Расчет электроснабжения участка карьера

При выполнении расчетного задания необходимо:

1. Определить расчетные электрические нагрузки электроприемников методом коэффициента спроса, либо по удельному электропотреблению;

2. Выбрать трансформаторы и передвижные комплектные трансформаторные подстанции ПКТП и передвижные приключательные пункты ППП;

3. Рассчитать сеть (выбрать сечение воздушных и кабельных линий, проверить их по потере напряжения в нормальном режиме и в режиме пуска);

4. Рассчитать токи трехфазного короткого замыкания (КЗ) в сети 6 кВ. Точки короткого замыкания принять в местах установки ППП и ПКТП;

Паспортные данные электроприемников выбранного варианта берутся из таблицы П 1 Приложения. Паспортные данные ПКТП для буровых станков берутся из таблицы П 2.

Электрические нагрузки используются при выборе мощности трансформаторов, сечений линий по нагреву и по экономической плотности тока, а также для определения величины потери напря­жения в сети при длительном режиме работы электроприемников.

 

 

 

Рис.1. Схема электроснабжения участка карьера

 

Расчет электрических нагрузок экскаваторов производится методом удельного электропотребления. Активная составляющая расчетной мощности

кВт,

где w_уд - удельный расход электроэнергии для заданного типа экскаватора, кВт·ч/м³ (табл.3),

А_Г - годовая производительность экскава­тора, м³ /год (таблица П 4);

Т_м - годовое число часов использования макси­мума активной нагрузки, ч. (принять 5000 ч)

Применительно к добычным и вскрышным экскаваторам а также к буровым станкам и другим электроприемникам расчет электрических нагрузок можно производить методом коэффициента спроса

; ; ,

 

где К_с - коэффициент спроса (для буровых станков таблицы П 2); P_уст - установ­ленная мощность электропотребителей, кВт; tgj_Р — соответствует cosj_Р данной группы электропотребителей.

Под установленной мощностью Р_уст понимается суммарная номинальная мощность приемников, присоединенных к данному участку сети.

Для синхронных двигателей, работающих с опережающим cos j, величина Q_p может приниматься со знаком минус.

Для передвижных комплектных трансформаторных под­станций ПКТП напряжением 35/6 кВ номинальная мощность трансформаторов ПКТП определяется по расчетной нагрузке электроприемников, питающихся от этой подстанции. При этом должно быть соблюдено условие S_Tp > Sp. Выбранная мощность трансформатора ПКТП проверяется на возможность нор­мального пуска сетевого двигателя наиболее удаленного от подстанции экскаватора.

При питании двигателя от отдельного трансформатора (блочная схема), мощность двигателя может составлять 80% мощности трансформатора.

 

ПРИМЕР

Исходные данные для расчета

Электроприемники	Рн кВт	Cos φ	Кс
Нагрузка №1 2СБШ-200Н		0,7	0,7
Нагрузка №2 ЭШ-5,45М		0,85 опер	0,6
Нагрузка №3 ЭШ-20,75		0,85 опер	0,6

 

L1=0.5км, L2=0.4км, L3=0.9км, L4=0.7км, L5=0.7км,

L6=0.7км, L7=0.4км, L8=0.35км, L9=0.3км.

Напряжение воздушных и кабельных линий U = 6 кВ

Напряжение кабельной линии, питающей буровой станок U = 0,38 кВ

1. Определение расчетных нагрузок методом удельных мощностей.

Активная составляющая расчетной мощности

= 300 кВт

 

= 1240 кВт

Определение расчетных нагрузок методом коэффициента спроса

p_р1 = К_с1 Р_н1 = 0,7*282 = 198 кВт,

Р_р2 = К_с2- Р_н2 = 0,6*520 = 312 кВт,

p_р3 = K_с3 p_н3 = 0,6 *1900 = 1140 кВт.

При расчете реактивной нагрузки экскаваторов с синхрон­ным приводом следует учитывать их возможности по компенсации реактивной мощности. Принимаем для 2-ой и 3-ей нагрузки cosj_р2 = cosj_р3 = 0,9 (опер.), соответственно tgj_р2 = tgj_р3 = - 0.5

Расчетная реактивная нагрузка бурового станка

Q_P1 = p_P1 tgj _р1 = 198*1.02 = 202 квар

Расчетная реактивная нагрузка экскаваторов:

Q_P2 = p_P2 tgj _р2 = 312*(-0.5)= -156 квар

Q_P3 = p_P3 tgj _р3 = 1140*(-0.5) = -570 квар

Расчетная нагрузка по участку карьера в целом:

=

кВА

 

2. Выбор трансформаторов

Для однотрансформаторной подстанции мощность трансформатора принимается ближайшая большая расчетной из ряда номинальных .

