Электроснабжение карьера
Введение
Поле угольного разреза «Бачатский» расположено в пределах
Бачатского месторождения в северо-западной части Кузнецкого бассейна.
По административному положению поле разреза находится на
территории Беловского и Гурьевского районов Кемеровской области Российской
Федерации. В непосредственной близости от южной границы разреза по долине реки
Большой Бачат, проходит электрифицированная железная дорога
Новокузнецк-Новосибирск, связывающая месторождение с крупными административными
центрами Кузбасса и Сибири. По долине реки Малый Бачат, в 1 км севернее поля
разреза, проходит железнодорожная ветка Белово-Гурьевск, к которой примыкают
подъездные пути разреза «Бачатский». Ближайшим промышленным центром является
город Белово, удалённый на 30 км к востоку от месторождения. Населенные пункты:
деревни Шестаково, Мамонтово, Артышта, поселок Бачаты, расположенные
поблизости, соединены между собой шоссейными и грунтовыми дорогами.
В пределах поля разреза выделены отложения верхнебалахонской
подсерии верхнепермского возраста, включающей (в стратиграфической
последовательности сверху вниз) Усятскую, Кемеровскую и Ишановскую свиты. [1]
Усятская свита включает пласты VIII-I Внутренние. Мощность
свиты составляет 150 м, рабочая угленосность - 9%. Литологический состав вмещающих
пород характеризуется переслаиванием песчаников и алевролитов.
Кемеровская свита, развитая на всей площади разреза,
характеризуется самой высокой угленосностью благодаря наличию в ней очень
мощных пластов Горелого и Мощного. Мощность свиты от почвы пласта Мощного до
кровли пласта II Характерного изменяется от 153 до 240 м. Рабочая угленосность
20-38%. В составе свиты широко распространены песчаники, мощность слоев которых
достигает 30-50 м.
Ишановская свита, вскрытая верхняя часть разреза которой
составляет 80 м, содержит 7 пластов угля, промышленное значение и повсеместное
распространение имеют только три верхних - III, II и I Безымянные.
Рабочая угленосность вскрытой части 10%. В составе свиты преобладают песчаники.
Поле разреза «Бачатский» отрабатывается одновременно тремя
эксплуатационными участками (Северным, Центральным и Южным), расположенными в
границах единого карьерного поля.
Развитие горных работ осуществляется по продольно-углубочной
двухбортовой схеме. Схема вскрытия поля разреза осуществляется как траншеями
внешнего заложения, так и скользящими съездами в рабочей зоне и на погашенных
бортах.
На транспортировании угля и на перевозке вскрышных пород
используется автомобильный транспорт.
Угольный разрез «Бачатский» снабжается электроэнергией от
подстанции 220/110/10 кВ «Бачатская» установленной мощностью 2х125=250 МВА.
В данной курсовой работе рассмотрим ведение горных работ на
Северном участке «Бачатского угольного разреза».
1. Требования к схемам электроснабжения
Для открытых горных работ применяют схемы продольного,
поперечного или комбинированного распределения электроэнергии. Любая из схем
может иметь односторонние или двухсторонние питание с расположением ЛЭП вне
зоны ведения буровзрывных работ. На глубоких карьерах или разрезах с большим
количеством одновременно разрабатываемых уступов может применяться
радиально-ступенчатая схема питания.
В продольных схемах радиальные и магистральные ВЛ могут
сооружаться по трасам, проложенным по поверхности разреза, а также по рабочим
уступам и предохранительным бермам вдоль фронта работ. В поперечных схемах по
периметру разреза или карьера за технической границей отработки сооружают
магистральные бортовые ВЛ, к которым через переключательные пункты подключают
ответвления ВЛ или КЛ. Данные ответвления спускаются к местам разработки,
пресекая уступы, и дают питание передвижным переключательным пунктам. В
комбинированных схемах применяют сочетание продольных и поперечных схем.
Передача электроэнергии производится напряжением 6 кВ
воздушной линии. Для распределения электроэнергии по промплощадке разреза
существует подстанция 6/0,4/0,23 кВ.
Для электроснабжения потребителей горных работ и отвалов
породы предусматриваются следующие уровни напряжения: 6000В - для питания
экскаватора и передвижных трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ и 6/0,23 кВ, 0,4
кВ (с изолированной нейтралью) - для питания бурового станка.
Питание токоприемников горных работ осуществляется по
стационарным воздушным ЛЭП-6кВ на флангах разреза.
Стационарные ЛЭП-6кВ выполняются на железобетонных или
деревянных опорах. Передвижные ЛЭП-6кВ выполнены в виде деревянных опор,
установленных на металлических санях. Переключение передвижных ЛЭП-6кВ к
стационарным производится через переключательные пункты типа ЯКНО-10.
