Проект электроснабжения шахты

Содержание



Введение

Охрана труда и промышленная безопасность 

Расчет схемы электроснабжения напряжением 3000(3300)В 



	
Введение

	

	Проект строительства ЗАО «Шахта «Костромовская» выполнен институтом «Кузбассгипрошахт» в 2001 году. Проект прошел экспертизу и утвержден в установленном порядке.

	Поле шахты «Костромовская» расположено в юго-западной части Ленинского геолого-экономического района Кузбасса, в пределах Никитинского каменноугольного месторождения и включает в себя восточную часть геологического участка «Поле шахты «Никитинская-1» и западную часть геологического участка «Поле шахты «Проектная». Размеры шахтного поля в принятых границах состовляют: по простиранию – 5,4 км; вкрест простирания – от 1,1 км у западной границы, до 3,5 км в центре, площадь – 14,6 км 2.

	Промышленные запасы добываемого угля в принятых границах отработки составляют 24430 тыс.т.

	Вскрытие шахтного поля осуществляется тремя центральными наклонными стволами: путевым, конвейерным и вентиляционным, разбивающим шахтное поле на два крыла: западное и восточное. Стволы проходятся по пласту 19 с присечкой пород почвы. На флангах шахтного поля проходятся фланговые наклонные стволы: западный и восточный.

	Подготовка шахтного поля панельная: в каждом крыле – по односторонней уклонной панели. Подготовка панелей в обоих крыльях осуществляется центральными наклонными и фланговыми стволами.

	Система разработки: длинными столбами по простиранию, с полным обрушением кровли.

	Проходка подготовительных выработок осуществляется проходческими комбайнами КСП-32 (Украина) и ГПКС (Россия).

	Отработка пласта 19 производится механизированным комплексом JOY.

	Транспорт горной массы из очистных и подготовительных забоев до поверхностного технологического комплекса принят конвейерный, ленточными конвейерами типа КЛК – 800,1000,1200; 4Л – 1400-5П, с автоматической системой управления и контроля.

	Для доставки материалов, людей и оборудования с поверхности по горным выработкам используется подвесная монорельсовая дорога с дизель-гидравлическими локомотивами DZ -66, DZ-1800, DZL-110F.

	Шахтная подземная связь осуществляется комплексом ШТСИ-4.

	Электроснабжения шахты осуществляется глубоким вводом от подстанции ПС 110/ 6/6,6 «Костромовская», с трансформаторами мощностью 10000 кВА.

	Способ проветривания горных выработок – нагнетательный, система проветривания - единая, схема проветривания – фланговая.

	Аэрогазовый контроль горных выработок осуществляется системой « Микон -1Р».

	

	
1. Охрана труда и промышленная безопасность

	

	Электроснабжение шахты осуществляется от подстанции ПС 110/6,6/6,3 кВ «Костромовская», с трансформаторами ТДТНШ 10000-110/6,6/6,3 кВА. Подстанция с 4 секциями шин: 2 секции на напряжение 6,6 кВ для электроснабжения подземных электроприемников, 2 секции на напряжение 6,3 кВ для электроснабжения поверхностных электроприемников. 

	Питание, распределение, защита по напряжению 6 кВ осуществляется высоковольтными ячейками КРУВ-6 различных модификаций. В настоящее время на шахте используются электроприемники напряжением 127 В и 660 В. Для питания электроприемников используются участковые трансформаторные подстанции типа ТСВП и КТПВ. 

	Защита участковых электрических установок и сетей от токов короткого замыкания осуществляется применяемыми автоматическими выключателями ВВ-250Р, ВВ-400Р. Для дистанционного пуска, остановки и защиты электродвигателей установок и механизмов применяются рудничные магнитные пускатели: ПВИ-БТ; ПВР; ПВИР, ПВИ H+R. Питание ручного электроинструмента и сетей освещения осуществляется шахтными пусковыми агрегатами АПШ.м.

	Передача и распределение электрической энергии в подземных выработках производится кабелями СБ, СБг, КГЭН, КГЭШ, КОГРЭШ.

