Схема электроснабжения горного участка

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРНОГО УЧАСТКА В УСЛОВИЯХ ООО «РАЗРЕЗ ТУЛУНУГОЛЬ»

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общие сведения о предприятии

1.2 Электроснабжение предприятия и участка

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Способы включения электрических машин в работу

2.2 Проведение диагностики баковому масляному выключателю

2.3 Эксплуатация гибких кабелей, применяемых при работе экскаватора

2.4 Организация планово-предупредительного ремонта

синхронного двигателя

2.5 Охрана труда и ТБ при сушке электродвигателей

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ



Введение

Современные горные предприятия оснащены высокоэффективными механизированными комплексами для прохождения и добычи полезных ископаемых, роторными экскаваторами, бурильными установками, мощными транспортными средствами, стационарными установками, средствами автоматики, телемеханики, вычислительной техники. Специально для добывающей промышленности выпускают комплектные распределительные устройства, передвижные трансформаторные подстанции, магнитные станции управления и защиты, электродвигатели любой мощности переменного и постоянного тока, устройства компенсации реактивной мощности, различного рода кабели, осветительную технику, средства сигнализации, связи и диспетчерского управления производством.

Разработкой и внедрением новых видов электрооборудования и систем электроснабжения для добывающей промышленности занимается ряд научно-исследовательских и проектно-конструкторских институтов, выпуск рудничного электрооборудования производится на специализированных заводах с учетом специфики его использование в конкретных горно-геологических условиях.

Машины и механизмы, используемые при организации работ на горных предприятиях, образуют технологический комплекс, т.е. технологически связанную совокупность горных машин и транспортных средств, обеспечивающих максимальную производительность добычных машин, начиная с подготовки горных работ к выемке и кончая переработкой полезного ископаемого.

Производственный процесс заключается в действии людей и орудий производства по добыче и переработке полезного ископаемого, следовательно, в состав производственного процесса входит не только монтаж и эксплуатация оборудования, но и работы по поддержанию его в исправном состоянии.

Высокую производительность труда при использовании горных машин и оборудования можно достигнуть только при условии высококачественного монтажа, технического обслуживания и ремонта, гарантирующих надежную и долговечную работу.

Рост добычи угля вызывает увеличение парка горнодобывающих машин, особенно мощных экскаваторов и буровых станков и соответствующее расширение системы энергоснабжения. В связи с этим особое значение приобретает необходимость обеспечения бесперебойности электроснабжения всех основных звеньев технологического процесса разрезов.

Развитие горнодобывающей техники разрезов на основе повышения мощности и производительности машин еще более усиливает значение вопросов их надежности и улучшения использования во времени.

В связи с этим повышение надежности электрооборудования и систем электроснабжения является важным резервом роста производительное те горнодобывающего оборудования при добыче полезных ископаемых открытым способом. схема электроснабжение проект

Целью данного курсового проекта является выбор наиболее рациональной схемы электроснабжения горного участка в условиях ООО «Разрез «Тулунуголь», обеспечения минимальных экономических затрат на передачу электроэнергии. Также рассматриваются вопросы эксплуатации электрооборудования горного предприятия, охраны труда и техники безопасности.



1. Общая часть

1.1 Общие сведения о предприятии

«Разрез «Тулунуголь» является филиалом ООО «Компания «Востсибуголь». В его состав входят три производственных участка:

- Мугунский;

- Азейский;

- Погрузочно-транспортное управление.

ПУ «Мугунский» осуществляет разработку открытым способом Мугунского буроугольного месторождения с сентября 1990 года. Балансовые запасы месторождения в пределах горного отвода по состоянию на 01.01.11г. составляют 303 млн. тонн угля марки 3БР.

Проектная производственная мощность ПУ «Мугунский» составляет 6 млн. тонн угля в год.

Введенные производственные мощности:

- 1992г.- 150 тыс.т.;

- 1993г.- 850 тыс.т.;

- 1994г. - 1500 тыс.т.;

- 1995г. - 500 тыс.т.;

- 2004г. - 3000 тыс.т.

В соответствии с гоpно-геологическими условиями Мугунского месторождения в границах поля разреза принята бестранспортная система разработки с использованием:

- на вскрышных работах экскаваторов - дpаглайнов ЭШ-40/100, ЭШ-20/90 и ЭШ-11/70;

- на добычных работах роторных экскаваторов ЭР-1250 и механических лопат типа ЭКГ.

Тpанспоpтировка угля осуществляется железнодорожным транспортом.

ПУ «Азейский» осуществляет разработку открытым способом Азейского буроугольного месторождения. Балансовые запасы месторождения по состоянию на 01.01.14 г. составляют 109 млн. тонн угля марки 3БР.

Проектная производственная мощность ПУ «Азейский» составляет 7,3 млн. тонн угля в год. Фактическая производственная мощность в настоящее время составляет 1,8 млн. тонн угля в год.

В соответствии с гоpно-геологическими условиями Азейского месторождения в границах поля разреза принята бестранспортная система разработки с использованием:

- на вскрышных работах экскаваторов - дpаглайнов ЭШ65/100, ЭШ-40/85, ЭШ-20/90 и ЭШ-10/70;

- на добычных работах роторных экскаваторов ЭР-1250 и механических лопат типа ЭКГ. Тpанспоpтировка угля также осуществляется железнодорожным транспортом.

Транспортный железнодорожный участок, ранее называвшийся Азейское ОПТУ, создан 20 мая 1969г. Основной деятельностью ПУ «ПТУ» является перевозка угля, добываемого на производственных участках «Мугунский» и «Азейский». Уголь круглосуточно доставляется по собственным железнодорожным путям из забойных тупиков до станций примыкания РЖД Тулун и Азей. Максимальный пик перевозки угля 1985 - 89 годы - где среднегодовая перевозка составляла 17,5 - 18 млн. тонн с Азейского угольного разреза. Перевозка угля с разреза Мугунский производится начиная с 1992 г. Первый состав с углем пошел 8 августа 1992 г.