Потребители 0,4 кВ получают питание от передвижных
трансформаторных подстанций типа ПКТП, которые подключаются в воздушным
ЛЭП-6кВ.
Расчет электрических нагрузок производим в соответствии с
РТМ12.25.006 по коэффициенту спроса на основании требований «Инструкции по
проектированию электроустановок угольных шахт, разрезов и обогатительных
фабрик», Москва, 1993 г.
2.
Расчет электроснабжения участка разреза
2.1 Расчет электрических нагрузок
Таблица 1. Технические характеристики сетевых
электроприемников экскаваторов
Тип экскаватора
|
Мощность
сетевого эл. двигателя, кВт
|
Номинальный
ток, А
|
Номинальное
напряжение, В
|
cosj
|
Кратность
пускового тока, Кратность пускового момента,
|
|
ЭШ-5.45М
|
520
|
63,5
|
6000
|
0,85 опер.
|
5,5
|
0,7
|
ЭШ-20.75
|
1900
|
225
|
6000
|
0,85 опер.
|
5,3
|
0,9
|
Таблица 2. Выбор мощности ПКТП для бурового станка
Тип бурового
станка
|
Установленная
мощность, кВт
|
Коэффициент
спроса, КС
|
cosj
|
Расчетная
мощность, кВт
|
Расчетный ток,
А
|
Мощность ПКТП,
кВА
|
|
|
|
|
|
380 В
|
660 В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2СБШ-200Н
|
282
|
0,7
|
0,7
|
282
|
431
|
249
|
400
|
Таблица 3. Удельный расход электроэнергии по экскаваторам
Наименование
|
Удельный расход
электроэнергии, кВт×ч/м3
|
Одноковшовые
экскаваторы
|
|
ЭШ-5.45;
|
0,6 - 1,0
|
ЭШ-20.75;
|
1,1 - 1,35
|
Расчет электрических нагрузок экскаваторов производится по
методу удельного электропотребления, если известна годовая производительность Аг
экскаваторов, по формуле
, кВт
где - удельный расход электроэнергии для
данного типа экскаватора (табл. 3), кВт×ч/м3;
Аг - годовая производительность экскаватора, м3/год
(табл. 4);
Тм - годовое число часов использования максимума
активной нагрузки, ч.
Расчет электрических нагрузок производим по методу коэффициента
спроса применительно к добычным и вскрышным экскаваторам (высоковольтные
электропотребители), а также к буровым станкам и другим электроприемникам
(низковольтные электропотребители) и заносим в таблицу 5.
; ; ,
где Кс - коэффициент спроса;
Руст - установленная мощность электропотребителей, кВт;
- соответствующий данной группы электропотребителей (рис. 1).
Под установленной мощностью Руст понимается суммарная
номинальная мощность приемников, присоединенных к сети, за исключением
трансформаторов собственных нужд.
Расчетная мощность по фидеру или участку определяется
суммированием расчетных мощностей отдельных приемников с учетом коэффициента
участия в максимуме нагрузки:
SP = kå
где kå - коэффициент участия в
максимуме нагрузки, kå = 0,8¸0,9.
Для синхронных двигателей, работающих с опережающим величина QР
принимается со знаком минус, а значение в зависимости от загрузки двигателя , его номинального коэффициента мощности и тока возбуждения , определяется
Электрические нагрузки используются при выборе мощности
трансформаторов, сечений линий по нагреву и экономической плотности тока, а
также для определения величины потери напряжения в сети при длительном режиме
работы электроприемников.
Для определения потери напряжения в сети при пиковом режиме,
активная нагрузка
Рпик = kпикРнм + Рåн,
где kпик - коэффициент, учитывающий пиковую нагрузку
экскаваторов,
kпик = 1,6¸1,8; Рнм -
номинальная мощность наиболее мощного экскаватора в группе, кВт;
Рåн - суммарная номинальная
мощность прочих электроприемников в группе, кВт.
При пиковом режиме реактивная нагрузка электроприемников с
синхронным приводом берется равной нулю, а с асинхронным приводом - равной ее
номинальному значению.
Таблица 4. Годовая производительность экскаваторов
Тип экскаватора
|
АГ,
м3/год. 106
|
ЭШ-5.45М
|
1,5
|
ЭШ-20.75
|
5,2
|
Таблица 5. Исходные и расчетные данные
Электро-приемники
|
Кол-во
|
Мощность Руст,
кВт
|
Коэффициенты
|
Расчетная
мощность
|
|
|
|
сos j
|
tgj
|
Kc
|
Активная, Рр,
кВт
|
Реактивная, Qр,
квар
|
Напряжение 6 кВ
|
Экскаватор
ЭШ-4,45М
|
1
|
520
|
0,85 опер.