	При эксплуатации и обслуживании электрооборудования опасность для работающих представляют следующие вредные и опасные факторы:

	- протекание электрического тока через организм человека;

	- воздействие электрической дуги;

	- воздействие биологически активного электрического поля;

	- воздействие биологически активного магнитного поля;

	- воздействие электростатического поля;

	- воздействие электромагнитного поля;

	Анализ состояния охраны труда и промышленной безопасности на шахте при эксплуатации и обслуживании электрооборудования показал:

	1. эксплуатацию и обслуживание электрооборудования осуществляет электротехнический и электротехнологический персонал. Согласно требований ПТЭЭП персонал подготовленный, в процессе работы на предприятии периодически обучается и проходит проверку знаний МПОТ (ПБ) ЭЭУ, ПТЭЭП, ПБ в угольных шахтах и других нормативно-технических документов. Анализ выполнения данного требования выявил недостатки:

	- в связи с большой численностью персонала и производственной занятостью специалистов, назначенных в комиссию по проверке знаний, качество предэкзаменационной подготовки, обучения и проверки знаний не всегда удовлетворительно.

	Предложение: законодательным актом обязать работодателей иметь на предприятии штатных специалистов по обучению и проверке знаний.

	2. Имеются проблемные вопросы в укомплектованности шахты обслуживающим персоналом:

	 - не укомплектована бригада по производству ежеквартальной ревизии и обслуживанию высоковольтного оборудования;

	 - не укомплектована бригада по обслуживанию телефонной связи и автоматики;

	Причины этих вопросов комплексные. 

	Для продвижения своей техники на рынке производители в инструкциях по эксплуатации рекламируют, что для обслуживания своей техники нужно или минимальное количество или вообще не требуется обслуживающий персонал. Это приводит к тому, что собственник из экономических соображений жестко ограничивает количество персонала.

	Также, уровень заработной платы не всегда соизмерим с необходимым уровнем квалификации персонала. Собственник считает, что новая и «компьютерная» техника работает сама, и нет необходимости платить достойную заработную плату, чтобы на производстве работали люди с соответствующим образованием и уровнем квалификации. В результате мы имеем недокомплект обслуживающего персонала: с одной стороны собственник стремится снизить затраты на производство, с другой – специалисты с образованием и квалификацией не приходят на шахту.

	Предложение: 

	- заставить законодательным актом производителей прописывать жесткий регламент по количеству и качеству обслуживающего персонала;

	

	2.Расчет схемы электроснабжения напряжением 3000(3300)В.

	

	Расчет схемы электроснабжения выполнен на примере условий «Шахта Костромовская» с условным применением оборудования очистного забоя: 

	- комбайн SL-500 фирмы «Айкхофф»;

	- учатковая понижающая трансформатрная подстанция ЕН-1500/6/3,3 со съемными контакторными блоками НРС 450-1, встроенными в оболочку подстанции;

	Техническая характеристика ЕН-1500/6/3.3

	

	S тр = 1500 кВА

	Uвн = 6300 В

	Uнн = 3300 В

	Iвн = 144,3 А

	Iнн = 262, 4 А

	Uкз = 4,2 %

	Pхх = 3200 Вт

	Pкз = 8200 Вт

	

	Техническая характеристика НРС 450 – 1

	Номинальное напряжение 3300 В

	Номинальный ток 400 А

	Отключающая способность 20 кА

	Ток уставки защиты от перегруза 1-450 А

	Ток уставки защиты от токов к.з. 10-990; 1000-3000 А

	

	- кабель для питания трансформаторной подстанции марки СБ;

	- кабель для питания комбайна марки КГЭН6;

	В расчете выполнено:

	- определение токов короткого замыкания;

	- проверка электрических аппаратов и кабелей по режиму короткого замыкания;

	- проверка уставок тока срабатывания реле защиты от токов короткого замыкания;

	Расчет выполнен согласно «Инструкция по выбору и проверке электрических аппаратов, кабелей и устройств релейной защиты в участковых сетях угольных шахт напряжением 3000 (3300) В » РД 05 – 387 – 00.

