М.П. Латышев Проектирование систем электроснабжения участков шахт

20

Для двигателей с водяным охлаждением принимают длительную мощность (режим S1), а с воздушным охлаждением – часовую

мощность (режим S2 ).

При работе комбайна с барабанным кабелеукладчиком нагрузка на кабель должна быть снижена на 30 % по сравнению с номинальной.

3. Для кабелей, питающих группу электродвигателей, работающих не одновременно, при определении расчётной нагрузки необходимо учитывать коэффициент спроса kС:

		∑P		k	C	103
	IP =		н.дв				,	(4.3)
		3	UH cosϕС.В

где ∑Рн.дв − суммарная номинальная мощность электродвигателей, кВт; cosϕС.В − средневзвешенный коэффициент мощности.

По формуле (4.3) расчётный ток необходимо определять для кабелей от ПУПП до низковольтного распределительного пункта, а также для проходческих комбайнов и погрузочных машин с многодвигательным приводом.

Величина коэффициента спроса и средневзвешенного коэффициента мощности может быть принята такой же, как и при определении мощности участкового трансформатора.

4. Для высоковольтных кабелей от РПП-6 до ПУПП:

IP =	1,1 Sр.тр. 103		(4.4)
	3	,A
		UH

где Sр.тр − расчётная мощность ПУПП, кВА; 1,1 − коэффициент ре-

зерва.

При приблизительном равенстве расчётной и выбранной мощности подстанции в качестве расчётного тока можно принимать номинальный первичный ток ПУПП.

При питании по одному кабелю двух-трёх подстанций ток нагрузки определяют по формуле

	IP = (0,9 ÷1,0)∑Iн.тр. .		(4.5)
5. Для кабелей от ЦПП до РПП-6:
IP =	k ∑ Sр.тр.	103	(4.6)
	3 UH	,

где k = 0,85 − коэффициент участия в максимуме нагрузки.

21

При питании РПП-6 двумя кабелями, каждый кабель рассчитывают на полную мощность.

6. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы электроприёмников за расчётный ток принимают длительный ток, который определяют

для кабелей 6 мм2 и менее:

IP = IДЛ = IПВ ПВ;

(4.7)

для кабелей более 6 мм2:

IP = IДЛ = 0,875 IПВ ПВ,

(4.8)

где IДЛ − длительный ток нагрузки; IПВ − номинальный ток, соответ-

ствующий режиму ПВ; ПВ − продолжительность включения в относительных единицах.

4.3. Выбор сечения кабелей по нагреву

Для каждого типа кабелей установлена предельно допустимая температура нагрева при нормальной работе в зависимости от класса изоляции. Если температура нагрева будет превышать предельно допустимую, то срок службы кабеля резко сокращается вследствие быстрого старения изоляции. Температура нагрева проводника определяется величиной протекающего тока, активным сопротивлением, температурой окружающей среды и рядом других факторов.

Выбор сечения кабеля по нагреву производят по специальным таблицам, где приводится допустимая величина тока для кабелей определенной конструкции, при различных температурах окружающей среды.

Выбор сечения кабеля по условиям допустимого нагрева токами нормального режима выполняют в следующем порядке:

-определяют расчётный ток нагрузки кабеля (по формулам (4.1)- (4.8));

-определяют условие и место прокладки кабеля;

-выбирают тип кабеля по табл. 4.2; 4.3; 4.4;

-определяют температуру окружающей среды, которая может быть принята:

при глубине шахты до 100 м………..+15°С

от 200 до 450 м ………+25°С свыше 450м …………+30°С

при прокладке в земле ………..…….+15°С;

22

- определяют поправочный коэффициент на температуру окружающей среды с учётом допустимой температуры нагрева кабеля:

kП =	θ−tФ ,	(4.9)
	θ−tТАБЛ

где θ − допустимая температура нагрева жил кабеля, °С; tТАБЛ − температура, при которой определены допустимые табличные токи нагрузки кабеля, °С; tФ − фактическая температура окружающей среды,

°С;

- по таблицам допустимых нагрузок 4.5 - 4.6 определяют соответствующие токовой нагрузке сечение кабеля, при этом должно соблюдаться условие:

IТАБЛ kП ≥ IP .

(4.10)

Таблица 4.5 Длительно допустимые токовые нагрузки на силовые с медными

жилами кабели, бумажной изоляцией в свинцовой оболочке при температуре 25 °С

			Токовые нагрузки (А) на кабели
Сечение
	2		трёхжильные		четырёхжильные
жилы, мм
		до 3 кВ	6 кВ	10 кВ	до 1 кВ
2,5		40	-	-	-
4		55	-	-	50
6		70	-	-	60
10		95	80	-	85
16		120	105	95	115
25		160	135	120	150
35		190	160	150	175
50		235	200	180	215
70		285	245	215	265
95		340	295	265	310
120		390	340	310	350
150		435	390	355	395
185		490	440	400	450
240		570	510	460	-

Примечание. Допустимый нагрев кабелей с бумажной изоляцией до 1 кВ

− 80°С, 6 кВ − 65°С, 10 кВ − 60°С.