|
-1,25
|
0,6
|
312
|
-390
|
Экскаватор
ЭШ-20.75
|
1
|
1900
|
0,7
|
-1,25
|
0,6
|
1140
|
- 1425
|
Итого:
|
2
|
2420
|
-
|
-
|
-
|
1452
|
-1815
|
Напряжение 0,38
кВ
|
2СБШ-200Н
|
1
|
282
|
0,7
|
- 1,25
|
0,7
|
198
|
202
|
Итого:
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Всего:
|
3
|
2702
|
-
|
-
|
|
1650
|
-1613
|
2.2 Выбор подстанций и трансформаторов
Для передвижных комплектных трансформаторных подстанций
напряжением 35-110/6-10 кВ номинальная мощность трансформаторов ПКТП
определяется по расчетной нагрузке электроприемников, питающихся от этой
подстанции. При этом должно быть соблюдено условие Sтр ³ SР.
Выбранная мощность трансформатора ПКТП проверяется на
возможность нормального пуска сетевого двигателя удаленного от подстанции
экскаватора.
При питании двигателя от отдельного трансформатора (блочная
схема), мощность двигателя может составлять 80% мощности трансформатора.
Исходные данные для расчета (табл. 1):
Рн1 = 282 кВт; cosjн1 = 0,7; Кс1
= 0,7;
Рн2 = 520 кВт; cosjн2 = 0,85 (опер.); Кс2
= 0,6;
Рн3 = 1900 кВт; cosjн1 = 0,7; Кс3
= 0,6.
РР1 = Кс1× Рн1 = 0,7×282 = 198 кВт,
РР2 = Кс2× Рн2 = 0,6×520 = 312 кВт,
РР3 = Кс3× Рн3 = 0,6×1900 = 1140 кВт.
При расчете реактивной нагрузки экскаваторов с синхронным
приводом, находим коэффициенты их загрузки ½b½ и по рис. 1 при
известных cosjН и Iв = Iвн определяем значения cosjР:
Расчетная реактивная нагрузка экскаваторов:
QP1 = РР1×tgjР1 = 198×1,02
= 202 квар,
QP2 = РР2×tgjР2 = -312×1,25
= -390 квар,
QP3 = РР3×tgjР3 = -1140×1,25
= -1425 квар.
Расчетная нагрузка по участку в целом:
SP = KS
кВ×А.
Принимаем трансформатор типа ТМН мощностью 2500 кВ×А,
установленный на передвижной комплектной трансформаторной подстанции 35/6 кВ. Паспортные данные трансформатора ТМН-2500/35: Uвн=35 кВ; Uнн=6,3 кВ; Рхх=6,2 кВт; Ркз=25 кВт; Uкз=6,5%.
Выбираем источник питания для бурового станка 2СБШ-200Н, который
имеет расчетную активную мощность РР=198 кВт.
Мощность трансформатора определяется:
, кВ×А
где cosjР - средневзвешенное значение коэффициента мощности группы
электроприемников. Принимают cosjР = 0,6-0,7. Тогда:
, кВ×А
Принимаем передвижную комплектную трансформаторную подстанцию
6/0,4 кВ ПСКТП-400/6 (табл. 6), имеющую сухой
трансформатор, мощностью 400 кВ×А.
2.3 Расчет электрических сетей
Сечения воздушных и кабельных линий напряжением до и выше
1000 В следует выбирать по
нагреву токами нагрузки с последующей проверкой по экономической плотности тока
(только ЛЭП напряжением 6-35 кВ со сроком службы более 5 лет), на термическую устойчивость от воздействия токов
короткого замыкания (только кабельные ЛЭП напряжением 6-10 кВ), по допустимой потере
напряжения.
Выбор сечения проводников по нагреву сводится к сравнению
расчетного тока IР с длительно допустимыми токами нагрузки для стандартных сечений:
IР £ Iдоп,
Расчетный ток в линии
где Uн - номинальное напряжение приемника.
Экономически целесообразное сечение
где jэк - экономическая плотность тока, А/мм2
Кабельные сети проверяются на термическую устойчивость от тока
короткого замыкания.
Минимальное сечение
где tп - приведенное время.
Для кабелей напряжением до 10 кВ с медными жилами a=7; для кабелей с таким же напряжением, но
с алюминиевыми жилами a=12.