	Для выполнения расчета составляем принципиальную однолинейную схему электроснабжения с указанием количества и типов оборудования, марки и длины кабелей, точек определения короткого замыкания (схема №1).

	





Схема №1



Определение токов короткого замыкания

Расчет эффективных значений токов короткого замыкания (к.з.) в сетях напряжением 3000 (3300) В осуществляется в целях определения максимального значения тока трехфазного короткого замыкания, необходимого для проверки коммутационной аппаратуры на отключающую способность и кабелей на термическую стойкость, а также минимального значения тока двухфазного короткого замыкания, необходимого для проверки уставок средств защиты.

Расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания для любой точки сети  (А) может быть определен по формуле



, (1)



	где  —	номинальное низшее (НН) напряжение трансформатора передвижной участковой трансформаторной подстанции (ПУПП), В;

	 —	коэффициент, определяющий изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора ПУПП при использовании отпаек на первичной обмотке этого трансформатора; в зависимости от положения отпаек принимает следующие значения:

				отпайка	-10%	-5%	0	+5%;

					1,1	1,05	0	0,95;

	,  —	соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи трехфазного короткого замыкания, Ом. 

Значения  и , определяют по формулам:



; (2)


, (3)



	где R, Х — 	соответственно активное и индуктивное сопротивление распределительной сети шахты до сборных шин РПП-6, от которых получает питание ПУПП, Ом;

	, — 	соответственно сечение основных (силовых) жил (мм2) и длина (км) кабеля на напряжение 6 кВ от РПП-6 до ПУПП;

	 — 	коэффициент трансформации для междуфазных напряжений трансформатора ПУПП:



, (4)



	здесь  — 	номинальное высшее (ВН) напряжение трансформатора ПУПП, В;

	 — 	индуктивное сопротивление трансформатора ПУПП, приведенное к вторичной обмотке трансформатора. Ом;

	,  — 	соответственно сечение основных (силовых) жил (мм2) и длина (км) последовательно включенных i-x кабелей, составляющих радиальную линию от ПУПП до точки трехфазного короткого замыкания;

	п — 	количество кабелей длиной  и сечением ;

	0,375 — 	активное сопротивление основной жилы 1 км кабеля с номинальным сечением 50 мм2 при температуре 20 С, Ом/км;

	 — 	индуктивное сопротивление 1 км кабеля на напряжение 3000 (3300) В сечением , Ом/км; указывается в технической информации (технических условиях) на кабели, а при отсутствии справочных данных может быть принято равным 0,08 Ом/км.


Значения R и Х определяют в соответствии с Инструкцией по выбору и проверке электрических аппаратов напряжением выше 1200 В (к § 497 ПБ).

Для расчета  значение  принимают минимальным исходя из наименьшего удаления ПУПП от РПП-6, предусмотренного схемой подготовки выемочного участка.

Значение  определяют из выражения



, (5)



	,  — 	соответственно номинальное напряжение на стороне НН (кВ) и напряжение короткого замыкания (%) трансформатора ПУПП номинальной мощностью , кВА.

	Определяем значения формулы для расчета к.з. в т.1 схемы № 1.начения формулы для расчета к.з. от РПП-6 до ПУПП при работе очистного забоя в демонтажной камере);вых сетях угольных шахт на

	

	Rт2 = Rт1 + Rл1 ; Ом

	

	Rт1 = 0, т.к. активное сопротивление определяется с учетом кабельной линии.

	Rт2 = Rл1 = 0,15*0,45 = 0,0675 Ом;

	 0,15 – активное сопротивление кабеля Ом/км сечением 120 мм2.

	 0,45 – длина кабельной линии 1 (л.1 схема №1) 

	Хт1 = Хс + Хтр + Хр; Ом

	Хс = 0, т.к. глубокий ввод 110/6 кВ;

	Хр = 0, т.к. реактор отсутствует;

	Хтр = 2 Хтр (таблица 2, Инструкция по выбору и проверке электрических аппаратов напряжением выше 1200 В (к § 497 ПБ).

