Расчет электроснабжения подземных горных работ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Иркутский государственный технический университет Институт недропользования Кафедра горных машин и электромеханических систем

Курсовая работа

По дисциплине: Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий

Расчёт электроснабжения подземных горных работ

Выполнил студент гр. ГМ-10−1 Р. В. Корнилов Руководитель, доц., к.т.н. А. И. Найденов Нормоконтроль Т. А. Беспалова

Задание на курсовую работу Исходные данные: Материалы второй производственной практики и варианты задания. Людская подъёмная установка Ру=280 кВт; Грузолюдской подъем Ру=280 кВт; Скиповой подъем Ру=630 кВт; Главная вентиляторная 560 кВт; Калориферная Ру=175 кВт; Компрессоры РН=224 кВт — 3 шт; АБК — 280 кВт; Механическая мастерская -210 кВт; Котельная — 140 кВт; Диспетчерская АСУТП 70 кВт; Погрузка в ж.д. вагоны 175 кВт; Наружное освещение -126 кВт; Главный водоотлив Рк=210 кВт, — 2 шт; Тяговые подстанции АТП 500 — 112 кВт-4 шт; Вентиляторы ВМ-8 — 24 кВт-6 шт; Скреперная лебёдка 100 ЛС-2 -55 кВт 5 шт; Конвейер Рн=77 кВт, — 4 шт; участковый водоотлив Ру=28 кВт, — 3 шт; Подземное освещение196 кВт.

Рекомендуемая литература: 1). Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий. Учебник для вузов. — М.: МГГУ, 2006. — 499 с. 2). Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. — М.: МГГУ, 2006. — 116 с. 3) Ляхомский А. В. и др. Электрификация горного производства. Учебник для вузов том 1. — М.: МГГУ, 2007. — 511 с. 4). Ляхомский А. В. и др. Электрификация горного производства. Учебник для вузов том 2. — М.: МГГУ, 2007. — 511 с. 5). Найденов А. И., Дмитриев Е. А. Электроснабжение горных работ. Учебное пособие. — Иркутск: ИрГТУ, 2010. — 174 с.

Содержание Введение

1. Определение расчётных нагрузок ГПП шахты

2. Выбор трансформаторов на ГПП

3. Продолжительность загрузки электроприёмников в течение суток

4. Суточный график активной мощности на ГПП

5. Суточный график реактивной мощности на ГПП

6. Выбор места расположения ГПП на генеральном плане приятия

7. Компенсация реактивной мощности

8. Определение величины напряжения, ВЛ от РПП до ГПП

9. Выбор сечения проводов ВЛ питающих ГПП

10. Расчёт токов короткого замыкания участковой подстанции напряжением до 1 кВ

11. Схема распределения электроэнергии на шахте

12. Схема главной понизительной подстанции

13. Расчёт токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 6 кВ

14. Защитное заземление ГПП

15. Схема шахтной системы заземления

16. Определение стоимости электроэнергии и основных показателей электропотребления Заключение Список литературы

Введение

подстанция шахта ток замыкание В России подземным способом добываются различные полезные ископаемые. На угольных шахтах и рудниках используются мощные энергоёмкие машины с электрическим приводом. Подъем полезного ископаемого, спуск, подъем людей производится подъёмными машинами, откачка воды производится насосами, подача свежего воздуха, подаётся вентиляторами; выработка сжатого воздуха осуществляется компрессорами и турбокомпрессорами. Электроэнергия на шахту подаётся от энергосистем.

Основной задачей курсовой работы состоит в том, чтобы закрепить знания и умения, полученные в процессе изучения дисциплины.

Исходные данные для расчёта электроснабжения подземных горных работ Поверхностные электроприёмники:

Людская подъёмная установка Ру=680 кВт; Грузолюдской подъем Ру=680 кВт; Скиповой подъем Ру=1530 кВт; Главная вентиляторная 1360 кВт; Калориферная Ру=425 кВт; Компрессоры РН=545 кВт, — 3 шт; АБК -680 кВт; Механическая мастерская -510 кВт; Котельная 340 кВт; Диспетчерская АСУТП 170 кВт; Погрузка в ж/д вагоны 425 кВт; Наружное освещение -306 кВт;

Подземные электроприёмники:

Главный водоотлив РН=510 кВт, — 2 шт; Тяговые подстанции АТП 272кВт-4 шт; Вентиляторы ВМ-12 -24 кВт — 7 шт; Скреперная лебёдка 100 ЛС- 55 кВт 5 шт; Конвейер Рн=187 кВт, — 4 шт; участковый водоотлив Ру=68 кВт — 3 шт; Подземное освещение 408 кВт.