Таблица 6. Техническая характеристика передвижных комплектных
трансформаторных подстанций типа ПСКТП-100/6, ПСКТП-250/6 и ПСКТП-400/6 с сухим
трансформатором
№, п/п
|
Наименование
|
ПСКТП-100/6
|
ПСКТП-250/6
|
ПСКТП-400/6
|
1.
|
Номинальная
мощность, кВА
|
100
|
250
|
400
|
2.
|
Номинальное первичное
напряжение, В
|
6000
|
6000
|
6000
|
3.
|
Номинальное
вторичное напряжение, В
|
400/230
|
400
|
400
|
4.
|
Напряжение
короткого замыкания, %
|
3,7
|
3,5
|
3,5
|
5.
|
Ток холостого
хода, %
|
6
|
3,5
|
2,5
|
6.
|
Потери
холостого хода, Вт
|
950
|
1800
|
2300
|
7.
|
Потери
короткого замыкания, Вт
|
1270
|
2700
|
3800
|
Таблица 7. Основные конструктивные параметры кабеля
(справочные величины) и длительно допустимые токовые нагрузки на гибкие силовые
кабели, применяемые на карьерах
Число и
номинальное сечение жил, мм²
|
Номинальный
наружный диаметр, мм (справочные величины)
|
Расчётная
масса, кг/км (справочные величины)
|
Длительно
допустимые токовые нагрузки, А, при номинальной температуре окружающего
воздуха 25°С
|
основных
|
заземления
|
вспомогательных
|
|
|
|
КГЭ, КГЭ-Т,
КГЭ-ХЛ
|
КГЭ, КГЭ-Т
|
КГЭ-ХЛ
|
3х10
|
1х6
|
1х6
|
41,2
|
2170
|
82
|
|
3х16
|
1х6
|
1х6
|
43,8
|
2522
|
106
|
117
|
3х25
|
1х10
|
1х6
|
46,4
|
3014
|
141
|
157
|
3х35
|
1х10
|
1х6
|
50,2
|
3641
|
170
|
189
|
3х50
|
1х16
|
1х10
|
53,9
|
4309
|
213
|
235
|
3х70
|
1х16
|
1х10
|
63,3
|
5835
|
260
|
288
|
3х95
|
1х25
|
1х10
|
66,5
|
6998
|
313
|
346
|
3х120
|
1х35
|
1х10
|
72,0
|
8262
|
367
|
403
|
3х150
|
1х50
|
1х10
|
77,6
|
9802
|
413
|
458
|
3х10
|
1х6
|
-
|
41,2
|
2125
|
82
|
91
|
3х16
|
1х6
|
-
|
43,8
|
2507
|
106
|
117
|
3х25
|
1х10
|
-
|
46,4
|
3006
|
141
|
157
|
3х35
|
1х10
|
-
|
50,2
|
3636
|
170
|
189
|
3х50
|
1х16
|
-
|
4377
|
213
|
235
|
3х70
|
1х16
|
-
|
63,3
|
5966
|
260
|
288
|
3х95
|
1х25
|
-
|
66,5
|
7139
|
313
|
346
|
3х120
|
1х35
|
-
|
72,0
|
8431
|
367
|
403
|
3х150
|
1х50
|
-
|
77,6
|
9997
|
413
|
|
Указанные нагрузки даны для длительно допустимой температуры
на жиле +65оС.
Выбираем сечение воздушных и кабельных линий в соответствии
со схемой рис 2.
Определим расчетные токи во всех элементах сети.
Расчетный ток в низковольтном кабеле 2СБШ-200Н
, А
Расчетный ток воздушного спуска бурового станка принимаем равным
номинальному первичному току трансформатора ПСКТП
IР1вн = I1вн = 38,5 А.
Расчетный ток экскаватора ЭШ-5.45М , А.
Расчетный ток экскаватора ЭШ-20.75 , А.
Принимаем сечения: кабелей (табл. 7):
СБШ-200Н - 2 (3х70+1х25+1х10) типа КГЭ, Iдоп =
2х250, А;
ЭШ-5.45М - (3х50+1х25+1х10) типа КГЭ, Iдоп = 90,
А;
ЭШ-20.75 - (3х50+1х25+1х10) типа КГЭ, Iдоп = 180,
А.
Учитывая, что от одного воздушного спуска могут работать два
экскаватора, найдем расчетный ток от двух экскаваторов
, А.
Принимаем сечение магистральной линии и спусков типа АС-70 с Iдоп = 265 А
Определим удельное сопротивление кабельных и воздушных линий:
2СБШ-200Н: кабель КГЭ(3х70) - Rо=0,26
Ом/км; Хо=0,069 Ом/км;
ЭШ-5.45М: кабель КГЭ(3х16) - Rо=1,12
Ом/км; Хо=0,094 Ом/км;
ЭШ-20.75: кабель КГЭ(3х50) - Rо=0,35
Ом/км; Хо=0,072 Ом/км;
Воздушная линия (3х70) - Rо=0,45 Ом/км; Хо=0,36 Ом/км.
Сопротивление линий (соответственно):
. R =(Rоl)/2 =(0,26×0,4)/2=0,05 Ом, Х =(Хоl)/2=(0,069×0,4)/2=0,02
Ом;
. R = 1,12×0,35 = 0,39 Ом, Х = 0,094×0,35 = 0,03 Ом;
. R = 0,35×0,3 = 0,1 Ом, Х = 0,072×0,3 = 0,02 Ом;
. R = 0,45×1,1 = 0,49 Ом, Х = 0,36×1,1 = 0,4 Ом - до ЭШ-5.45М;
R = 0,45×1,6 =
0,72 Ом, Х = 0,36×1,6 =
0,58 Ом - до ЭШ-20.75 и 2СБШ-200Н.
