Определение фактической потери напряжения в сети 6 кВ

Потерю напряжения в трансформаторах определяют по формулам, В:

- в двухобмоточном

 

, (4.42)

 

- в трехобмоточном:

 

, (4.43)

 

где Ι_р.тр, Ι_р.вн, Ι_р.нн - расчетный ток соответственно в двухобмоточном трансформаторе и в обмотке высшего и низшего напряжения трехобмоточного трансформатора, определяемые по формулам, А:

 

; ; ;

 

сosφ_тр, сosφ_в, сosφ_н - коэффициент мощности для соответствующих обмоток определяют с учетом компенсации реактивной мощности по формуле:

 

, (4.44)

 

При расчете потери напряжения в трансформаторе, по аналогии с расчетом токов короткого замыкания, активное сопротивление может быть принято равным нулю.

Потерю напряжения в кабеле высокого напряжения можно определить по формуле, В:

 

, (4.45)

 

Коэффициент мощности в соответствующем кабеле, также определяют с учетом компенсации реактивной мощности по формуле (4.44).

 

4.5.2 Определение фактической потери напряжения в сети низкого напряжения

 

Потерю напряжения в участковых трансформаторах и в кабелях определяют по формулам:

 

, (4.46)

 

Расчетный ток в трансформаторе, А:

,

 

, (4.47)

 

Ток нагрузки соответствующего кабеля определяют по формулам (4.19, 4.20), А.

Коэффициент мощности в кабеле принимают:

- в магистральном - равном сosφ_ср.взв.;

- в кабеле для питания электродвигателя - равном сosφ_н..

Значения R_К и Х_К определяют из выражений (4.34, 4.35).

 

Определение качества напряжения по условию пуска

 

В рудничных электродвигателях напряжением до 1140 В допустимое напряжение при пуске должно быть, В:

 

.

 

Фактическое напряжение на зажимах двигателя можно определить по формуле:

, (4.48)

 

где ∆U_н.р - потеря напряжения в участках сети, через которые получает питание запускаемый двигатель, вызванная работой электроприемников, включенных к моменту запуска двигателя. Нагрузка от этих электроприемников может быть определена по формуле (4.19), а потеря напряжения в участках сети по формулам, В:

, (4.49)

 

, (4.50)

 

_,

 

Параметры, входящие в формулы (4.49, 4.50) аналогичны принятым в формулах (4.46, 4.47), но определяемые только для двигателей, работающих перед запуском наиболее мощного.

∑Ι_п – сумма токов одновременно запускаемых электродвигателей, А;

∑R, ∑Х - суммарное активное и индуктивное сопротивление электрической сети от трансформатора до зажимов пускаемых электродвигателей, Ом;

cosφ_п – коэффициент мощности электродвигателя при пуске (при отсутствии каталожных данных можно принимать равным 0,5).

4.6 Выбор коммутационных аппаратов и уставок защиты

 

Коммутационные аппараты (КРУ, автоматические выключатели, пускатели, контакторы, станции управления) выбирают по назначению, исполнению, номинальному напряжению и току и проверяют по коммутационной способности.

При выборе аппаратов в сети напряжения 6кВ следует ориентироваться как в подземных, так и в электроустановках поверхности на применение комплектных распределительных устройств (КРУ), в сетях низкого напряжения- станций управления.

Выбранные аппараты должны соответствовать следующим условиям:

- по напряжению U_н = U_с

- по току І_н ≥ І_р

- по отключающей способности:

а) аппараты на напряжение 6кВ

 

или ,

 

б) аппараты напряжением до 1140В

 

или .

 

После выбора коммутационных аппаратов определяют уставки максимальной токовой защиты и защиты от перегруза. Максимальная токовая защита должна быть проверена на надежность срабатывания по коэффициенту чувствительности в соответствии с ПБ.

Данные о выбранных аппаратах приводят в таблице 7 "Ведомость коммутационных аппаратов".

 

Выбор высоковольтных КРУ и уставок МТЗ

И защиты от перегруза

Расчетный ток для выбора КРУ принимают:

- для группового КРУ (вводного, секционного, отходящего присоединения для РПП-6 и т.п.) по формуле (4.20);

- для включения и отключения электродвигателя:

 

І_р = І_н.д. ,

 

где І_н.д. - номинальный ток электродвигателя, А;

- для включения и отключения силового трансформатора по формулам (4.17) и (4.19).

