткого замыкания в конце проверяемого кабеля, А;

       - приведенное время или время действия максимальной токовой защиты, с.

 

 

 

Условие (21) выполняется.

 

3.4 Проверка низковольтной  кабельной сети на величину  емкости фаз относительно земли.

 

Согласно ПБ общая длина  кабелей, присоединенных к одному или  параллельно работающим трансформаторам, должна ограничиваться емкостью относительно земли величиной не более 1 мкФ  на фазу.

Суммарную емкость кабельной  сети одного трансформатора можно определить по формуле:

 

 

 

где - коэффициент, учитывающий емкость электрических аппаратов и электродвигателей;

       - емкость жилы i-го кабеля (одной фазы) относительно земли при температуре 200С, мкФ/км;

       - длина i-го отрезка кабеля, км;

       n – количество отрезков кабеля;

       - поправочный коэффициент на температуру окружающей среды и предварительную загрузку кабеля.

Результатом проверки должно быть соблюдение условия:

 

                                                                                                        (24)

 

Таблица 4 - Емкости фаз  относительно земли

 

№ кабеля

L, км

С0

β

Кt

C

21

0,02

0,465

0,93

1,178

0,011

22

0,02

0,465

0,93

1,178

0,011

3

0,22

0,605

0,98

1,22

0,167

41

0,02

0,465

0,81

1,141

0,011

42

0,198

0,345

0,9

1,178

0,083

5

0,015

0,345

0,61

1,078

0,006

6

0,015

0,345

0,61

1,078

0,006

7

0,015

0,345

0,41

1,035

0,005

8

0,015

0,345

0,9

1,178

0,006

9

0,015

0,345

0,75

1,108

0,006

10

0,015

0,345

0,23

1,035

0,005

11

0,015

0,345

0,75

1,035

0,005

12

0,015

0,345

0,3

1,035

0,005

13

0,242

0,42

0,75

1,108

0,116

 

 

Условие (24) выполняется.

 

3.5 Проверка активного  сопротивления изоляции участковой  сети относительно земли

 

Эта проверка необходимо с  целью обеспечения возможности  работы сети без частых отключений из-за срабатывания реле утечки при  снижении общего сопротивления сети участка относительно земли.

Устойчивая работа сети возможна лишь в том случае, если фактическое  активное сопротивление ее изоляции rф относительно земли в 1,5 – 2 раза превышает уставку критического сопротивления rкр применяемого аппарата защиты от утечек.

Критическое сопротивление  изоляции относительно земли принимается  для напряжения 1140В – 50кОм/фаза.

Фактически ожидаемое  сопротивление изоляции сети относительно земли может быть определено по формуле:

 

 

 

где - количество электродвигателей на добычных и проходческих машинах;

       - сопротивление изоляции электродвигателя добычного или проходческого комбайна МОм/фаза;

       - количество электродвигателей на других машинах;

       - сопротивление изоляции электродвигателя любой другой машины, МОм/фаза;

       - количество пусковых и распределительных аппаратов как в отдельных оболочках так и в встроенных в передвижных подстанциях и магнитных станциях;

       - сопротивление изоляции любого аппарата, МОм/фаза;

       – количество трансформаторов;

       - сопротивление изоляции трансформатора, МОм/фаза;

       - количество кабелей, проложенных на участке;

       - сопротивление изоляции кабеля независимо от его длины, МОм/фаза.

 

 

 

Нормально рассчитанная сеть должна удовлетворять соотношению:

 

 

 

 

 

Условие (26) выполняется.

 

 

 

4 Расчет токов  короткого замыкания

 

Расчет токов короткого  замыкания осуществляется с целью  определения минимального значения тока двухфазного, необходимого для  проверки уставок максимальных реле, а также максимального значения тока трехфазного, необходимого для проверки коммутационных аппаратов на отключающую способность.

Расчет токов короткого  замыкания будем производить  методом приведенных длин. На расчетной  схеме наметим и обозначим  места предполагаемых к.з. на шинах потребителей и отходящих шпильках аппаратов.

Приведенную длину кабельных  линий с учетом сопротивления  контактов, элементов аппаратов  и переходного сопротивления  в месте к.з. определяют по формуле:

 

                           (27)

 

где , , - фактические длины кабелей с различными сечениями жил, м;

       , , - коэффициент приведения;

       - число коммутационных аппаратов, последовательно включенных в цепь к.з., включая автомат ПУПП.

Все расчеты сведем в таблицу 5.

 

Таблица 5 – Расчет токов  короткого замыкания

 

№ п/п

Обозначение места к.з.

Суммарная длина кабелей  до точек к.з.

Приведеная длина кабелей до точек к.з.

