Электрооборудование и электроснабжение горных работ

3.Электрооборудование и электроснабжение горных работ

3.1. Расчет электрических нагрузок и выбор мощности трансформаторов на ГПП

Расчет электрических нагрузок основного и вспомогательного технологического оборудования производится по удельным нормам расхода электроэнергии.

Удельные нормы расхода электроэнергии определяют по уравнениям энергетических характеристик:

ЭКГ-8И:   w1=E(0,028+104Пэ)=8(0,028+104/2333)=0,58 кВт ч/м³;

где,         Е - вместимость ковша, м³;

Пэ - эксплуатационная производительность.

СБШ-250МН: w2=2,66+0,47/(d Vб)= 2,66+0,47/(0,25 0,22)=11,2 кВт ч/м³;

где,              d - диаметр скважины, м;

              Vб - скорость бурения, м/мин.

Водоотлив: w3=0,0031/(ηн ηтр)=0,0031/(0,8 0,9)=0,0043 кВт ч/м³;

где,              ηн- КПД насоса;

              ηтр- КПД трубопровода.

Сменные расходы электроэнергии, кВт ч:

      Wсм=k w Пэ ;

где,      k - коэффициент потерь (для высоковольтных приемников k =1,1; для

низковольтных k =1,15).

ЭКГ-8И:          Wсм1= k w1 Пэ=1,1 0,58 2333=1488,5 кВт ч;

СБШ-250МН: Wсм2= k w2 Пэ=1,15 11,2 124=1597 кВт ч;

Водоотлив:     Wсм3= k w3 Пэ=1,15 0,0043 800 42=166 кВт ч.

Среднесменные активные мощности, кВт:

                         Рcм=Wcм/tcм;

где,              tcм - продолжительность смены, ч.

ЭКГ-8И:           Рcм1=Wcм1/tcм=1488,5/8=186 кВт;

СБШ-250МН:  Рcм2=Wcм2/tcм=1597,1/8=199,6 кВт;

Водоотлив:      Рcм3=Wcм3/tcм=166/8=20,8 кВт.

Среднесменная активная мощность наружного освещения определяется:

Рсмн =k kи Рн=1,15 0,5 110=63,3 кВт;

где,        k - коэффициент потерь;

              kи - коэффициент использования.

Среднесменные реактивные мощности, квар:

Qсм= Рсм tgφ;

где,              tgγ - коэффициент реактивной мощности.

ЭКГ-8И:         Qсм1= Рсм1 tgφ1=186 1,02=190 квар;

СБШ-250МН:  Qсм2= Рсм2 tgφ2=199,6 1,01=201,6 квар;

Водоотлив:     Qсм3= Рсм3 tgφ3=20,8 1,01=21 квар;

Освещение:    Qсм4= Рсм4 tgφ4=63,3 0,1=6,33 квар.

Таблица.3.1

Суммарные среднесменные активные и реактивные мощности электроприемников

Расчетные мощности:

Расчетная активная мощность:

Рр=kм Pсм1+Pсм2=1,44 2280+63,3=3346,5  кВт;

где,              kм - коэффициент максимума активной мощности.

Расчетная реактивная мощность:

Qр=kмр Q см1+Q см2=1,1 2169+6, 33=2393,3 квар;

где,              kмр - коэффициент максимума реактивной мощности.

Расчетная полная мощность:

S=√ Рр²+ Qр²=√ 3346,5²+2392,3²=8272 кВА;

Выбор трансформаторов:

Расчетная мощность трансформатора на ГПП:

S=Sр (0,65-0,75)=8272(0,65-0,75)=(5376,8-6204) кВА;

Принимаем два трансформатора мощностью по 6300кВА каждый типа ТМ-6300/35:   Uк =7,5%;    Pхх =9,25кВт;  Pк =46,5кВт;   m =16,1т.

Потери мощности и электроэнергии в трансформаторе:

Коэффициент загрузки трансформатора в номинальном режиме:

β=Sр/2Sн=8272/2 6300=0,66.

Потери мощности в трансформаторе ТМ-6300/35:

ΔР= Pхх+ β² Pк=9,25+0,66² 46,5=29,5 кВт;

где,              Pхх - мощность потерь х.х. в трансформаторе;

Pк  - мощность потерь при номинальной загрузке трансформатора.

Годовые потери электроэнергии в одном трансформаторе ТМ-6300/35:

ΔWг=ΔР Тг=29,5 8765=258564,5 кВт ч.

Коэффициент реактивной мощности по подстанции:

tgφ= -Q/P=-985,3/5351,3=-0,184.

Полная мощность:

S=√ Р²+ Q²=√5351,3+985,3²=5444 кВА;

cosγ=P/S=5351,3/5444=0,982       (не менее требуемого энергосистемой).

Таблица.3.2

Смета затрат на приобретение оборудования ГПП.

3.2. Расчет ВЛ-35 от районной подстанции до ГПП

Расчетный ток ГПП:

Iр=Sр/√3Uн=8272/1,73 35=136,6 A;

Принимаем две ВЛ, т.к. потребитель 2-й категории.

