Фактическое Напряжение у двигателя комбайна при пуске рекомендуется определять по формуле

, (5.18)

где U_х - напряжение холостого хода трансформатора (400; 690; 1200 В); DU_{н.р .} - потеря напряжения в сети от нормально работающих двигателей в тех участках сети, через которые получает питание комбайновый электродвигатель, В; DU_п - потеря напряжения в участках сети, через которые получает питание пускаемый комбайновый двигатель, от собственных пусковых токов (в относительных единицах).

Общая потеря напряжения в элементах сети от нормально работающих двигателей определяется как сумма, т.е.

(5.19)

где - потеря напряжения в элементах сети от нормально работающих двигателей соответственно в трансформаторе и отдельных отрезках кабеля,которая определяется:

; (5.20)

; (5.21)

; (5.22)

, (5.23)

где К_з= 0,85.

 

Потерю напряжения (в относительных единицах) от пусковых токов определяют:

(5.24)

где n – количество одновременно пускаемых электродвигателей; I_пуск – пусковой ток; соответственно активное и индуктивное суммарное соп­ротивление сети до зажимов пускаемого двигателя;сos = 0,5 - коэффициент мощности при пуске двигателя; sin = 0,866.

Рис. 5.1. Расчетная схема с одним (двумя) запускаемыми двигателями комбайна и «М» нормально работающими двигателями: Р1_Н.Р, Р2_Н.Р, Р_М.Н.Р – активная номинальная мощность нормально работающих двигателей; Р1_К.Р, Р2_К.Р – номинальные мощности пускаемых двигателей комбайнов; Х_Т, R_Т; Х1, R1; R2, X_i; R_i, Xк; Rк – соответственно индуктивные и активные сопротивления участков сети, через которые питаются пусковые двигатели; Х_Т, R_Т – трансформатор; X1... Х_i; R1.. R_i – отрезки кабелей до места подключения кабеля комбайна; Хк, R к – комбайновый кабель.

Для многодвигательного конвейера или струговой установки фактическое напряжение при пуске на зажимах дальних двигателей можно определить по формуле

, (5.25)

где – потеря напряжения в элементах сети от пусковых токов дальних двигателей; – то же, но от ближних двигателей.

Потерю напряжения в сети от пусковых токов дальних и ближних двигателей в относительных единицах определяют:

= , (5.26)

где n_д(б) – соответственно количество дальних (ближних) электродвигателей; – суммарное сопротивление сети до зажимов дальних двигателей (ближних).

 

Рис.5.2. Расчетная схема с многодвигательным конвейерным (струговым) приводом, включаемым в сеть одновременно, и «М» нормально работающими двигателями: Р1_Н.Р., Р2_Н.Р, Р_М.Н.Р – активная номинальная мощность нормально работающих двигателей; Р1_К.б., Р2_К.б. – номинальная мощность ближних электродвигателей конвейера; Р3_К.Д, Р4_К.Д – то же дальних электродвигателей конвейера; Х_Т, R_Т; X1, R1; X2, R2; X_i, R_i; Хк, Rк – индуктивные и активные сопротивления участков сети, через которые питаются пускаемые двигатели конвейера; Х_д, R_д – сопротивления кабеля, питающего дальние двигатели конвейера; DU_Т.Н.Р, DU1_Н.Р, DUi_Н.Р – потеря напряжения в элементах сети от нормально работающих двигателей в трансформаторе и на отдельных отрезках кабеля.

Применительно к рис. 5.2 сопротивления элементов сети, входящие в формулу (5.26), определяют:

; (5.27)

; (5.28)

; (5.29)

. (5.30)

Условием проверки кабельной сети на опрокидывание наиболее мощного и удаленного двигателя является соотношение:

. (5.31)

За величину минимально необходимого напряжения, обеспечивающего устойчивую работу двигателя, принимают 0,85 U_ном. С учетом этого

. (5.32)

Фактическое напряжение у двигателя при опрокидывании (кри­тическом скольжении) независимо от исполнения обмотки ротора вычисляют по формуле

. (5.33)

Для многодвигательного конвейера или струговой установки и с учетом рис. 5.2:

 

, (5.34)

где – потеря напряжения в сети от критического тока дальних двигателей в относительных единицах; – то же, но ближних двигателей.

