11 Электроснабжение

11.1 Выбор параметров электрической сети

Подсчет электрических нагрузок и параметров сети производится на основании выбранного оборудования и режима работ.

Существует много методов определения электрических нагрузок, но в данной работе следует применять метод коэффициента спроса.

Величину коэффициента спора для проводников разреза принимаем постоянной.

Токоприемники разреза

Вид	Количество	Установленная Мощность	Напряжение
ЭКГ-5А	2	840 кВт	6000 В
СБШ-320	2	282 кВт	380 В

Расчетные нагрузки группы электроприемников:

P_р = К_с ∙ Р_уст., кВт (11.1)

Q_р = Р_р ∙ tgц_р, кВАр (11.2)

S_р = √Р_рІ + Q_рІ, кВА (11.3)

Далее производим расчет по данным формулам для каждого электроприемника:

Для экскаватора ЭКГ-5А, который работает во вскрышном забое, следовательно коэффициент спроса К_с = 0,7

tgц соответствующий cosц , который в свою очередь для:

экскаватора ЭКГ-5А равен 0,9, tgц = 0,48

бурового станка 3СБШ – 200 tgц = 1,02 (при cosц = 0,7)

P_р = 0,7 ∙ 840=588 кВт

Q_р =588 ∙0,48 = 282,24 кВАр

S_р = √588І +282,24І = 652,2 кВА

Аналогично производим расчет для буровых станков:

Результаты расчетов заносим в сводную таблицу 11.1.

Таблица 11.1

Расчет электрических нагрузок

Элект-ки	Напряжение	Кол-во	Установ. мощность	Коэффициент спроса			Расчетная мощность			Полная мощность
	кВ	шт.	КВт	Кс	соsц	Рр		Qр	Sр, кВА
ЭКГ-5А	6	2	840	0,7	0,9	588		282,24	652,2
СБШ-320	0,4	2	282	0,7	0,7	197,4		201,35	282
Вод. Уст.	0,4	1	160	-	-	-		-	160
Освещ.	0,4/ 0,23	-	30	1	-	30		-	30
ИТОГО	-	5	1312	-	-	815,4		483,59	1124,2

11.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов гпп

Наличие среди потребителей электроприемников I, II категории по надежности и бесперебойности электроснабжения требует установки на подстанциях двух силовых трансформаторов.

Номинальная мощность трансформатора определятся по формуле:

S_номm ≥ S'_р/(n · k_з), кВа (11.4)

где: S'_р – полная расчетная мощность присоединенных к ГПП потребителей с учетом компенсации мощности кВА;

n – число трансформаторов;

k_з – коэффициент загрузки силовых трансформаторов в до аварийном режиме.

Для ГПП:

Sр = 0,9·√815,4І + 483,59І = 0,9·√664877,16+233859,28 = 948 кВт,

S_номm =948/ (2·0,7) =677,15 кВа

Суммарная расчетная мощность равна 948 кВт.

ГПП имеет мощность 2500 кВА, что удовлетворяет условию:

S_тр ≥ S_р = 2500 ≥ 677,15 кВа

Принимаем к установке на ГПП два одинаковых трансформатора ТДМ-2500/35-74У1.

Годовой расход активной энергии определяем по формуле:

W_г = К_см · Т_м · , КВт·ч

где Т_см – время использования максимальных нагрузок в течение года. Принимаем 6720 ч/год;

W_г = 0,9 · 6720 · 815,4 = 4931539,2КВт·ч

Годовой расход реактивной энергии определяется по формуле:

V_г = К_см · Т_мр · , КВт·ч

где Т_мр – время использования максимальной реактивной нагрузки в течение года, принимаем на 20% больше Т_м – 7000 ч.

V_г = 0,9 · 7000 · 483,59 = 3046617.

11.3 Расчет электрических сетей

Подключение стационарных карьеров к источникам питания и распределения электрической энергии между приемниками осуществляется воздушными и кабельными сетями.

Для подключения питания электрооборудования применяется предельный переключательный пункт типа ЯКНО-10У. Буровые станки подключаются к воздушной линии через передвижные подстанции ПКТП-160 и 400 кВ.

Расчетный ток в линии отходящей от ГПП к ЯКНО, ПКТП:

I_р = S_н/√3∙U_н, (11.5)

I_р = Р_р/√3∙U_н∙cosц, (11.6)

где: U_н – номинальное напряжение, кВ;

Расчет производим по одной группе потребителей:

1 группа (Экскаватор ЭКГ-5А-2 ед, б/ст СБШ-320-2ед, освещение, водоотливная установка):

I_р = 815,4/√3∙6*0,7 =114,2 А

Экономическое сечение проводника:

S_эк = I_р/I_эк, (11.7)

Для 1 группы: S_эк = 114,2/1,5=76,13 мм²

принимаем привод А-35 с токовой нагрузкой 170 А.

где: I_эк – экономическая прочность тока, А-ммІ берется из таблицы 1.7., для Казахстана равна 1,5.

