М = Р ∑ × L, кВт × м
где L – длина кабеля освещения, м
Р∑ - суммарная нагрузка на кабель, кВт.
Принимая во внимание то, что по расчетам к установке приняты 2 агрегата, выполним распределение осветительной нагрузки между ними, в соответствии с местом установки агрегата. Определим длины кабелей с учетом их провисания 10%, плюс 2% на концевые разделки.
Sрасч = , мм2
где Sрасч. – расчетное сечение силовой жилы кабеля, мм2;
С – коэффициент, учитывающий допустимую температуру нагрева токоведущих жил кабеля ; Для кабелей с медными жилами при Uном = 127В - С = 8,5 1/град;
∆Uдоп = 4% допустимая потеря напряжения в сети освещения;
М – момент нагрузки на кабель, кВт × м.
1) АОШ-4 для освещения: комплекса рудоспуска Р = 2000Вт, 2 светильника горизонта
Р = 200 Вт, один прожектор Р = 1000Вт. Р∑ = 3,2кВт L = 60метров + 12% = 67метров.
М = 3,2 × 67 = 214,4 кВт × м
Sрасч1 = = 6.3мм2
2) АОШ -4 для освещения : камеры УПП Р = 1600Вт, 4 светильника горизонта Р = 400Вт, один прожектор Р = 1000Вт. Р∑ = 3кВт L = 70метров + 12% = 78метров.
М = 3 × 78 = 234 кВт × м
Sрасч2 = = 6,8мм2
К прокладке принимаем кабель марки ГРШЭ 3 × 6 + 1 × 2,5 , с Smin = 6мм2.
Питание осветительной сети выполняется стандартным агрегатом , и загрузку его осуществляем практически на 100%, то ток уставки автоматического выключателя принимаем стандартный согласно паспорта Iу = 192А, Inom.авт = 16А.
3. Расчёт мощности силового трансформатора
Место установки УПП выбираем в центре нагрузок участка. Выбор места для УПП связан с тем, чтобы обеспечить качество электроэнергии по потере напряжения в соответствии с ГОСТ, т.к. для горно-добывающей промышленности не существует типовых графиков нагрузок. В то же время УПП не должно мешать нормальной работе транспорта и передвижению людей. Поэтому расчет осуществляем согласно инструкции по проектированию электроснабжения, по методу коэффициента спроса.
Расчётная мощность трансформатора:
Sрасч.тр. = kc × Pnom∑ / cosφсрв, кВА
где kc – коэффициент спроса, учитывающий К.П.Д. сети, одновременность работы электродвигателей, степень их нагрузки и их к.п.д.; Pnom∑ - суммарная установленная мощность эл.приемников участка, кВт; cosφср – средневзвешенный коэффициент мощности электроприемников при фактической их нагрузке. Принимаем cosφср = 0,86.
Определим коэффициент спроса для потребителей участка. Предварительно установили, что на проектируемом участке отсутствует автоматическая блокировка очередности пуска электродвигателей (п.1.1).
kc = 0,29 + (0,71 × Pnom.max / Pnom∑)
kc = 0.29 + (0.71 × 110 / 200.5) = 0.67
Для корректировки расчета учитывая загруженность трансформатора вводим коэффициент возможного использования: kисп = 1,25.
Определим расчетную мощность трансформатора:
Sрасч.тр = 0.67 × 200,5 / 0,86 = 156,2 кВА;
Sрасч. = Sрасч.тр / kисп = 156,2 / 1,25 = 124,9кВА;
Выбираем трансформатор с Snom ≥ Sрасч. т.е тип ТСШВ с Snom = 160/6кВА /М.У.приложение 6/. Действующими ПБ § 436 использование маслонаполненных трансформаторов в участковых подстанциях запрещено.Выбранный трансформатор проверим по нагрузочному току потребителей. При этом должно соблюдаться условие:
I2тр ≥ Iраб ;
Iраб. = = = 354А
I2 тр = Snom / × U2 ном = 160 / 1,73 × 380 = 243А
Из расчета выяснилось, что условия по току не соблюдаются : I2 тр < I раб. Поэтому к расчёту принимаем силовой трансформатор большей стандартной мощности тип ТСШВ с Snom = 250/6 кВА.