= . (5.35)

Разрешается проверка сети по допустимому напряжению на зажимах комбайнового (стругового) электродвигателя в одном из режимов (пуск или опрокидывание двигателя), при котором потеря напряжения наибольшая относительно допустимой для данного режима.

Если при расчете не обеспечивается необходимая величина напряжения в каком-либо из режимов, то следует предусматривать:

– увеличение сечения основных жил комбайнового или маги­стрального (фидерного) кабеля в пределах, допустимых по условиям подключения к сетевым и моторным отделениям коммутационных аппаратов;

– прокладку параллельных магистральных кабелей;

– приближение ПУПП к забою;

– установку ПУПП повышенной (относительно расчетной) мощности.

Во всех случаях необходимо технико-экономическое сравнение принимаемых вариантов с учетом наличия необходимого электрообо­рудования и кабелей.

 

5.3. Проверка кабелей по термической стойкости

токам короткого замыкания

 

Данный раздел выполняют после расчёта токов короткого замыкания (разд. 6).

Проверку кабельной сети по термической стойкости осуществляют в целях обеспечения пожаробезопасности кабелей при коротких замыканиях в сетях. Выделившееся при к.з. тепло не успевает рассеиваться в окружающую среду и производит нагрев только массы металла проводника. Если масса, а следовательно, и теплоемкость металла окажутся недостаточными, то за время действия защит токи к.з. нагревают провод до такой температуры, при которой могут произойти разрушение изоляции, расплавление металла проводника и загорание провода или кабеля.

Суть проверки проводников по термической стойкости заключается в том, чтобы подобрать сечение проводника, а следовательно, и теплоемкость массы металла такой величины, чтобы за время действия защит ток к.з. не нагревал проводник сверх допустимой температуры.

Существует несколько методов проверки. Наиболее простым является метод, по которому определяется минимальное допустимое сечение проводника, которое обеспечивает термическую стойкость. Это сечение сравнивается с ранее выбранным сечением проводника.

Условием положительной проверки является:

S _выб. S _{мин. доп}. (5.36)

Минимально допустимое сечение проводника определяют, мм²:

S _{мин. доп} = , (5.37)

где - коэффициент термической стойкости (определяют по табл. 5.5); I_к.з⁽³⁾ - ток трёхфазного короткого замыкания в конце проверяемого кабеля, кА; t_n - приведенное время или время действия максимальной токовой защиты, с.

Для автоматических выключателей с встроенными выключателями А3700 t_n = 0,05 с. При токах к.з. свыше 5 кА приведенное время снижается до 0,015 с за счет проявления токоограничивающего эффекта.

Таблица 5.5

Значение коэффициента термической стойкости

 

Материал и тип проводника		Допустимая температура нагрева, °С
Кабели медные
Кабели алюминиевые
Провода, шинопроводы медные
Провода, шинопроводы алюминиевые
Провода, шинопроводы стальные

 

Приведенное время отключения для КРУВ-6 0,12–0,17 с. Большое время относится к ячейкам, установленным в ЦПП, меньшее – к ячейкам, установленным в РПП-6.

Если по условиям проверки сечение окажется недостаточным, то следует предусмотреть меры по снижению токов к.з.,повышению быстродействия защитной аппаратуры либо применять кабель большего сечения.

 

5.4. Проверка низковольтной кабельной сети на величину

ёмкости фаз относительно земли

 

Согласно ПБ общая длина кабелей, присоединенных к одному или параллельно работающим трансформаторам, должна ограничиваться емкостью относительно земли величиной не более 1мкФ на фазу.