1 Определение расчётных нагрузок ГПП шахты

2 Выбор трансформаторов на ГПП Полная расчётная мощность ГПП.

Sрас=,

где — суммарная активная расчётная мощность, кВт;

— суммарная реактивная расчётная мощность, квар.

Расчётная активная мощность потребителей I категории.

Расчётная реактивная мощность потребителей I категории.

Полная расчётная мощность потребителей I категории.

Принимаем 2 трансформатора ТМ-6300 мощностью 6300 кВ•А.

При отключении одного трансформатора, второй обеспечит питание всех потребителей I категории.

Технические данные ТМ-6300;

SH=6300 кВА; U1=35кВ; U2=6,3кВ; IH1= 152,4 A; IH2=1481 A; Рхх=7.4кВт; Ркз=33,5 кВт; Iхх=0,8%IH; UН=7,5%; Масса трансформатора с маслом m=9,4 т.

Коэффициент загрузки трансформатора в номинальном режиме.

Потери мощности в трансформаторе ТМ — 6300 при загрузке

Годовые потери электроэнергии в одном ТМ — 6300

где — время работы трансформатора под нагрузкой в течение года, ч;

— время работы трансформатора на холостом ходу, ч.

Годовые потери электроэнергии в двух трансформаторах ТМ-4000

3 Продолжительность загрузки электроприёмников в течение суток Таблица 1

4 Суточный график активной мощности на ГПП С 0 до 1 работает: людской подъем, главная вентиляция, калориферная, котельная, диспетчерская, наружное освещение, главный водоотлив, участковый водоотлив, подземное освещение.

Суточный расход активной энергии Среднесуточная активная мощность Потребляемая активная мощность в часы максимальной загрузки энергосистемы с 9 до 11 часов 4566,7 кВт, с 18 до 22 часов 3859,2 кВт. Заявленная мощность кВт.

Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки

5 Суточный график реактивной мощности на ГПП Рисунок 1 — Суточный график активной мощности ГПП Рисунок 2 — Суточный график реактивной мощности

6 Выбор места расположения ГПП на генеральном плане предприятия Таблица 2

Через ствол 1 запитываются подземные объекты шахты

1 — ствол 1; 2 — людской подъем; 3 — грузолюдской подъем; 4 — скиповой подъем; 5 — главная вентиляторная; 6 — компрессорная; 7 — ствол 2

Рисунок 3 — Местоположение объектов на генеральном плане предприятия Координаты центра электрических нагрузок по оси Х.

ГПП расположена в ЦЭН. Приведённые затраты на электрическую сеть с учётом потерь в ней будут минимальны.

7 Компенсация реактивной мощности Коэффициент активной мощности на ГПП Коэффициент реактивной мощности на ГПП Требования энергосистемы обеспечить на ГПП cosц=0,98

Требуемая реактивная мощность конденсаторной установки (КУ) где — углы сдвига фаз между токами и напряжением до и после компенсации реактивной мощности.

Число конденсаторов на 3 фазы в батарее.

где — номинальная мощность одного конденсатора, квар;

— номинальное напряжение сети, кВ;

— рабочее напряжение конденсатора, кВ.

Принимаем 3 установки конденсаторные УК-6,3−450-У

.

Конденсаторы соединяют по схеме треугольника и подсоединяют к сети через разъединитель и выключатель.

Рисунок 4 — Схема присоединения конденсаторов к сети 6 кВ Общая мощность батарей

С — ёмкость конденсатора, Ф

— напряжение сети, кВ

N — количество конденсаторов в фазе.

8 Определение величины напряжения ВЛ от РПП до ГПП Для воздушных линий, питающих горные предприятия, величина напряжения, определяется по выражению.

где — полная передаваемая мощность предприятия, кВ•А;

— длина ВЛ, км; - число цепей воздушной линии.

По формуле Стила — Никагосова где — передаваемая мощность, тыс. кВт;

— расстояние передачи, км.

Принимаем напряжение ВЛ от РПП до ГПП = 35 кВ.

9 Выбор сечений проводов ВЛ питающих ГПП От РПП до ГПП принимаем 2-х цепную ВЛ на металлических опорах со сталеалюминевыми проводами марки АС.

Расчёт тока линии Расчётный ток одной цепи линии Сечение провода ВЛ по экономической плотности тока

где — экономическая плотность тока, А/мм2

Значение принято для условия использования максимальной нагрузки при 3-х сменном графике 5000−7000 ч. в году.