Основная часть перевозки угля осуществляется отправительскими маршрутами из 65 полувагонов. Поезда формируются с использованием собственных локомотивов и вагонов, принадлежащих как ООО «Компании «Востсибуголь», так и другим перевозчикам (Трансгарант, Кузбассэнерго, РЖД).

Помимо перевозки угля, ПУ «ПТУ» осуществляет перевозку различных грузов для хозяйственных нужд филиала «Разрез «Тулунуголь», а также грузов сторонних контрагентов (щебень, лесные грузы).

Развернутая длина собственных железнодорожных путей составляет 172 км. Локомотивный парк участка составляет 35 единиц. В хозяйстве участка имеется 5 железнодорожных станций и 5 железнодорожных разъездов.

Средняя дальность перевозки угля с Мугунского участка до станции примыкания Тулун составляет 65км., с Азейского участка до станции примыкания Азей составляет 15 км.

ОАО «Разрез «Тулунский» является владельцем лицензии на разработку разреза «Тулунский» (Тулунский район, промплощадка разреза «Азейский»), который в настоящее время законсервирован.

1.2 Электроснабжение предприятия и участка

Электроснабжение горных предприятий при открытых разработках имеет определённую специфику. Современные карьеры -- полностью электрифицированные горные предприятия с установленной мощностью до нескольких десятков MBA. Характерная их особенность -- расположение карьерных электроустановок на значительной площади. Экскаваторы, буровые станки непрерывно или периодически перемещаются, эксплуатируются на открытом воздухе, в запылённой среде, подвергаясь значительным механическим воздействиям при взрывах, передвижениях и т.п. Электроприёмники питаются напряжением 6-10 кВ и 0,4 кВ. Основные элементы системы электроснабжения карьера: одна или несколько ГПП, ЦРП, карьерные линии электропередач, карьерные распределительные пункты КРП, передвижные УТП, переключательные пункты ПП и передвижные пункты защиты. Схемы распределительных сетей карьера подразделяют на радиальные, магистральные и комбинированные. В зависимости от расположения линий электропередач относительно фронта работ их разделяют на продольные и поперечные.

Внешнее электроснабжение открытых горных работ осуществляют ЛЭП переменного тока промышленной частотой 50 Гц напряжением 6-220 кВ. независимо от класса напряжения на каждое горное предприятие прокладывают не менее двух питающих ВЛ или КЛ.

Внутреннее электроснабжение в зависимости от применяемого электрооборудования может осуществляться переменным и постоянным током. При использовании переменного тока допустимо для питания передвижных электроустановок использовать напряжение до 35 кВ с изолированной нейтралью. Непосредственно напряжение 35 кв необходимо применять для экскаваторов с вместимостью ковша 35 м2 и более. В системе Г-Д используют постоянный ток напряжением до 0,7 кВ, а для контактных сетей железнодорожного транспорта - постоянный ток напряжением 1,65 и 3,3 кВ.

Для контактных сетей применяют и однофазный переменный ток напряжением 25 кВ.

При выборе схем электроснабжения открытых горных работ учитывают мощность, напряжение и размещение электроприемников по территории предприятия, удаленность источников электроснабжения и требуемую надежность, гибкость в эксплуатации и перспективы развития, сведение к минимуму потерь электроэнергии и расхода цветных металлов в ЛЭП, применение надежной защиты от поражения электрическим током.

В продольных схемах радиальные и магистральные ВЛ могут сооружаться по трасам, проложенным по поверхности разреза, а также по рабочим уступам и предохранительным бермам вдоль фронта работ. В поперечных схемах по периметру разреза или карьера за технической границей отработки сооружают магистральные бортовые ВЛ, к которым через переключательные пункты подключают ответвления ВЛ или КЛ. Данные ответвления спускаются к местам разработки, пресекая уступы, и дают питание передвижным переключательным пунктам. В комбинированных схемах применяют сочетание продольных и поперечных схем.

При эксплуатации электрооборудования (ЭО) и электрических сетей, особенно в ненастную погоду, существует повышенная опасность поражения электрическим током. Большая разбросанность работ, применение передвижных подстанций и приключательных пунктов создают большие трудности устройства защитных заземлений, контроля состояния сети, защитных средств. Поэтому на ОГР приходится уделять большое внимание обеспечению безопасности обслуживания электроустановок. Электрооборудование (двигатели, генераторы, трансформаторы, пусковая и коммутационная аппаратура), установленное на горных машинах, находится в условиях постоянной тряски, толчков и вибраций, связанных с характером работы этих машин и агрегатов. При эксплуатации ЭО возможно возникновение пожаров, источником которых могут быть электрические разряды и нагретые до высокой температуры токоведущие части. Причинами появления очагов с высокой температурой являются: перегрузки и короткие замыкания (КЗ) в проводниках, машинах и аппаратах, местные перегревы в результате высокого переходного сопротивления цепи и др.

Электрические двигатели, применяемые на горных машинах, механизмах и комплексах, как правило, должны обладать повышенной электрической и механической прочностью, обеспечивающей надежную работу при резко изменяющихся нагрузках.

Электрооборудование, применяемое на ОГР, должно быть защищенным от попадания внутрь его влаги и пыли. При выборе исполнения и эксплуатации ЭО большое внимание уделяется обеспечению надежности и безопасности его обслуживания.

При проектировании, создании и эксплуатации систем электроснабжения предприятий следует стремиться к гибкости системы, оптимизируя параметры, технические условия на присоединение к энергосистеме, электрические нагрузки, число и мощность трансформаторов, схемы и конструкций распределительных и питающих сетей и т. п. [3]

Электроснабжение горных предприятий осуществляется следующими основными способами: - От автономных источников питания - От собственных электростанций, связанных с энергетической системой - От энергетических систем - От автономных, несвязанных друг с другом тепловых электростанций, а также от передвижных дизель электростанций питаются шахты и рудники небольшой производительности, расположенные в малоосвоенных районах и удалённые от ЛЭП энергосистемы.

