Выбор рода тока и величины напряжения

Род тока определяется, главным образом, типом электроприводов горно-транспортных машин и механизмов. Для большинства карьерных машин и механизмов применяется переменный трехфазный ток. Постоянный же ток, требуемый для экскаваторных приводов, приводов буровых станков, электровозов и т.д., получают путем преобразования переменного тока с помощью различных устройств (двигатель-генератор, различные виды выпрямительных агрегатов и пр.).

Номинальное напряжение потребителей электроэнергии переменного тока может быть 10000, 6000, 1140, 660, 380, 220 и 127 В. Наиболее часто применяется напряжение 6000 и 380 В – для двигателей; 220 и 127 В – для освещения и электрифицированного инструмента.

Применение напряжений 1140 и 660 В для питания электродвигателей буровых станков, небольших экскаваторов, ленточных конвейеров и других машин и механизмов облегчит карьерные распределительные сети, сократит число передвижных подстанций и повысит качество электроэнергии, даст экономию цветных металлов. При выборе величины переменного тока необходимо руководствоваться ПТЭ для открытых горных работ.

В системе Г-Д используется постоянный ток напряжением до 700 В.

Для электровозной тяги применяют постоянный ток напряжением 600, 825 и 1650 В. При больших расстояниях от карьера (разреза) до отвалов, а также при больших перегонах карьера применяют напряжением 1650 В. На карьерах (разрезах), откаточные пути которых примыкают к ж/д путям МПС, целесообразно применять напряжение 3300 В. На электрифицированном ж/д транспорте карьеров (разрезов) используют также переменный ток напряжением 1000 В.

Выбор напряжения питающих линий от районных подстанций и сетей энергосистемы до ГПП или ЦРП карьеров (разрезов) производится на основании технико-экономического расчета.

При проектировании электроснабжения карьеров (разрезов) большое внимание должно уделяться выбору напряжения во всех звеньях системы. Величиной напряжения определяется:

1. Параметры линий электропередачи (ЛЭП);

2. Оборудование подстанций и сетей, а следовательно, размеры капиталовложений в систему энергоснабжения;

3. Расход цветных металлов;

4. Потери электроэнергии в сетях и электроприводе;

5. Эксплуатационные расходы.

Вывод: основным критерием при выборе напряжения должен быть экономический эффект.

По номинальному напряжению электроустановки в странах СНГ подразделяются на электроустановки до 1000 В и выше 1000 В.

ГОСТ 721-62 приняты следующие номинальные напряжения:

1. В сетях до 1000 В – 12, 24, 36, 220/127, 380/220, 660/380 В (в числителе – линейные напряжения, в знаменателе – фазные напряжения);

2. В сетях выше 1000 В – 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ.

Из приведенных величин напряжений в системах электроснабжения карьеров (разрезов) применяются следующие:

1. Внешнее электроснабжение – подвод электроэнергии от районных подстанций энергосистем или местных электростанций – 220, 110, 35 кВ (реже 10 кВ);

2. Внутреннее электроснабжение – передача электроэнергии по питающим и распределительным линиям электропередачи от главных стационарных подстанций к потребителям – 6, 10, 35, 110 кВ.

Напряжения 35 и 110 кВ часто применяются на «глубоких» вводах для питания мощных экскаваторов по схеме «БЛОК ЛИНИЯ – ТРАНСФОРМАТОР».

Напряжением 6 и 10 кВ питаются либо понизительные трансформаторы, либо непосредственно приводные двигатели горных машин и механизмов, т.к. электропривод горных машин с двигателями на переменном токе осуществляется на напряжении 6, 0,38, 0,22 кВ (редко 0,66 и 10 кВ).