Принимаем провод АС-50/8 с IH = 210 A. Проверяем IH? IP1 =33,32 A

Активное сопротивление провода АС-50/8 длиной 20 км

где — активное сопротивление 1 км. провода сечением 50 мм, 2 Ом/км Потери активной мощности в одной цепи (в 3-х проводах) ВЛ — 35

Потери в 2-х цепях ВЛ-35

Потери электроэнергии в 2-х цепях ВЛ-35 за год Т=5000 ч.

Если принять напряжение ВЛ от РПП до ГПП 110 кВ, потери электроэнергии в ней уменьшатся в (110/35)2= 3,142=9,9 раз и составят Потеря напряжения в ВЛ-35

где — индуктивное сопротивление 1 км. ВЛ, Ом/км

где — среднее геометрическое расстояние между проводами; d — внешний диаметр провода, м.

10 Расчёт токов короткого замыкания участковой подстанции напряжением до 1 кВ Рисунок 5 — Схема участковой подстанции Значительное влияние на величину тока короткого замыкания оказывают асинхронные двигатели, если они непосредственно присоединены к месту короткого замыкания короткими ответвлениями кабеля (до 10 м). Токи КЗ в этом случае учитываются только при определении полного ударного тока КЗ в виде добавки

— кратность пускового тока двигателей,

— сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей.

Сопротивление элементов схемы электроснабжения удобно подсчитывать в миллиомах (мОм).

Рассчитать токи КЗ в точках К1, К2, К3 участковой подстанции, питающей четыре электродвигателя насосов напряжением 380 В и освещение участка.

Исходные данные для расчета

Сопротивление элементов цепи от входа до точки К1

Сопротивление питающей системы

мОм

Сопротивление ВЛ-6 =500 м А-50

мОм,

Ом мОм, где — активное сопротивление 500 м, Ом/км; - индуктивное сопротивление 500 км, Ом/км.

Приведённые сопротивления системы и ВЛ-6 к напряжению 0,4 кВ

мОм,

мОм,

мОм Сопротивление трансформатора ТМ-400 =5,5%; =11,6 кВт

мОм,

мОм.

Сопротивление шин Ш1

мОм, где — индуктивное сопротивление 1 м шин при среднем расстоянии между ними мм, мОм/м.

мм.

мОм, где — активное сопротивление 1 м шины 808 мм, мОм/м.

Переходное сопротивление контактов рубильника Р1 А

мОм.

Суммарное сопротивление ветви от системы до точки К1

мОм,

мОм.

Сопротивление цепей от двигателей до точки КЗ не учитываем, т.к.м.

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К1

кА Отношение .

Ударный коэффициент .

Ударный ток кА.

Действующее значение полного тока КЗ за первый период

кА

Суммарный номинальный ток работающих двигателей

кА Ударный ток от электродвигателей Д1, Д2, Д3, Д4

кА Полное значение ударного тока от питающей системы и электродвигателей кА Короткое замыкание в точке К2

Сопротивление шины Ш2 80×8 мм = 2 м:

мОм,

мОм.

Сопротивление шины Ш3 50×5 мм = 2 м:

мОм,

мОм.

Сопротивление автомата А3710 = 300 А:

Индуктивное сопротивление катушки расцепителя мОм.

Активное сопротивление катушки расцепителя и контакта

мОм

Сопротивление первичной обмотки трансформатора тока ТКФ-3 600/5:

индуктивное мОм;

активное мОм.

Суммарное сопротивление цепи до точки К2:

мОм

мОм Периодическая составляющая тока КЗ в точке К2

кА

.

Ударный коэффициент .

Суммарный номинальный ток двигателей Д1, Д2, Д4

кА Ударный ток в точке К2

кА Действующее значение полного тока КЗ за первый период

кА

3. Короткое замыкание в точке К3

Сопротивление кабеля ААБ 3×25+1×10:

Ом = 18,2 мОм,

Ом = 248 мОм,

= 0,091 Ом/км; = 1,24 Ом/км.

Переходное сопротивление контактов рубильника Р2 А

мОм.

Суммарное сопротивление цепи до точки К3:

мОм

мОм Периодическая составляющая тока КЗ в точке К3

кА

.

Ударный коэффициент .

Асинхронные двигатели расположены далеко от места КЗ. Их влиянием на величину тока КЗ в точке К3 можно пренебречь.