Выбираем трансформатор типа ТМН мощностью 2500 кВ-А (таблица П 8), установленный на передвижной комплектной трансфор­маторной подстанции 35/6 кВ. Паспортные данные трансформатора ТMH-2500/35:

U_BН,=35 кВ; U_НH=6,3 кВ; R_тр=5,2 Ом; Х_тр = 35 Ом;

Р_кз=24.2 кВт; U_кз,=6,5°/o.

Активное сопротивление трансформатора, приведенное к стороне 6 кВ

= 0,15 Ом

Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к стороне 6 кВ

= 1 Ом

Если на участке имеются низковольтные электропотребите­ли (буровые станки, насосы, осветительные установки и др.), то не­обходимо выбрать трансформатор для этих потребителей. В нашем примере имеется буровой станок 2СБШ-200Н, ко­торый имеет расчетную активную мощность Р_Р=198 кВт. Мощность трансформатора определяется

,

где соsj_p - средневзвешенное значение коэффициента мощности группы электроприемников

В нашем случае приемник одиночный, поэтому принимаем cosj_ном = 0,7. Тогда:

= 282 кВА.

Принимаем передвижную комплектную трансформаторную подстанцию ближайшей большей мощности 6/0,4 кВ ПКТП-400/6 (таблицы П 2, П 5), имеющую транс­форматор, мощностью 400 кВ-А.

Паспортные данные из таблицы П 5

Потери в режиме К.З. ΔР_к = 3,8 кВт.

Напряжение К.З. U_кз = 3,5%

Активное сопротивление трансформатора на стороне 6 кВ

= 0,855 Ом

Индуктивное сопротивление трансформатора на стороне 6 кВ

10³ = 3,15 Ом

В подстанции ПКТП-400/6 имеются: групповой выключатель А3742Б на ток 630 А, фидерный выключатель А3732Б на ток 400 А и два фидерных выключателя А3722Б на ток 250 А.

Приключательные пункты оснащены ячейками ЯКНО 6 с длительно допустимым током 630 А и отключающей способностью 12,5 кА. Максимальная токовая защита на реле РТ-40.

3. Расчет электрических сетей

Сечения воздушных и кабельных линий напряжением до и выше 1000 В следует выбирать по нагреву токами нагрузки с после­дующей проверкой по допустимой по­тере напряжения, по экономической плотности тока (только ЛЭП напряжением 6-35 кВ со сроком службы более 5 лет); на термиче­скую устойчивость от воздействия токов короткого замыкания (только кабельные ЛЭП напряжением 6-10кВ).

Выбор сечения проводников по нагреву сводится к сравне­нию расчетного тока I_р с длительно допустимыми токами нагрузки I_доп для стандартных сечений I_р £ I_доп

Расчетный ток в линии

.

Для одиночного приемника используется Р_ном и cos φ _ном.

 

4. Выбор сечений воздушных и кабельных линий.

Определим расчетные токи во всех элементах сети. Расчетный ток в низковольтном кабеле, питающем буровой станок 2СБШ-200Н

Расчетный ток воздушного спуска к буровому станку

(U = 6 кВ) принимаем равным номинальному первичному току трансформатора ПСКТП

40 A

Расчетный ток экскаватора ЭШ-5,45 М (U = 6 кВ)

Расчетный ток экскаватора ЭШ-20,75 (U = 6 кВ)

Принимаем сечения кабелей (таблица П 6):

2СБШ-200Н - 2(3x70+1x25) тип КРПТ, I_ДОП = 2x250, А; (два параллельных кабеля)

ЭШ-5.45М - (3x16+1x10) тип КШВГ, I_ДОп = 90, А;

ЭШ-20.75 - (3x50+1x16) тип КШВГ, I_ДОП = 180, А.

Учитывая, что от одного воздушного спуска могут работать два экскаватора, найдем расчетный ток от двух экскаваторов

Принимаем сечение воздушной магистральной линии и воздушных спусков, выполненных сталеалюминиевыми проводами типа АС-70 с I_допl = 265 А. (таблица П 9)

Погонные сопротивления воздушных линий определим из таблица П 10.