23

Таблица 4.6 Длительно допустимые токовые нагрузки на силовые шахтные

полугибкие и гибкие кабели при температуре +25оС

				Токовые нагрузки (А) на кабели при допустимом нагреве
2	3×(16-36) +1×10 3×		×(10-4)			3×(16-120)+1×10; ×(16-120)+4×4				3×(4-95)+1× (2,5-			3× (10-70)+1×10+		×(2,5×4)			10)+5×1,5; 6× (16-				3×(10-150)+1×(6- × (6-10)			КОГВЭШ-660		×(1,5-6)			3×(4-50)+1×(2,5- ×(2,5-10)
ммжилыСечение,	600ЭВТ-	о		35)+1(16-	1140660,ЭВТ-		о	3	660,1140КГЭШ-	10);(2,595)+1(4××3--	о	2,510)+3×	1140660,КГШЭУ-	о		5	КГВЭУШ	(650)+1(6××6--	о	2,510+550)+1××	6000КГЭ-		о	50)+1	220КЩГЭШ-	о		5	660КПГСН-		о	16)+1
	75 С				70 С					75 С			75 С					75 С			75 С				70 С				70 С
1,5	-					-				-			-					-				-			20					-
2,5	-					-				-			-					-				-			30					-
4	-					-				45			-					-				-			40					36
6	-					-				58			-					76 Ж				-			50					45
10	-					-				75			75					100 Ж				82			-					60
16	90				80 Ж					105			105					130				106			-					105
25	120				105 Ж					136			136					168				141			-					130
35	145					130				168			168					212				170			-					160
50	-					160				200			200					258				213			-					200
70	-					200				250			250					-				260			-					-
95	-					220				290			-					-				313			-					-
120	-					260				-			-					-				367			-					-
150	-					-				-			-					-				413			-					-

Примечание. ж −не изготавливаются с жилами для управления.

4.4. Выбор сечения по экономическим факторам

Выбор сечения кабелей также производят по экономической плотности тока, величина которого приводится в табл. 4.7 в зависимости от типа кабеля и числа часов использования максимума нагрузки в год. Сечение кабеля по экономической плотности тока определяют:

	I p	,		2
Sэк = i эк			мм		(4.11)

где iэк − экономическая плотность тока, А/мм2.

Число часов использования максимума нагрузки (Тм) в год при 2-, 3-сменном режиме работы можно принимать в пределах 30005000.

24

Экономическая плотность тока			Таблица 4.7
Проводники	iэк, А/мм2 при Тм, ч/год
	более 1000	более 3000	более
	до 3000	до 5000	5000
Кабели с бумажной изоляцией:	3,0	2,5	2,0
Кабели с резиновой и пласт-	3,5	3,1	2,7
массовой изоляцией

Сечение, полученное в результате расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения.

Проверке по экономической плотности тока не подлежат сети напряжением до 1 кВ при Тм до 4000-5000 ч/год, осветительные сети, сборные шины подстанции.

4.5. Выбор низковольтных кабелей по механической прочности

Для каждого типа электроприемника существует минимально допустимое сечение кабеля, при котором обеспечивается достаточная механическая прочность, поэтому после выбора сечения кабеля вышеописанными способами производится проверка, исходя из условий механической прочности. Из условий удобства эксплуатации кабель не должен иметь также чрезмерно большое сечение.

Рекомендуемые допустимые сечения распределительных кабелей приведены в табл. 4.8.

Таблица 4.8 Рекомендуемые сечения кабелей из условий механической

прочности и удобства эксплуатации

	Наименование машин и механизмов	Допустимое сечение кабеля, мм 2
		минимальное	максимальное
	Комбайны	35,0	70-90
	Буровые машины	25,0	50
	Приводы конвейеров бремсбергов и	16,0	35-50
	уклонов
	Приводы скребковых конвейеров	10,0	25-50
	Колонковые электросверла	4,0	10
	Ручные электросверла	2,5	10
	Осветительная магистраль	4,0	10
	Отводы к светильникам	2,5	4
	Стволовые кабели	35,0	185

25

Другие кабели по механической прочности и удобству эксплуатации не проверяются.

5.ПРОВЕРКА КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ

5.1.Проверка кабельной сети участка по допустимой потере напряжения при нормальной работе электроприемников

Цель проверки заключается в том, чтобы отклонение напряжения на зажимах электродвигателей при их нормальной работе не превышало допустимых норм (- 5 ÷ +10%)Uн.

