Расчет сети электроснабжения шахты

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Электрификация горных предприятий  имеет большое значение как основная энергетическая база комплексной механизации  и автоматизации горных работ. Современные  шахты и рудники представляют собой крупные механизированные объекты с автоматизированными  системами управления производством. Потребители электрической энергии, обладают характерными особенностями, связанными с условиями работы машин  и механизмов в подземных условиях (газовая и пылевая среда, влажность  и ряд других специфических горно-геологических  факторов). Специфика условий подземных  выработок шахт и рудников, особенно опасных по газу или пыли, обусловили ряд специальных требований к  электроснабжению предприятий, к исполнению рудничного электрооборудования, что  потребовало решения многих проблем, связанных с безопасным применением  электроэнергии в шахтах и рудниках, с защитой персонала от поражения  электрическим током и т.п.

Поэтому целью курсового  проектирования является развитие навыков  разрабатывать рациональные схемы  электроснабжения, выполнять необходимые  расчеты, выбирать электрооборудование, кабели и средства защиты, обеспечивающие высокопроизводительную, надежную и  безопасную эксплуатацию технологического электрооборудования и электроустановок шахт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 СХЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ  ШАХТЫ

 

 

1. Анализ потребителей электроэнергии

 

Система электроснабжения (СЭС) – совокупность источников питания и преобразователей электрической энергии, линий электропередач, распределительных устройств и коммутационных аппаратов, а также средств защиты, автоматизации, измерения и сигнализации, объединенных общим режимом работы.

В настоящее время  в системах электроснабжения шахт применяют  переменный трехфазный ток частотой 50 Гц. Для питания групп приемников постоянного тока (контактная электровозная  откатка, подъемная установка и  др.) сооружают преобразовательные подстанции. Преобразовательные подстанции питаются от сети трехфазного тока и поэтому являются приемниками трехфазного тока.

Потребителем электрической энергии называется аппарат (агрегат, механизм), предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Различают потребители электрической энергии, располагаемые в подземных горных выработках и на поверхности шахт.

Наиболее мощными потребителями  электроэнергии на поверхности шахты  являются главная вентиляторная установка, скиповой, клетьевой и породный подъемы, технологический комплекс шахты и дегазационная установка.

Мощности электродвигателей  подъемных машин находятся в  широком диапазоне – от 500 до 10 000 кВт (4*2500) – являясь наиболее мощным потребителем электрической энергии на шахте.

Наиболее мощными потребителями  в подземных горных выработках являются проходческие комбайны и комплексы, горные машины для очистных работ, главная  водоотливная установка, конвейерный  транспорт, компрессорная установка  и установка для кондиционирования  воздуха.

Основная масса применяемых  в технологических установках двигателей асинхронные, потребляющие активную и  реактивную энергии. Для компенсации  реактивной энергии применяются  конденсаторные установки, как на поверхности  шахты (на ГПП), так и в подземных  условиях. Компенсация также осуществляется и синхронными электродвигателями, которые установлены на главной  вентиляторной и компрессорной установках.

Шахтные компрессорные установки  оснащаются двигателями от 40 до 3500 кВт, в зависимости от конструктивного  исполнения компрессоров.

 

1.2 Категория электроустановок  шахты по бесперебойности электроснабжения

 

Важность надежного и  бесперебойного электроснабжения горных предприятий связана с рядом  специфических особенностей. К ним  относят:

1. Высокие требования безопасности при ведении горных работ, исключающие: возможность загазирования горных выработок; затопление подземных выработок; невозможность транспортирования людей по вертикальным и наклонным выработкам и т. п.

2. Жесткая технологическая зависимость отдельных звеньев производственного процесса – прекращение работы любого звена приводит к остановке всей технологической цепочки по добыче угля;

3. Значительное повышение требований эксплуатации, обусловленное высокими нагрузками на лаву и быстрыми темпами проведения горных выработок.

Бесперебойное электроснабжение может быть обеспечено: применением  электрооборудования высокой надежности; своевременным выполнением технического обслуживания, ремонта и профилактических испытаний; соблюдением установленных  режимов работы электрооборудования; резервированием элементов систем электроснабжения и потребителей электрической  энергии.

Достижение высокой степени  бесперебойного электроснабжения требует  значительного увеличения капитальных  и эксплуатационных затрат, что не всегда оправданно. Поэтому потребители  электрической энергии по условиям бесперебойного электроснабжения согласно ПУЭ разделяют на три категории:

І категория – потребители, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, расстройство сложного технологического процесса, значительный ущерб, повреждение оборудования, массовый брак продукции.

Перерыв в электроснабжении таких потребителей допускается  на время автоматического ввода  резервного питания. Питание их необходимо обеспечивать от двух независимых источников (трансформаторов, линий электропередач, секций шин) и применять устройства автоматического ввода резерва. Все эти элементы должны постоянно  находиться под нагрузкой, но работать раздельно, так как при параллельной работе увеличиваются токи короткого  замыкания и усложняется релейная защита, что удорожает всю систему  электроснабжения.

Для внешнего электроснабжения шахт должно применяться не менее  двух цепей воздушных линий. Допускается  применение двух цепных ВЛ если их опоры  рассчитаны на повышенные ветровые и  гололедные нагрузки. Кабельные линии, идущие от разных источников, должны быть проложены по отдельным трассам. Секции шин должны получать питание  от независимых источников.

II категория – потребители,  перерыв в электроснабжении которых  приводит к простою машин, рабочих,  расстройству быстровосстанавливаемого технологического процесса.

Перерыв в электроснабжении этой категории допустим на время, необходимое  для включения резервного питания  вручную дежурным персоналом или  выездной оперативной бригадой. Питание  таких потребителей осуществляют также  от двух независимых источников.

