Электроснабжение подземных горных предприятий

Исходные данные

1. Расчет электроснабжения участка

1.1 Расстановка ГМ и М на плане горных работ

1.2 Паспортные данные электроприемников участка

1.3 Расчет требуемой мощности ТП

1.4 Расчет магистрального кабеля (от ПУПП до РПЛ)

1.4.1 По допустимому нагреву

1.4.2 По допустимому напряжению

1.4.3 Проверка выбранного сечения в режиме пуска наиболее удаленного и мощного двигателя

1.5 Расчет токов короткого замыкания и выбор уставок максимальной защиты

1.5.1 Расчет токов короткого замыкания

1.5.2 Выбор уставок максимальной защиты

1.5.3 Проверка в соответствии с ПБ

1.6 Выбор пускозащитной аппаратуры

2. Подсчет нагрузок и выбор высоковольтных кабелей горного предприятия в целом

2.1 Расчет кабельной сети от РПП6 до ПУПП

2.2 Подсчет нагрузок на РПП6 и выбор кабеля от ЦПП до РПП

2.3 Подсчет нагрузок на шинах ЦПП и расчет стволовых кабелей от ГПП к ЦПП

2.4 Подсчет нагрузок на шинах ГПП и расчет ЛЭП от ПЭС до ГПП

2.5 Выбор трансформатора на ГПП

2.6 Выбор КРУ Список литературы

Исходные данные

1. Категорийность шахты — опасная по внезапным выбросам.

2. Производительность — 800 тыс.т.

3. Количество участков на горном предприятии — 6.

4. Количество главных участков — 1 лава.

5. Длина лавы — 200 м.

6. Мощность пласта — 1,2−1,3.

7. Угол падения — пологий.

8. Напряжение на участке — 1140 В.

9. Расстояние:

— от ПЭС до ГПП — 25 км;

— от ГПП до ЦПП — 810 м;

— от ЦПП до РПП6 — 450 м;

— от РПП6 доПУПП — 250 м;

— от ПУПП до РПЛ — 100 м.

10. Величина напряжения:

— внешнее электроснабжение — 220 кВ;

— распределительное — 6 кВ;

— участковое — 1140 В.

11. Нагрузка на шинах ЦПП (без учета добычных участков) — 3000 кВт;

12. Нагрузка на шинах ГПП (без учета нагрузки на ЦПП) — 3100 кВт.

1. Расчет электроснабжения участка

1.1 Расстановка горных машин (ГМ) и механизмов (М) на плане горных работ (рис.1)

На основании расстановки горных машин и механизмов на плане горных работ, обеспечивающих выемку и доставку полезного ископаемого, а так же охраны труда и техники безопасности составляем таблицу (табл. 1), в которую вносим паспортные данные электроприемников горных машин и механизмов.

1.2 Паспортные данные электроприемников участка.

Таблица 1.1

1.3 Расчет требуемой мощности участковой трансформаторной подстанции электроснабжение трансформаторный кабель нагрузка шина Определяем требуемую мощность трансформаторной подстанции.

где К_С — коэффициент спроса;

cos _ср.вз. — средневзвешенное значение коэффициента мощности.

При едином технологическом процессе

где Р_max — мощность наиболее мощного электродвигателя, кВт.

Коэффициент мощности определяется по формуле Величина cos _ср.вз определяется с учетом степени загрузки электродвигателей ГМ и М, в нашем случае принимаем cos _ср.вз =0,7 по рекомендации ЦДМ.

кВА С учетом АП — 4

кВА Принимаем передвижную трансформаторную подстанцию типа ТСВП — 630/6 (табл.3 1).

1.4 Расчет магистрального кабеля (от ПУПП до РПЛ).

1.4.1 По допустимому нагреву.

Определяем величину тока, протекающего по магистральному кабелю

А если учесть, что равняется требуемой мощности, определенной ранее, суммарный ток А

Данному току по табл.151 соответствует сечение 120 мм².

1.4.2 По допустимому напряжению.

а) Определяем потерю напряжения в трансформаторе U_тр, В

где — коэффициент загрузки трансформатора, определяемый по формуле

где S_тр.н — номинальная мощность трансформатора, кВА;

S_тр — требуемая мощность трансформатора, кВА.

;

U_А — активная составляющая полного напряжения короткого замыкания трансформатора, %,

где Р_К — потери короткого замыкания трансформатора, принимаются по паспортным данным, кВт.

;

U_Р — реактивная составляющая полного напряжения короткого замыкания трансформатора, %,

где U_кз — напряжение короткого замыкания трансформатора,, также выбирается по паспортным данным выбранного трансформатора.

;

.

Абсолютная величина потери напряжения в трансформаторе В.

