Электроснабжение очистного участка

 

 

  

 

Содержание

Введение 2

1. Выбор средств механизации по  производственным  процессам. 3

2. Обоснование места расположения  участковых подстанций и величины  применяемого  
    напряжения. 9

3. Расчет и выбор трансформаторных  подстанций. 10

4. Расчет и выбор кабельной сети  участка. 12

5. Проверка кабельной сети по  потере напряжения в  нормальном  режиме работы. 15

6. Проверка кабельной сети по  потере напряжения в  пусковом  режиме работы. 17

7. Выбор пусковой аппаратуры. 20

8. Проверка аппаратов на отключающую  способность. 22

9. Расчет защит от токов короткого  замыкания. 24

10. Проверка защит от токов к.з.  на чувствительность  срабатывания. 26

11. Расчет и выбор высоковольтного  кабеля. 29

12. Выбор высоковольтного оборудования. 31

13. Расчет освещения и осветительной  сети участка. 32

14. Защитное заземление, контроль изоляции. 36

15. Автоматизация, сигнализация, связь. 38

16. Противопылевые мероприятия. 39

17. Противопожарная защита. 40

18. Правила безопасности при эксплуатации  и  ремонте электрооборудования 41

Список  использованной литературы 44

Рецензия 48

 

 

Введение

Основной вид энергии на угольных предприятиях — электрическая.

В связи с этим одна из актуальнейших  задач, стоящих перед все угольно  отраслью, — экономное расходование энергоресурсов и энергии и соответственно регулирование режимов электропотребления. С другой стороны, первостепенное значение приобретают вопросы надежности и безопасности электроснабжения шахтных потребителей.

Поэтому процесс развития горной  электротехники связан как с увеличением  мощности электропривода машин, так  и с одновременным улучшением условий их электроснабжения для  обеспечения эффективного использования  этой мощности.

Добиться повышения производительности горных машин можно только в том  случае, если одновременно с увеличением  паспортной мощности устанавливаемых  на них двигателей будут приняты  меры по устранению вредного влияния  потерь напряжения в шахтной сети. Поэтому в качестве основных направлений  существенного улучшения электровооруженности горных машин были признаны следующие:

1. создание и внедрение регулируемых электроприводов горных машин;
2. создание и внедрение электрооборудования для электроснабжения горных машин повышенным напряжение 1140 В;
3. применение глубокого ввода высокого напряжения для мощных проходческих машин.

Увеличение глубины разработок, повышение газообильности угольных шахт и взятый курс на интенсификацию производства — все это предъявляет  все более жесткие требования к надежности и безопасности как самих горных машин, так и систем электроснабжения. Горные машины становятся все более сложными в конструктивном и техническом отношениях, а системы электроснабжения и применяемое в них электрооборудование — все более насыщенными электроникой.

Это в свою очередь предъявляет  повышенные требования к теоретической  и профессиональной подготовке тех, кто будет это электрооборудование эксплуатировать.

 

1. Выбор средств  механизации по производственным  процессам

1.1. Горно-технические условия производства работ

Длина лавы 150 м

Длина участка 1500 м

Мощность пласта 1,5 м

Угол падения пласта 15°

Приток воды 5 м³/час

Освещение лава и прилегающие выработки на 20 м

Расстояние от устья конвейерного штрека до РП-6кВ 500 м

1.2. Используемые машины и механизмы

Выемку угля производим комплексом КМ87УМП II типоразмера, в состав которого входит очистной комбайн 2К52МУ, конвейер СП87ПМ с кабелеукладчиком и подборщиком угля, насосная станция СНУ5, оборудование оросительной системы на базе насоса НУМС-30. В связи с большим углом наклона пласта используется предохранительная лебедка 1ЛП. Откатка угля — по конвейерной линии из ленточного конвейера 1ЛТ100 и перегружателя ПТК2. Водоотлив осуществляется насосом НПЭ2М с приводом от электросверла. Для доставки грузов по вентиляционному штреку используется напочвенная канатная дорога ДКН.