После определения токов короткого замыкания необходимо проверить
выбранные сечения кабеля КГЭ на термическую устойчивость от воздействия токов
к.з., определенных в начале кабеля (у приключательного пункта).
Проверку сети по допустимым потерям напряжения на зажимах
электроприемников производим для трех режимов работы: нормального рабочего,
пикового, пускового при пуске наиболее мощного приемника.
Напряжение на зажимах n-го
приемника в нормальном режиме
где Uо - напряжение холостого хода трансформатора, В;
UН -
номинальное напряжение приемника, кВ;
Рm и Qm - соответственно суммарное активные и
реактивные мощности, передаваемые по m-му
участку, кВт и квар;
Rm и Хm - соответственно активное и реактивное сопротивление m-го участка сети, Ом.
Напряжение на зажимах двигателя во время пуска удаленного и наиболее
мощного двигателя в группе:
, В
где - потеря напряжения в сети в общих с
пускаемым двигателем элементах сети;
Iп -
пусковой ток, А; cosjп=0,3-0,5 - коэффициент мощности приемника в режиме пуска.
Синхронный двигатель пускается как асинхронный.
Для определения потери напряжения в сети при пиковом режиме,
активную нагрузку определяем следующим образом:
Рпик =Кпик×Рнм + Рåн, кВт
где Кпик - коэффициент, учитывающий пиковую нагрузку
экскаваторов, принимается равным 1,6-1,8;
Рнм - номинальная мощность наиболее мощного экскаватора
в группе, кВт;
Рåн - суммарная номинальная мощность прочих
электроприемников в группе, кВт.
При пиковом режиме реактивная нагрузка приемников с синхронным приводом
принимается равной нулю, а приемников с асинхронным приводом - равной ее
номинальному значению.
Для определения потери напряжения в сети при пиковом режиме
используем формулу для определения потери напряжения в нормальном режиме.
Согласно ГОСТ напряжение на зажимах в нормальном режиме должно
удовлетворять условию Uдв = (0,96 ¸ 1,1) Uн.
В режиме пиковых нагрузок Uпик ³ 0,9Uн. В режиме пуска U ³ 0,75Uн.
Сопротивление низковольтного кабеля 2СБШ-200Н приведено к ступени
напряжения 6 кВ.
Проверим выбранную сеть в режиме пуска наиболее мощного двигателя
(экскаватор ЭШ-20.75).
В, что составляет 0,67Uн < 0,75Uн.
Условие проверки по пуску не выполняется. В этом случае необходимо
взять более мощный трансформатор на ПКТП-35/6.
Принимаем трансформатор ТМН-6300/35. Паспортные данные
трансформатора: Sтн = 6300 кВ×А;
U1 = 35 кВ; U2 = 6,3 кВ; Ркз = 46,5 кВт; uк = 7,5%.
Кроме того, увеличим сечение воздушных линий до 95 мм2
(Iдоп=330 А), кабеля КГЭ для экскаватора ЭШ-20.75 до 95 мм2
(Iдоп=265 А).
Тогда напряжение на зажимах сетевого двигателя при пуске будет
равно Uпуск.з = 4532 В, что составляет 0,755Uн.
2.4 Расчет токов короткого замыкания
Ток короткого замыкания от энергосистемы (источник неограниченной
мощности).
,
где Uб - базисное напряжение по данной ступени трансформации, Uб=6,3 кВ;
Х*Sс -
суммарное сопротивление ветвей от энергосистемы до точки короткого замыкания
(табл. 9).
Токи от синхронных двигателей (СД)
It = ktIнS,
где IнS - суммарный номинальный ток СД, кА
IнS = ;
kt - кратность периодической составляющей
тока короткого замыкания для различных моментов времени.
Таблица 9. Расчетные формулы для определения сопротивлений
элементов системы электроснабжения, приведенные к базисным условиям
Элементы
системы электроснабжения
|
Расчетные
формулы
|
Примечание
|
Сопротивление
энергосистемы
|
cк бс=, где Sкз-мощность трехфазного короткого
замыкания на шинах ГПП, от которой питается участковая подстанция
|
|
Двухобмоточные
трансформаторы
|
c*бт =
|
|
Линия электропередачи c*бл = cоlДля ВЛ-6-35 кВ
r* бл = Для КЛ-6 (10) кВ
cо бл = Для КЛ-35 кВ
Синхронные двигатели c*бсD =
Трехобмоточные трансформаторы
Х*расч. = Х*S,
где Х*расч. - суммарное сопротивление цепи от
синхронных двигателей до места короткого замыкания;
SS - суммарная номинальная мощность
синхронных двигателей, МВ×А;
Sб -
базисная мощность, МВ×А.