Данные по КРУ приведены в [1, 2, 5] Приложение 19.

Расчет и выбор уставок МТЗ выполняют в следующем порядке:

1. Определяют ток срабатывания токовых реле (І_ср.2) на стороне вторичной обмотки трансформатора тока по формуле:

 

, (4.51)

 

где К_н - коэффициент надежности токовой защиты (К_н = 1,2-1,4);

І_р.max - максимально возможный ток в нормальном режиме работы, А;

К_т.т. - коэффициент трансформации трансформатора тока (К_т.т.=І_н.т.т/5);

І_н.т.т. - номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А;

5 - номинальный ток вторичной обмотки ТТ.

І_р.max определяют по формулам:

- для группового КРУ:

 

І_р.max = І_р + І_п.max или І_р.max = ∑ І_нi + І_п.max, (4.53)

 

- для включения и отключения двигателя:

 

І_р.max = І_п,

 

- для включения и отключения силового трансформатора (КТП):

 

, (4.54)

 

где І_п.max, І_{п.max нн} - пусковые токи двигателей наиболее мощных потребителей соответственно в сети 6 кВ и в сети низкого напряжения, А;

I_п – пусковой ток включаемого двигателя, А.

2. По расчетному току срабатывания определяют ток уставки (І_у). Для защит со ступенчатым регулированием ближайшую большую уставку; для защит с плавным регулированием - ближайшую большую уставку с целым числом [7] Приложение 20.

3. Проверяют надежность срабатывания МТЗ по коэффициенту чувствительности:

· для распределительной сети:

, (4.55)

 

· для защиты от тока к.з. обмоток трансформаторов на вторичной стороне:

 

, (4.56)

 

где I⁽²⁾_к.з.min - ток к.з. в наиболее удаленной точке электросети, А;

I_{ср 1} - ток срабатывания защиты в сети 6кВ, А;

I⁽²⁾_{к.з. нн} - ток к.з. на вторичной стороне трансформатора;

К_сх - коэффициент схемы (К_сх = 1 для трансформаторов с одинаковыми схемами соединения обмоток (∆∕∆, Y∕Y); К_сх = для трансформаторов с разными схемами соединения (Y ∕∆, ∆ ∕ Y)).

Коэффициент чувствительности должен быть не ниже 2 для защит распределительной сети и 1,5 - для защит трансформаторов и КТП.

Если I⁽³⁾_к.з. > I_о, то в схеме электроснабжения необходимо установить реакторы.

Ток срабатывания защиты от перегруза определяют по формуле:

 

,

 

где К_ОТС – коэффициент отстройки (К_ОТС = 1,1 ¸1,2);

К_СХ – коэффициент схемы (при последовательном соединении обмоток реле К_СХ = 1, при параллельном - К_СХ = 2);

К_В – коэффициент возврата (для реле РТ-40 К_В = 0,8);

К_Т.Т. – коэффициент трансформации трансформатора тока;

I_Н – номинальный ток потребителя, А.

По определенному току срабатывания принимают ближайшую большую уставку тока [7] Приложение 21.

4.6.2 Выбор низковольтных аппаратов и уставок МТЗ и ТЗП

Расчетный ток принимают:

- для автоматического выключателя РПП участка, станции управления и группового пускателя по формуле (4.20);

- для одновременно включаемых электродвигателей:

 

 

Характеристика коммутационных аппаратов приведена в [2, 5] Приложение 22.

Величину тока срабатывания МТЗ определяют по формулам:

- для группового аппарата:

 

, (4.57)

 

где I_н.п. - номинальный пусковой ток одновременно включаемых двигателей наиболее мощного потребителя, А;

∑І_н - сумма номинальных токов остальных потребителей, А:

- для пускателя на группу одновременно работающих двигателей с короткозамкнутым ротором:

 

,

 

- для аппарата включающего двигатель с фазным ротором:

 

,

 

Для защиты мощных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (с пусковым током более 600А) ток срабатывания реле МТЗ можно (согласно ПБ) определять по фактическому пусковому току:

 

_.