б) Определяем потери в кабеле, питающем наиболее удаленный и наиболее мощный двигатель, В

где Р_Д — номинальная мощность электродвигателя или суммарная мощность всех электродвигателей комплекса (агрегата), кВт;

50 — удельная проводимость, которая для кабеля с медными жилами при температуре окружающей среды 65С равна 50м/сммм²;

S_Д — сечение гибкого кабеля, принимаемое по условиям допустимого нагрева, но не менее 16 мм² исходя из условия механической прочности (табл. 11 1);

_Д — КПД, принимаемый по паспортным данным электроприемника;

l_Д — длина кабеля, питающего данный двигатель с учетом 10 провеса м ;

В.

в) Определяем предельно допустимые потери напряжения

В.

г) Определяем допустимые потери напряжения в магистральном кабеле.

В.

д) Определяем сечение магистрального кабеля с учетом допустимых потерь напряжения

мм²,

где Р_уст — суммарная номинальная установленная мощность всей подключенной нагрузки (электроприемников), А;

L_м — длина магистрального кабеля, м, с учетом 5%-ного провеса;

_ср вз — средневзвешенное значение коэффициента полезного действия

;

мм².

Окончательно принимаем магистральный кабель марки СБн 3120.

1.4.3 Проверка выбранного сечения в режиме пуска наиболее удаленного и мощного двигателя Проверка выбранного сечения кабеля по нормальному режиму работы в режиме пуска наиболее мощного и наиболее удаленного электроприемника (комбайна) а) Определяем минимально допустимое напряжение при пуске

=920 В б) Определяем фактическое напряжение при пуске во всех электросетях (U_тр.п; U_м.п;U_Д.п).

Определяем ток трансформатора при пуске Определяем фактический пусковой ток наиболее мощного и наиболее удаленного электродвигателя

А.

Определяем ток трансформатора при номинальной нагрузке

А;

cos _п = 0,5;

А;

В.

в) Определяем потери напряжения при пуске в магистральном кабеле

В где — удельная проводимость кабеля с медными жилами;

S_м — сечение магистрального кабеля.

;

В.

г) Определяем потери напряжения при пуске в кабеле, питающем наиболее удаленный и наиболее мощный двигатель

В.

д) Определяем фактическое напряжение на зажимах наиболее удаленного и наиболее мощного двигателя В.

е) Сравниваем фактическое напряжение при пуске с минимально допустимым напряжением при пуске

U_п U_{ф п}

920 В 1148 В.

1.5 Расчет токов короткого замыкания и выбор уставок максимальной защиты.

1.5.1 Расчет токов короткого замыкания.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₃ (на зажимах комбайна)

А

R_K3 — результирующее активное сопротивление до точки К₃, Ом;

Х_К3 — результирующее индуктивное сопротивление до точки К_3, Ом.

R_K3=R_тр+R_М+R_Д,

где R_тр — активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, Ом ,

где Р_К — потери мощности в трансформаторе при коротком замыкании, принимаются по паспортным данным трансформатора, Вт;

I_{тр н} — номинальный ток трансформатора, А;

R_М — активное сопротивление магистрального кабеля, Ом,

;

R_Д — активное сопротивление кабеля, питающего наиболее удаленный и наиболее мощный двигатель, Ом,

.

Х_тр — индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, Ом ,

;

X_M, X_Д — индуктивное сопротивление соответственно магистрального кабеля и кабеля, питающего наиболее удаленный и наиболее мощный двигатель, Ом,

;

.

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

А.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₂

А

R_K2=R_тр+R_М;

Х_К2=Х_тр+Х_М.

R_К2=0,015+0,016=0,031 Ом;

Х_К2=0,13+0,007=0,137Ом;

А.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₁ (на зажимах вторичной обмотки трансформатора)

А

R_K1=R_тр;

Х_К1=Х_тр.

R_K1=0,015 Ом;

Х_К1=0,13 Ом;

А.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₄ (на зажимах двигателя конвейера) Ом;

Ом;

Питание двигателей забойного конвейера осуществляется по одному кабелю СБ_н 3×25

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

А.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₅ (на зажимах двигателя перегружателя) Ом;

Ом;

Питание двигателей перегружателя осуществляется по одному кабелю СБ_н 3×10

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

А.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₆ (на зажимах двигателя насоса орошения) Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

А.

Определяем ток короткого замыкания в точке К₇ (на зажимах двигателя маслостанции) Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

А.

1.5.2 Выбор уставок максимальной защиты.

Для подключения электроприемников участка принимаем к установке станцию управления СУВ-1140.

Определяем уставку ячейки СУВ-1140 питающей двигатель комбайна А.

Определяем уставку ячейки СУВ-1140 питающей двигатели конвейера А.

Определяем уставку ячейки СУВ-1140 питающей двигатели перегружателя А.

Определяем уставку ячейки СУВ-1140 питающей двигатель насоса орошения А.

Определяем уставку ячейки СУВ-1140 питающей двигатель маслостанции А.