кА

11 Схема распределения электроэнергии на шахте

1 — вывод на ЦПП; 2 — людской подъем; 3 — грузолюдской подъем; 4 — скиповой подъем; 5 — резерв; 6 — Т3 тр-р 6/0,4; 7 — Т4 тр-р 6/0,4; 8 — главная вентиляторная; 9 — калориферная; 10 — резерв; 11 — резерв; 12 — ввод 2 на ЦПП; Л1 — наружное освещение; Л2 — АБК; Л3 — мех. мастерская; Л4 — погрузка в ж.д.; Л5 — резерв; Л6 — колориферная; Л7 — котельная; Л8 — диспетчерская; Л9 — резерв; Л10 — резерв. Центральная понизительная подстанция: 14 — ввод от ГПП; 15 — фидер ПУПП; 16 — фидер ПУПП; 17 — резерв; 18 — Т5 тр-р 6/0,4; 19 — Т6 тр-р 6/0,4; 20 — фидер ПУПП; 21 — фидер ПУПП; 22 — резерв; 23 — ввод 2 от ГПП Рисунок 6 — Схема распределения электроэнергии на шахте Рисунок 7

13 Расчёт токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 6 кВ Расчёт токов короткого замыкания в именованных единицах. Вычисляем сопротивления элементов электрической цепи от источника питания (РПП) до мест короткого замыкания.

Рисунок 8 — Расчётная схема электроснабжения Рисунок 9 — Схема замещения при расчёте токов КЗ

1. Сопротивление питающей системы Задана мощность короткого замыкания на шинах 35 кВ РПП

= 500 МВ•А Ток короткого замыкания на шинах 35 кВ в точке К

где — среднее напряжение на шинах, кВ.

Полное сопротивление системы В трансформаторах индуктивное сопротивление во много раз больше активного, поэтому, пренебрегая активным сопротивлением, можно принять

2. Сопротивление ВЛ-35 = 20 км. Провод АС-50

индуктивное

активное

Две линии ВЛ-35 включены параллельно, поэтому общее сопротивление уменьшается в 2 раза.

3. Сопротивление трансформаторов ТМ-4000 = 4000 кВ•А = 4,0 МВ•А, =7,5%, =46,5 кВт Примечание. Видно, что активное сопротивление трансформатора в 10 раз меньше индуктивного.

Два трансформатора ТМ-4000 включены параллельно, поэтому Результирующие сопротивления до точек короткого замыкания:

До точки на шинах 35 кВ ГПП

До точки на шинах 6 кВ ГПП. Приводим сопротивления и к напряжению 6,3 кВ где — отношение напряжений на ступенях,

Действующее значение периодической слагающей тока КЗ за первый полупериод после его возникновения Ударные токи КЗ при t = 0,01 с (максимальные мгновенные значения полного тока КЗ)

где ударный коэффициент, зависящий от отношения, находится по графику (см. рис. 10)

1. Для точки на шинах 35 кВ ГПП

из рис.

2. Для точки на шинах 6 кВ ГПП

из рис.

Рисунок 10 — Зависимость ударного коэффициента от отношения сопротивлений индуктивного к активному

Действующее значение полного тока КЗ за первый период после его возникновения Мощности КЗ в расчётных точках

МВ•А

МВ•А Расчёт токов короткого замыкания в относительных единицах.

1. Питающая система Задана мощность короткого замыкания на шинах 35 кВ

МВ•А Принимаем базисную мощность МВ•А, напряжён ,

Сопротивления элементов системы электроснабжения в относительных величинах

1. Питающая система Примечание:

Индекс указывает, что сопротивление отнесено к базисным условиям. Индекс указывает, что величина выражена в относительных единицах.

2. Воздушные линии 35 кВ = 20 км. Провод АС-50

Две линии включены параллельно, поэтому сопротивления уменьшаются в два раза

3. Трансформатор ТМ-4000 37/6,3 кВ

МВ•А

Результирующие сопротивления до точек короткого замыкания.

Индекс для простоты записи опускаем.

1. До точки на шинах 35 кВ ГПП

2. До точки на шинах 6 кВ ГПП Действующее значение периодической слагающей тока КЗ.

Ударные токи КЗ при t = 0,01 с (максимальные мгновенные значения полного тока КЗ) где ударный коэффициент, зависящий от отношения, находится по графику (см. рис. 10)

1. Для точки на шинах 35 кВ ГПП

из рис.

2. Для точки на шинах 6 кВ ГПП

из рис.

Наибольшее действующее значение полного тока КЗ за первый период от начала короткого замыкания Мощности КЗ. в расчётных точках МВ•А.

МВ•А.

14 Защитное заземление ГПП Расчётный ёмкостной ток однофазного замыкания на землю в сетях 6 кВ питаемых от ГПП где — общая длина электрически связанных между собой кабельных линий 6 кВ, запитываемых от ГПП, км

— общая длина воздушных линий 6 кВ запитанных от ГПП, км. Длина воздушной линии до ТП 6/0,4 кВ = 600 м.