 

Фактический пусковой ток определяют по упрощенной формуле [2]:

 

, (4.58)

 

где R_дв.п., Х_дв.п. - активное и индуктивное сопротивление фазы двигателя в пусковом режиме, определяемые по формулам, Ом:

 

, (4.59)

 

, (4.60)

 

, (4.61)

 

При одновременном включении двух однотипных двигателей эти сопротивления следует разделить на 2.

По расчетному току срабатывания принимают ближайшую большую калиброванную уставку защиты. Данные по реле МТЗ приведены в [1, 2, 5] Приложение 23.

Надежность срабатывания защиты проверяют по коэффициенту чувствительности:

.

 

Если кратность токов меньше требуемой, то следует увеличить ток к.з. до необходимого значения увеличив сечение кабелей, сократив длину магистрального кабеля или приняв КТП большей мощности.

Уставку защиты от перегруза определяют по формуле:

 

,

 

где I_н.д., I_{н.пускателя} - номинальные токи двигателя и пускателя, А.

Если отключающая способность принятых аппаратов не соответствует требованиям (I_о < 1,2 I⁽³⁾_к.з.max), то перед ними необходимо установить автоматический выключатель с достаточной отключающей способностью и уставкой срабатывания МТЗ определяемой из выражения:

 

, (4.62)

 

В станциях управления МТЗ всех контакторов действуют на отключение автоматического выключателя, поэтому их по коммутационной способности не проверяют.

При комплектовании коммутационных аппаратов в РПП - НН их необходимо проверить по транзитной токовой нагрузке [3, 6]. Приложение 24.

 

,

 

где I_п.т – ток транзитной нагрузки пускателя, А;

I_н.i – номинальный ток i- го электроприемника, питающегося транзитом от данного магнитного пускателя, А.

Для соблюдения этого условия следует подключать магнитные пускатели в порядке убывания их номинального тока.

 

 

4.7 Расчет и выбор электрооборудования осветительных установок

 

Электрическая осветительная сеть включает следующее оборудование: светильники, источники питания и кабели [1, 2, 6, 7].

Для освещения от сети применяют светильники с лампами накаливания или люминесцентными лампами с соответствующим уровнем взрывозащиты. Для питания светильников допускается применение линейного напряжения не выше 220В. Отклонение напряжения на светильнике, согласно ПТЭУ, не должно превышать ±4% от номинального [1, 2].

Питание светильников осуществляют от специальных аппаратов со стабилизацией напряжения АОС-4. При отклонении напряжения в питающей сети, в пределах (0,85-1,15) U_н, напряжение на выходных зажимах трансформатора не превышает ±4% U_н. Максимальная токовая защита в аппаратах АОС допускает регулирование уставки от 10 до 40 А.

В осветительных сетях допускается также применение пусковых агрегатов АПШ-1 и др.

Для передачи энергии к светильникам применяют кабели: в лавах - гибкие экранированные; в выработках - бронированные или гибкие экранированные.

Характеристика осветительных и пусковых агрегатов приведена в [1, 7]. Приложение 25.

Расчет электроосветительных установок предусматривает: определение числа светильников для освещения выработок; определение числа светильников, подключаемых к одному осветительному аппарату (пусковому агрегату); выбор кабеля; расчет токов короткого замыкания; выбор и проверку уставок максимально токовой защиты.

Число светильников, необходимое для освещения выработки:

 

, (4.63)

 

где L_выр.- длина выработки, м; L_св. – нормируемое ПТЭУ расстояние между светильниками, м. Приложение 26.

Число светильников, подключаемых к осветительному аппарату:

, (4.64)

_.

где S_тр. – мощность осветительного аппарата, кВА;

η_с – к.п.д. сети (0,92 – 0,95);

S_св. – мощность светильника, ВА;

 

- для ламп накаливания ;

 

- для люминесцентных ламп ,

где Р – активная мощность светильника, Вт;

η_св – к.п.д. светильника;

сosφ_св – коэффициент мощности светильника.

Характеристика светильников приведена в [1]. Приложение 27.

Сечение кабеля определяют по допустимой потере напряжения при равномерно распределенной по фазам нагрузке по формуле:

 

, (4.65)

_.

