Расчет и выбор низковольтной кабельной сети

Прежде чем приступить к расчёту кабельной сети, необходимо составить расчётную схему электроснабжения участка с указанием на ней ПУПП, РПП-0,бб (1,2), потребителей, их мощности, длин кабелей. За основу необходимо взять схемы электроснабжения участков шахт или рекомендованные Центрогипрошахтом. Эта схема должна быть приведена в пояснительной записке. Наиболее часто встречаются следующие варианты (см. рис.5):

a) От ПУПП до РПП проложен магистральный кабель м.к., по которому проходит ток нагрузки всех токоприёмников, подключённых к РПП.

ПУПП                                                                       РПП-1

Магистральный кабель (м.к.1)

Магистральный кабель (м.к.2)

РПП-2

АВ  ПВИ

 

ПВИ

 

ПВИ

 

 

Рисунок 5 – Варианты РПП

200      55             55

б) От ПУПП до РПП-1 проложен магистральный кабель м.к.1, по которому проходит ток токоприёмников, подключённых к РПП-1; от ПУПП до РПП-2 про ложен фидерный кабель м.к.2, по которому проходит ток токоприёмников, под- ключённых к РПП-2.

в) От ПУПП до РПП-1 проложен магистральный кабель м.к.1, по которому проходит ток токоприёмников, подключённых к РПП-1 и РПП-2; от РПП-1 до РПП-2 проложен кабель м.к.2, по которому проходит ток токоприёмников, подключённых к РПП – 2.

В разделе производится расчёт и выбор фидерного кабеля, соединяющего ПУПП и РПП-0,66 (1,2), и гибкого кабеля, питающего наиболее мощный потреби- тель (комбайн, многоприводной конвейер).

Фидерный кабель рассчитывается по допускаемому нагреву и допускаемой потере напряжения при номинальном и пусковом режимах.

Гибкий кабель самого мощного потребителя рассчитывается по допускаемому нагреву, по механической прочности и по допускаемой потере напряжения при номинальном и пусковом режимах. Гибкие кабели остальных потребителей выбираются по длительно допускаемой нагрузке, механической прочности и потере напряжения при номинальном режиме.

 

Расчёт фидерного кабеля начинается с определения расчётного тока:

I к. ф. р.

=  S тр. р.

*10³

, А,                              (11.1)

 

Сечение жилы фидерного кабеля по допустимому нагреву определяется по этому расчётному току по таблицам допустимых нагрузок для кабелей марки СБн или ЭВТ.

Если расчётный ток фидерного кабеля больше, чем допустимый ток кабеля с сечением рабочей жилы 120 мм², то принимают два параллельно включённых кабе- ля такого сечения, чтобы их суммарный допустимый ток был больше расчётного.

 

Гибкий кабель комбайна (струга) выбирают по расчётному току, кото- рый принимается равным номинальному рабочему току токоприёмника:

I к.г.р. = I дв.н.

11. 2.1 Сечение жилы гибкого кабеля по допустимому нагреву выбирается по расчётному току по таблице допустимых нагрузок. Если при работе комбайна его кабель наматывается на барабан кабелеукладчика, то кабель должен иметь фактиче- скую нагрузку, которая не превышает 70% допустимой нагрузки.

 

11. 2. 2 Сечение жилы гибкого кабеля по механической прочности, выбирают по таблицам [ 1, с.129, 2.15; с.44 табл. 12 МУ ]

 

Кабели остальных токоприемников выбирают так же, как и кабель комбайна.

Все расчёты выполняются в черновике. В пояснительную записку вносят только результаты расчётов, которые сводят в таблицу 3.

Таблица 3 – Предварительные результаты расчёта гибких кабелей

 

Наименования токоприемников	Iн, А	Сечение жилы кабеля, определенного по
		допустимому нагреву	механической прочности
Комбайн РКУ – 10	236	70	50
Скребковый конвейер КСД-27	121	25	25
Насосная станция СНТ-32	68,8	10	10

 

Расчёт кабельной сети по допустимой потере напряжения принормальном режиме производится в такой последовательности:

 

Определяется потеря напряжения в трансформаторе по формуле:

∆U = b*(U * соs φ

+ U * sin φ

)   U тр. н.

, В,            (11.2)

Тр.р.