Индуктивное сопротивление воздушных линий принимаем Х₀ = 0.36 Ом

Воздушная линия АС-70: R₀=0,45 Ом/км; Х₀=0,36 Ом.

Погонные сопротивления кабельных линий определим из таблицы П 10.

2СБШ-200Н: кабель КРПТ(Зх70) - R ₀= 0,26 Ом/км;

Х ₀ = 0,069 Ом/км;

ЭШ-5.45М: кабель КШВГ(Зх16) - R₀ = l,12 Ом/км;

Х₀ = 0,094 Ом/км;

ЭШ-20.75: кабель КШВГ(Зх50) - R₀ = 0,35 Ом/км;

Х₀ = 0,072 Ом/км;

Сопротивление линий ,

Низковольтный сдвоенный кабель до бурового станка 2СБШ-200Н

R₇ = (R₀ L7)/2 =(0,26х0,4)/2=0,05 Ом,

X₇ = (Х₀ L7)/2=(0,069х0,4)/2=0,02 Ом;

Высоковольтный кабель до экскаватора ЭШ-5,45М

R₈= R₀ L8 = 1,12 х 0,35 = 0,39 Ом,

X₈= X₀ L8 = 0,094 х 0,35 = 0,03 Ом;

Высоковольтный кабель до экскаватора ЭШ-20,75

R₉ = R₀ L9 = 0,3 5х 0,3 = 0,1 Ом,

X₉ = X₀ L9 = 0,072 х 0,3 = 0,02 Ом;

Воздушная линия от ПКТП-35/6 до экскаватора ЭШ-5,45М

R₂₅ = R₀ (L2+L5) = 0.45 х 1.1 = 0.49 Ом,

Х₂₅= X₀ (L2+L5) = 0,36 х 1,1 = 0,4 Ом

Воздушная линия от ПКТП-35/6 до экскаватора ЭШ-20,75

R₃₆ = R₀ (L3+L6) = 0.45 х 1.6 = 0.72 Ом,

X₃₆ = X₀ (L3+L6) = 0,36 х 1,6 = 0,58 Ом

Воздушная линия от ПКТП-35/6 до бурового станка 2СБШ-200Н.

R₁₂₄= R₀ (L1+L2+L4) = 0.45х1.6= 0.72 Ом,

X₁₂₄ = X₀ (L1+L2+L4) = 0,36х1,6 = 0,58 Ом

После определения токов короткого замыкания необходимо проверить выбранные сечения высоковольтного кабеля КШВГ на термическую устой­чивость от воздействия токов КЗ, определенных в начале кабеля (у приключательного пункта).

 

5. Расчет токов короткого замыкания

Ток трехфазного КЗ. А

Суммарное сопротивление цепи К.З. складывается из суммы сопротивлений элементов цепи от источника питания до точки короткого замыкания

Ток трехфазного короткого замыкания на приключательном пункте, питающем ЭШ-20,75

= 2023 А

Проверка на термическую устойчивость.

Минимальное сечение высоковольтного кабеля ,

где t_п - приведенное время действия тока КЗ (t_п ≈ 0,25 с),

I_∞ - ток трехфазного КЗ в кА.

Для кабелей напряжением до 10 кВ с медными жилами а ≈ 7; для кабелей 10 кВ, но с алюминиевыми жилами а ≈ 12.

= 7 мм²

В нашем случае s = 50 мм², что больше 7 мм².

 

Ток трехфазного КЗ в конце высоковольтного кабеля, т.е. на зажимах экскаватора ЭШ-20,75

Ток минимального двухфазного КЗ для вычисления уставок релейной защиты.

1600 А

Ток пусковой I_П = I_ном*К_П = 127*5,3 = 700 А

Принимаем ток уставки 800 А

Ток уставки релейной защиты МТЗ должен быть несколько больше тока пускового, но существенно меньше минимального двухфазного тока КЗ.

> 1,5. условие выполняется.

 

Ток трехфазного КЗ на приключательном пункте, питающем ЭШ-5,45М

= 2380 А

Проверка на термическую устойчивость

= 8 мм²

В нашем случае s = 16 мм², что больше 8 мм².

Ток двухфазного КЗ в конце кабел.

1700 А

Ток пусковой 350 А. Ток уставки МТЗ принимаем 400 А

 

6. Проверка сети по потере напряжения

 

Проверку сети по допустимым потерям напряжения на за­жимах электроприемников рекомендуется производить для трех ре­жимов работы: нормального рабочего; пикового; пускового при пус­ке наиболее мощного приемника.