Системы электроснабжения разделяют на внешние и внутренние. Под системой внешнего электроснабжения понимают комплекс сооружений, обеспечивающих передачу электроэнергии от источника питания до приемных подстанций предприятия. Система внутреннего электроснабжения -- комплекс подстанций и сетей, находящихся на территории предприятия. Для крупных предприятий наиболее экономичной и надежной является система электроснабжения с применением глубокого ввода 35+220 кВ, при котором высшее напряжение максимально приближено к потребителям электроэнергии. В большинстве случаев глубокий ввод осуществляется непосредственно от энергосистемы. Электроэнергия от источников питания к пунктам приема электроэнергии на предприятия подается, как правило, по радиальным или магистральным линиям.

При составлении рациональной схемы электроснабжения учитываются следующие факторы. Низковольтная аппаратура должна быть максимально приближена к потребителю. Минимальное расстояние от окна лавы до энергопоезда 10м, корпус передвижной подстанции отстает от забоя не более 50м, длина кабеля к комбайну и конвейеру принимается с учетом длины лавы, расстояния от окна лавы до пускозащитной аппаратуры и 10% провеса. Длина кабеля к остальным электроприемникам принята с учетом их расположения, производственной необходимости и 10% провеса. длина высоковольтного кабеля принята с учетом расположения передвижной подстанции, длины вынимаемого столба и расположения стационарного распределительного пункта РПП- 6, длина магистрального кабеля с низкой стороны принимается с учетом минимального приближения передвижной подстанции к окну лавы -50м, а фактически 27м. Для обеспечения безопасной работы пускозащитная аппаратура устанавливается на свежей струе.

Под системой распределения электроэнергии ОГР понимается совокупность источников питания (обычно это шины распределительного устройства (РУ) главных понизительных подстанций (ГПП)) и распределительных сетей разрезов и карьеров (КРС). Электрические сети ОГР можно рассматривать как сложные системы с определенными на каждой ступени распределения энергии базовыми элементами. Для КРС такими элементами являются стационарные и передвижные воздушные (ВЛ) и кабельные (КЛ) линии электропередачи (ЛЭП), стационарные (ТП) и передвижные (ПКТП) трансформаторные подстанции, стационарные закрытые и передвижные открытые или закрытые распределительные пункты (РП), передвижные приключательные пункты (ППП) и ряд других элементов системы электроснабжения (СЭС).

При создании и эксплуатации систем распределения электроэнергии необходимо принимать во внимание особенности ОГР как объектов электроснабжения. Кроме свойств и режимов работы ЭП, которые зависят от типа агрегата, здесь следует учитывать условия эксплуатации оборудования СЭС и технологию ведения горных работ. Для ОГР характерны значительная площадь карьерного поля, постоянное углубление и уступная форма профиля карьеров, рассредоточенность горных машин и комплексов по всей площади (уступам) и их глубине, систематическое подвигание забоев и фронта работ в целом; широкое ведение буро-взрывных работ, сезонность отработки уступов способами гидромеханизации и прочее. Из-за сложности рельефа трасс, по которым прокладываются и перемещаются ВЛ и КЛ, а также влияние взрывных работ и запыленности атмосферы, специфическими также являются конструктивное исполнение и способы монтажа элементов ЛЭП, а также другого оборудования СЭС.

Опыт эксплуатации КРС свидетельствует, что простои горной техники из-за перерывов электроснабжения достигают 6% от фонда рабочего времени. При этом «вклад» КРС (передвижных и временных ЛЭП) в общее время простоя экскаваторов составляет около 50% (37% - на технологические переключения в сети и 13% - на аварийные отключения). Остальное время перерывов обусловлено аварийным отключением ЭО экскаваторов (двигателей и генераторов) - 32%, стационарных ЛЭП и питающих элементов СЭС - 18%. Приведенные цифры указывают на то, насколько важным является вопрос повышения надежности и мобильности КРС.

Учитывая подчиненность СЭС на ОГР целям и задачам добычи полезного ископаемого, требования к надежности электроснабжения определенных категорий ЭП выходят здесь на передний план.

Регламентированный уровень надежности электроснабжения можно достичь за счет применения более надежных элементов, например ячеек КРУ с вакуумными выключателями в исполнении РН, или рациональных схем распределительных сетей участков горных работ и карьера в целом.

Первое направление обеспечения надежности КРС ограничивается достаточно высокой интенсивностью отказов, присущей передвижным ВЛ и переключательным пунктам с масляными выключателями и разъединителями, экскаваторным кабелям и ПКТП.

Второй путь включает применение резервирования наиболее ответственных элементов системы, децентрализацию приема и распределения электроэнергии и локализацию за счет этого аварийных ситуаций; сооружение комбинированных (воздушно-кабельных) передвижных ЛЭП, имеющих большую мобильность и меньшую аварийность по сравнению с ВЛ, а также питание технологически объединенных горно-транспортных машин и комплексов от общего источника или общей линии электропередачи с одновременным ограничением числа подключаемого к ней оборудования. Поэтому на ОГР, исходя из возможных потерь при перерывах электроснабжения, к одной передвижной воздушной ЛЭП 6-10 кВ рекомендуется подключать не более:

- двух-трех или одного экскаватора с ковшом вместимостью соответственно 5, 15 или 20 м3 и более вместе с тремя или двумя (при двух и одном экскаваторе) ПКТП единичной мощностью до 630 кВА;

- двух или одного роторного (многоковшового) экскаватора с теоретической производительностью соответственно до 1300 и свыше 1300 м3/ч вместе с двумя ПКТП единичной мощностью до 630 кВА;

- пяти буровых станков или пяти ПКТП единичной мощностью до 630 кВА для питания силовых ЭП или десяти ПКТП единичной мощностью до 100 кВ?А для питания осветительных установок.

Кроме надежности питания, система распределения электроэнергии должна обеспечивать у ЭП регламентированное качество электроэнергии. Наиболее важные показатели качества электроэнергии для КРС и ЭП, которые питаются от них, - отклонение напряжения, размах изменения напряжения, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности. Нормализацию качества электроэнергии следует решать комплексно. В первую очередь использовать способы централизованного (на ГПП) и местного (на РП) регулирования напряжения. В случае технической необходимости и экономической целесообразности дополнительно можно применять регулируемые конденсаторные установки, а при наличии нелинейных нагрузок - фильтрокомпенсирующие устройства.