где I_p – расчетный ток, А – при равномерно распределенной нагрузке вдоль линии I_p = I_Σ/2 (I_Σ – суммарный ток линии, А);

L – длина кабеля осветительной линии, м;

сosφ_осв. – коэффициент мощности осветительной сети;

γ – удельная проводимость жил кабеля;

∆U_д. – допустимая потеря напряжения в кабеле, В.

 

, (4.66)

 

где U_х., U_н. – напряжение холостого хода трансформатора и номинальное напряжение светильника, В.

Сечение кабеля может быть определено также по формуле:

, (4.67)

 

где М – момент нагрузки, кВт · м. Для линий с равномерно распределенной нагрузкой:

,

L – длина линии, м;

l – длина кабеля от трансформатора до осветительной линии, м;

С – коэффициент для осветительных линий напряжением 127В, выполненных кабелем с медными жилами равен 8,5;

∆U_.% - допустимая потеря напряжения, % .

Выбор кабеля осветительной сети по длительному току нагрузки, термической стойкости и механической прочности не производят так, как кабель, принятый по потере напряжения будет отвечать требованиям и по этим параметрам.

Расчет токов короткого замыкания можно выполнять как аналитически, так и по приведенной длине кабеля по методике, изложенной в разделе 4.4. При этом необходимо учитывать сопротивление контактов светильников и тройниковых муфт. Для этого к значению L_пр прибавляют величину 2n, где n – число светильников и тройниковых муфт в цепи к.з. Коэффициенты приведения и таблицы токов двухфазного к.з., рассчитанные по приведенной длине кабеля приведены в ПБ и [2] Приложение 17 и 28.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты определяют:

- для линий с лампами накаливания:

 

, (4.68)

 

- для линий с люминесцентными лампами:

 

, (4.69)

 

где Ι_л – ток в защищаемой линии, А.

По току срабатывания принимают ближайщую большую уставку.

В пусковых агрегатах АПШ-1 и др. уставка защиты не регулируется и равна 40А.

Выбранную уставку проверяют по коэффициенту чувствительности:

 

.

 

Если условие не выполняется, принимают меры по увеличению I⁽²⁾_к.з.min.

При применении ручных пускателей с плавкими предохранителями для защиты осветительной сети ток плавкой вставки определяют по условию:

 

.

 

Выбранную плавкую вставку проверяют по коэффициенту чувствительности:

 

, (4.70)

 

 

4.8 Проверка устойчивости работы защиты от утечек тока

Аппараты защиты от утечек тока работают устойчиво при емкости сети не более 1 мкФ. Поэтому протяженность кабельной сети должна быть такой, чтобы выполнялось условие [1]

 

, (4.71)

 

или , (4.72)

 

где C_i – емкость силовой жилы относительно земли при температуре 20˚С мкФ/км [1] (Приложение 10);

L_i – длина i-того кабеля, м;

Κ_βtci – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды и загрузку кабеля;

C_д – допустимая емкость сети (C_д = 1мкФ);

L_д – предельно допустимая длина кабелей (L_д = 3км).

Данные о такой проверке приводят в таблице 8 “Емкость электрической сети”.

Если эти условия не выполняются, то необходимо принять меры по уменьшению длины кабелей.

 

4.9 Выбор средств автоматизации и телемеханизации системы электроснабжения

 

Автоматизация в системе электроснабжения – это комплекс мероприятий, включающий автоматическое повторное включение (АПВ), автоматический ввод резерва (АВР), автоматическое регулирование напряжения и режима электропотребления системы, диспетчерское управление.

В проекте следует привести конкретное назначение, функции, типы и размещение основных средств автоматизации системы электроснабжения шахты.

 

4.10 Построение графика нагрузки и определение расхода

электроэнерги

 

Графики нагрузки строят для оптимального регулирования режима электропотребления и расчета расхода электроэнергии. В проекте строят суточный график нагрузки для активной и реактивной мощности. Нагрузка должна быть распределена таким образом, чтобы в часы максимума нагрузки энергосистемы шахта использовала минимально возможную активную мощность. При этом не должна снижаться производительность шахты и условия обеспечения безопасности. Данные графика нагрузки используют для определения заявленной активной получасовой мощности и расхода активной энергии.