1.3. Технические характеристики используемых машин и механизмов

Комплекс очистной КМ87УМП

Система разработки столбовая

Мощность обслуживаемых пластов, м 1,25-1,95

Угол падения пласта, градус £20°

Длина в поставке, м 160

Ширина захвата, м 0,63

Минимальное проходное сечение  для воздуха, кв.м. 2,16

Крепь механизированная М87УМН

Тип поддерживающая

Сопротивление на 1 м длины лавы, кН 2160

Рабочее сопротивление, кН:

стойки 780

секции 1560

Коэффициент затяжки кровли 0,9

Шаг передвижки, м 0,63

Шаг установки секций, м 0,635/0,95

Габариты секции, мм:

Минимальная - максимальная высота по заднему ряду стоек… 1000-1950

Ширина по перекрытию 920

Длина по перекрытию 3540

Масса на 1 м длины лавы, кг 2380

Крепь сопряжения КСШ5К

Сопротивление крепи, кН 2760

Шаг передвижки секций, м 0,8

Габариты, мм:

Высота минимальная –  максимальная 2200-3100

Длина/ширина по верхнякам 7500/1000

Масса комплекта, кг 8000

Очистной комбайн 2К52МУ (II типоразмер)

Вынимаемая мощность плата, м 1,25-1,9

Угол падения пласта £35°

Исполнительный орган:

Тип шнековый

Число шнеков 2

Ширина захвата, м 0,63

Диаметр по резцам, м 1,25

Механизм подачи:

Тип 1Г405Р

Скорость подачи, м/с

  Рабочая 0-4,4

  Маневровая 0-10

Электродвигатель комбайна ЭДКО4-100У5

Мощность, кВт 100

Число 1

Габариты, мм:

Длина по корпусу 6250

Ширина корпуса 1235

Высота в зоне крепи 1045

Масса, кг 11790

Конвейер скребковый СП87ПМ

Длина в поставке, м 160

Производительность, т/ч 480

Скорость движения цепи, м/с 1,12

Тип цепи 18х64-9

Число цепей 2

Шаг скребков, мм 1024

Гидромуфта ГПЭ400У

Электродвигатель ЭДКОФВ-55-У5

Мощность, кВт 55

Число 2

Габариты рештачного става, мм:

Ширина 1372

Высота 564

Длина рештака 1900

Масса комплекта, кг 104000

Станция насосная СНУ-5

Подача, л/мин £80

Пределы рабочего давления, МПа 5-20

Насос основной:

Тип ВНР32/20

Электродигатель ВАО62-4

Мощность 17

Число 2

Насос подпиточный:

Тип Г11-25

Подача, л/мин 123

Электродвигатель ВАО41-4

Мощность, кВт 4

Число 1

Вместимость бака, л 750

Габариты, мм:

Длина 3360

Ширина 1060

Высота 750

Масса (без рабочей жидкости), кг 2100

Лебедка предохранительная  1ЛП

Скорость каната, м/мин 6

Номинальное тяговое усилие 45

Канатоемкость барабана, м 170-460

Электродигатель ВАО62-4

Мощность 17

Число 1

Габариты, мм:

Длина 2825

Ширина 1000

Высота 1050

Масса, кг 3080

Перегружатель ПТК2

Длина в поставке, м 51

Производительност, т/ч 480

Скорость движения цепи, м/с 1,12

Число цепей 2

Шаг скребков, мм 510

Гидромуфта ГПЭ400

Электродвигатель ЭДКОФ4-55У5

Мощность, кВт 55

Число 2

Масса перегружателя, кг 15000

Конвейер телескопический  1ЛТ100

Длина в поставке, м 1500

Производительность, т/ч 735

Ширина ленты, мм 1000

Тип ленты 2К300

Скорость движения ленты, м/с 2,5

Электродвигатель МА36-42/4

Мощность, кВт 100

Число 2

Длина несокращаемой части, м 50

Насос НПЭ2М

Подача, м³/час 10

Напор, м 20

Привод:

тип ручное электросверло

мощность, кВт 1,2

Габаритные размеры, мм

длина 450

ширина 280

высота 285

Масса, кг 16

Насос орошения НУМС-30

Производительность, л/мин 360

Давление, кгс/см² 20

Электродвигатель КОФ32-2

Мощность, кВт 32

Число 1

Основные габариты, мм:

Длина 4400

Ширина 945

Высота 896

Масса, кг 1400

Напочвенная канатная дорога ДКН

Длина транспортирования, м 1500

Грузоподъемность, кг 15000

Максимальный угол наклона трассы, град 5

Скорость движения тягового каната, м/с 0,25-1,85

Диаметр тягового каната, мм 15

Максимальное тяговое усилие, кгс 3200

Электродвигатель ЭДКОФ42-4

Мощность, кВт 45

Количество 1

Коробка передач ЗИЛ-130

Масса оборудования дороги длиной 1500 м, кг 18600

1.4. Производим расстановку  выбранных машин и механизмов на плане горных работ

 

 

2. Обоснование места расположения  участковых подстанций и величины  применяемого напряжения

На участке используем две рабочих  подстанции типа ТСВП – Х/6. Первую подстанцию устанавливаем в составе энергопоезда на специальных тележках над перегружателем ПТК2, в 40-45 м от лавы, от нее питаются призабойные потребители. Вторую подстанцию устанавливаем на сопряжении конвейерного штрека с уклоном в 15 м от устья со стороны свежей струи, от нее запитывается ленточный конвейер 1ЛТ100 и лебедка напочвенной канатной дороги ДКН.

Выбор напряжения на участке определяется напряжением питания принятых машин  и механизмов — 660 В.

 

3. Расчет и выбор  трансформаторных подстанций

На основании схемы расстановки  принятых машин и механизмов производим распределение нагрузки токоприемников по трансформаторным подстанциям и составляем таблицу нагрузок 3.1.

Таблица 3.1.

Наименование  потребителей	Тип электродвигателей	Р, кВт	Iн, А	Iпуск, А	Cos j	КПД	Кол-во эл.двиг..	SРуст., кВт
1ЛТ100	МА36-42/4	100	113	225	0,85	0,91	2	200
ДКН	ЭДКОФ42-4	45	50	325	0,86	0,92	1	45
SРуст.=245
2К52МУ	ЭДКО4-100У5	100	110	720	0,86	0,92	1	100
СП87ПМ	ЭДКОФ4-55У5	55	60	370	0,87	0,92	2	110
СНУ51,2	ВАО62-4	17	18,5	130	0,9	0,9	2х2	68
	ВАО41-4	4	5	30	0,85	0,84	1х2	8
НУМС-30	КОФ32-2	32	36	252	0,87	0,9	1	32
1ЛП	ВАО62-4	17	18,5	130	0,9	0,9	1	17
ПТК2	ЭДКОФ4-55У5	55	60	370	0,87	0,92	2	110
SРуст.=445

 

Мощность трансформатора подстанции находим с использованием метода коэффициента спроса по формуле:

 

Sтр.=	SРуст. * Кс	, кВ×А (3.1)
	cos jср.

 

где Р_уст. — суммарная установленная мощность токоприемников участка, кВт

К_с — коэффициент спроса

cos j_ср. — средневзвешенный коэффициент мощности.

 

Средневзвешенный коэффициент  мощности определяем по формуле:

 

cos jср =	SРi × cos ji	(3.2)
	SРуст.

 

 

Коэффициент спроса находим с использованием формулы:

 

Кс = 0,4 + 0,6 ×	Рmax	(3.3)
	SРуст.

 

 

где Р_max — номинальная мощность наиболее мощного токоприемника схемы, кВт

 

cos jср1 =	208,7	=0,85
	245

 

 

 

Кс1 = 0,4 + 0,6 ×	100	=0,64
	245

 

 

cos jср2 =	388,54	=0,87
	445

 

 

Кс2 = 0,4 + 0,6 ×	100	=0,53
	445

 

 

 

Мощность трансформатора ПУПП1:

 

Sтр.1=	245× 0,64	= 185 кВ×А
	0,85.

 

 

Мощность трансформатора ПУПП2:

 

Sтр2=	445× 0,53	= 271 кВ×А
	0,87.