Учитывая передвижной характер работ ЭП ОГР (экскаваторов, буровых станков и др.), а также значительную неравномерность электропотребления на протяжении рабочей недели, КРС должны быть мобильными. Под этим требованием понимается способность системы распределения электроэнергии с минимальными затратами времени на переключения обеспечить надежное питание ЭП во всех случаях, предусмотренных технологией проведения работ. Система распределения электроэнергии должна также строиться с учетом возможного расширения разреза или карьера. Поэтому схема КРС и основные ее элементы по пропускной способности и в конструктивном отношении должны обеспечивать возможность поэтапного ввода новых электроустановок, расширение РУ, трансформаторных подстанций, увеличение количества ЛЭП.

Построение КРС должно выполняться из условия минимума затрат на сооружение и эксплуатацию всей СЭС. Для этого необходимо решить такие задачи:

- определение номинального напряжения или системы номинальных напряжений для распределения электроэнергии и питания энергоемких ЭП на ОГР;

- выбор трасс стационарных ЛЭП, количества и мест размещения карьерных распределительных пунктов, комплектных передвижных трансформаторных подстанций;

- выбор трасс временных (передвижных) высоковольтных ЛЭП;

- определение исполнения и параметров основных элементов КРС.

Различают внешние и внутренние схемы электроснабжения ОГР. На рис.1 показаны наиболее характерные схемы внешнего электроснабжения.

Рис. 1. Внешние схемы электроснабжения ОГР

Для подсчета электрических нагрузок применяют упрощенные или более точные методы. К основным методам определения расчётных нагрузок относятся:

1) определение расчётной нагрузки по методу коэффициента спроса;

2) по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объёме выпуска продукции за определённый период;

3) по средней мощности и коэффициенту графика нагрузки;

4) по средней мощности и коэффициенту максимальной нагрузки;

5) по средней мощности и среднему квадратическому отклонению (статический метод).

При проектировании электроснабжения карьеров, расчёт электрических нагрузок производится по методу коэффициента спроса.

Определение расчётных электрических нагрузок данным методом производится в такой последовательности: все намеченные к установке электроприёмники объединяют в группы по технологическим процессам и по значению необходимого напряжения; определяют суммарные установленные мощности электроприёмников, активные (2.1), реактивные (2.2), и полные (2.3) электрические нагрузки электроприёмников, а также суммарные нагрузки по группам с одинаковым напряжением:

Рр =Рном ·Кс ; кВт (2.1)

Qр -Рр ·tgц; квар (2.2)

Sр=; кВ·А (2.3)

где Кс - коэффициент спроса конкретной характерной группы электроприёмников, принимаемый по справочным материалам;

tgц - соответствует характерному для данной группы электроприёмников cosц, определяемому по справочнику.

Распределяем электроприемники предприятия по конкретным группам, находим их суммарную мощность, по справочным материалам находим значение коэффициента спроса и cosц для каждой группы электроприёмников; по соответствующим значениям cosц определяем значение tgц и согласно формуле (2.1) - (2.3) определяем расчётные нагрузки.

Все необходимые данные и расчёт сводим в таблицу 1.

Например, экскаватор ЭКГ 12,5: количество в работе - 12;

Рн =1250 кВт;

?Рн =1250·12=1500 кВт;

Кс=0,5;

cosц=0,9;

tgц=-0,48;

?Рр =?Рн ·Кс =15000·0,5=7500 кВт;

?Qр =?Рр ·tgц=7500·(-0,48)=-3600 квар;

Sр = кВ·А

Таблица 1. Данные и расчет электрических нагрузок

Электроприемники	n	Рн	?Рр	Кс	cosц	tgц	?Рр =?Рн ·Кс	?Qр =Рр ·tgц,	Sр =
Выше 1000 В
1) ЭКГ 8И	7	630	4410	0,55	0,9	-0,48	2425,5	-1164,24	2127,8
ТСН ТМЭ-160/10-69	7	112	784	0,7	0,7	1	548,8	548,8	776,1
2) ЭКГ-12,5	12	1250	15000	0,5	0,9	-0,48	7500	-3600	6579,5
ТСН ТМЭ 160/6	12	112	1344	0,7	0,7	1	940,8	940,8	1330,4
3) ЭШ 10/70	2	1170	2340	0,6	0,8	0,75	1404	1053	1755
ТСН ТМЭ 250/6	2	175	350	0,7	0,7	1	245	245	346,5
4) ЭКГ 10УС	10	630	6300	0,63	0,9	-0,48	3969	-1905,12	4402,5
ТСН ТМЭ-160/10-69	10	112	1120	0,7	0,7	1	784	784	1108,7
5) ЭКГ 4,6Б	5	250	1250	0,55	0,81	0,45	687,5	309,3	753,8
ТСН ТМАЭ - 30/6	5	21	165	0,7	0,7	1	73,5	73,5	103,9
6) Водоотлив	5	630	3150	0,6	0,8	0,75	1890	1417,5	2362,5
7)Землесосы	3	450	1350	0,75	0,75	0,88	1012,5	891	1348,7
Всего	21480,6	-406,46	22995,4
Ниже 1000 В
1)2СБШ 200	6	320	1920	0,5	0,6	1,5	960	1248	1574,5
2)СБШ-250МН	9	386	3474	0,5	0,6	1,5	1887	2453,1	3094,9
3)Забойные конвейеры	4	55	220	0,75	0,75	0,75	165	148,7	222,1
4)Освещение	15	20	300	1	1	0	360	0	360
5)Промплощадка	1	305	305	0,4	0,7	1	122	122	172,5
6) 1СБУ 125	3	30	90	0,55	0,6	1,3	49,5	64,35	81,2
Всего	3903,5	4036	5505,2
Итого	25384,1	3629,7	28500,6

Воздушные линии электропередачи предназначены для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположение на опорах и закреплённым с помощью изоляторов и арматуры.