Заявленную активную мощность принимают равной максимальной получасовой мощности, совпадающей с максимумом нагрузки энергосистемы. Суточный расход активной и реактивной энергии определяют по формуле:

 

,

 

где P_i – активная мощность, используемая в течение времени t_i, кВт;

t_i – время работы системы с неизменной нагрузкой, ч;

Q_i – реактивная мощность, используемая в течение времени t_i, кВар.

 

4.11 Разработка мероприятий по экономии электроэнергии

 

Порядок разработки мероприятий по экономии электроэнергии изложен в ОСТ 12.25.011-84 "Экономия электрической энергии на угольных шахтах".

Мероприятия по экономии электроэнергии можно проводить по трем основным направлениям:

1. Совершенствование технологии отдельных производственных процессов.

2. Снижение потребления активной энергии отдельными технологическими процессами, повышение степени загрузки машин и К.П.Д.

3. Снижение потерь электроэнергии во всех элементах системы электроснабжения.

Мероприятия по первым двум направлениям разрабатывают с использованием знаний, полученных при изучении соответствующих курсов. Мероприятия по третьему направлению разрабатывают в соответствии с расчетами и обоснованиями, выполненными в проекте.

 

4.12 Разработка мероприятий по безопасному применению электрооборудования

В этом разделе проекта приводят:

· основные решения, направленные на обеспечения безопасного применения электрооборудования;

· технические и организационные мероприятия, направленные на предотвращение перехода электрооборудования из безопасного состояния в опасное, и предупреждение развития аварий;

· организацию безопасного производства работ в электроустановках.

Оформление курсового проекта

 

Курсовой проект должен состоять из пояснительной записки и графического материала. Примерный объем записки и затраты времени на выполнение проекта приведены в таблице 9.

Оформление пояснительной записки выполнять в соответствии со стандартом ДонГТУ ²Структура и правила оформления документов по всем видам учебной работы² (1999).

Графическую часть проекта выполняют в соответствии с требованиями ЕСКД и ГОСТов на листе формата А1. На листе приводят принципиальную схему электроснабжения шахты, выполненную в соответствии с требованиями ПТЭУ, [1]. Условные обозначения приведены в приложении 29.

Принципиальная схема должна включать:

· схему электроснабжения установок поверхности шахты напряжением 6кВ, предусмотренных заданием на курсовое проектирование;

· схему электроснабжения ЦПП и одного РПП-6 с указанием установленных в них КРУ для основных потребителей;

· спроектированную систему электроснабжения установки (участка);

· схему электроснабжения добычного участка, тупиковой выработки, подземной подъемной машины, гаража, околоствольного двора.

На схеме должны быть указаны: марки и длины кабелей; типы, номинальные токи и уставки срабатывания максимальных токовых защит электрических аппаратов; токи трех- и двухфазного к.з., для которых был выполнен расчет и выбор электрооборудования.

 

 

Список рекомендованной литературы

 

1. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Под общей редакцией В.В. Дегтярева, В.И. Серова, Г.Ю. Цепелинского - М.: Недра, 1988. - 727с.

2. Дзюбан В.С., Риман Я.С., Маслий А.К. Справочник энергетика угольной шахты - М.: Недра, 1983 - 542с.

3. РТМ. Участковые сети электроснабжения угольных шахт напряжением 1140 В. Выбор электрооборудования, кабелей и средств защиты ОАШ682.009. – Макеевка – Донбасс, 1977.

4. Гойхман В.М., Миновский Ю.П. Регулирование электропотребления и экономия электроэнергии на угольных шахтах. - М.: Недра, 1988. - 190с.

5. Справочник по взрывозащищенному электрооборудованию. Под общей редакцией А.И. Пархоменко.- К.: Техника, 1990. - 198с.

6. Щуцкий В.И., Волощенко Н.И., Плащанский Л.А. Электрификация подземных горных работ: Учебник для ВУЗов - М.: Недра, 1986. - 364с.

7. Руководство по ревизии, наладке и испытанию подземных электроустановок шахт. Под редакцией В.В. Дегтярева, Л.В. Седакова - М.: Недра. 1989.- 614с.

8. Стандарт ДонГТУ ²Структура и правила оформления документов по всем видам учебной работы² - Донецк, 1999.