	
Хт1 = Хтр = 2* 0,417 = 0,834 Ом;

	Хт2 = Хт1 + Хл1; Ом

	Хл1 = 0.08 * 0.45 = 0,036 Ом;

	

	0,08 – индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км;

	0,45 - длина кабельной линии 1 (л.1 схема №1)

	

	Хт2 = 0.834 + 0.036 = 0,86 Ом;

	Fв = 95 мм2;

	

	Lвmin = 0,5 км (минимальная длина кабеля от РПП-6 до ПУПП при работе очистного забоя в демонтажной камере);

	

	;

	= 6000/ 3300 = 1.81

	от = 1.05 при отпайке -5 %

	Хтр=10 * (3,3)2* 4,2 / 1500 =0,305; Ом

	Fi = Fл3 = 70 мм2;

	Li = Lл3 = 0,3 км;

	Xki = 0,08 Ом/км

	Rт3 (кз) = (0,0675 + 0.375 * (50 * 0,5)/95)) * ( 1.05/1.81)2 + 0.375 * 50 * (0.3 / 70) = 0.136 Ом;

	Xт3 (кз) = ( 0,834 + 0,08 * 0,5) * ( 1.05/1.81)2 + 0,305 + 0,08 * 0,3 = 0,623 Ом;

	I т1 (3) (кз) = 1,05 * 3300 *1,05 / 1,73 * √ (0, 136)2 + (0,623)2 = 3298,5 А



Расчетный минимальный ток двухфазного короткого замыкания для любой точки сети  (А) может быть определен по формуле


, (6)



	где , —	соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи двухфазного короткого замыкания, Ом.

Значения  и  определяют по формулам:



; (7)

, (8)



	где ,  — 	соответственно сечение основных (силовых) жил (мм2) и длина (км) кабеля на напряжение 6 кВ от РПП-6 до ПУПП; для расчета  значение  принимают исходя из фактического удаления ПУПП от РПП-6 в соответствии с технологической схемой ведения горных работ на выемочном участке; 0,423 — активное сопротивление основной жилы 1 км кабеля с номинальным сечением 50 мм2, пересчитанное для температуры нагрева 65 °С, Ом/км.

	Определяем значения формулы для расчета к.з. в т.1 схемы № 1.

	

	Fв = 95 мм2; 

	

	Lв = 2 км (максимальная длина кабеля от РПП-6 до ПУПП при работе очистного забоя в начале  столба лавы);

	

	Fi = Fл3 = 70 мм2

	Li = Lл3 = 0,3 км;

	Rт3 (кз) = (0,0675 + 0,423 * ((50 * 2) / 95)) * ( 1.05/1.81)2 + 0,423 * (50 * (0,3 / 70)) = 0,263 Ом;

	Xт3 (кз) = (0,834 + 0,08 * 2) * ( 1.05/1.81)2 + 0,305 + 0,08 * 0,3 = 0,6634 Ом;

	I т1 (2) (кз) = 0,95 * 3300 * 1,05 / 2 * √ (0,263)2 + (0,6634)2 = 2306,7 А

	

	Проверка электрических аппаратов и кабелей по режиму короткого замыкания.

Выбор электрических аппаратов и кабелей на напряжение 3000 (3300) В производят по номинальному напряжению и рабочему току цепи без учета токов кратковременных перегрузок, а их проверку — по режиму короткого замыкания.

Проверку электрических аппаратов на коммутационную способность в целях обеспечения надежного отключения максимальных токов короткого замыкания, которые могут возникнуть в защищаемом присоединении, производят исходя из условия



, (13)



	где  — 	предельно отключаемый ток защитного аппарата. А;

	 — 	расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания на выходе этого аппарата, А; определяют по формуле (1).



Отключение максимальных токов короткого замыкания на выходе контакторов на напряжение 3000 (3300) В, установленных на комбайне, для которых условие (13) не выполняется, должен осуществлять выключатель (контактор) в распредустройстве низшего напряжения ПУПП (комплектном устройстве (станции) управления).