Аналогично рассчитываются кабельные линии, питающие отдельные электроприемники.

А, (11.8)

S_эк = мм².

Исходя из полученных данных выбираем тип и сечение проводов. Результаты заносим в сводную таблицу 11.2.

Таблица 11.2

Результаты выбора проводов

Наименование электроприемников	Расчетный ток, А	Принятая марка провода	Длина, м
1 группа	39,4	A-35	1200

Потеря напряжения в данных линиях определятся по формуле:

∆U% = 0,1/U_иІ·(∑^Nl_j ∑^МРр_ij(r_oj + х_ojtgц) (11.9)

где: Рр_ij – нагрузка i-го приемника, приходящаяся на j-й участок сети, кВт (i = 1,2,…. N);

l_j – длина j-го участка сети, км;

r_oj, х_oj – удельное активное и индуктивное сопротивление j-го участка сети, Ом/км.

∆U% = 0,1/36·(815,4)х0,6(0,92+0,336*0,7)=1,56 ≤ 5%

Учитывая приведенный расчет, следует принять провод А-35.

Выбор сечения кабелей также проводится по нагреву, экономической плотности тока и допустимой потере напряжения. Так как кабель отходит от ППП, то следует проверить и тип ППП, учитывая токовую нагрузку, следует выбрать ППП типа ЯКНО-10У

Аналогично рассчитываются провода подходящие к ППП, от которого кабель питает экскаваторы и буровые станки:

Для ЭКГ-5А: I_р = 420/(√3∙6) = 41,17 А; S_эк = 41,17/1,5 =27,45;

Для СБШ-320: I_р = 282/(√3∙0,4) = 406,9 А; S_эк =406,9/1,5 = 271,3;

Выбранные кабеля занесены в таблицу 11.3.

Таблица 11.3

Результаты выбора кабелей

Наименование электроприемников	Расчетный ток, А	Расчетное сечение, ммІ				Принятая марка кабеля		длина, м м
		по допустимому нагреву	по токам к.з.	По потере напряжения
Экскаватор ЭКГ-5А	41,17	3х25	3х25	3х25	КГЭ 3х25+1х10		400
Буровой станок СБШ-320	406,9	50	35	35	2(3х70+1х25)		400

Для определения потерь напряжения в сети при пиковом режиме, активную нагрузку следует определять так:

Р_пик = К_пик · Р_нм · Р_Ун, кВт (11.10)

где: К_пик – коэффициент, учитывающий пиковую нагрузку экскаваторов, принимается равным 1,7;

Р_нм – номинальная мощность наиболее мощного экскаватора в группе, кВт;

Р_Ун – суммарная номинальная мощность прочих электроприемников в группе, кВт.

Р_пик = 1,7· 420 · (282)= 201,348 кВт

∆U% = 0,1/36·201,348∙0,6(0,92+0,336*0,62) = 0,37 ≤ 10%

Проверка сети в пусковом режиме по потере напряжения сводится к определению оптимального напряжения на зажимах сетевого двигателя мощного экскаватора в момент его пуска и сравнению этого напряжения с допустимым значением.

Напряжение на зажимах двигателя экскаватора в момент его пуска находится по формуле:

U_Н = U_о-∆U_пр/(1+(Х_в·К_н·S_н·10⁵/UІ_н) (11.11)

где: U_о – напряжение холостого хода трансформатора, В;

∆U_пр – потеря напряжения от прочей нагрузки в общих с пускаемым двигателем элементов сети, В;

Х_в – внешнее индуктивное сопротивление участка сети от трансформатора, Ом;

К_н – номинальная кратность пускового тока;

S_н – номинальная мощность пускаемого двигателя, кВт.

∆U_пр = (R_общ + Х_общ)· Р_р.пр/U_н = 760 В (11.12)

где: Р_р.пр – расчетная нагрузка прочих электроприемников с асинхронным двигателем подключенным к сети;

R_общ, Х_общ – соответственно активное и индуктивное сопротивление элементов сети, общих с пусковым двигателем, Ом.

Х_вн = Х_тр + Х_вл + Х_кл = 10·U_к·U_оІ/S_тр+(0,4·(l_вл/n_вл) + (0,08·(l_кл/n_кл), (11.13)

где: Х_тр – индуктивное сопротивление трансформатора, Ом,

Х_вл, Х_кл – индуктивное сопротивление соответственно воздушной и кабельной ЛЭП, Ом.

Х_вн = 10·8·6І/2500+(0,4·(1,2/1) + (0,08·(0,8/2) = 1,664,

U_Н = 6,3·10і-760/(1+(1,664·5,5·2000·10^-3/36) = 5796 В

Должно выполняться условие U_Н1 > 0,75·U_Н,

0,75·U_Н = 0,75 · 6000 = 4500, т.е. 5796>4500, т.е. условие выполняется.

11.4 Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением свыше 1000В

Расчет токов короткого замыкания следует производить в относительных единицах. Источником питания до места к.з. принимается внешняя система электроснабжения.