А             ср        р

^ср 100

 

где b = S _тр.р / S_тр.н. — коэффициент загрузки трансформатора;

U_а = Р_к.з.*100 / S_тр.н — относительная величина активной составляющей

напряжения к. з. трансформатора, %;

U_р =

— относительная величина реактивной составляю- щей напряжения к. з. трансформатора, %;

Р_кз – потери к. з. трансформатора при номинальной нагрузке, кВт;

U_кз – напряжение к.з. трансформатора в % от номинального напряжения;

U_тр – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора. При номинальных напряжениях токоприёмников (U_н) 380, 660, 1140 В оно равно соответственно 400, 690 и 1200 В;

сos φ_ср – средневзвешенный коэффициент мощности, принятый ранее.

 

Определяется потеря напряжения в гибком кабеле наиболее мощного удалённого токоприёмника — комбайна или удалённого привода струга:

∆ U_к.г. = √3 I_дв*(R_к.г.* cos φ_дв + Х_к.г. *sin φ_дв), В,              (11.3)

где I_дв – номинальный ток двигателя, А;

cos φ_дв – номинальный коэффициент мощности двигателя;

R_к.г., Х_к.г. – соответственно активное и индуктивное сопротивления гибкого кабеля, принятого ранее, Ом;

R к.г. = R 0 * L к.г; Х к.г. = Х 0 * L к.г L_к.г – длина гибкого кабеля, км;

R₀, Х₀ – соответственно удельное активное и индуктивное сопротивления жилы гибкого кабеля, Ом/км

Определяется общая допустимая потеря напряжения.

∆ U_доп = U_тр.н. – U_дв.min = U_тр.н. – 0,95 U_н, В          (11.4)

 

Определяется допустимая потеря напряжения в фидерном кабеле:

∆ U к.ф.доп. = ∆ U доп   – (∆U тр.н. – ∆U к.г.) В                     (11.5)

 

Определяется сечение рабочей жилы фидерного кабеля по допустимой

потере напряжения:

s = * I  ф. * k * L к. ф. * cos f ср., мм²,                         (11.6)

к.ф.

g к. ф.

* D U

 

к. ф. доп.

 

где І_{ф .} – ток в фидерном кабеле, А;

L_{k.ф .} – длина фидерного кабеля, м;

k – коэффициент, учитывающий относительное значение индуктивного сопротивления кабеля; при cos f _ср.= 0,6 ¸ 0,7 и сечениях рабочей жилы 4 ¸ 70 мм² k = 1 ¸ 1,3, а при сечениях рабочей жилы 70 ¸ 120 мм² k = 1,2 ¸ 1,6 для гибких и бронированных кабелей напряжением до 1140 В;

γ_к = 50 м/Ом × мм² – удельная проводимость рабочей жилы фидерного кабеля при рабочей температуре.

Приведенный порядок расчёта применяется для варианта А низковольтного РПП (рис. 5). Для вариантов Б и В принцип расчёта остаётся таким же, но фидерные кабели к.ф.l и к.ф.2 рассчитываются по сумме токов и коэффициенту спроса соответствующей группы токоприёмников.

 

Сечение рабочих жил кабелей остальных токоприёмников по допусти- мой потере напряжения рассчитывается по формуле:

s к.г. =

* I  дв   * L к. г. * cos f дв., мм²,                                   (11.7)

g к. г. * D U к. г. доп.

 

где I_{дв .} – номинальный ток двигателя, кабель которого рассчитывается по допустимой потере напряжения, А;

L_{к.ф .} – длина рассматриваемого гибкого кабеля, м;

сos φ _дв. – номинальный коэффициент мощности двигателя;

γ_{к .г.} – удельная проводимость рабочей жилы гибкого кабеля при рабочей температуре, принимается равной 50 м / Ом*мм²;

∆U_{к.г.доп.} – допустимая потеря напряжения в гибком кабеле. Она равна потере напряжения в гибком кабеле наиболее мощного и уда- ленного токоприёмника — комбайна или струга.

 

В пояснительной записке приводится расчёт одного из кабелей остальных токоприёмников. Все остальные расчёты выполняют в черновике, а результаты заносят в пояснительную записку в виде таблицы.

 

11. 4 Расчёт кабельной сети по допустимой потере напряженияпри пуске комбайнового двигателя производится в следующем порядке.

 

11.4.1 Определяется минимально допустимый уровень напряжения у двигага- ля комбайна при пуске. В соответствии с ГОСТ 16565-71 должно быть выполнено условие:

U_{дв.п.min .} ³0,8* U_н.                                   (11.8)

11. 4.2 Определяется фактическое напряжение у двигателя комбайна при

пуске:

 

U дв.п.ф =

U р. п.