Определим ток вторичной обмотки выбранного трансформатора :
I2 тр. = 250 / 1,73 × 0,38 = 380 А
Условия по току соблюдаются: I2 тр > I раб. Окончательно к установке принимаем трансформатор тип ТСШВ с Snom = 250/6 кВА.
Паспортные данные тр-ра ТСШВ:
Напряжение короткого замыкания 3,5% ;
Напряжение Х.Х. Uxx = 400B;
Потери мощности К.З. 2300Вт.
4. Расчёт кабельной сети участка
Кабельная сеть участка шахты состоит из:
1. Высоковольтного ( U =6кВ) магистрального кабеля между ЦПП-6 и УПП;
2. Магистрального низковольтного кабеля между УПП и распределительным устройством РПП-НН;
3. Низковольтных (U < 1000В) кабелей, питающих отдельные электроприёмники.
В следствии того, что участковую подстанцию установили в центре нагрузок участка, то для питания силового трансформатора подстанции прокладываем магистральный высоковольтный кабель от ЦПП-6 горизонта до УПП.
Для питания низковольтных потребителей в УПП предусматриваем низковольтное распределительное устройство РПП-НН.
От распределительного устройства прокладываем отдельные питающие кабели для каждого электроприемника, т.е. используем радиальную схему электроснабжения приемников.
Все кабели и высоковольтные и низковольтные прокладываем по борту выработок . Для не стационарных по почве. Крепления кабелей осуществляем с шагом 3метра.
Составим расчетную схему электроснабжения потребителей электроэнергии участка,
Выбираем типы кабелей с учётом окружающей среды и режимом работы электроприёмиников ( стационарный или нестационарный). Определяем длины кабелей с учётом их провисания 10%, плюс 2% на концевые разделки. Все расчеты проводим по плану горной выработки и указываем на расчетной схеме электроснабжения потребителей участка.
Скреперная лебёдка :
Lпк = 65м + 12% = 73м;
ВМ- 12 : Lпк = 35м + 12% = 39м;
Круговой опрокидыватель:
Lпк = 50м + 12% = 56м;
НКР: Lпк = 40м + 12% = 45м.
Выбираем сечение жил кабелей по нагреву, в соответствии с номинальными токами электроприёмников по соответствующим таблицам ПУЭ и по /М.У. приложение 5/.
Лебёдка скреперная : марка ЭВТ 3×25;
ВМ- 12 : марка ГРШЭ 3 × 70;
Круговой опрокидыватель: марка ЭВТ 3 × 10;
НКР : марка ГРШЭ 3 × 4.
Проверим кабельную сеть по допустимой потере напряжения в рабочем режиме и при пуске наиболее мощного и удаленного от УПП электродвигателя. Проверку сделаем для ВМ – 12. При этом должны соблюдаться условия:
- ток, проходящий по кабелю Iк ≥ Iдл.доп. 250А ≥ 220А
- напряжение на электродвигателе Uраб ≥ 0,95Unom 380B ≥ 361B
- напряжение на зажимах электродвигателя при пуске Uпуск ≥ 0,8Unom. Согласно ПУЭ отклонение от Unom при пуске в машинах 0,4кВ питание электродвигателя должно быть 100 ÷ 105% 380В ≥ 304В
При выбранной марке кабеля условия соблюдаются.
Выбор высоковольтного кабеля от ЦПП до УПП
Проектируемое УПП не догружено, поэтому выбор сечения высоковольтного кабеля выполняем по условию:
IВ.В.РАСЧ. = , А
где Sтр.расч. – расчетная мощность силового трансформатора, кВА /определенная в п.3/;
Uвн = 6кВ – напряжение номинальное высоковольтной сети.