Суммарную емкость кабельной сети одного трансформатора можно определить по формуле

С мкФ / фаза (5.38)

где 1,02–1,05 - коэффициент, учитывающий емкость электрических аппаратов и электродвигателей; C_i – емкость жилы i-го кабеля (одной фазы) относительно земли (экрана) при температуре 20 °С, мкФ/км; для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией емкость жил кабелей принимается согласно табл. 5.6, а для бронированных с бумажной изоляцией по табл. 5.7; L_i - длина i-го отрезка кабеля, км; n- количество отрезков кабеля; К_с - поправочный коэффициент на температуру окружающей сре­ды и предварительную загрузку кабеля, который можно определить согласно табл. 5.8.

Емкость кабелей типа КГВЭУШ с расщепленнойосновной жилой удваивается.

Результатом проверки должно быть соблюдение условия C_∑≤1, мкФ /фазу. Если данное условие не соблюдается, то необходимо сокращать протяжённость кабельной сети или разукрупнить сеть, запитав ее от двух трансформаторов (ПУПП).

 

Таблица 5.6

Емкость кабелей с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией

 

Сечение основной жилы, мм ^2	Емкость (мкФ/ км) при температуре 20 °С основной жилы по отношению к индивидуальному экрану заземляющей жилы кабеля
шахтного гибкого КГЭШ на напряжение до 1140 В, повышенной прочности КГЭУШ	шахтного гибкого повышенной прочности с ПВХ изоляцией КГВУЭШ	особо гибкого	ЭВТ на напряжение, В
КОГЭШ	КОГВЭШ	до 1140
1,5	–	–	0,225	0,24	–	–
2,5	–	–	0,275	0,295	–	–
	0,245	–	0,355	0,37	–	–

Продолжение табл. 5.6

	0,27	2 ´ 0,255	0,43	0,455	–	–
	0,345	–	–	–	–	–
	0,365	2 ´ 0,49	–	–	0,36	0,24
	0,42	2 ´ 0,69	–	–	0,43	0,305
	0,465	2 ´ 1,08	–	–	0,49	0,345
	0,605	–	–	–	0,56	–
	0,675	–	–	–	0,655	–
	0,695	–	–	–	0,75	–
	–	–	–	–	0,77	–

 

Таблица 5.7

Емкость бронированных кабелей с бумажной изоляцией

 

Напряжение, кВ	Емкость (мкФ/ км) при сечении, мм ^2
	0,2	0,22	0,28	0,29	0,35	0,4	0,43	0,45	0,48
	0,11	0,13	0,16	0,17	0,2	0,22	0,24	0,26	0,29
	-	0,13	0,15	0,15	0,16	0,17	0,19	0,21	0,25

Таблица 5.8

Поправочный коэффициент К_с для кабелей с медными жилами

в зависимости от загрузки кабеля

и температуры окружающей среды

Кабель	Длительно допустимая температура нагрева жил, ^оС	Температура окружаю щей среды,°С	Значения поправочного коэффициента Кп при значениях β
0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
С поливинилхлоридной изоляцией			0,989	1,036	1,093	1,16	1,24	1,328	1,427
	1,068	1,107	1,154	1,21	1,274	1,346	1,427
	1,148	1,178	1,215	1,258	1,308	1,364	1,427
		0,996	1,048	1,11	1,184	1,27	1,36	1,475
	1,076	1,119	1,171	1,233	1,304	1,384	1,475
	1,156	1,19	1,232	1,277	1,338	1,402	1,475
С резиновой изоляцией			0,998	1,028	1,054	1,087	1,126	1,17	1,22
	1,035	1,055	1,078	1,108	1,141	1,178	1,22
	1,069	1,085	1,105	1,128	1,155	1,186	1,22

5.5. Проверка активного сопротивления изоляции

участковой сети относительно земли

 

Эта проверка необходима с целью обеспечения возможности работы сети без частых отключений из-за срабатывания реле утеч­ки при снижении общего сопротивления сети участка относительно земли.

Устойчивая работа сети возможна лишь в том случае, если фактическое активное сопротивление ее изоляции r_фотносительно земли в 1,5–2 раза превышает уставку критического сопротивления r_кр применяемого аппарата защиты от утечек.