 

 

К установке  принимаем трансформаторные подстанции типа ТСВП с ближайшей большей  номинальной мощностью.

Для ПУПП1 принимаем подстанцию ТСВП-250/6 номинальной мощностью S_ном = 250 кВ×А > S_тр.1= 185 кВ×А.

Для ПУПП2 принимаем подстанцию ТСВП-400/6 номинальной мощностью S_ном = 400 кВ×А > S_тр.2=271 кВ×А.

 

Характеристики подстанций приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

Тип трансформатора	Sном, кВ×А	Uном, В		Iном, А		Uк.з., %	Iх.х.,  %	Потери мощности, Вт
		ВН	НН	ВН	НН			Рк.з.	Рх.х.
ТСВП-400/6	400	6000	690	38,5	335	3,5	3	3700	2180
ТСВП-250/6	250	6000	690	24,1	209	3,5	3,5	2600	1650

 

 

4. Расчет и выбор кабельной сети участка

Длину кабельной сети участка определяем исходя из схемы расстановки машин  и механизмов на плане горных работ с учетом запаса на провис: 5% — для бронированных кабелей, 10% — для гибких кабелей.

Составляем расчетную схему  кабельной сети участка с указанием  принятой подстанции, распределительных  пунктов, потребителей, отрезков кабельной  сети.

Сечение отрезков кабельной сети участка  определяем по длительно допустимой токовой нагрузке с учетом механической прочности из условий:

 

I_доп. ³ I_фак. (4.1)

S_каб. ³ S_min (4.2)

 

где I_доп. — длительно допустимый ток кабеля, А 
I_фак. — фактический ток через кабель, А 
S_каб. — принятое сечение кабеля, мм.кв 
S_min — минимально допустимое сечение кабеля по условию  
            механической прочности, кв.мм

 

Фактический ток через гибкие кабели потребителей равен их номинальному току:

 

I_факт. = I_ном. (4.3)

 

Фактический ток магистральных  кабелей определяем с учетом коэффициента спроса по формуле:

Iфакт. =	SРуст × Кс	(4.4)
	Ö3×Uн×.cos jср

 

где SР_уст — суммарная установленная мощность питаемых кабелем потребителей, Вт

Находим:

Iмк1. =	245000 × 0,64	=162 А
	Ö3×660×0,85
Iмк2. =	445000× 0,53	= 237 А
	Ö3×660×0,87

 

 

Результаты определения сечения  и выбор марки кабеля сводим в  таблицу 3.1.

 

 

 

Таблица 3.1.

Наименование потребителей	Lкаб, м	Iфак, А	Sкаб, мм2		Марка выбранного   кабеля	Iдоп, А
			по Iнагр.	по мех. прочн.
РП1	5,3	162	70	25	КГЭБШ-3х70+1х10+4х4	190
РП2	5,3	237	120	25	КГЭБШ-3х120+1х10+4х4	265
РП3	187	50	6	16	КГЭШ-3х16+1х10+3х4	110
2К52МУ	209	110	16	25	КГЭШ-3х25+1х10+3х4	140
СП87ПМ	44	120	25	16	КГЭШ-3х25+1х10+3х4	140
СНУ51,2	5,5	42	4	16	КГЭШ-3х16+1х10+3х4	110
НУМС-30	44	36	4	16	КГЭШ-3х16+1х10+3х4	110
1ЛП	225	18,5	4	16	КГЭШ-3х16+1х10+3х4	110
ПТК2	12	120	25	16	КГЭШ-3х25+1х10+3х4	140
1ЛТ100	13	2´113	2´25	16	2´КГЭШ-3х25+1х10+3х4	230
ДКН	5,5	50	6	16	КГЭШ-3х16+1х10+3х4	110

 

5. Проверка кабельной  сети по потере напряжения  в нормальном режиме работы

Для нормальной работы потребителей потери напряжения в кабельной сети на должны превышать допустимых, равных

 

DU_доп.=U_тр – 0,95×U_ном (5.1)

 

где U_тр — напряжение х.х. вторичной обмотки трансформатора ПУПП, В

     ×U_ном  — номинальное напряжение потребителей, В

 

DU_доп.=690 – 0,95×660 = 63 В

 

Фактические потери DU_ф  складываются из потерь в трансформаторе DU_тр, потерь в магистральном проводе DU_мк, потерь в кабеле потребителя DU_гк, т.е.