При Х*расч. > 3 синхронным двигателем как источником питания короткого
замыкания пренебрегают.
Суммарный ток короткого замыкания в данной точке
,
где Iti - ток короткого замыкания от i-го источника в момент времени t, кА;
n - количество источников.
Ударный ток
,
где k y - ударный коэффициент.
При rS £ 0,3ХS, kу = 1,8, тогда iy =
2,55I².
Полный ток короткого замыкания
При kу = 1,8 Iy = 1,52I’’ или Iу » 0,6iy.
Мощность короткого замыкания для произвольного момента времени .
Токи двухфазных коротких замыканий определяются по следующим
формулам
; ; .
С целью проверки кабеля экскаватора ЭШ-20.75 на термическую
устойчивость от действия токов к.з., выполним расчет тока к.з. для схемы
электроснабжения, приведенной на рис. 2, когда к спуску 3 подключен экскаватор
ЭШ-5.45М. Тогда схема примет вид:
Выбираем базисные величины: Sб = 100 МВ×А; Uб = 6,3
кВ.
Определим сопротивления элементов схемы электроснабжения,
приведенные к базисным сопротивлениям.
Сопротивление питающей системы Хс = 0.
Сопротивление трансформатора (рис. 5)
Сопротивление ВЛ-6:
Сопротивление кабельных ЛЭП-6: Х*4 = 0,03×2,5 = 0,07,
Х*8 = 0,02×2,5 = 0,05.
Сопротивление синхронных двигателей:
Упростим схему замещения (см. рис. 5).
Х*10 = Х*1 + Х*2 = 1,19 + 0,35 =
1,54;
Х*11 = Х*6 +Х*7 + Х*8
+ Х*9 = 0,45 + 0,6 + 0,05 + 11 = 12,1
Х*12 = Х*4 + Х*5 = 0,07 + 40 =
40,07.
Определяем возможность объединения синхронных двигателей:
, т.е. находится в пределах 0,4 - 2,5.
Следовательно источники S2 и S3 можно
объединить.
Параметры объединенной цепи будут равны:
Расчетное сопротивление цепи синхронных двигателей.
Х*СД расч. =
Находим кратность токов к.з., посылаемых синхронными
двигателями:
для Х*СД расч.= 0,98 и t = ¥; Кt = 1,3.
Ток к.з., посылаемый синхронными двигателями:
кА.
Ток к.з. от энергосистемы в точке К1:
кА.
Суммарный ток к.з. в точке К1:
кА.
Минимальное сечение ВЛ-6 по условию термической устойчивости: мм2, что меньше выбранного
сечения 95 мм2.
Минимальное сечение кабелей экскаватора ЭШ-20.75: мм2.
2.5 Расчет токов однофазного замыкания на землю в
сети 6 кВ
Расчет производится с целью выбора и настройки релейной
защиты от однофазных замыканий, а также для определения величины допустимого
сопротивления защитного заземления. Для сети с изолированной нейтралью.
,
где Uл - линейное напряжение сети, кВ;
СS - суммарная емкость на фазу сети 6-10 кВ, мкФ,
,
где lв и lк - длина соответственно воздушных и
кабельных линий напряжением 6-10 кВ, км;
Ск-удельная емкость на фазу кабельной ЛЭП напряжением
6-10 кВ, мкФ/км (таблица 10); nэк - количество экскаваторов, подключенных к
сети напряжением 6-10 кВ.
Для приближенных расчетов величину тока однофазного замыкания
на землю можно определить по формуле
где Uл - линейное напряжение, кВ.
2.6
Выбор коммутационной и защитной аппаратуры
Высоковольтные электрические аппараты выбираем по условиям
длительного режима работы и проверяем по условиям коротких замыканий. При этом
для всех аппаратов производится выбор по напряжению; выбор по нагреву при
длительных токах; проверка на электродинамическую стойкость (согласно ПУЭ не
проверяются аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями с
номинальным током до 60 А); проверка на термическую стойкость (согласно ПУЭ не
проверяются аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями); выбор
по форме исполнения (для наружной и внутренней установки).