На открытых горных работах сооружаются стационарные и передвижные воздушные линии. Стационарные внутрикарьерные линии сооружаются на нерабочих уступах для подачи электроэнергии к внутрикарьерным распределительным пунктам и подстанциям. Передвижные линии электропередачи, подлежащие перемещению, удлинению или укорочению, сооружаемых на рабочих уступах, выполняются на опорах с железобетонными, деревянными или металлическими основаниями. Для внутрикарьерных воздушных линий электропередачи должны применятся провода: алюминиевые марки А, сталеалюминевые марки АС и стальные многопроволочные марки ПС. Для передвижных линий карьеров используют алюминиевые провода сечением не более 120 мм2 или сталеалюминевые сечением не более 95 мм2 . Для стационарных линий карьеров используют сталеалюминевые провода сечением не более 185 мм2 . Стальные многопроволочные провода необходимо применять для прокладки по опорам воздушных линий заземляющих магистралей от заземляющих очагов на поверхности карьера до приключательных пунктов, комплектных трансформаторов рассчитывается, но оно должно быть не ниже минимально допустимых по мехпрочности значений. Длина передвижных ВЛ не должна превышать 2 километра, так как через каждые 2 километра необходимо устанавливать заземления.

На открытых горных разработках широко используются для питания электроприёмников различные кабели.

Для стационарных установок карьера (магистральные конвейеры, насосные и компрессорные установки, мастерские и т.п.) применяются бронированные и небронированные кабели с пропитанной и обеднённопропитаной бумажной изоляцией СБ, СК, АСБ, ААБ, СБГ, ААБГ, СГ, АГ, ААГ, ААШВ, имеющие три или четыре жилы.

Для питания электроэнергии мощных экскаваторов применяются гибкие кабели на напряжение 6-10 кВ типа КГЭ.

Для питания передвижных электроприёмников карьеров (буровые станки, оборудование горнотранспортных комплексов и др.) применяются гибкие кабели с резиновой изоляцией типов ГРШ, ГРШЭ, ГТШ, КТ и т.д.

Согласно ГОСТ 22483-77, основные жилы могут быть следующим сечением:

1,5; 2,5; 4; 5; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000 мм2 .

Для расчёта электрических сетей составляют план и схему электроустановок и определяют нагрузку на каждую воздушную линию

Задачей расчёта является определение минимальных сечений проводов и кабелей. Правил устройства электроустановок и ПТЭ открытых горных работ.

Расчёт сечения проводов стационарных линий и кабелей напряжением выше 1000В производят по тепловому режиму (длительностью до нагрева), допустимой потери напряжения экономической тока, механической прочности проводов воздушных линий и тепловой (термической) прочности кабелей напряжением выше 1000В также короткого замыкания.

Таким образом, выбор схемы распределения электроэнергии на промплощадке шахт и рудников зависит от многих факторов: мощности, расположения и типов электроприводов машин и механизмов, места расположения ГПП, компактности генерального плана, соотношения электрических нагрузок электропотребителей, напряжения каждого звена системы электроснабжения.



2. Специальная часть

2.1 Способы включения электрических машин в работу

Электрические машины - это электромеханические преобразователи, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую или механической в электрическую. Основное отличие электрических машин от других преобразователей в том, что они обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую.

По виду создаваемого в машинах поля, в котором происходит преобразование энергии, электрические машины подразделяются на индуктивные, емкостные и индуктивно-емкостные. Современные широко применяемые в промышленности и других отраслях народного хозяйства электрические машины - индуктивные. Преобразование энергии в них осуществляется в магнитном поле. Емкостные электрические машины, хотя и были изобретены задолго до индуктивных, до сих пор не нашли практического применения из-за сложности создания достаточно мощного электрического поля, в котором происходит преобразование энергии. Индуктивно-емкостные машины появились лишь в последние годы. Преобразование энергии в них происходит в электромагнитном поле, и они объединяют свойства индуктивных и емкостных электрических машин. В практике эти машины еще не применяются, поэтому в данной работе рассматриваются только индуктивные электрические машины, которые в дальнейшем будут называться просто электрическими машинами. [7, с. 6]

Для того чтобы электрическая машина работала, в ней должно быть создано вращающееся магнитное поле. Принцип образования вращающегося поля у всех машин один и тот же.

Простейшей электрической машиной является идеальная обобщенная электрическая машина (рис. 2), т. е. машина симметричная, ненасыщенная, имеющая гладкий воздушный зазор. На статоре и роторе такой машины расположены по две обмотки: wsб и wsв на статоре, wrб и wrв на роторе, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на электрический угол, равный 90°. Если к обмоткам статора или ротора такой машины подвести токи, сдвинутые во времени на электрический угол 90°, то в воздушном зазоре машины будет вращающееся круговое поле. При симметричном синусоидальном напряжении поле будет синусоидальное, так как идеальная машина не вносит в зазор пространственных гармоник. Все реальные электрические машины в той или иной степени отличаются от идеальной машины, так как в воздушном зазоре реальной машины нельзя получить синусоидальное поле.

Рис. 2. Обобщенная электрическая машина

Для того чтобы МДС, необходимая для создания магнитного поля, не была чрезмерно велика, статор и ротор электрической машины выполняют из ферромагнитного материала, магнитная проводимость которого во много раз больше, чем проводимость неферромагнитной среды (µст>>µ0). При этом магнитные силовые линии поля замыкаются по магнитопроводу машины и практически не выходят за пределы ее активных частей. Участки магнитопровода, в которых поток переменный, для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезис выполняют шихтованными из тонких листов электротехнической стали. Участки магнитопровода машин, в которых поток постоянный (например, полюсы и станины машин постоянного тока), могут быть выполнены массивными из конструкционной стали. [7, с. 6]

Непременным условием преобразования энергии является изменение потокосцепления обмоток в зависимости от взаимного положения ее частей - статора и ротора. Это условие может быть выполнено при различных вариантах конструктивных форм магнитопровода и при различных конструкциях и расположении обмоток (рис. 3, а - г). Тот или иной вариант выбирается в зависимости от рода питающего (или генерируемого) тока, наиболее удобного способа создания поля и типа машины. Для преобразования энергии в подавляющем большинстве электрических машин используется вращательное движение.