 

DU_ф = DU_тр + DU_мк + DU_гк (5.2)

 

Потери в трансформаторе определяем по формуле:

 

DU_тр = b×(u_a×cos j_cp + u_p×sin j_cp)×U_н / 100 (5.3)

 

где b — коэффициент загрузки 
u_a и u_р — соответственно активная и реактивная составляющие напряжения к.з., %

 

b = S_p / S_н (5.4)

u_a=(Р_кз/ S_н)×100% (5.5)

 (5.6)

 

где S_p — расчетная мощность трансформатора, кВ×А 
S_н — номинальная мощность принятого трансформатора, кВ×А 
Р_кз — потери мощности к.з., Вт 
u_кз — напряжение к.з., %

 

Для ПУПП1:

b = 187 / 250 = 0,75

u_a=(2600/ 250×10³)×100% = 1,04

sin j_cp = sin(arccos 0,85)=0,53

DU_тр1 = 0,75×(1,04×0,87+3,34×0,53)×690 / 100 = 13,8 В

 

Для ПУПП2:

b = 271 / 400 = 0,68

u_a=(3700/ 400×10³)×100% = 0,925

sin j_cp = sin(arccos 0,87)=0,5

 

DU_тр = 0,68×(0,925×0,87+3,38×0,5)××690 / 100 = 11,7 В

 

Потери в кабельной сети определяем по формуле:

 

DU_мк =

×I_ф×L_к× (r₀×cos j_cp + x₀×sin j_cp)× (5.7)

 

где I_ф — фактический ток через кабель, А 
L_к — длина кабеля, км 
r₀ и x₀ — соответственно удельное активное и индуктивное сопротивления кабеля, Ом/км

 

DU_мк1 =

×162 × 0,0053× (0,302 × 0,85 + 0,06 × 0,53) = 0,4 В

DU_мк2 =

×237 × 0,0053× (0,176 × 0,87 + 0,06 × 0,5) = 0,4 В

 

Аналогичные расчеты производим и  для гибких кабелей. Результаты расчетов сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

 

Наименование потребителей	DUтр., В	DUм.к., В	DUг.к., В	SDU, В	DUдоп., В	U на зажимах эл.двигателя, В
РП1	13,8	0,4	—	14,2	—	—
РП2	11,7	0,4	—	12,1	—	—
РП3	13,8	0,4	12,0	26,2	¾	¾
2К52МУ	11,7	0,4	20	32,1	63	657,9
СП87ПМ	11,7	0,4	6	18,1	63	671,9
СНУ51,2	11,7	0,4	0,4	12,5	63	677,5
НУМС-30	11,7	0,4	2,8	14,9	63	675,1
1ЛП	11,7	0,4	10	22,1	63	667,9
ПТК2	11,7	0,4	0,8	12,9	63	677,1
1ЛТ100	13,8	0,4	0,4	14,6	63	675,4
ДКН	13,8	12,4	0,5	26,7	63	663,3

 

Как следует из таблица 5.1. потери напряжения потребителей не  превышают допустимые

 

6. Проверка кабельной  сети по потере напряжения  в пусковом режиме работы

Проверку производим по пуску двигателя  исполнительного органа комбайна 2К52МУ для ПУПП2 как самого мощного и удаленного в группе. Для ПУПП1 проверку производим по пуску привода конвейера 1ЛТ100. Потери напряжения в кабельной сети для пускаемого двигателя не должны превышать допустимых, равных

 

DU_доп.=U_тр – 0,8×U_ном (6.1)

 

где U_тр — напряжение х.х. вторичной обмотки трансформатора ПУПП, В

     ×U_ном  — номинальное напряжение потребителей, В

 

DU_доп.=690 – 0,8×660 = 162 В

 

Допустимые потери напряжения для  остальных потребителей во время  пуска двигателя наиболее мощного потребителя составляют:

 

DU_доп.=U_тр – 0,72×U_ном (6.2)

DU_доп.=690 – 0,72×660 = 214,8 В     

 

Фактические потери DU_ф  складываются из потерь в трансформаторе DU_тр, потерь в магистральном проводе DU_мк, потерь в кабеле потребителя DU_гк, т.е.