Таблица 10. Удельные емкости на фазу, 10-3 мкФ/км
Воздушных линий
с высотой подвески проводов 6 м
|
Сечение провода
линии, мм2
|
16
|
25
|
35
|
50
|
70
|
95
|
120
|
линия с
заземляющим проводом
|
5,04
|
5,15
|
5,21
|
5,3
|
5,41
|
5,48
|
5,57
|
линия без
заземляющего провода
|
4,43
|
4,5
|
4,55
|
4,63
|
4,69
|
4,75
|
4,86
|
Бронированных
трехжильных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией
|
Сечение жил
кабеля, мм2
|
16
|
25
|
35
|
50
|
70
|
95
|
120
|
180
|
185
|
240
|
6 кВ
|
115
|
140
|
160
|
180
|
210
|
240
|
270
|
315
|
360
|
400
|
10 кВ
|
95
|
110
|
130
|
140
|
160
|
190
|
200
|
240
|
260
|
300
|
35 кВ
|
-
|
-
|
-
|
-
|
145
|
170
|
180
|
210
|
220
|
240
|
Токоведущих жил
по отношению к заземляющему экрану кабеля марки КГЭ, КШВГ
|
Сечение жил
кабеля, мм2
|
16
|
25
|
35
|
50
|
70
|
95
|
120
|
150
|
6 кВ
|
230
|
290
|
330
|
360
|
430
|
490
|
530
|
590
|
10 кВ
|
230
|
220
|
250
|
280
|
320
|
350
|
570
|
420
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.7 Расчет защитного заземления
Общее заземляющее устройство карьера должно состоять из
центрального контура и местных заземляющих устройств. Допускается работа
передвижных ПП, КТП без местных заземляющих устройств при наличии
дополнительного заземлителя (аналогично центральному), подключенного к
центральному заземляющему устройству таким образом, чтобы при выходе из строя
любого элемента заземляющего устройства сопротивление заземления в любой точке
заземляющей сети не превышало 4 Ом. Длина заземляющих проводников до одного из
центральных заземляющих устройств не должна превышать 2 км. Центральное
заземляющее устройство выполняется в виде общего заземляющего контура у
подстанции напряжением 110-35/6-10 кВ или в виде отдельного заземляющего
устройства в карьере. Местные заземляющие устройства выполняются в виде
заземлителей, сооружаемых у передвижных ПП, КТП-6-10/0,4 кВ и других установок.
Заземляющий трос прокладывается на опоре ниже проводов линии
электропередачи. Расстояние по вертикали от нижнего провода ЛЭП до троса должно
быть не менее 0,8 м.
При устройстве местного заземления у ПП сооружение
дополнительных местных заземлителей передвижной машины, оборудования и
аппаратов, питающихся от этого ПП, не требуется.
Согласно Единым правилам безопасности величина сопротивления
заземления у наиболее удаленной электроустановки должна быть не более 4 Ом.
Величина допустимого сопротивления заземляющего устройства
где r - удельное
максимальное сопротивление земли, Омм, [л. 8, с. 276, табл. 7.14]
Величина допустимого сопротивления заземляющего устройства
проверяется по току однофазного замыкания на землю
В качестве допустимой величины сопротивления заземляющего
устройства следует принимать наименьшее значение из расчетных по удельному
сопротивлению земли и по току однофазного короткого замыкания на землю, но не
более 4 Ом.
Сопротивление центрального заземлителя
где Rз.п - сопротивление заземляющих проводников от центрального
заземлителя до наиболее удаленного заземляемого электроприемника, Ом.
Rм.з -
сопротивление магистрального заземляющего провода, Ом; Rз.ж -
сопротивление заземляющей жилы гибкого кабеля от магистрали до
электроустановки, Ом.
Сопротивление магистрального заземляющего провода, проложенного по
опорам воздушных ЛЭП,
где lм.з - длина магистрали заземления, км;
Rомз -
удельное активное сопротивление провода, Ом/км.
Сопротивление заземляющей жилы гибкого кабеля от магистрали до
электроустановки
где lз.ж - длина заземляющей жилы кабеля, км;
Rоз.ж -
удельное сопротивление заземляющей жилы кабеля, Ом/км.
Количество одиночных заземлителей (электродов) центрального
заземляющего устройства
где R - сопротивление растеканию одиночного
заземлителя, Ом; (табл. 11),
hн -
коэффициент использования электродов заземления (табл. 12).
Рассчитаем защитное заземление применительно к схеме
электроснабжения участка карьера, представленной на рис. 2.
Исходные данные:
1.
Удельное
сопротивление грунта - r = 1 Ом. см. 104
2.
Длина
магистрали заземления от приключательного пункта экскаватора ЭШ-20.75 до
ПКТП-35 - l м.з. = 1,6 км
3.
Длина
заземляющей жилы кабеля КШВГ-6 экскаватора ЭШ-20.75 - l з.ж.= 0,3 км
Удельное сопротивление заземляющей жилы Rо.з.ж. = 0,74 Ом/км (для
сечения заземляющей жилы 25 мм2).
4.