Исследованиями установлено, что реальное сопротивление изоляции элементов электрических схем электроснабжения в подземных условиях целесообразно принимать следующей величины:

r_a ³ 3МОм/фаза – сопротивление изоляции любого аппарата;

r_к ³ 3 МОм/фаза – сопротивление изоляции кабеля (любого типа) независимо от его длины;

r_дз ³ 3 МОм/фаза – сопротивление изоляции электродвигателя добычного или проходческого комбайна;

r_д ³ 6 МОм/фаза – сопротивление изоляции электродвигателя любой другой машины;

r_Т ³ 9 МОм/фаза – сопротивление изоляции вторичной обмотки трансформатора 6000/380-660 В или первичной обмотки трансформатора 380-660/127 В.

Фактически ожидаемое сопротивление изоляции сети относительно земли может быть определено из выражения:

r_{ф= ,} (5.39)

где n_дз - количество электродвигателей на добычных (забойных) и проходческих машинах; n_д - количество электродвигателей на других машинах; n_а – количество пусковых и распределительных аппаратов как в отдельных оболочках, так и встроенных в передвижных подстанциях и магнитных станциях; n_т – количество трансформаторов; n_к – количество кабелей, проложенных на участке (независимо от их длины).

При определении величины изоляции сложного электрооборудования следует иметь в виду, что магнитная станция состоит из двух автоматических выключателей (n_а = 2), трансформатора 660/133 В (n_т = 1) и контакторов (для МСВ n_а = 6), а передвижная подстанция – из трансформатора (n_тр =1), автоматического выключателя и реле утечки (n_а=2).

Нормально рассчитанная сеть должна удовлетворять соотношению:

, (5.40)

где r_кр - уставка критического сопротивления реле утечки.

Критическое сопротивление изоляции относительно земли принимается 50 кОм/фаза в сетях 1140 В; 30 кОм/фаза в сетях 660 В; 10,5 кОм/фаза в сетях 380 В и 3кОм/фаза в сетях 127 В.

При соотношении r_ф к r_кр меньше 1,5 необходимо делать разукрупнение сети, т. е. разделить сеть на две части и запитать от отдельных трансформаторов.

 

6. Расчет токов короткого замыкания

 

Расчет токов короткого замыкания (к.з.) осуществляется с целью определения минимального значения тока двухфазного к.з. I_кз⁽²⁾, необходимого для проверки уставок максимальнотоковых реле, а также максимального значения тока трехфазного к.з. I_кз⁽³⁾, необходимого для проверки коммутационных аппаратов на отключающую способность.

В связи с этим при расчетах должны быть учтены наиболее неблагоприятные условия.

Для расчета тока двухфазного к.з.:

1) точка к.з. расположена в наиболее удаленном месте отходящего кабеля;

2) считается, что в момент к.з. напряжение в сети имеет минимально допустимый уровень и составляет 0,95 U_н;

3) кабельная сеть нагрета до температуры 65 °С и ее удельное сопротивление равно 0,02115 Ом·мм²/м или при сечении 50 мм² – 423 мОм/км;

4) считается, что сеть питается от системы бесконечно большой мощности и напряжение на ее зажимах не меняется в момент к.з.

Для расчета тока трехфазного к.з.:

1) точка к.з. расположена непосредственно на выходе аппарата;

2) считается, что в момент к.з. напряжение в сети имеет максимально допустимый уровень и составляет 1,1 U_н;

3) кабельная сеть холодная (температура равна 15 °С);

4) к.з. металлическое, то есть сопротивление электрической дуги равно 0.

В предлагаемой методике расчета тока к.з. (по приведенным длинам кабелей) учтены все условия, кроме первого. Поэтому проектировщику рекомендуется выполнять расчеты в следующем порядке:

1) на расчетной схеме наметить и обозначить (например К1, К2 и т.д.) места предполагаемых к.з. на шинах потребителей и отходящих шпильках аппаратов;

2) просчитать приведенную длину кабелей до намеченных точек к.з;

3) определить токи двухфазных к.з. во всех намеченных точках к.з;

4) определить токи трехфазных к.з. на выходе проверяемых аппаратов.