Напряжение на зажимах n-го приемника в нормальном режиме

,

где U₀ - напряжение питающего узла, В; u_н - номи­нальное напряжение приемника, кВ;

Р_m и Q_m - соответственно сум­марное активные и реактивные мощности, передаваемые по m -му участку. кВт и квар;

R_m, и Х_m - соответственно активное и реактив­ное сопротивление

m -го участка сети, Ом.

Напряжение на зажимах приемников в нормальном ре­жиме должно удовлетворять условию

 

В режиме пиковых нагрузок

В режиме пуска

Напряжение на ЭШ-20,75 в нормальном режиме

 

U = U₀ – ΔU_тр – ΔU_вл – ΔU_Кл = 6000 – 0 – 13 = 5987 В, так как

 

ΔU_тр= ≈ 0 В

 

ΔU_вл + ΔU_Кл = ≈ 13 В

Напряжение на ЭШ-5,45 в нормальном режиме

 

U = U₀ – ΔU_тр – ΔU_вл – ΔU_Кл = 6000 – 0 – 17 = 5983 В

 

ΔU_вл + ΔU_Кл = ≈ 17 В

Напряжение на 2СБШ-200Н в нормальном режиме

 

U = U₀ – ΔU_тр1 – ΔU_вл – ΔU_тр2 -ΔU_Кл

ΔU_тр1 ≈ 0

ΔU_вл = = 43 В

ΔU_тр2 = = 134 В

Напряжение до трансформатора Т2

 

6000- 0 - 43 – 134 = 5823 В

 

Напряжение после трансформатора

5823· = 368 В

Потери в низковольтном кабеле

ΔU_Кл = =37 В

Напряжение на 2СБШ-200Н 368-37 = 331 В

Допустимое напряжения составляет 95% от номинального

 

U_допуст = 380· 0,95 = 361 В

 

Требования ГОСТа нарушены, так как 331 < 361 В

 

С учетом 5% добавки напряжения трансформаторов 35/6 и 6/0,4 требования ГОСТа будут выполнены, так как суммарная добавка составляет 10% от U_ном = 38 В

 

331 + 38 = 369 В > 361 В

 

7. Режим пуска экскаватора ЭШ – 20,75

Напряжение на зажимах двигателя во время пуска удаленно­го и наиболее мощного двигателя в группе:

,

где DU_раб - потеря напряжения в сети в общих с пускаемым двигателем элементах сети, I_П - пусковой ток, А, соsj_п = 0,3-0,5 - коэффи­циент мощности приемника в режиме пуска

 

Кратность пускового тока экскаватора ЭШ – 20,75 составляет 5,3. (таблица П 1).

Ток в режиме пуска 127*5,3 = 673 А

Коэффициент мощности в режиме пуска

cos j_пуск = 0,85*0,4 = 0,34

 

= 5156 В

Напряжение в режиме пуска должно удовлетворять условию

U_min = 0,75*6000 = 4500 < 5156 В условие выполняется.

8. Режим пиковых нагрузок экскаватора ЭШ – 20,75

Для определения потери напряжения в сети при пиковом ре­жиме, активную нагрузку рекомендуется определять следующим образом

Р_пик = К_пик Р_нmax + Р_SН,

где К_пик - коэффициент, учитывающий пиковую нагрузку экскавато­ров, принимается равным 1,6-1,8, Р_нmax - номинальная мощность наи­более мощного экскаватора в группе, кВт, Р_SН - суммарная номи­нальная мощность прочих электроприемников в группе, кВт

При пиковом режиме реактивная нагрузка приемников с синхронным приводом принимается равной нулю, а приемников с асинхронным приводом - равной ее номинальному значению Для определения потери напряжения в сети при пиковом режиме используется формула для определения потери напряжения в нор­мальном режиме

 

U = U₀ – ΔU_тр – ΔU_вл – ΔU_Кл = 6000 – 95 –265 = 5640 В, так как

 

ΔU_тр= = 95 В

 

ΔU_вл + ΔU_Кл = = 265 В

В режиме пиковых нагрузок

 

В нашем случае условие выполняется, так как

5640 > 6000*0,9 = 5400 В.

 

Вывод.

Выбранные трансформаторы, провода и кабели обеспечивают нормальную работу экскаваторов и бурового станка участка карьера. Требования ГОСТ 13109-97 на качество напряжения выполняются.