Расчет питающих и распределительных воздушных и кабельных ЛЭП

Введение

Система электроснабжения современного карьера представляет собой сложный комплекс, состоящий из ЛЭП высокого напряжения, стационарных и передвижных подстанций, распределительных пунктов, средств защиты линий электропередачи и трансформаторов при нарушениях нормальных режимов работы электроприемников.

На крупных карьерах длина питающих и распределительных ЛЭП напряжением 220-6 кВ достигает 100 км и более. Установленная мощность трансформаторов стационарных подстанции нередко равна 50-100 МВА, а передвижных подстанции, предназначенных для питания крупных экскаваторов по схеме «линия – трансформатор», - 5-10 МВА.

Тяжелые условия эксплуатации ЛЭП и трансформаторов вызывают необходимость создания сложных схем защиты их от однофазных и многофазных замыканий.

Важными элементами системы электроснабжения современного карьера являются синхронные двигатели, которые широко используются в приводе одноковшовых и роторных экскаваторов, а также в приводе мощных конвейеров. Работая в режиме перевозбуждения, синхронные двигатели существенно влияют на общий коэффициент мощности карьерных сетей, уровень напряжения и величину токов короткого замыкания.
1 Определение мощности силового трансформатора ГПП

Мощность трансформаторной подстанции определяется по расходу электроэнергии на единицу продукции, по графику суточной нагрузки или по методу К_спроса.

Для определения мощности трансформатора ГПП на шахтах имеется цикличная организация труда, а также применяется для обогатительных фабрик, где применяется график единичной нагрузки.

Для карьеров, где применяются мощные трансформаторные комплексы с резко меняющейся нагрузкой применяется метод К _{спроса.}

Для удобства расчета составляем таблицу, в которые заносятся все потребители по группам (высоковольтные и низковольтные потребители). В таблице 1 заносится количество потребителей, Cos j,К_с , в конечном итоге определяется расход активной и реактивной энергии.

Наименование потребителей

Кол-во

Pн, кВт

SPу кВТ

Кс(ср)

Cosjp

tgjp

Расчётная мощность

t час

Ku

Расход эл.энергии

SPp=SPy×Kc(cp) kBT

SQp=SPp×tgjp kBAp

Wp=Pp×t×Qu кВТ×ч

WQ=Qp×t ккВАр×ч

Высоковольтные потребители U=6кВ

1 Экскаваторы добычные ЭКГ-10 вскрышные ЭВГ-15 ЭКГ -8

0,41 0,43 0,41

0,91

0,46

0,7 0,7 0,7

итого на шине 6кВ

Низковольтные потребители U=0,4кВ

2 СБШ-250 МН 3 ТСН экскаваторов 4 ТСН на подстанции

0,7 0,6 0,6

0,7 0,7 0,7

1,02 1,02 1,02

0,7 0,7 0,7

Итого на шине 0,4 кВ

Всего

Таблица 1

1.1 Определяем мощность силового трансформатора на ГПП для высоковольтных потребителей:

где средний коэффициент спроса (К_с) берем из таблицы 1 с учетом среднего значения; ∑ Р_уст – суммарная установившаяся мощность всех сетевых электродвигателей работающих по системе Г-Д (генератор – двигатель); - средневзвешенный коэффициент мощности (см. таблица 1).

кВА (1)

1.2 Определяем мощность силового трансформатора на ГПП для низковольтных потребителей:

где ∑ Р_р – суммарная расчетная активная мощность; К_с(мах) – коэффициент совмещения максимальной нагрузки, характеризует максимально нагруженные одновременно работающие электродвигателя (К_с(мах) = 0,6÷0,74); - общий расчетный коэффициент мощности; η_с – КПД сети (η_с = 0,95÷0,96).

кВА (2)

1.3 Определяем общую мощность трансформаторов:

кВА (3)

 

1.4 Определяем перегрузочную способность трансформатора с учетом коэффициента перегрузки:

где К_п – коэффициент перегрузки (К_п = 1,2).

кВА (4)

1.5 А также определяем минимальную мощность

кВА (5)

Так как общая мощность трансформатора равна 4409(см. формула 3), то выбираем тип трансформатора по мощности по справочнику.

Окончательно принимаем трансформатор ТМ-6300 35/6.

 

 

2 Выбор схемы электроснабжения и расположения подстанции на плане горных работ

Для упрощения расчета составляется схема электроснабжения на плане открытых горных работ (см. Рис. 1)

Составляется упрощенная схема электроснабжения. Т.к. мощность трансформатора на ГПП больше 1600 кВА (ТМ-6300 35/6), то необходимо применить однолинейную схему электроснабжения с короткозамыкателем и отделителем.