Ток
однофазного замыкания на землю (по упрощенной формуле)
Таблица 11. Сопротивление растеканию одиночного заземлителя
Схема
расположения заземлителя
|
Тип заземли-теля
|
Формулы расчета
сопротивления растеканию
|
Типовые
параметры заземлителя
|
Сопротивление
растеканию, Ом
|
Примечание
|
Вертикальный Круглая сталь
d = 12 мм; l = 5 м
d = 16 мм; l = 5 м
Угловая сталь
х50х5 мм; l = 2,5 м
х60х5 мм; l = 2,5 мR=0,236rрасч
R=0,227rрасч
R=0,338rрасч
Вертикальный в скважине Круглая сталь
d = 12 мм; l = 20 м
d = 16 мм; l = 20 м
Полосовая сталь
х4 мм; l = 20 м
х4 мм; l = 20 мR=0,071rрасч
R=0,068rрасч
R=0,069rрасч
Вертикальный углубленный Круглая сталь
d = 12 мм; l = 5 м
d = 16 мм; l = 5 м
Угловая сталь
х50х5 мм; l = 2,5 м
х60х5 мм; l = 2,5 мR=0,027rрасч
R=0,218rрасч
R=0,318rрасч
Горизонтальный Полосовая сталь
х4 мм; l = 50 м
х4 мм; l
= 50 мR=0,043rрасч
R=0,041rрасчЕсли электрод круглый диаметром d, то b=2d
|
|
|
|
Таблица 12. Коэффициенты использования hн заземлителей из труб или
уголков, размещенных в ряд без учета влияния полосы связи
Отношение
расстояния между трубами (уголками) к их длине, a/l
|
Число труб
(уголков), n
|
hн
|
1
|
2
|
0,84 - 0,87
|
|
3
|
0,76
- 0,8
|
|
5
|
0,67 - 0,72
|
|
10
|
0,56 - 0,62
|
|
15
|
0,51 - 0,56
|
|
20
|
0,47 - 0,5
|
2
|
2
|
0,90 - 0,92
|
|
3
|
0,85
- 0,88
|
|
5
|
0,79 - 0,83
|
|
10
|
0,72 - 0,77
|
|
15
|
0,66 - 0,73
|
|
20
|
0,65 - 0,70
|
3
|
2
|
0,93 - 0,95
|
|
3
|
0,90
- 0,92
|
|
5
|
0,85 - 0,88
|
|
10
|
0,79 - 0,83
|
|
15
|
0,76 - 0,80
|
|
20
|
0,74 - 0,79
|
Допустимое значение сопротивления заземляющего устройства
принимаем равным Rдоп = 4 Ом, т.к. r < 500 Ом. м.
В качестве магистрального заземляющего провода,
прокладываемого по опорам ВЛ, принимаем сталеалюминевый провод сечением 35 мм2,
для которого Rом.з = 0,91 Ом/км
Сопротивление заземляющего провода Rм.з=1,6.0,91=1,46
Ом.
Сопротивление заземляющей жилы гибкого кабеля, питающего
экскаватор ЭШ-20.75 (сечение заземляющей жилы кабеля 25 мм2)
Rз.ж. = 0,3. 0,74 = 0,22 Ом.
Сопротивление центрального заземляющего устройства,
сооружаемого у подстанции 35/6 кВ
Ом.
Величина сопротивления искусственного заземлителя (обсадные трубы
скважин) определяется выражением
, Ом
где Rе.з.-сопротивление естественного заземлителя..
В районе расположения подстанции 35/6 имеются геологоразведочные
скважины с обсадными трубами, используем их для устройства центрального
заземлителя. Учитывая, что сопротивление естественного заземлителя в данном
случае равно 10 Ом, определим сопротивление искусственного заземлителя Ом
Сопротивление растеканию одного электрода заземления, выполняемого
из круглой стали d = 16 мм, l = 5 м (электрод вертикальный), определяем по таблице 10.
Ом
Количество одиночных заземлителей центрального заземляющего
устройства
Заключение
Цель курсовой работы - закрепление теоретических знаний в
решении практической задачи по обеспечению эффективной и безопасной эксплуатации
электрооборудования на открытых горных работах.
Расчет электроснабжения данного участка показал следующее:
система электроснабжения участка разреза выбрана оптимально;
выбранное электрооборудование позволяет эффективно и
безопасно веси горные работы в соответствии с требованиями промышленной
безопасности.
Список литературы
электроснабжение трансформатор замыкание аппаратура
1.
Медведев
Г.Д. Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий. М.: Недра,
1988.
2.
Справочник
по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных разрезов и
обогатительных фабрик. Под ред. Ш.Ш. Ахмедова, М.: недра, 1988.
3.
Справочник
энергетика карьера. Под ред. В.А. Голубева, М.: Недра, 1986.
4.
Правила
устройства электроустановок. №204,2002.
5.
Электрификация
горных работ. Под ред. Г.Г. Пивняка, М.: Недра, 1992.
6.
Электропривод
и электрификация открытых горных работ. Под ред. Б.П. Белыха Б.П., М.: Недра,
1983.
7.
Открытые
горные работы: справочник /К.Н. Трубецкой [и др.]. - М.: Горн. бюро, 1994.