III категория – потребители,  допускающие длительный перерыв  в электроснабжении, на время  необходимое для замены или  ремонта поврежденного электрооборудования,  но не более одних суток.  Для приёмников III категории резервное  питание не предусматривают.

Категории бесперебойности  электроснабжения потребителей угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик регламентированы ПТЭ угольных и  сланцевых шахт и “Инструкцией по проектированию электроустановок угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик”  ВСН 12.25.003 – 80.

 

1.3 Схемы электроснабжения  основных установок шахты

 

Схема распределения электрической  энергии зависит от большого числа  разнообразных факторов, основными  из которых являются: тип, расположение, напряжение источника питания или  центрального распределительного устройства; расположение, число, мощность, напряжение и режимы работы потребителей; бесперебойность  электроснабжения и степень резервирования; взаимосвязь работы отдельных электроустановок, обеспечение безопасности и др. Эти  факторы вызывают необходимость  применения разнообразных схем распределения  электроэнергии: радиальных, магистральных, кольцевых и смешанных.

Радиальные схемы применяют в тех случаях, когда установки имеют разностороннее расположение относительно центрального распределительного устройства (ЦРУ) и находятся на сравнительно небольшом расстоянии от него. При этом каждая установка питается самостоятельной линией.

Радиальные схемы просты, надежны, легко поддаются автоматизации, позволяют применить простые  защиты с высокой степенью селективности, гибки и удобны в эксплуатации, выход из строя одной из линий не влияет на работу других установок. Однако такие схемы требуют применения большего числа коммутационных аппаратов и питающих линий, для чего необходимы дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты.

Магистральные схемы применяют для питания нескольких установок сравнительно небольшой мощности, расположенных в одном направлении по отношению к центральному распределительному устройству и на сравнительно небольших расстояниях друг от друга. Отдельные распредустройства присоединяют к одной воздушной линии отпайками, а кабельные линии поочерёдно заводят к распредустройствам отдельных РУ.

При применении таких схем уменьшается число коммутационных аппаратов и линий передач, они  позволяют лучше использовать воздушные  линии по нагрузке. Поэтому магистральные  схемы дешевле радиальных. Однако, следует отметить, что при магистральных  схемах снижается надёжность электроснабжения; увеличивается взаимозависимость  работы отдельных электроустановок, так как при отключении магистрали отключаются одновременно несколько  установок; усложняются схемы коммутации и работа защит; затрудняется применение устройств автоматики.

Кольцевые схемы являются разновидностью магистральных. Такие схемы применяют для электроснабжения электроустановок с разносторонним расположением относительно ГПП, на сравнительно больших расстояниях. При нормальной работе кольцо разомкнуто (секционировано выключателем или разъединителем), что исключает одновременное отключение головных выключателей в аварийных режимах.

Системы электроснабжения отличаются большим разнообразием требований и факторов, влияющих на построение схем, поэтому, как правило, на шахтах применяют смешанные схемы. Выбор  конкретной схемы определяют путём  технико – экономического сравнения нескольких вариантов.

С учетом спецификации расположения электропотребителей на шахте выбрана комбинированная схема, включающая в себя элемент радиальной и магистральной схем.

Питание подземных потребителей осуществляется обособленно от двух трехобмоточных трансформаторов. Этим достигается резервирование электроснабжения подземных потребителей. Энергия передается от ГПП к ЦПП по стволовым кабелям. От ЦПП получают питание все потребители околоствольного двора. В местах сосредоточения нагрузок устанавливаются промежуточные распределительные пункты высокого напряжения (РПП – 6). От них получают питание стационарные и передвижные участковые подстанции (ПУПП), от которых получают питание потребители участков.

Для компенсации реактивной мощности проектом предусмотрена установка  конденсаторных установок на ГПП, а  также на ЦПП и распределительном  пункте участка.

 

1.4 Схема обособленного  питания подземных электроустановок

 

Согласно «Правилам безопасности угольных шахт» подземные электроустановки не должны иметь электрической связи  с установками поверхности. В  данном курсовом проекте обособленное питание подземных электроустановок осуществляется от отдельной обмотки  трёхобмоточного трансформатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И ВЫБОР  ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

 

2.1 Электрические нагрузки участка и выбор КТП

Данные для определения расчётной мощности по проектируемому участку привожу в таблице 2.1.1.

Таблица2.1.1 – Характеристика электроприемников участка (электроустановок)

Наименование и тип  машины	Тип ЭД	Кол - во ЭД	Мощность, кВт		Номинальный ток		Пусковой ток, А	Коэф. мощностиcos γ
			ЭД	машины	ЭД	машины
Электродвигатели на напряжение 1140 В
Комбайн 2ГШ68В	ЭКВ4-160	2	160	320	110	220	750	0,85
Конвейер лавы СП87ПМ	2ЭДКОФВ250В4	2	110	220	65	130	846	0,85
Всего:				540		350
Электродвигатели на напряжение 660 В
Конвейер штрека СР-70М	ЭДКОФ42-4	2	55	110	60,5	121	453,8	0,86
Насосная станция СНУ-7*2	ВАО82 - 4 ВР100 – 4	2	55 4,5	119	59,5 4,1	127,2	387	0,86
Станция                     орошения                     НУМС	ВАО72-30	1	30	30	32,5	32,5	228	0,85
Лебедка предохранительная ЛП	ВАОФ 62/4	1	17	17	15,8	15,8	130	0,86
Лебедка маневровая ЛВД-34	КОФ22-4К	1	22	22	26	26	182	0,90
Осветительная нагрузка				8
Всего:				306		322,5