 

DU_ф = DU_тр + DU_мк + DU_гк (6.3)

 

Потери в трансформаторе определяем по формуле:

 

DU_тр = (I_тр.п / b×I_тр.нн )× (u_a×cos j_п + u_p×sin j_п)×U_н / 100 (6.4)

 

где b — коэффициент загрузки 
u_a и u_р — соответственно активная и реактивная составляющие напряжения к.з., % 
I_тр.нн — номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А 
I_тр.п — ток, текущий во вторичной обмотке трансформатора при пуске, А 
cos j_п = 0,5 — пусковой коэффициент мощности 

I_тр.п = I_{н. пуск.дв. +} SI_ост.дв. (6.5)

b = S_p / S_н (6.6)

u_a=(Р_кз/ S_н)×100% (6.7)

 (6.8)

 

где S_p — расчетная мощность трансформатора, кВ×А 
S_н — номинальная мощность принятого трансформатора, кВ×А 
Р_кз — потери мощности к.з., Вт 
u_кз — напряжение к.з., % 
I_мк1 — фактический ток магистрального кабеля в нормальном режиме работы, А 
SI_ост.дв. — номинальный ток остальных потребителей, А 
I _{пуск.дв.} — пусковой ток пускаемого двигателя, А

 

 

Для ПУПП1:

I_тр.п = 2×226 + 50 =502 А

b = 187 / 250 = 0,75

u_a=(2600/ 250×10³)×100% = 1,04

sin j_п = sin(arccos 0,5)=0,87

 

DU_тр = (502/0,75×209)×(1,04×0,5+3,34×0,87)×690 / 100 = 76 В

 

Для ПУПП2:

I_тр.п = 720 + 2×60 +4×18,5 + 2×5 + 36 + 2×60 = 1099 А

b = 271 / 400 = 0,68

u_a=(3700/ 400×10³)×100% = 0,925

sin j_п = sin(arccos 0,5)=0,87

 

DU_тр = (1099/0,68×335)×(0,925×0,5+3,38×0,87)×690 / 100 = 113 В

 

Потери в кабельной сети определяем по формуле:

 

DU_мк =

×I_ф×L_к× (r₀×cos j_п + x₀×sin j_п) (6.9)

 

где I_ф — фактический ток через кабель во время пуска, А 
L_к — длина кабеля, км 
r₀ и x₀ — соответственно удельное активное и индуктивное сопротивления кабеля, Ом/км

 

DU_мк1 =

×502 × 0,0053× (0,302 × 0,5 + 0,06 × 0,87) = 1,5 В

DU_мк2 =

×1099 × 0,0053× (0,176 × 0,5 + 0,06 × 0,87) = 1,9 В

 

 

Результаты расчетов сводим в таблицу 6.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.1.

 

Наименование потребителей	DUтр., В	DUм.к., В	DUг.к., В	SDU, В	DUдоп., В	U на зажимах эл.двигателя, В
РП1	76	1,5	—	77,5	—	—
РП2	113	1,9	—	114,9	—	—
РП3	76	1,5	12,0	89,5	¾	¾
2К52МУ	113	1,9	199	313,9	162	376,1
СП87ПМ	113	1,9	6	120,9	214,8	569,1
СНУ51,2	113	1,9	0,4	115,3	214,8	574,7
НУМС-30	113	1,9	2,8	117,7	214,8	572,3
1ЛП	113	1,9	10	124,9	214,8	565,1
ПТК2	113	1,9	0,8	115,7	214,8	574,3
1ЛТ100	76	1,5	1	78,5	162	611,5
ДКН	76	13,5	0,5	90	214,8	600