Электрические машины обычно выполняются с одной вращающейся частью - цилиндрическим ротором и неподвижной частью - статором. Такие машины называются одномерными. Они имеют одну степень свободы. Почти все выпускаемые промышленностью машины - одномерные с цилиндрическим вращающимся ротором и внешним неподвижным статором. [7, с. 7]

Электромагнитный момент в электрических машинах приложен и к ротору, и к статору. Если дать возможность вращаться обеим частям машины, они будут перемещаться в противоположные стороны. У машин, в которых вращаются и ротор, и статор, две степени свободы. Это двухмерные машины. В навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается относительно двух статоров, расположенных под углом 90°. Такие машины имеют три степени свободы. В космической электромеханике встречаются шестимерные электромеханические системы, в которых и ротор, и статор имеют по три степени свободы.

Рис. 3. Основные конструктивные исполнения электрических машин: а - асинхронная; б - синхронная; в - коллекторная; г - индукторная

Находят применение также электрические машины, в которых ротор (или и ротор, и статор) имеет форму диска. Такие машины называют торцевыми.

Электрические машины помимо вращательного могут иметь и возвратно-поступательное движение (линейные машины). В таких машинах статор и ротор разомкнуты и магнитное поле отражается от краев, что приводит к искажению поля в воздушном зазоре.

Краевой эффект в линейных электрических машинах ухудшает их энергетические показатели. Низкие энергетические показатели ограничивают применение электрических машин с возвратно-поступательным движением.

Из обычной машины с цилиндрическим статором и ротором получаются машины с сегментным статором и линейные (рис. 4). Если увеличить диаметр ротора сегментной машины до бесконечности, получим линейный двигатель (рис. 4, б).

Линейные двигатели постоянного и переменного тока находят применение в промышленности для получения линейных перемещений.

В генераторном режиме линейные машины практически не применяются.

Рис. 4. Модификация конструктивного исполнения электрических машин: а - машина с сегментным статором; б - линейный двигатель; 1 - статор; 2 - ротор

В большинстве типов электрических машин магнитное поле создается переменными токами обмоток статора и ротора. Однако существует класс машин, в которых поле создается постоянными токами обмоток, расположенных только на статоре. Преобразование энергии в них происходит за счет изменения магнитного потока в воздушном зазоре из-за изменения его проводимости при вращении ротора. Ротор в таких машинах имеет ярко выраженные зубцы, перемещение которых относительно статора вызывает изменение магнитного сопротивления на участках зазора и потокосцепления обмотки статора. Такие машины называют параметрическими или индукторными. Конструктивные исполнения индукторных машин весьма разнообразны. Наибольшее распространение получила конструкция индукторной машины с двумя роторами 1 и статорами 2 (рис. 5). Если роторы сдвинуты относительно друг друга на электрический угол 90°, общее магнитное сопротивление машины во время вращения роторов не изменяется и в обмотке возбуждения 3, питающейся постоянным током, не наводится переменная составляющая напряжения. Обмотки на роторах отсутствуют. При работе машины с обмоток переменного тока 4, расположенных в пазах каждого статора, снимается напряжение. Поток возбуждения замыкается по корпусу статора и втулке ротора 5, насаженной на вал.

В зависимости от рода потребляемого или отдаваемого в сеть тока электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и коллекторные.

Рис. 5. Индукторная машина с двумя роторами

В синхронных машинах поле возбуждения создается обмоткой, расположенной на роторе, которая питается постоянным током. Обмотка статора соединена с сетью переменного тока. В обычном исполнении машин вращающийся ротор с обмоткой возбуждения располагается внутри статора, а статор неподвижен. Обращенная конструкция, при которой ротор с обмоткой возбуждения неподвижен, а вращается статор, в синхронных машинах встречается редко из-за сложности подвода тока к вращающейся обмотке переменного тока.

Ротор синхронной машины может быть явнополюсным, т. е. с явно выраженными полюсами, имеющими ферромагнитные сердечники с насаженными на них многовитковыми катушками возбуждения. Роторы синхронных машин, рассчитанных на частоту вращения 1500 и 3000 об/мин и выше, обычно выполняются неявнополюсными. При этом обмотка возбуждения укладывается в профрезерованные в роторе пазы. Обмотка переменного тока синхронных машин, как правило, распределенная, т. е. расположена равномерно по окружности внутреннего диаметра статора в пазах его магнитопровода. [7, с. 7]

В асинхронных машинах специальная обмотка возбуждения отсутствует, рабочий поток создается реактивной составляющей тока обмотки статора. Этим объясняется простота конструкции и обслуживания асинхронных двигателей, так как отсутствуют скользящие контакты для подвода тока к вращающейся обмотке возбуждения и отпадает необходимость в дополнительном источнике постоянного тока для возбуждения машины. Обмотки статоров и роторов асинхронных машин распределенные и размещены в пазах их магнитопроводов.

На роторах асинхронных машин располагается либо фазная, т. е. имеющая обычно столько же фаз, сколько и обмотка статора, изолированная от корпуса обмотка, либо короткозамкнутая. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из расположенных в пазах ротора замкнутых между собой по обоим торцам ротора неизолированных стержней из проводникового материала. Она может быть также выполнена заливкой пазов алюминием. В зависимости от типа обмотки ротора различают асинхронные двигатели с фазными роторами или асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами. [7, с. 8]

Нормальное исполнение асинхронных машин - с ротором, расположенным внутри статора. Однако для некоторых приводов, например привода транспортера, оказывается выгоднее расположить вращающийся ротор снаружи статора. Такие машины называют обращенными или машинами с внешним ротором. Они выполняются обычно с короткозамкнутыми роторами.

Среди коллекторных машин переменного тока получили распространение в основном однофазные двигатели малой мощности. Они находят применение в приводах, к которым подвод трехфазного или постоянного тока затруднен или нецелесообразен (в электрифицированном инструменте, бытовой технике и т. п.). В машинах средней и тем более большой мощности коллекторные машины переменного тока в настоящее время в СССР не применяются. Исключение составляют отдельные специальные машины, например машины типа двигателя Шраге-Рихтера.