По 1 группе намечаем точку К₁ – точку к.з., и т.д. Далее следует выбрать базисные единицы. В качестве базисного напряжения берем U_б, за базисную мощность S_б принимаем мощность, равную 1000 МВт, эти величины связаны между собой соотношением:

S_б = √3 ∙ U_б ∙ l_б, (11.14)

Определяем ток к.з. посылаемый энергосистемой по формуле:

I_б1 = S_б/(√3∙U_б1∙х_Ус) = 1000/(√3∙6,3∙95,23) =0,98, кА,

где: х_Ус – суммарное сопротивление энергосистемы до точки к₁, к₂ и к₃.

Схема замещения электроснабжения показана на рисунке 11.2.

Ом, (11.15)

Ом, (11.16)

Ом

Ом

+Ом, (11.17)

Ударный ток к.з. определяется по формуле:

А, (11.18)

=2,47А.

Наибольшее действующее значение полного тока к.з. для точки К₁:

(11.19)

кА.

Для остальных точек проводим аналогичный расчет и сводим результаты расчета в таблицу.

Таблица 11.4

Результаты параметров КЗ для точек КЗ

Номер точки к.з.	хэ	Il=0, кА	iу, кА	Iу, кА
1	95,23	0,98	2,47	1,49

Кабельные линии проверяются на термическую устойчивость от воздействия токов к.з. по формуле:

S_мин = а∙I∞√t_n , мм²

где: а – расчетный коэффициент = 12;

I∞ - установившееся значение тока к.з., кА;

t_n – приведенное время действия тока к.з., = 0,5 сек.

S_мин = 12∙2,47*0,7 = 20,74 мм²

Расчет токов однофазного замыкания на землю в сети

Согласно требованиям технической эксплуатации для предприятий, разрабатывающих месторождения открытым способом, на электростанциях и подстанциях все относящиеся фидера напряжением 3… 10 кВ должны иметь защиту от замыкания одной из фаз на землю, с целью выбора и настройки релейной защиты, а так же для определения допустимого сопротивления защитного заземления.

Для расчета можно воспользоваться формулой:

I_з = U/10(l_к+(l_В/35)) (11.20)

Для ЭКГ 5А – 3,2: I_з = 6000/10(1,5+(1,2/35)) = 400 А

Для СБШ-320: I_з = 400/10(1,5+(1,2/35)) = 26,14 А

11.5 Расчет защитного заземления

Согласно “Единых правил безопасности при разработке месторождения открытым способом” сопротивление заземления наиболее удаленной установки не должно превышать 4Ом.

Ток однофазного заземления на землю:

I_з = U_л · (35 · ℓ_к + ℓ_в)/350, А (11.21)

где: ℓ_к, ℓ_в – общая длина кабельных и воздушных линий, км.

I_з = 6 · (35 · 4,5+0,6)/350 = 2,7 А

В районах с удаленным сопротивлением больше 500 Ом/м допускается повышать величину сопротивления до:

R_дт ≤ 4 ∙ R_з / 500, Ом (11.22)

где: R_з – сопротивление земли, Ом.

R_дт ≤ 4 ∙ 2000 / 500 ≤ 160 Ом

Допустимое сопротивление заземленного устройства по типу однофазного заземления на землю:

R_дт ≤ 125 / I_з, Ом (11.23)

R_дт ≤ 125 / 2,7 ≤ 46 Ом

Сопротивление центрального заземления:

R_цз = R_дт – R_с, Ом (11.24)

R_с = R_м – R_ж, Ом (11.25)

где: R_м – сопротивление магистрального заземляющего провода, Ом;

R_ж – сопротивление жилы кабеля, Ом.

R_м = L_м ∙ r_м, Ом (11.26)

где: L_м - длина магистрального провода, км;

r_м – удельное сопротивление провода, равно 0,79 Ом/км.

R_ж = L_ж ∙ r_ж, Ом (11.27)

где: L_ж - длина заземляющей жилы кабеля, км;

r_ж – удельное сопротивление жилы, равно 0,35 Ом/км.

R_м = 2,5 ∙ 0,79 = 1,98 Ом

R_ж = 4 ∙ 0,35 = 1,4 Ом

R_с = 1,98 ч 1,4 = 3,38 Ом

R_цд = 46 – 3,38 = 42,62 Ом

Число одиночных заземлений:

n = R / R_цд · з, шт (11.28)

где: R – сопротивление растеканию одного электрода заземления, Ом (исходя из того, что грунт, где будет установлен зеземлитель - это значительный слой глины, глубже скальные породы, то R = 0,338∙Р_расч, где Р_расч =0,7∙10⁴∙2 = 14000, тогда R = 0,338∙14000 = 4732);

з – коэффициент использования электродов заземления = 0,4

n = 4732 / 42,62 · 0,4 = 263 шт.

В качестве заземления используем уголок 50х50х5 глубина погружения составляет 2,5 м.