I

 

, В,       (11.9)

1 + * ^дв.п..н. * (R * cos f + X * sin f)

U

п                                 п

н

где U_{р.п .} – напряжение на шинах РПП, В;

U р.п. = U тр.н. – (∆U тр.н. + ∆U к.ф.)                         (11.10)

I_дв.п.н. – номинальный пусковой ток двигателя, А;

R и Х – соответственно суммарное активное и индуктивное сопротивление цепи от трансформатора до зажимов двигателя комбайна, Ом;

P

R = R_тр. + R _к.ф. + R _к.г.. (10.11) R_тр. =

       к. з.   

3 * I

2

тр. н.

, Ом, (11.12)

Х = Х_тр + Х_к.ф. + Х_к.г. (10.13) Х_тр =

10 * U

 

к. з.

* U ²

тр. н., Ом, (11.14)

S тр. н.

I _тр.н. – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А;

U_{тр.н .} – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, кB;

S _тр.н – номинальная мощность трансформатора, кВ ×А;

R _к.ф, R _к.г – соответственно активное сопротивление фидерного и гибкого кабелей, Ом.

Х_{к.ф .}, Х_к.г. – соответственно индуктивное сопротивление фидерного и гибкого кабелей, Ом. Как и в предыдущих расчётах, эти сопротивления оп- ределяются по длине кабеля, взятой в км и по удельному сопротив- лению жилы кабеля, взятому из таблицы;

cos φ_п – коэффициент мощности двигателя комбайна при пуске. принимается по техническим характеристикам двигателя. Если данных нет, то принимается cos φ_п = 0,5.

 

11.4.3 Производится сравнение допустимого и фактического напряжений на зажимах двигателя комбайна при пуске. Должно быть выдержано условие:

U дв.п.ф. ³U дв.п.min.

Если это условие не выдерживается, необходимо увеличить сечение или же уменьшить длину фидерного кабеля, после этого снова определить U _дв.п.ф.

11. 5 При выемке угля на участке струговой установкой, то расчёткабельной сети производится по допустимой потере напряжения приодновременном пуске двигателей струга.

 

В основу положена методика расчёта проверки сети на условия пуска много- двигательного конвейера. Расчётная схема приведена на рис.6. Порядок выполнения расчётов следующий.

 

Определяется порядок напряжения в относительных единицах на зажимах головных и хвостовых двигателей струга при одновременном пуске всех двигателей:

d U п.г. =

d U рп

I

;  [ 6 ] (ХХII.46)         (11.15)

1 + A

* (I

+      п. х .          )

г.           п. г.

1 + A x

* I п. х.

d U п. х. =

d U п. г.

1 + A x   * I п. х.

;                [ 6 ] (ХХII.47)         (11.16)

где dU_p.п. – напряжение в относительных единицах на шинах РПП;

d U_{рп .} =

U тр. н. - (D U тр. н. + D U к. ф.  ;                                 (11.17)

U

н

I_{п.г .} и I _п.х. – соответственно пусковые токи двигателей головного и хвосто- вого приводов струга, А,

А г. =

А_х. =

* (R г. * cos f п   +  X п. * sin f п  ), Ом /В [ 6 ] (c. 384)        (11.18)

U н

* (R x. * cos f п   +  X x. * sin f п  ), Ом /В  [ 6 ] (c. 384)         (11.19)

U н

R_г. и Х_г. – соответственно активное и индуктивное сопротивления гибкого кабеля от РПП до БУС (блока управления стругом), Ом;

R_x и Х_х – соответственно активное и индуктивное сопротивления гибкого кабеля от РПП до хвостового привода струга, Ом. Как и в преды- дущих расчётах.сопротивления определяются по удельным соп – ротивлениям (Ом/км) и длине кабеля (км).

Определяется минимальный момент, необходимый для нормально- го запуска струга:

М_п.min. = 1,2*n* Мн, Н*м;                          (11.20)

где М_н. – номинальный рабочий момент двигателя струга, Н* м;

n – общее количество двигателей струга.

 

п. x.

п. г.

п. x.

Определяется суммарный фактический пусковой момент, развиваемый двигателями струга:

 

п. г.