Напряжение 660 В до сих пор не находит широкого применения на карьерах (разрезах), хотя оно с 1960 года является стандартным и рекомендуется к широкому применению на горнорудных предприятиях. Сделано это потому, что в целом ряде случаев напряжение 660 В обеспечивает большие экономические преимущества по сравнению с напряжениями 380 В и 6 кВ:

1. Пропускная способность сети при напряжении 660 В возрастает в 1,73 раза по сравнению с напряжением 380 В, а потери электроэнергии уменьшаются в 3 раза при одинаковом расходе цветных металлов и примерно в 2 раза, если сечения токопроводящих жил, выбранных при напряжении 380 В, снизить на одну ступень;

2. Верхний предел мощности электродвигателей, которые могут быть выбраны на напряжение 660 В вместо 6 кВ, значительно повышается, что дает большую экономию на изготовление двигателей и, кроме того, позволяет применять в распределительных сетях напряжение 10 кВ вместо 6 кВ;

3. Увеличивается радиус действия участковых и цеховых подстанций за счет увеличения на 25-30% длины питающих сетей напряжением до 1000 В, что позволяет повысить на одну-две ступени мощности трансформаторов и почти в 2 раза сократить число трансформаторов радиальных линий и аппаратуры высокого напряжения. При этом стоимость трехфазных двигателей, электрической аппаратуры и трансформаторов, изготовляемых в настоящее время на напряжение 380/220 В, при переходе на напряжение 660 В либо вовсе не увеличивается, либо увеличивается только на 5-15%.

Ручной инструмент, осветительные установки на горных машинах питаются напряжением 220, 127 В.

Для переносного освещения на горных машинах и установках применяют светильники на напряжение 36 В (в отдельных случаях – 12 или 24 В).

Напряжение для ручного инструмента и переносного освещения определяется по условиям безопасности, а напряжение природных двигателей – целесообразностью для каждой из горных машин.

Основными принципами при создании систем электроснабжения карьеров (разрезов) следует считать:

1. Устройство «глубоких» вводов высокого напряжения для питания мощных экскаваторов;

2. Разукрупнение узлов электроснабжения;

3. Широкое применение для отдельных крупных электропотребителей (например, экскаваторов с ковшом емкостью 10 м3 и более) блоков – «линия электропередачи (ЛЭП) – трансформатор».

Принципиальными также являются следующие вопросы при создании системы электроснабжения карьера (разреза):

1. Рациональное, с максимальным приближением к центру электрических нагрузок, расположение распределительных устройств и трансформаторных подстанций;

2. Удобные и надежные в эксплуатации системы электроснабжения;

3. Обеспечение качественной электроэнергией потребителей по напряжению и частоте (при нормальном режиме работы ГОСТ 13109-67 на нормы качества электроэнергии допускает отклонение частоты от 50 Гц не более ±0,1 Гц)

4. Максимальная механизация операций при строительстве и обслуживании электросистем карьеров (разрезов).

7. Основные требования к электроснабжению открытых горных работ

Кроме требований, регламентирующих длительность перерывов электроснабжения отдельных категорий потребителей, любая система должна обеспечивать экономичность и безопасность всех элементов системы электроснабжения, потребность в электроэнергии высокого качества в полном объеме.

Эти требования к системе электроснабжения карьера (разреза) в целом или отдельных его участков, экскаваторов, буровых станков, агрегатов, комплексов могут быть обеспечены рациональным построением схемы электроснабжения с применением электрооборудования, обладающего устойчивостью к работе в специфических условиях открытых горных разработок, а также организацией высокого уровня эксплуатации.

Передвижные трансформаторные подстанции (ПТП) и приключательные пункты (ПП), а также электрооборудование экскаваторов и других горных и транспортных машин должно надежно работать в условиях тряски, толчков и вибрации, обладать повышенной механической и электрической прочностью и быть устойчивыми к частым передвижкам, взрывной волне и ударам комьев породы, иметь достаточные уплотнения, препятствующие попаданию внутрь оболочек пыли и влаги. Все электрооборудование карьера (разреза) должно иметь конструкции, схему и специальные блокировки и защиты, обеспечивающие полную безопасность обслуживающего персонала.

Одним из главных требований, предъявляемых к построению системы электроснабжения карьера (разреза), является обязательное устройство электрической защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях, обеспечивающей безопасность обслуживания электроустановок.

Качество электроэнергии характеризуется нормальными величинами частоты напряжения на вводах потребителей.

Уровень частоты с колебаниями в пределах 0,2 Гц обеспечиваются энергосистемой, от которой осуществляется электроснабжение карьера (разреза).

Важным требованием при построении схемы распределительных сетей карьера (разреза) является поддержание величины напряжения на клеммах приводных асинхронных и синхронных экскаваторов (и другого горного и транспортного оборудования ОГР) на заданном уровне, обеспечивающее успешный их запуск, а также нормальную работу всех остальных электроприемников.