Подавляющее число машин постоянного тока выполняется с коллектором - механическим преобразователем частоты. Но существует несколько типов и бесколлекторных машин, например униполярные генераторы (рис. 6), которые используются для получения больших токов (до 100 кА) при низких напряжениях. В таких машинах коллектор отсутствует, но они могут работать только при наличии скользящего контакта, который состоит из щеток 1 и колец 2. Постоянный магнитный поток, созданный токами обмотки возбуждения 5, замыкается по станине 3, массивному ротору 4 и двум зазорам. Постоянные токи наводятся в массивном роторе и снимаются щетками. Чтобы уменьшить электрические потери в роторе, в нем делают пазы, в которые укладывают медные стержни 6. Стержни, приваренные к контактным кольцам, образуют на роторе короткозамкнутую обмотку.

Рис. 6. Униполярная электрическая машина

Несмотря на большое число различных типов электрических машин и независимо от их конструктивного исполнения, рода и числа фаз питающего тока и способов создания магнитных полей преобразование энергии в машинах происходит только при следующем условии: во всех электрических машинах в установившихся режимах поля статора и ротора неподвижны относительно друг друга. Поле ротора, которое создается токами, протекающими в обмотке ротора, вращается относительно ротора. При этом механическая частота вращения ротора и частота вращения поля относительно ротора в сумме равны частоте вращения поля статора, поэтому частоты токов в статоре и роторе жестко связаны соотношением f 2 = f 1 s, (1)

где f 1, f 2 - частоты тока и напряжения статора и ротора; s - относительная частота вращения ротора или скольжение, определяемое частотой вращения поля статора n 1 и частотой вращения ротора машины n 2 :

s = (nl ± n 2) / n 1 (2)

В синхронных машинах обмотка возбуждения ротора питается постоянным током (f 2 = 0), и, следовательно, из (1) s = 0, откуда по (2) n = n 1 т. е. ротор синхронной машины вращается синхронно с полем, созданным токами обмотки статора.

Жесткая связь частоты тока и частоты вращения определила область применения синхронных машин. Синхронные генераторы являются практически единственными мощными генераторами электрической энергии на электростанциях. Синхронные двигатели с учетом трудностей их пуска применяются как приводы промышленных установок, длительно работающих при постоянной частоте вращения и не требующих частых пусков, например как приводные двигатели воздуходувок, компрессоров и т. п. [7, с. 9]

В асинхронных машинах ток в обмотке ротора обусловлен ЭДС, наведенной в проводниках обмотки магнитным полем статора.

Наведение ЭДС происходит только при пересечении проводниками магнитных силовых линий поля, что возможно лишь при неравенстве частот вращения ротора и поля статора (n 2 ? n 1). Частота тока в роторе равна f 2 = f 1 s, что обеспечивает взаимную неподвижность поля токов ротора и поля статора, а частота вращения ротора при этом равна n 2 = n 1(1 - s). При скольжении s = l ротор неподвижен (f 2 = f 1), преобразования механической энергии не происходит и имеет место трансформаторный режим работы машины.

Схемы пуска двигателей в ход должны предусматривать создание большого пускового момента при небольшом пусковом токе и, следовательно, при небольшом падении напряжения при пуске. При этом может требоваться плавный пуск, повышенный пусковой момент и т. д.

На практике применяются следующие способы пуска:

- непосредственное присоединение к сети -- прямой пуск;

- понижение напряжения при пуске;

- включение сопротивления в цепь ротора в двигателях с фазовым ротором.

Прямой пуск применяется для двигателей с короткозамкнутым ротором. Для этого они проектируются так, чтобы пусковые токи, протекающие в обмотке статора, не создавали больших механических усилий в обмотках и не приводили к их перегреву. Но при прямом пуске двигателей большой мощности в сети могут возникать недопустимые, более 15%, падения напряжения, что приводит к неустойчивой работе пусковой аппаратуры (дребезжание), подгоранию контактов и практически к невозможности пуска. Такие явления могут быть в маломощной сети или при большом удалении от подстанции пускаемого двигателя.

В маломощной сети условия пуска двигателя ухудшаются для самого двигателя, ухудшается работа уже включенных двигателей и ламп накаливания, поэтому должны быть ограничения по мощности двигателя в зависимости от вида нагрузки сети и количества пусков двигателя.

Существуют следующие ограничения мощности двигателя.

Трансформатор, питающий чисто силовую сеть:

20% мощности трансформатора при частых пусках;

30% мощности трансформатора при редких пусках.

Трансформатор имеет смешанную нагрузку:

4% мощности трансформатора при частых пусках;

8% мощности трансформатора при редких пусках.

Электростанция малой мощности -- 12% мощности электростанции.

В маломощных сетях следует ограничивать число пусков сравнительно мощных двигателей, при затруднении их пуска по возможности отключать другие двигатели.

Способ пуска при пониженном напряжении применяется для двигателей средней и большой мощности при ограниченной мощности сети. Рассмотрим некоторые способы понижения напряжения при пуске.

Переключение обмотки статора двигателя с пусковой схемы звезда на рабочую схему треугольник.

Для лучшего понимания способа пуска разберем схемы соединения обмоток двигателей и влияние этих схем на величину фазного напряжения двигателя при заданном линейном напряжении.

Обмотки двигателей могут соединяться звездой или треугольником. Тип соединения определяет соотношение между напряжением на зажимах двигателя и напряжением на фазах его обмотки, т.е. номинальным напряжением двигателя. Напряжение на зажимах двигателя измеряется между его зажимами и называется линейным, и на фазе обмотки -- между ее началом и концом и называется фазным. Как известно, при соединении треугольником напряжения линейное и фазное равны, а при соединении звездой линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза.

Двигатель может иметь в коробке зажимов три или шесть концов. При наличии шести концов возможно соединение двигателя звездой или треугольником в зависимости от напряжения сети, к которой будет присоединяться двигатель, и его номинального напряжения.

Если номинальное напряжение двигателя 220 В, то при линейном напряжении сети 380 В его нужно соединять звездой, а при линейном напряжении сети 220 В -- треугольником. При номинальном напряжении двигателя 380 В и линейном напряжении сети 380 В двигатель нужно соединять треугольником, а при линейном напряжении сети 660 В -- звездой.

Если в коробке зажимов двигателя имеется три вывода обмоток с зажимами, то он имеет определенную схему соединения обмоток в зависимости от напряжения, на которое он рассчитан.