 

 

Рисунок 1 – Схема электроснабжения на плане ОГР
3 Расчет средневзвешиваемого коэффициента мощности и выбор батарей статических конденсаторов (БСК)

Средневзвешенный коэффициент мощности cosφ_ср.взв. может быть определен по графику суточной нагрузки подстанции, а также исходя из таблицы составляемая для определения нагрузок.

где W_P – общий расход активной энергии за время работы; W_Q – общий расход реактивной энергии за время работы.

(6)

 

Т.к. расчетный cosφ_ср.взв. не удовлетворяет нормативным значениям, по которым должен быть не менее 0,95(cosφ_ср.доп.), то необходимо применить БСК для увеличения cosφ_ср.взв.

Мощность батареи:

где Р – суммарная активная мощность потребляемая из сети; φ₁ – угол сдвига фаз до компенсации; φ_{2 –} угол сдвига фаз после компенсации.

кВАр (7)

Принимаем количество БСК:

где q – мощность одного конденсатора при номинальном напряжении; U_p - расчетное напряжение (6,6 кВ); U_н – номинальное напряжение (6,4 кВ).

 

(8)

Окончательно принимаем БСК КС2 – 6,3 – 100, где 6,3 - U_н; 100 - S_н; емкость С = 8 мкФ. Количество - 13шт (На ВЛ1- 5 шт.; на ВЛ2 – 4шт.; на ВЛ3 – 4шт.).

 

Введение

Система электроснабжения современного карьера представляет собой сложный комплекс, состоящий из ЛЭП высокого напряжения, стационарных и передвижных подстанций, распределительных пунктов, средств защиты линий электропередачи и трансформаторов при нарушениях нормальных режимов работы электроприемников.

На крупных карьерах длина питающих и распределительных ЛЭП напряжением 220-6 кВ достигает 100 км и более. Установленная мощность трансформаторов стационарных подстанции нередко равна 50-100 МВА, а передвижных подстанции, предназначенных для питания крупных экскаваторов по схеме «линия – трансформатор», - 5-10 МВА.

Тяжелые условия эксплуатации ЛЭП и трансформаторов вызывают необходимость создания сложных схем защиты их от однофазных и многофазных замыканий.

Важными элементами системы электроснабжения современного карьера являются синхронные двигатели, которые широко используются в приводе одноковшовых и роторных экскаваторов, а также в приводе мощных конвейеров. Работая в режиме перевозбуждения, синхронные двигатели существенно влияют на общий коэффициент мощности карьерных сетей, уровень напряжения и величину токов короткого замыкания.
1 Определение мощности силового трансформатора ГПП

Мощность трансформаторной подстанции определяется по расходу электроэнергии на единицу продукции, по графику суточной нагрузки или по методу К_спроса.

Для определения мощности трансформатора ГПП на шахтах имеется цикличная организация труда, а также применяется для обогатительных фабрик, где применяется график единичной нагрузки.

Для карьеров, где применяются мощные трансформаторные комплексы с резко меняющейся нагрузкой применяется метод К _{спроса.}

Для удобства расчета составляем таблицу, в которые заносятся все потребители по группам (высоковольтные и низковольтные потребители). В таблице 1 заносится количество потребителей, Cos j,К_с , в конечном итоге определяется расход активной и реактивной энергии.

Наименование потребителей

Кол-во

Pн, кВт

SPу кВТ

Кс(ср)

Cosjp

tgjp

Расчётная мощность

t час

Ku

Расход эл.энергии

SPp=SPy×Kc(cp) kBT

SQp=SPp×tgjp kBAp

Wp=Pp×t×Qu кВТ×ч

WQ=Qp×t ккВАр×ч

Высоковольтные потребители U=6кВ

1 Экскаваторы добычные ЭКГ-10 вскрышные ЭВГ-15 ЭКГ -8

0,41 0,43 0,41

0,91

0,46

0,7 0,7 0,7

итого на шине 6кВ

Низковольтные потребители U=0,4кВ

2 СБШ-250 МН 3 ТСН экскаваторов 4 ТСН на подстанции

0,7 0,6 0,6

0,7 0,7 0,7

1,02 1,02 1,02

0,7 0,7 0,7

Итого на шине 0,4 кВ

Всего

Таблица 1

1.1 Определяем мощность силового трансформатора на ГПП для высоковольтных потребителей:

где средний коэффициент спроса (К_с) берем из таблицы 1 с учетом среднего значения; ∑ Р_уст – суммарная установившаяся мощность всех сетевых электродвигателей работающих по системе Г-Д (генератор – двигатель); - средневзвешенный коэффициент мощности (см. таблица 1).