Определяем уставку автоматического выключателя распределительного пункта лавы

А где I_пн — пусковой номинальный ток наиболее мощного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, А,

I_н — суммарный номинальный ток всех других видов нагрузок, отключающихся данным выключателем, А.

А.

Определяем уставку автомата передвижной трансформаторной подстанции А.

1.5.3 Производим проверку в соответствии с ПБ.

В точке К₁ А.

В точке К₂ А.

В точке К₃ А.

В точке К₄ А.

В точке К₅ А.

В точке К₆ А.

В точке К₇ А.

1.6 Выбор пускозащитной аппаратуры Пускозащитная аппаратура выбирается по номинальному напряжению и номинальному току. Выбранный по этим параметрам аппарат проверяется на соответствие ему коммутационной и разрывной способности, т. е. по пусковому току и возникающим в аварийных режимах токам короткого замыкания (табл. 13 и 14 1). Выбор ячеек СУВ-1140 приведен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Таблица 1.3

2. Подсчет нагрузок и выбор высоковольтных кабелей горного предприятия в целом

2.1 Расчет кабельной сети от РПП6 до ПУПП По допустимому нагреву А.

Этому току по табл. 11 1 соответствует сечение S₁= 10 мм².

По экономической плотности тока мм²,

где i_эк — экономическая плотность тока, зависящая от количества часов максимума нагрузки в год Т, ч, принимается по табл. 121.

S₂=25 мм².

По термической стойкости токов КЗ

мм²,

где I — установившийся ток короткого замыкания, А,

S_откл — предельная мощность отключения распределительных устройств (в соответствии с ПБ S_откл 50 МВА);

U_н — напряжение системы, кВ.

А.

t — фиктивное время короткого замыкания, допускается принимать равным действительному t_д, с, можно принимать равным 0,2 -0,25 с (суммарное время срабатывания максимальной защиты и масляного выключателя или другого коммутационного аппарата);

с — коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева кабеля и зависящий от напряжения (для напряжения 10 кВ для кабеля с медными жилами и бумажной изоляцией с = 145).

мм²,

S₃ = 25 мм².

Принимаем наибольшее сечение — S = 25 мм².

Проверяем по допустимой потере напряжения

В;

Ом;

Ом;

В;

.

2.2 Подсчет нагрузок на РПП6 и выбор сечения кабеля от ЦПП к РПП6

Рассчитаем только одну ветвь, т.к. другая рассчитывается аналогично.

Нагрузка на шине РПП6 составит кВА.

По допустимому нагреву А.

Этому току по табл. 11 1 соответствует сечение S₁= 50 мм².

По экономической плотности тока мм²,

S₂= 95 мм².

По термической стойкости токов КЗ мм²,

S₃ = 25 мм².

Принимаем наибольшее сечение — S = 95 мм².

Проверяем по допустимой потере напряжения Ом;

Ом;

В;

.

2.3 Подсчет нагрузок на шинах ЦПП и расчет стволовых кабелей от ГПП к ЦПП

мм²;

Р_ЦПП = 3000 кВт;

кВА;

кВА По допустимому нагреву А.

Этому току соответствует два специальных кабеля сечением S₁= 185 мм².

По экономической плотности тока мм²,

т.к в соответствии с ПБ при прокладке по стволу кабеля от ГПП к ЦПП при двух кабелях, напряжение рассчитывается на 100% нагрузки, т. е. нагрузка распределяется половинная на каждый кабель.

мм²,

S₂= 2×95 мм².

По термической стойкости токов КЗ мм²,

S₃ = 25 мм².

Проверяем по допустимой потере напряжения Ом;

Ом;

В;

.

2.4 Подсчет нагрузок на шинах ГПП и расчет ЛЭП от ПЭС до ГПП Определяем нагрузку на шинах ГПП кВА;

кВА;

кВА.

По допустимому нагреву А.

Этому току соответствует провод АС сечением 6 мм², но исходя из механической прочности принимаем алюминиево-стальной провод сечением S₁= 25 мм². Определяем потери напряжения в проводе Ом;

Ом;

В; .

2.5 Выбор трансформаторов на ГПП

кВА;

кВт;

кВт;

кВт;

квар;

кВА.

Принимаем 2 трансформатора марки ТДТН-10 000−220/35/6 .

2.6 Выбор КРУ.

Выбор КРУ сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

1. Глухарев Ю. Д. Электрификация подземных горных работ. — М.: МГГУ, 1996.

2. Глухарев Ю. Д. Электропривод и электроснабжение. — М.: МГГУ, 1994.

3. Плащанский Л. А., Глухарев Ю. Д. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Электрификация подземных горных работ». — М.: МГГУ, 1984.

4. Глухарев Ю. Д. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электрификация подземных горных работ». — М.: МГГУ, 1998.