При расчетах рекомендуется вести заполнение таблицы 6.1.

Приведенную длина кабельных линий (L_пр) с учетом сопротивления контактов, элементов аппаратов и переходного сопротивления в месте к.з. определяется по формуле

 

L_пр= L₁к_пр1 + L₂к_пр2+…+ L_nк_прn+(к+1)l_э , (6.1)

где L₁…L_n – фактические длины кабелей с различными сечениями жил, м (из графы 3 табл. 4.1); к_пр1…к_прn – коэффициенты приведения (из табл. 6.2 с учетом графы 8 табл. 4.1); к – число коммутационных аппаратов, последовательно включенных в цепь к.з., включая автомат ПУПП; l_э = 10 м - приведенная длина кабеля, эквивалентная переходным сопротивлениям в точке к.з. и элементов коммутационных аппаратов.

Таблица 6.1

Расчет токов короткого замыкания

 

№ п/п	Обозначение места к.з.	Суммарная длина кабелей до точек к.з.	Приведенная длина кабелей до точек к.з.	Iкз^(2)	Iкз^(3)
Кабельная сеть ПУПП-1
	К1	120+200+100	80+150+100+200=530
Кабельная сеть ПУПП-2

 

Таблица 6.2

Коэффициенты приведения К_пр сечений кабелей

 

Сечение основной жилы кабеля, мм^2	Коэффициент приведения Кпр	Сечение основной жилы кабеля, мм^2	Коэффициент приведения Кпр
Для сетей напряжением 380-1140 В (сечения приведены к 50 мм^2)
	12,3		1,41
	8,22		1,00
	4,92		0,72
	3,06		0,54
	1,97		0,43
Для сетей напряжением 127-220 В (сечения приведены к 4 мм^2)
2,5	1,6		0,67
4,0	1,0		0,40

 

Расчетный ток двухфазного к.з.в зависимости от приведен­ной длины кабелей и параметров сети можно определить по табл. 6.3–6.13.

Для промежуточных значений мощности к.з. и длин кабельных линий, не приведенных в таблицах, токи к.з. определяют методом линейной интерполяции.

Максимальный ток трехфазного к.з. на выводе аппарата может быть вычислен, исходя из значения минимального тока двухфазного к.з., определенного для той же точки с учетом температурного коэффициента и повышенного напряжения вторичной обмотки трансфор­матора, следующим образом:

.

Таблица 6.3

Расчётные токи двухфазного к.з. в сетях напряжением 660 В

 

Приведенная длина кабеля Lпр, м	Токи двухфазного к.з. (А) при мощности (кВА) подстанции	Приведенная длина кабеля Lпр	Токи двухфазного к.з. (А) при мощности (кВА) подстанции
								11 50

Таблица 6.4

Токи двухфазного к.з. в сетях напряжением 660 В,

питающихся от подстанций КТПВ-630/6, ТСВП-630/6

Приведенная длина кабеля Lпр, м	Мощность к.з., МВ А
										3 127
										1 982
										1 881
										1 792
										1 710
										1 635
										1 566
										1 503
										1 444
										1 391
										1 340
										1 293
										1 250
										1 209
										1 171
										1 135

Продолжение табл. 6.4

Приведенная длина кабеля Lпр, м	Мощность к.з., МВ А
										1 039
										1 011

 

Таблица 6.5

Токи двухфазного к.з. в сетях напряжением 1140 В,

питающихся от подстанции КТПВ-630/6, ТСВП-630/6

Приведенная длина кабеля Lпр, м	Мощность к.з., МВ А
							60.

Продолжение табл. 6.5

Приведенная длина кабеля Lпр, м	Мощность к.з., МВ А
							60.

 

Продолжение табл. 6.5