кВА (1)

1.2 Определяем мощность силового трансформатора на ГПП для низковольтных потребителей:

где ∑ Р_р – суммарная расчетная активная мощность; К_с(мах) – коэффициент совмещения максимальной нагрузки, характеризует максимально нагруженные одновременно работающие электродвигателя (К_с(мах) = 0,6÷0,74); - общий расчетный коэффициент мощности; η_с – КПД сети (η_с = 0,95÷0,96).

кВА (2)

1.3 Определяем общую мощность трансформаторов:

кВА (3)

 

1.4 Определяем перегрузочную способность трансформатора с учетом коэффициента перегрузки:

где К_п – коэффициент перегрузки (К_п = 1,2).

кВА (4)

1.5 А также определяем минимальную мощность

кВА (5)

Так как общая мощность трансформатора равна 4409(см. формула 3), то выбираем тип трансформатора по мощности по справочнику.

Окончательно принимаем трансформатор ТМ-6300 35/6.

 

 

2 Выбор схемы электроснабжения и расположения подстанции на плане горных работ

Для упрощения расчета составляется схема электроснабжения на плане открытых горных работ (см. Рис. 1)

Составляется упрощенная схема электроснабжения. Т.к. мощность трансформатора на ГПП больше 1600 кВА (ТМ-6300 35/6), то необходимо применить однолинейную схему электроснабжения с короткозамыкателем и отделителем.

 

 

Рисунок 1 – Схема электроснабжения на плане ОГР
3 Расчет средневзвешиваемого коэффициента мощности и выбор батарей статических конденсаторов (БСК)

Средневзвешенный коэффициент мощности cosφ_ср.взв. может быть определен по графику суточной нагрузки подстанции, а также исходя из таблицы составляемая для определения нагрузок.

где W_P – общий расход активной энергии за время работы; W_Q – общий расход реактивной энергии за время работы.

(6)

 

Т.к. расчетный cosφ_ср.взв. не удовлетворяет нормативным значениям, по которым должен быть не менее 0,95(cosφ_ср.доп.), то необходимо применить БСК для увеличения cosφ_ср.взв.

Мощность батареи:

где Р – суммарная активная мощность потребляемая из сети; φ₁ – угол сдвига фаз до компенсации; φ_{2 –} угол сдвига фаз после компенсации.

кВАр (7)

Принимаем количество БСК:

где q – мощность одного конденсатора при номинальном напряжении; U_p - расчетное напряжение (6,6 кВ); U_н – номинальное напряжение (6,4 кВ).

 

(8)

Окончательно принимаем БСК КС2 – 6,3 – 100, где 6,3 - U_н; 100 - S_н; емкость С = 8 мкФ. Количество - 13шт (На ВЛ1- 5 шт.; на ВЛ2 – 4шт.; на ВЛ3 – 4шт.).

 

Расчет питающих и распределительных воздушных и кабельных ЛЭП

Для упрощение расчетов составляется однолинейная схема электроснабжения.

 

 

Рисунок 2 – Однолинейная схема электроснабжения
4.1 Расчет питающей ЛЭП от РПС до ГПП.

Для питающей ЛЭП выбираем голый провод АС, выбираем сечение провода в соответствии с условием: I _p ≤ I _{длит.доп.}

I _{длит.доп.} = 80 А (по справочнику)

4.1.1Определяем расчетный ток нагрузки I_p питающей линии.

где S_(общ.р.) – расчетная мощность на шинах подстанции (см. 3); U_н – номинальное напряжение сети.

А (9)

По условию, что I_p ≤ I_{длит.доп.} выбираем по справочнику марку провода АС. По условиям механической прочности минимальное сечения ЛЭП равно 35 мм².

Так как питающая ЛЭП от РПС до ГПП со сроком эксплуатации более 5 лет, выбранное сечение проверяется по экономической плотности тока:

Δ i_эк – экономическая плотность тока, зависящая от продолжительности использования максимума нагрузки (1,1 при продолжительности 3000-5000 часов).

мм² (10)

 

 

Согласно S_эк выбираем ближайшее стандартные сечение 70 мм² .

Проверяем провод S_эк по потере напряжения:

где L – длина линии (13 км); S – сечение жил провода;

γ – удельная проводимость материала жил (для алюминия 32 , для меди 53 );

- полное сопротивление 1 км линии; - активное сопротивление 1 км линии (L =1); - индуктивное сопротивление 1 км линии (L =1); x₀ – удельное индуктивное сопротивление (0,35÷0,4 для воздушных ЛЭП; 0,07÷0,08 для кабельных ЛЭП).