∑М_п.ф = n_г* М_п* d U ²

+ n_х*М_п* d U ²

= n_г.* a * М_н* d U ²

+ n_{г .} * a * М_н* d U ²

, Н* м,

(11.21)

 

где a = M_п / М_н – кратность пускового момента. Определяется по техниче- ским характеристикам двигателя струга;

М_н – номинальный пусковой момент двигателя струга, Н*м;

n_г, n_x – соответственно количество двигателей головного и хвостового привода струга.

 

Для успешного запуска струга должно быть выполнено условие

∑М п.ф. ³   М п.min.,

По этой же методике производится расчёт кабельной сети на условие одно- временного пуска двигателей конвейера. Если головные и хвостовые двигатели конвейера или струга питаются от отдельных пускателей, расчёт производится по методике, изложенной в [ ] с. 86 – 88 и 143 – 144.

 

R_x, X_x

БУС

R_г, X_г

ПУПП

R к.ф., X к.ф.

ПВИ           АВ

R тр., X тр.

Рисунок 6 – Схема электроснабжения струга

Расчёт осветительного кабеля производится по допустимой потере напряжения.

S осв. =

100 M

н

g * D U % * U ²

, мм²,                                (11.22)

где γ = 50 м/0м*мм² – удельная проводимость рабочей жилы кабеля;

U_н – номинальное напряжение сети, В;

∆U% = 4% – допустимая потеря напряжения в осветительной сети в соответствии с § 472 ПТЭ [9];

М – максимальный момент нагрузки на осветительный кабель, Вт*м,

определяется по схеме рис.7.

М₁ = n₁*Р_св.*(L₀ + L₁/2), Вт*м;                      (11.23)

М₂ = n₂*Р_св.*(L₀ + L₂ / 2) + n₃*Р_св.*(L₀ + L_{2 +} L₃ / 2), Вт*м; (11.24)

Р_св – мощность светильника, Вт.

Кабель рассчитывается по большему из полученных моментов.

 

Расчёт кабеля ручного электросверла производится по допустимой потере напряжения.

S свр. =

* I свр. * L свр. * cos f свр., мм 2,                        (11.25)

g * D U

к

где I_свр – номинальный ток двигателя электросверла, А;

L_свр – длина кабеля от пускового агрегата до электросверла, м;

γ = 50 м/0м*мм² – удельная проводимость рабочей жилы кабеля;

∆U_к – допустимая потеря напряжения в бурильном кабеле, В;

 

∆U_к. = ∆U_доп.. + ∆U_тр., В;                                         (11.26)

∆U_доп. = ∆U_тр.н. + ∆U_дв.min/ = 1,05*_. U_н. – 0,95 U_н, В;       (11.27)

∆U_тр = b *(U_а*cosφ_ср +_. U_р* sinφ _ср.)* U_тр.н / 100, В;       (11.28)

Элементы, входящие в эту формулу, определяются так же, как и при расчёте потери напряжения в трансформаторе ПУПП (см.раздел 11.3.1). Значения Р_{к.з .} и U_{к.з .}, для трансформаторов пусковых агрегатов берутся из справочника.

По данным расчётов принимаются особо гибкие кабели ШРБЭ или ШВБЭ. При большой длине лавы может оказаться, что необходим кабель с сечением рабочей жилы             больше, чем 6 мм². В этом случае необходимо сократить длину кабеля электросверла. Для этого электросверло можно подключить к пусковому агрегату, находящемуся на распредпункте вентиляционного штрека или не далее 10м от окна лавы на откаточном штреке, отдельно от распредпункта.

По окончании расчётов кабелей по различным факторам необходимо сделать выбор по наибольшему из полученных сечений. Для этого составляется таблица результатов расчёта (табл.4).Если по какому-то фактору расчёт кабеля не произво- дится, в соответствующей графе делается прочерк.

 

 

L₃, n₃

L₁, L₂,_, L₃ - линии освещаемых

участков, м;

n₂, n₂, n₃ – количество светильников на участках

L₀ - длина кабеля от трансформатора до тройника, м

 

 

L 2, n 2                                                           L 1, n 1

L₀

АОС – 4

Наименования токоприёмников Сечение кабеля, мм^2, определённого по:   Принятый кабель (марка кабеля) допуст. нагреву механическ. прочности допуст. потере напряжения условиям пуска Комбайн           РКУ – 10 70 50 35 70 КГЭШ 3х70+1х10+3х4 Конвейер КСД-27 25 25 10 - КГЭШ 3х25+1х10+3х4

Рисунок 7 – Схема к расчету осветительного кабеля Таблица 4 – Результаты выбора кабелей