    

1

К1

-

20

5004

8006

2

К2

20

14+30=44

4799

7679

3

К3

220

14+220+40=274

2980

  

4

К4

218

14+28+390+40=430

2258

  

5

К5

15

14+74+40=128

4043

  

6

К6

15

14+74+40=128

4043

  

7

К7

15

14+74+40=128

4043

  

8

К8

15

14+477+74+50=615

1731

  

9

К9

15

14+477+74+50=615

1731

  

10

К10

15

14+74+40=128

4043

  

11

К11

15

14+74+40=128

4043

  

12

К12

15

14+74+40=128

4043

  

13

К13

242

14+477+40=531

1939

  

 

Для промежуточных значений мощности к.з. и длин кабельных линий, не приведенных в таблицах, токи к.з. определяют методом линейной интерполяции.

Ток трехфазного к.з. на выводе аппарата может быть вычислен по формуле:

 

                                                                                           (28)

 

5 Выбор и проверка  электрических аппаратов

 

Аппараты выбирают по напряжению и току нагрузки, затем проверяют  на отключающую способность.

 

5.1 Выбор аппаратов

 

Выбор коммутационных защитных аппаратов производят:

    • по номинальному напряжению:

 

                                                                                                  (29)

 

где - номинальное напряжение аппарата, В;

       - номинальное напряжения сети, В.

    • по току нагрузки:

 

                                                                                                               (30)

 

где - расчетный ток нагрузки аппарата, равный расчетному току отходящего кабеля, А;

       - номинальный ток аппарата, А.

 

5.2 Проверка коммутационных  аппаратов на отключающую способность

 

Необходимость проверки коммутационных аппаратов на отключающую способность  вызвана тем, что каждый аппарат  способен отключить ток короткого  замыкания определенной величины. Эта  величина называется предельно отключаемым  током аппарата и приводится в  его технической характеристике. Если фактический ток к.з. в сети, коммутируемый аппаратом, окажется больше предельно отключаемого тока, то аппарат не справляется с гашением дуги, ток к.з. не отключается в течении длительного времени, кабельная сеть загорается и возникает пожар.

Для обеспечения надежного  отключения низковольтным аппаратом  токов к.з. необходимо, чтобы выполнялось условие:

 

                                                                                                 (31)

 

где - предельно отключаемый ток аппарата, А;

      - наибольший расчетный ток трехфазного к.з. на выходе аппарата, А;

        1,2 - коэффициент запаса, гарантирующий  отключение токов к.з.

 

 

 

 

 

Таблица 6 – Выбор и  проверка низковольтной коммутационно-защитной аппаратуры

 

Обозначение на схеме

Расчетный ток нагрузки аппарата, А

Тип выбранного аппарата

Отключающая способность  аппарата, , кА

Трехфазный ток на выходе аппарата, , кА

Отношение

АВ1

311,93

АВ-320ДО2

20

7,679

2,6

АВ2

101,5

АВ-320ДО2

20

3,102

6,4

П1

197

ПВВ-320

4,8

4,768

1,01

П2

135,4

ПВВ-320

4,8

3,613

1,33

П3

27,7

ПВ-1140-2х63

1

6,469

0,15

П4

27,7

ПВ-1140-2х63

1

6,469

0,15

П5

18,5

ПВ-1140-2х25

-

6,469

  

П6

67,7

ПВВ-320

4,8

2,77

1,73

П7

33,8

ПВ-1140-2х63

1

2,77

0,36

П8

10,5

ПВ-1140-2х25

-

6,469

  

П9

18,5

ПВ-1140-2х25

-

6,469

  

П10

13,5

ПВ-1140-2х25

-

6,469

  

 

 

 

6 Выбор уставок максимальных токовых защит

 

Расчетное значение уставки целесообразно увеличить на 25% с целью исключения ложного срабатывания защит от переходных процессов.

Расчетную величину уставки тока срабатывания реле автоматических выключателей и пускателей определяется по формулам:

    • для магнитных пускателей:

 

                                                                             (32)

 

где - пусковой ток двигателя, А;

       - номинальный ток двигателя, А.

    • для автоматических выключателей:

 

                                                                                     (33)

 

где - пусковой ток наиболее мощного электродвигателя, А;

      - сумма номинальных токов всех остальных электродвигателей, А.

Выбранная уставка проверяется по наименьшему двухфазному току к.з. в конце защитной линии.

 

 

 

где - стандартное значение тока уставки, А;

       1,5 –  коэффициент чувствительности защиты.

 

 

 

 

Таблица 7 – Выбор и  проверка уставок защит низковольтных аппаратов

 

Обозначение аппарата по схеме

Защита от токов короткого  замыкания (УМЗ, ПМЗ)

расчетный ток уставки, А

ток выбранной уставки, А

двухфазный ток к.з., А

отношение

АВ1

2004

2200

4799

2,4

АВ2

635

800

1939

2,42

П1

1477

1600

2980

1,86

П2

1015

1200

2258

1,88

П3

208

218

4043

18,54

П4

208

218

4043

18,54

П5

139

140

4043

28,88

П6

508

800

1731

2,16

П7

253

281

1731

6,16

П8

79

93

4043

43,47

П9

139

140

4043

28,88

П10

101

109

4043

37,09