Проверяются только отрицательные отклонения, следовательно минимальные допустимые напряжения на зажимах электродвигателей 361, 627 и 1083 В соответственно при номинальных напряжениях

380, 660 и 1140 В.

Если за номинальное напряжение на зажимах трансформаторов принять максимально допустимое 400, 690 и 1200 В, то допустимую потерю напряжения (∆U доп ) в сетях можно определить:

в сетях 380 В	400-361 = 39 В;
в сетях 660 В	690-627 = 63 В;

всетях 1140 В 1200-1083 = 117 В.

Вправильно рассчитанной сети суммарная потеря напряжения (∑∆U ) от ПУПП до зажимов электродвигателей не должна превос-

ходить допустимых значений 39, 6З и 117: ∑∆U ≤ ∆ Uдоп.

Суммарные потери напряжения в сети до зажимов двигателя:

∑∆U =∆Uт+∆Uк1 +∆Uк2 + +∆Uкi ;

(5.1)

где ∆Uт− потеря напряжения в трансформаторе, В; ∆Uк1, ∆Uк2 − по-

теря напряжения в отдельных звеньях низковольтной кабельной сети, питающей двигатель, В.

При проверке сетей по допустимой потере напряжения рекомендуется использовать табл. 5.1, а положительные результаты внести в табл. 4.1 (графа 9).

Потерю напряжения в трансформаторе в вольтах и процентах определяют соответственно по формулам:

∆UT = 3 I (R T cos ϕ+ XT sin ϕ), В	(5.2)
∆UT = βT (Ua cos ϕ+ UP sin ϕ),%	(5.3)

26

где I – ток нагрузки трансформатора в получасовой максимум, А; RТ, ХТ – активное и индуктивное сопротивления трансформатора (Ом), значения которых принимают по табл. 3.3; cos φ – коэффициент мощности на зажимах вторичной обмотки трансформатора;

βТ = I IH = SSH − коэффициент загрузки трансформатора; I, S – со-

ответственно ток (А) и мощность (кВА) загрузки трансформатора; IH – номинальный ток трансформатора, А.

Таблица 5.1 Проверка сети по допустимой потере напряжения

	Номер двигателя, на	Потеря на-	Потеря напряже-	Суммарная
	зажимах которого	пряжения в	ния в отдельных	потеря на-
	проверяется напря-	трансформа-	отрезках кабеля,	пряжения,
	жение	торе, В	питающих двига-	В
			тель, В
	М1	20,9	13 +5 +8 +11 = 37	57,9 < 63
	М2	20,9	7 +14 +13 +25 =59	79,9 > 63

Потери напряжения в трансформаторах шахтных передвижных подстанций при коэффициенте загрузки βТ = 1 и различных значениях cos φ, подсчитанные по формуле (5.3), приведены в табл. 5.2. При других значениях коэффициента загрузки табличные значения потери напряжения умножаются на фактический коэффициент загрузки трансформатора:

∆UT =βT ∆UTβ.

Таблица 5.2 Потери напряжения во взрывобезопасных, передвижных подстанциях

при βТ = 1

	Тип	Номиналь-	Напряжение		Потери напряжения∆UTβ
	подстанции	ная мощ-	на вторичной			(%) при cosϕ
		ность, кВА	обмотке, кВ
					0,7	0,75	0,8	0,85
		100	0,4;	0,69	3,2	3,1	2,97	2,78
		160	0,4;	0,69	3,17	3,06	2,92	2,73
	ТСВП	250	0,4;	0,69	3,08	2,96	2,81	2,6
		400	0,4;	0,69	3,03	2,91	2,75	2,53
		630	0,69;	1,2	2,95	2,82	2,65	2,42
		1000	0,69;	1,2	3,84	3,67	3,46	3,18

27

Для перевода значения потери напряжения в трансформаторе, выраженной в процентах, в вольты и наоборот, пользуются формулой

	k2	U	X
∆UT = ∆UT%	OT			,В
	100

где kОТ – коэффициент изменения напряжения в трансформаторе (ПУПП), равный 0,95; 1,0 и 1,05 при отпайке соответственно +5, 0 и –5%, Uх—напряжение холостого хода вторичной обмотки (400, 690, 1200 В).

Потерю напряжения в любом отрезке кабельной сети можно определить по формуле

∆Uk = 3 Iрk (R k cosϕ+Xk sin ϕ),

(5.4)

где Iрк – расчетный ток в кабеле, А; cos φ – коэффициент мощности, который можно принимать для гибких кабелей равным номинальному коэффициенту мощности двигателя, а для фидерных - средневзвешенному; R k = r0 Lk − активное сопротивление отрезка кабеля,

Ом;Xk = x0 Lk − индуктивное сопротивление отрезка кабеля, Ом; r0, x0 – удельное активное и индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км (принимают из табл. 5.3 при температуре +65°С); Lk – длина отрезка кабеля, км.