Расчетный ток одной ВЛ:

Iр=136,6/2=68,3 А.

Экономически целесообразное сечение провода:

S= Iр/jэк=68,3/1,3=52,5 мм²;

где,                            jэк - экономическая плотность тока, А/мм².

Принимаем провод АС-50:   Iд.д =210А;   Iр =68А< Iд.д.

Потери напряжения в ВЛ-35:

ΔU=√3 I l(r0cosφ+x0sinφ)100/U=                                                                              1,73 68,3 2,5(0,63 0,98+0,374 0,2)100/35000=7,08%;

где,                            l - длина линии, км;

              r0- активное сопротивление 1 км провода АС-50;

x0- индуктивное сопротивление 1км АС-50, Ом.

Потери мощности в одной ВЛ:

ΔP=3 R I²/1000=3 3,25 68,3²/1000=44,08 кВт;

где,                            R= r0 l=0,63 5=3,15 Ом.

Годовые потери электроэнергии в одной ВЛ-35:

ΔW= ΔP Тг=44,08 8765=38631,2 кВт ч;

При напряжении в 110кВ ток в линии уменьшается в 110/35=3,14 раза, потери и мощности в 3,14²=9,86 раза и составят: ΔPк=44,08/9,86=4,46 кВт;  ΔWг=39105,4 кВт ч.

3.3. Расчет электрических сетей на участке

Исходные данные: ЭКГ-8И; СБШ-250МН.

Средние токи электроприемников, А:

Iс=Pсм √1+tgφ²/√3 Uн;

ЭКГ-8И:          Iс=Pсм1 √1+tgφ²1/√3 Uн=186 √1+1,02²/1,73 6=25,6 А;

СБШ-250МН: Iс=Pсм2 √1+tgφ²2/√3 Uн=199,6 √1+1,01²/1,73 6=27,4 А.

Расчетные активные мощности электроприемников, кВт:

Рр=кф Рсм;

где,              кф - коэффициент формы графика (механическая лопата   кф =1,25; буровой станок      кф =1,04);

ЭКГ-8И:            Рр1=кф1 Рсм1=1,25 186=232,5 кВт;

СБШ-250МН: : Рр2=кф2 Рсм2=1,04 199,6=207,6 кВт.

Расчетные реактивные мощности электроприемников, квар:

Qр=Pр tgφ;

ЭКГ-8И:          Qр1=Pр1 tgφ1=232,5 1,02=237,2 квар;

СБШ-250МН: Qр2=Pр2 tgφ2=207,6 1,01=209,6 квар.

Расчетные токи электроприемников, А:

ЭКГ-8И:                  Iр1=(Pр1²+Qр1²)1/2/√3 U=237,3/10,38=2286 A

СБШ-250МН: Iр2=(Pр2²+Qр2²)1/2/√3 U=294,9/10,38=28,42 А.

Расчетная активная мощность , кВт:

Pр=kсм ΣQрi;

где,              kсм- коэффициент совмещения максимумов нагрузки (0,85-0,9).

Pр=0,9(232,5+207,6)=396 кВт.

Суммарная реактивная мощность, квар:

Q=kсм ΣQрi=0,9(237,2+209,6)=402,2 квар.

Суммарная реактивная полная мощность, кВА:

Sр=√Pр²+Qр²=√396²+402,2²=564,4 кВА.

Реактивный ток магистральной ВЛ-35:

Iр=Sр/3 Uн=564,4/1,73 6=54,4 А.

Экономически целесообразное сечение провода:

Sэк=Iр/jэк=54,4/1,3=50 мм².

Выбираем провод АС-50:    Iд.д=210А;     Iр=54,4А< Iд.д.

Выбор экскаваторных кабелей и бурового станка:

ЭКГ-8И:            S=10мм²;         Iд.д =82А;    Iр =22,86А<Iд.д.

Минимальное сечение кабеля для экскаватора: 16мм² по условию механической прочности.

Расчетный ток кабеля станка СБШ-250МН:

Iр2 =(207,6²+209,6²)1/2   0,66=454 А.

Принимаем два кабеля сечением по 70мм² каждый с        Iд.д =268А марки КГ,       Iр =454А<  Iд.д =536А.

Проверяем выбранные сечения кабелей на термическую стойкость от воздействия токов к.з.:

Smin=α I∞ √tп;

где,               α-расчетный коэффициент, определяемый допустимой температурой нагрева. Для гибких кабелей с резиновой изоляцией     α =9;

I∞ -установившиеся значения тока к.з., кА;

tп -приведенное время действия тока к.з., принимаемое равным сумме времени срабатывания защиты и выключателя с.

ЭКГ-8И:    Smin=9 3,2 √0,5=20мм²  ;       

СБШ-250МН: Smin=9 10 √0,5=63мм² .