Общее сопротивление сети заземления За расчётное сопротивление принимаем 4 Ома согласно ПБ Сопротивление одного трубчатого заземлителя где — расстояние от поверхности земли до середины трубы, м; - длина трубы, м;

0,5 — заглубление конца трубы и прута от поверхности земли, м;

d — диаметр трубы, м.

Необходимое число трубчатых электродов заземляющего контура Сопротивление растеканию тока соединительного стального прута диаметром d=10мм., длиной 60 м.

где b = 2d, d — диаметр прута, м Общее сопротивление заземляющего контура

где — коэффициент использования труб;

— коэффициент использования соединительного прута.

RЗК — удовлетворяет требованиям ПБ

15 Схема шахтной сети заземления

1,2 — главный заземлитель; 3 — магистраль заземления; 4 — заземляющая шина; 5 — бронированный кабель; 6 — кабельная муфта; 7,8 — местный заземлитель; 9 — горная машина; 10 — заземляющая полоса Рисунок 6 — Схема шахтной системы заземления

16 Определение стоимости электроэнергии и основных показателей электропотребления Плата за использованную электроэнергию производится по двух ставочному тарифу.

где — полная стоимость за месяц, руб; - заявленная энергетиком предприятия мощность, участвующая в максимуме нагрузки энергосистемы, кВт; - стоимость 1 кВт заявленной мощности в месяц, руб; - расход электроэнергии за месяц, кВт· ч; - стоимость одного 1 кВт· ч, руб; - соответствующая скидка (-) или надбавка (+) к тарифу за высокий и низкий коэффициент мощности.

В проекте произведена компенсация реактивной мощности, коэффициент мощности cos имеет нормативное значение, коэффициент К равен 0

1. Месячный расход электроэнергии

где — суточный расход электроэнергии

2. Полная стоимость электроэнергии за месяц

3. Годовой расход электроэнергии

4. Годовая плата за электроэнергию

5. Удельная стоимость электроэнергии

6. Стоимость электроэнергии на 1 тонну добытого и переработанного полезного ископаемого.

где, А — годовая производительность предприятия, т

7. Удельный расход электроэнергии на добычу и переработку 1 т. полезного ископаемого.

8. Электровооружённость труда, промышленно-производственного персонала.

где N — число человеко-часов, отработанных за месяц;

;

— списочный состав трудящихся;

— продолжительность смены, ч;

— число рабочих дней в месяц.

Заключение

По исходным данным задания произведено определение расчётных нагрузок ГПП шахты; выбор трансформаторов на ГПП; продолжительность загрузки электроприёмников в течение суток. Составлен: суточный график активной мощности на ГПП; суточный график реактивной мощности на ГПП. Выбор места расположения ГПП на генеральном плане предприятия.

Расчёт компенсации реактивной мощности. Определение величины напряжения ВЛ от РПП до ГПП. Выбор сечений проводов ВЛ питающих ГПП. Определён расчёт токов короткого замыкания участковой подстанции напряжением до 1 кВ. Составлена: схема распределения электроэнергии на шахте, схема главной понизительной подстанции предприятия. Произведён расчёт: токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 6 кВ; защитного заземления ГПП. Составлена: схема шахтной сети заземления. Определена стоимость электроэнергии и основные показатели электропотребления.

1. Ляхомский А. В. и др. Электрификация горного производства. Учебник для вузов Т1. — М., МГГУ, 2007. — 511 с.

2. Ляхомский А. В. и др. Электрификация горного производства. Учебник для вузов. Т2. — М., МГГУ, 2007. — 595 с.

3. Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий. Учебник для вузов. 2-е изд. — М., МГГУ, 2006. — 499 с.

4. Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. — М., МГГУ, 2006. — 116 с.

5. Плащанский Л. А. Основы электроснабжения. Раздел Релейная защита электроустановок. Учебное пособие. — М., МГГУ, 2005. — 141 с.

6. Чеботаев Н. И. Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ. Учебник для вузов. — М., МГГУ, 2006. — 474 с.

7. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) 7-е изд. — М., Энергосервис, 2003. — 171с.

8. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) — М.: Энергосервис, 2003. — 287 с.

9. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок ПОТ РМ-016−2001, — М.: Энергосервис, 2003. — 193 с.

10. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. ПБ 03−553−03. — М.: НТЦ, 2003. — 200 с.

11. Правила безопасности в угольных шахтах. ПБ 05−618−03. — М.: НТЦ, 2003. — 296 с.