Схема пуска двигателя включением на пусковую схему звезда и с переключением на рабочую схему треугольник показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема пуска трехфазного асинхронного электродвигателя включением на пусковую схему «звезда» и с переключением на рабочую схему «треугольник»:

SB1-- кнопка КМЕ4201 (красная); SB2-- кнопка КМЕ4201 (черная); КМ2.1, КМ2.2-- пускатель ПМА-3100У4, 220 В; КТ1 -- промежуточное реле РПЛ2204, 220 В, пневмоприставка ПВЛ1104; М2 -- электродвигатель АО2-72-2,30 кВт, 2910 об/мин; QF2 --выключатель автоматический АЕ2046, 63 A; SF2 --выключатель автоматический А63, 4 A; QS1 --выключатель пакетный ПВЗ--100.

Перед пуском двигателя включаются выключатели QS1, QF2 и SF2. При нажатии на кнопку SB2 включается пускатель КМ2.1, соединяющий концы фазных обмоток двигателя в звезду. Одновременно включается реле времени КТ1, замыкая контакт КТ1.3, шунтирующий контакты кнопки SB2. С выдержкой времени, необходимой для разгона двигателя, отключается контакт КТ1.1 реле времени, отключая пускатель КМ2.1, и включается контакт КТ1.2, включающий пускатель КМ2.2, переключающий концы фазных обмоток двигателя на треугольник, и двигатель продолжает работать.

Так как при пуске двигателя при подключении по схеме звезда фазное напряжение обмотки уменьшается в 1,73 раза по сравнению со схемой треугольник, то фазные токи также уменьшаются в 1,73 раза, которые равны линейным токам при этой схеме. Но при схеме треугольник, являющейся рабочей в данном случае, фазные токи меньше линейных в 1,73 раза, а при пусковой схеме звезда получается еще уменьшение фазных токов в 1,73 раза, и в результате линейные токи, равные фазным при пусковой схеме звезда, уменьшаются в 3 раза.

После разгона двигателя обмотка его статора переключается на нормальную схему треугольник, поэтому схема пуска двигателя кратко называется схемой пуска переключением со звезды на треугольник.

Схема включения двигателя с помощью тиристорного регулятора напряжения представлена на рис. 8. В регуляторе напряжения в каждый фазный провод включаются встречно-параллельно два тиристора, один из которых работает условно в положительный полупериод напряжения сети, а другой в отрицательный. Регулирование напряжения на выходе регулятора осуществляется изменением времени включения каждого тиристора относительно момента, когда ток должен переходить с одного из трех тиристоров на другой (базовая точка), путем подачи на тиристор управляющего импульса, что дает возможность изменять время протекания тока через тиристор в течение полупериода напряжения сети и напряжение на его выходе, подаваемое на нагрузку, в данном случае на двигатель. Это напряжение не является синусоидальным, и его можно представить как среднее напряжение, которое можно менять, изменяя продолжительность работы тиристора в течение полупериода. Время включения тиристора относительно базовой точки выражается в градусах и называется углом регулирования. Изменяя угол регулирования тиристоров, можно получить необходимое напряжение для плавного пуски двигателя.

Рис. 8. Схема пуска трехфазного асинхронного электродвигателя с помощью тиристорного регулятора напряжения (ТРН).

Схема включения двигателя с фазовым ротором и получаемые при пуске механические характеристики показаны на рис. 9. Двигатель имеет контактные кольца, которые позволяют включать в цепь ротора при пуске добавочные сопротивления R1 и R2. В начале пуска включены обе ступени сопротивлений, при этом получается наибольший пусковой момент Мп1, разгон происходит по механической характеристике 1, частота вращения увеличивается, но не достигает номинальной и в точке б происходит отключение первой ступени сопротивлений R1 контроллером при замыкании контактов К1.1 и К1.2. При постоянной частоте вращения происходит увеличение пускового момента до Мп1 и снова разгон по характеристике 2 с более

высокой частотой вращения. В точке г отключается вторая ступень R2 сопротивлений контактами К2.1 и К2.2 и происходит переход на естественную механическую характеристику 3. Далее работа двигателя происходит при номинальной частоте вращения nн и при номинальном моменте Мн.

При пуске двигателя происходит не только уменьшение пусковых токов, но и увеличение пускового момента, что важно для двигателей, которые включаются под нагрузкой (различные транспортные приспособления и машины).

Рис. 9. Включение асинхронного электродвигателя с фазовым ротором:

а) схема включения; б) механические характеристики при пуске; R1, R2 -- ступени сопротивлений, К1.1, К1.2, К2.1, К2.2 -- контакты переключателя.

2.2 Проведение диагностики баковому масляному выключателю

Основой конструкции бакового масляного выключателя является бак цилиндрической или эллипсоидальной формы, внутри которого и на нем монтируются контактная и дугогасительные системы, вводы и привод. Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 -- 30 % объема бака) -- воздушная буферная подушка, сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс в воздушную подушку горячих газов, выделяющихся при отключении вследствие разложения масла. Прорыв этих газов может при определенных их соотношениях привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальными напряжениями и током отключения и может составлять от 300--600 мм в выключателях на напряжение 6--10 кВ и до 2500 мм в выключателях на напряжение 220 кВ.

При напряжениях 3--6 кВ и малых отключаемых токах применяется простой разрыв в масле. При напряжениях 10, 35 кВ и выше в зависимости от значений напряжения и отключаемого тока используются как простые, так и более сложные дугогасительные устройства с продольным, поперечным, продольно-поперечным дутьем, с одно- и многократным разрывом.

Масляные баковые выключатели на напряжение 35 кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока. На внутреннюю часть проходного изолятора надеты, и укреплены под крышкой выключателя сердечники со вторичными обмотками (один или два на изолятор). Токоведущий стержень проходного изолятора служит первичной обмоткой. Выключатели на напряжение 110 кВ и выше могут иметь емкостные трансформаторы напряжения, для выполнения которых используются обкладки маслонаполненных вводов конденсаторного типа, и трансформаторы напряжения с индуктивной катушкой.

...