при =0,95 (по данным из таблицы сопротивления проводов).

% (11)

В соответствии с правилами эксплуатации электроустановок допустимое потеря напряжения в ЛЭП не более 5%:

0.44 ≤ 5 (%)

так как напряжение расчетное меньше этого значения, то окончательно принимаем провод сечением 70 и длинной 5 км:

АС – 70

 

 

4.2 Расчет распределительных воздушных ЛЭП.

Для расчета выбирается самая нагруженная линия. Линия ВЛ1 является самой нагруженной, так как от нее питаются потребители ЭВГ-15 (2 ед.) Для линии 6 кВ принимаем алюминиевый провод марки А.

А

Определяем расчетный ток нагрузки:

где ∑ Р_н – суммарная номинальная мощность электродвигателя экскаватора; К_с(ср) – коэффициент спроса по среднепотребляемой мощности; η_дв. = 0,9 – КПД двигателя; - номинальная полная мощность ТСН экскаваторов; S_p – расчетная полная мощность трансформатора освещения.

А (12)

А (13)

где n_э – количество однотипных эл. приемников

А (14)

С помощью всех найденных данных находим суммарный расчетный ток:

А (15)

 

Так как внутренние распределительные ЛЭП являются временными для удобства их монтажа и демонтажа применяют провод марки А. Согласно, условию :

265 А ≥ 223 А

Выбираем

А70 (L=1,5км)

Проверяем провод по потере напряжения, так как нагрузка распределена вдоль линии потеря напряжения определяется согласно сумме моментов.

где – сумма моментов; P_i – номинальная активная мощность приемника (см. таблица 1); L – расстояние от источника до потребителя.

кВт ∙ км

кВт ∙ км

кВт ∙ км

По таблице сопротивления проводов сразу выбираем

(при Cos_ф = 0,95)

кВт ∙ км

% (16)

Окончательно принимаем провод А70 длиной 1500 м для 1-ой распределительной линии.

 

Аналогично проводим расчет и выбираем сечение провода для других линий. Полученные результаты заносим в сравнительную таблицу.

 

Таблица 2 – Сравнительная таблица для выбора проводов распределительных ЛЭП

Линия	Потребители	Ip, А	Sp, мм^2	Длина линии, км	∆ U %	Прин. провод
	ЭВГ-15 (2 ед.), СБШ-250 МН (1ед.)			1,5	4,78	А70
	ЭКГ-8 (2 ед.), СБШ-250 МН (1ед.)	132,5		0,5	1,99	А25
	ЭКГ-10 (1 ед.), ЭВГ-15(1 ед.), СБШ-250 МН (1 ед.)				1,94	А50

 

4.3 Расчет распределительных кабельных ЛЭП

Для высоковольтных потребителей выбираем кабель марки КГЭ(300 м), для низковольтных – КГ(150 м).

4.3.1 Рассчитываем сечение гибкого кабеля для ЭВГ-15:

I_{р.(ЭВГ-15)} = 81,4 А (см.формулу 12)

где - экономическая плотность тока (для меди 2,1)

(17)

Для ЭВГ-15 принимаем питающий гибкий кабель марки КГЭ 50 мм²

4.3.2 Рассчитываем сечение гибкого кабеля для СБШ-250МН:

А (18)

Для СБШ-250МН принимаем питающий гибкий кабель марки КГ 120 мм²

4.3.3 Рассчитываем сечение гибкого кабеля для ЭКГ-10:

А (19)

=22,19 мм² (20)

Для ЭКГ-10 принимаем питающий гибкий кабель марки КГЭ сечением 25 мм².

4.3.4 Рассчитываем сечение гибкого кабеля для ЭКГ-8:

А (21)

мм² (22)

Для ЭКГ-8 принимаем питающий гибкий кабель марки КГЭ сечением 25 мм²

 

 

4.3.5 Проверяем выбранные кабели по потере напряжения:

где I_р^экс. – расчетный ток экскаватора, L_к – длина кабеля (для ВП – 300м, для НП – 150 м).

 

% (23)

% (24)

% (25)

% (26)

Так как потери напряжения у всех потребителей удовлетворяют условиям, то

∆U_расч. ≤ ∆U_доп.

для экскаватора ЭВГ-15 принимаем кабель марки КГЭ 3×50+1×16+1×10 длиной 300 м, для ЭКГ-10 принимаем кабель марки КГЭ 3×25+1×16+1×10 длиной 300 м, для ЭКГ-8 принимаем кабель марки КГЭ 3×25+1×16+1×10 длиной 300 м, для СБШ-250 МН принимаем кабель марки КГ 3 ×120+1×50