Принимаем кабели:

ЭКГ-8И: КГЭ-3х25+1х10+1х6;       Iд.д =141А;      m =3010кг/км;             

СБШ-250МН: 2 (КГ-3х70+1х25);    Iд.д =536А;      m =4144кг/км.

Проверка сети по допустимой потери напряжения:

Для экскаватора ЭКГ-8И потери напряжения в кабеле КГЭ-3х25+1х10+1х6

( r0 =0,341Ом;   x0=0,093Ом).

ΔU%=0,1Uн-2 Pр l(r0 +x0 tgφ);

ΔU%=0,1 6-2 232,5 0,25(0,341+0,093 1,02)=0,609%.

Потери напряжения в поперечной ВЛ-6, АС-50 ( l=1,85км; r0 =0,27Ом/км;           x0=0,41 Ом/км).

ΔU%=0,1 6-2 232,5 1,85(0,27+0,41 1,02)=1,68%.

Потери напряжения в магистральной ВЛ: АС-50 (l =1км;    r0=0,27Ом/км;           x0=0,41 Ом/км).

ΔU%=0,1 6-2 1(0,27+0,41 1,02)=1,68%.

Потери напряжения в трансформаторе ТМ-6300/35:

Коэффициент загрузки:

β=Sр/2Sн=8272/2 6300=0,66.

Активная составляющая потерь напряжения при номинальной загрузке трансформатора, %:

Ua%=ΔPк/10Sн=46500/10 6300=0,74%.

Реактивная составляющая потерь напряжения, %:

Uр%=√( Uр%) 2+( Uр%) 2=√7,52+0,742=7,46%.

Потери напряжения в трансформаторе ТМ-6300/35:

ΔUтр%= β(Uа% cosφгр+ Uр%sinφгр)=0,66(0,74 0,98+7,46 0,2)=1,45%.

Суммарные потери напряжения, %:

ΣΔU=ΔUкаб+ΔUп+ΔUм+ΔUтр=0,609+2,96+1,68+1,45=6,7%;

Необходимого напряжения на зажимах двигателя добиваемся используя РПН.

Суммарные потери напряжения, В:

ΣΔU=ΣΔU% Uн/100=6,7 6000/100=402В.

Напряжение на зажимах СД ЭКГ-8И, В:

Uсд=Uхх-ΣΔU=6300-402=5898 В;

Напряжение на зажимах СД ЭКГ-8И, %:

Uсд%=(Uд/Uн)100=5898/6000=98,3%/

Напряжение на зажимах двигателя ниже номинального на 2%; допустимое     -5%.

Проверка электрической сети по условию пуска сетевого двигателя  ЭКГ-8И:

      Uн =6000В;  кп=Iп/Iн.

Индуктивное сопротивление трансформатора ТМ-6300/35:

xтр=10Uк% Uхх2/Sн=10 7,5 6,32/6300=0,473 Ом;

где,         Uхх2- напряжение х.х. трансформатора, кВ;

Sн  - номинальная мощность, кВА.

Индуктивное сопротивление магистральной и поперечной ВЛ:

xвл=x0 l=0,093 0,368(1+1,85)=1,04 Ом.

Внешнее индуктивное сопротивление кабеля:

xкаб=x0 l=0,093 0,25=0,023 Ом.

Внешнее индуктивное сопротивление участка сети от трансформатора до двигателя, Ом:

xвн=xтр+xвл+xкаб=0,473/2+1,04+0,023=1,3 Ом.

Напряжение на зажимах СД в момент пуска:

Uдп=Uхх-ΔUпр/1+(√3 kп Iн xвн/Uн 1000)=                                         =6,3/1+(1,73 6,8 249 1,3/6 1000)=4,6 кВ.

Кратность напряжения в момент пуска:  Uдп/Uн=4,6/6=0,766;

Условие    Uдп/Uн >0,75 выполняется, следовательно установка УПК не требуется.

3.4. Расчет освещения

3.4.1. Расчет освещенности карьерного поля

Согласно нормам освещенности  ЕПБ территория, в районе ведения работ, карьерного поля должна иметь минимальную освещенность (Еmin=0,2 лк).

1. Задаемся высотой установки h (м), светового прибора от подошвы освещаемой поверхности и углом наклона светового потока к горизонтали (Q).

Высота установки:

h=h0+h1+h2=20+15+15=50 м;

где,      h0-высота опоры, м;      h1-высота вскрышного уступа, м;      h2-высота добычного уступа, м.

2. Задаваясь отношением x/h, определяем ξ для данного угла Q=const, по формуле:

ξ=(cosQ- x/h sinQ)/ρ=( cos15-50/50 sin15)/1,22=0,55;

где,      ρ- коэффициент отражения;

ρ=( sinQ +x/h cosQ)= sin15+50/50 cos15=1,22;

где,      х- произвольное значение расстояний, м.

3. Задаваясь величиной горизонтальной освещенности Ег, определяем величину относительной освещенности:

Е= Ег ρ³ h² k =0,2 1,22³ 50² 1,5=1,55 клк; (η=1,4).