Проверку кабелей по термической стойкости в целях обеспечения пожаробезопасности кабелей при дуговых коротких замыканиях в подземных выработках посредством выбранных защитных аппаратов с заданным быстродействием отключения максимальных токов трехфазного короткого замыкания производят исходя из условия


, (14)



	где  — 	предельно допустимый кратковременный ток короткого замыкания в кабеле, А;

	 — 	расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания в начале проверяемого кабеля (на выводе аппарата), А; определяют по формуле (1).

Значения тока  определяют по формуле



, (15)



	где с — 	коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева жил кабеля при коротком замыкании, Ас1/2мм -2;

	F — 	принятое сечение основной (силовой) жилы кабеля, мм2;

	 — 	приведенное время отключения короткого замыкания, с.



Значение коэффициента с для кабелей с резиновой изоляцией принимают равным 105—143 (соответственно при допустимой температуре нагрева жил — длительной 75—90 °С и кратковременной 150—250 °С), для кабелей с ПВХ изоляцией — 115 Ас1/2мм -2.

Для выключателей напряжением 3000 (3300) В, установленных в распредустройстве низшего напряжения ПУПП, и контакторов на это напряжение, установленных в комплектных устройствах (станциях) управления (магнитных станциях, пускателях, многоконтакторных центрах и т.п. — далее по тексту «комплектные устройства (станции) управления») с защитой от токов к.з., время  определяют как




, (16)



	где  — 	время отключения токов короткого замыкания, включая время действия основной защиты, установленной у ближайшего к месту короткого замыкания выключателя (контактора), и полное время отключения этого выключателя (контактора) с учетом времени горения дуги, с.

Значение времени  указывается в инструкции по эксплуатации (техническом описании) ПУПП, комплектных устройств (станций) управления напряжением 3000 (3300) В, а при их отсутствии принимают равным 0,2 с.

Кабели на напряжение 3000 (3300) В при их присоединении к ПУПП мощностью 1250—2000 кВА с временем отключения защитой от токов короткого замыкания не более 0,2 с удовлетворяют требованиям по термической стойкости, если сечение их основных (силовых) жил принято не меньшим чем 25 мм2.

	Iо - контакторного блока НРС 450-1 = 20000 А

	I т1 (3) (кз) = 3298,5 А

	20000 ≥ 1,2 * 3298,5

	20000 ≥ 3958,2

	Условие выполняется.

	Принимаем:

	с = 105;

	F = 70 мм2;

	= 0,2 с;

	

	 = 105 * 70 / √ 0,2 = 16435 А

	16435 ≥ 1,2 * 3298,5

	16435 ≥ 3958,2

	
Условие выполняется

	

	Проверка уставок тока срабатывания реле защиты от токов короткого замыкания.

	Величину уставки тока срабатывания защиты от токов короткого замыкания для токовых реле мгновенного действия (без выдержки времени) определяют исходя из следующих условий:

	для токовых реле, у которых значения тока уставки проградуированы на шкале или устанавливают на электронном индикаторе (экране дисплея) по первичному току срабатывания защиты ,



, 



	где — 	максимальный рабочий ток защищаемого присоединения, А;



От ПУПП получает питание только выемочный комбайн.

 определяем по формуле:

	

	, 



	где  — 	начальный пусковой ток одного из электродвигателей исполнительных органов выемочного комбайна при раздельном пуске этих двигателей. А;

Выбранная уставка тока срабатывания реле проверяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в защищаемом присоединении. При этом отношение (кратность) расчетного минимального тока двухфазного короткого замыкания к уставке тока срабатывания реле должно удовлетворять условию


, 



	где =1,5 — 	коэффициент чувствительности защиты.

	

	 = 646,6 А ;

	Ркомб = 500 кВт;

	

	

	

	Принимаем:

	

	

	I т1 (2) (кз) = 2306,7 А

	2306,7 / 700 ≥ 1,5

	3,29 ≥ 1,5

	

	Условие выполняется





1