Таблица 5.3 Активные и индуктивные сопротивления проводов и кабелей,

при +65°С, Ом/км

Сопротивление	Типы про-			Сечение проводов и кабелей, мм2
	водов и
	кабелей	6	10	16	25	35	50	70	95	120
Активное	Медных
	проводов и	3,56	2,14	1,40	0,860	0,626	0,453	0,326	0,324	0,184
	кабелей
Индуктивное	Кабель
	брониро-
	ванный	0,090	0,073	0,068	0,066	0,064	0,63	0,061	0,060	0,069
	до 1,14 кВ
	до 6,0 кВ	-	0,110	0,102	0,091	0,087	0,083	0,080	0,078	0,076
	гибкий	0,125	0,107	0,099	0,092	0,087	0,081	0,069	0,060	-
	до 1,14 кВ

28

При сечении кабеля 10 мм2 и менее можно не учитывать индуктивное сопротивление и использовать упрощенные формулы, В:

∆Uk =	3 Iрk R k cosϕ;									(5.5)
∆Uk =	3 Iрk ρ Lk							cosϕ	;	(5.6)
						S
	P	ρ L			k	103
∆Uk =	k							;		(5.7)
		UH S
	P	L	k	103
∆Uk =	k						;			(5.8)
	γ UH S

где ρ – удельное сопротивление, равное при 20ОС для меди 0,0184, для алюминия − 0,0295 Ом·мм2/м; S – сечение кабеля, мм2; Рk – расчетная мощность, передаваемая по кабелю, кВт; γ = 1/ρ – удельная проводимость.

Применение упрощенных формул (5.5) – (5.8) допустимо и для кабелей больших сечений, если учитывать поправочный коэффициент на индуктивное сопротивление К, принимаемый согласно табл. 5.4. в зависимости от сечения и коэффициента мощности.

Таблица 5.4

Значение поправочного коэффициента К

cosϕ				Сечение кабеля, мм2
	16	25	35		50	70	95	120	150
0,60	1,076	1,116	1,157		1,223	1,302	1,399	1,508	1,638
0,65	1,067	1,102	1,138		1,197	1,266	1,351	1,447	1,529
0,70	1,058	1,089	1,120		1,171	1,232	1,306	1,390	1,486
0,75	1,050	1,077	1,104		1,148	1,200	1,264	1,336	1,419
0,80	1,043	1,065	1,088		1,126	1,170	1,225	1,287	1,357
0,85	1,035	1,054	1,073		1,103	1,141	1,186	1,237	1,295

Формулы (5.5 – 5.8) с учетом поправочного коэффициента К:

∆Uk = К			3 Iрk R k cos ϕ;					(5.9)
∆Uk =	К	3 Iрk ρLk				cos ϕ	;	(5.10)
			S
					103
	К P		ρ L	k
∆Uk =	k					;		(5.11)
			UH S

29

		К P	L	k	103
	∆Uk =	k				.	(5.12)
		γ	UH S

Если суммарная потеря напряжения до какого-либо двигателя будет больше допустимого значения, то необходимо увеличить на одну ступень сечение одного или нескольких отрезков кабелей и снова произвести проверку.

5.2. Проверка кабельной сети по пусковому режиму и режиму опрокидывания наиболее мощного и удаленного электродвигателя

Величина пускового и критического моментов асинхронных двигателей определяется величиной напряжения на их зажимах.

При опрокидывании или пуске асинхронного электродвигателя пусковой ток может достигать (5 ÷ 7) IH, при этом потеря напряжения в сети достигает такой величины, при которой пусковой или критический момент электродвигателя оказывается недостаточным для преодоления момента сопротивления на его валу. В этих условиях двигатель не разворачивается или останавливается и под действием больших токов может выйти из строя. Это вызывает необходимость проверки сечений кабельной сети на возможность пуска наиболее мощного и удаленного двигателя и предотвращает его опрокидывание при перегрузке.

Считается, что нормальный пуск и разгон двигателя произойдет, если фактическое напряжение на зажимах двигателя (Uфакт при пуске) будет равно или больше минимально необходимого (Uмин.необх. при пуске). За минимально необходимое напряжение обычно принимают 0,8Uн при запуске одного двигателя мощностью менее 160 кВт и 0,7Uн при одновременном запуске двух двигателей мощностью до 160 кВт, или одного двигателя мощностью более 160 кВт.

Следовательно, критерием успешной проверки сети по пусковому режиму мощного и удаленного двигателя является выполнение условий:

Uфакт. при пуске ≥ 0,8 Uн ,	(5.13)
или U факт при пуске ≥ 0,7 U н .	(5.14)

Минимально необходимое напряжение при пуске одного двигателя можно определить в каждом конкретном случае по формуле