IВ.В.РАСЧ = = 12А
Рекомендуемые марки кабеля: ЭВТ, СБН, СБВш, ЦСБН.
По найденному значению тока высоковольтного магистрального кабеля IВ.В.РАСЧ = 12А, выбираем необходимое сечение токоведущих жил S = 10мм2, но из условия механической прочности к прокладке принимаем кабель с Smin = 16мм2, с Iдлит.допуст. = 65А.
Принятый кабель проверим на термическую стойкость к токам короткого замыкания :
Iдлит.допуст. ≥ Iкз.max.
где Iдлит.допуст - предельно допустимый кратковременный т.к.з. для принятого сечения кабеля, А
I(3)кз.max. – ток трехфазного к.з. в начале кабеля, А (на шинах ЦПП)
I(3)кз.max. = , А
где Sкз = 50МВА – мощность к.з. в точке сети, где установлена В.В. ячейка.
I(3)кз.max. = = 4,8кА
Определим максимальное сечение В.В. кабеля из условия термической стойкости:
Sввк = I(3)кз.max × √tф /с, мм2
где I(3)кз.max - установившийся т.к.з. , А
tф – фиктивное время действия т.к.з. tф = 0,25с.
с = 145 (для кабелей с бумажной изоляцией) - термокоэффициент для кабелей до 10кВ с медными жилами
Sввк = 4,8кА ×√0,25/145 = 16,45мм2
Из условий т.к.з. выбранный кабель в рабочем режиме удовлетворяет условиям эксплуатации.
Протяженность кабельной трассы велика, поэтому проверяем в/в магистральный кабель по потере напряжения , при этом должно соблюдаться условие:
Uмввк ≤ ∆Uдоп, В
где ∆Uдоп – допустимая потеря напряжения в кабеле, В;
∆Uдоп = ± 5%Unom – в относительных единицах;
∆Uдоп = = 300В – в абсолютных единицах.
Потери расчетного напряжения в кабеле составит:
Uмввк = √3 × Iмввк ×Lмввк(Кt × r0 cosφ + x0 sinφ), B
где Lмввк = 300м – по плану участка;
Кt = 1,12 - температурный коэффициент /М.У. прил.4/;
r0, x0 – активное и индуктивное удельные сопротивления кабеля принятого сечения,
Ом/км /М.У.прил.3/ ;
cosφ – средневзвешенный коэффициент мощности /табл.1/
sinφ – соответствующий cosφсрв.
r0 = 1,15 Ом/км , x0 = 0,102 Ом/км, cosφсрв.= 0,86, sinφ =0,51
Uмввк = √3 × 12 ×0,3 (1,12× 1,15 ×0,86 + 0,102 ×0,51) = 7,2В
Выполненный расчет потерь напряжения показывает, что расчетное значение ∆U = 7.2B, меньше ∆Uдоп =300В.
Проверим сечение в/в магистрального кабеля по экономической плотности тока, учитывая, что число часов максимума для оборудования участка составляет: Тmax = 5000ч/год.
Sэк = Iмввк/J, мм2
где J = 2,5А/мм2 предельная плотность тока, соответствующая – Тmax, А/ мм2 /М.У. прил.12/
Sэк = 12/2,5 = 4,8 мм2
По данному пункту расчета выбранное сечение кабеля, по рабочему режиму удовлетворяет условию Sэк << Smin = 16мм2.
Окончательно сечение кабеля от ЦПП до УПП принимаем Smin = 16мм2.
Выбор сечения магистрального низковольтного кабеля от УПП до РПП-НН
Определим фактический рабочий ток электроприемников участка, протекающий по магистральному низковольтному кабелю от УПП до РПП-НН.
Iмкнн = Кс × Руст∑ / × Unom × cosφcрв, А
где Кс = 0,67 - коэффициент спроса /п.3/
Руст∑ = 200,5 - установленная мощность, кВт /табл.1/
Unom = 380B – номинальное напряжение сети, В
cosφcрв = 0,86 -средневзвешенный коэффициент мощности / табл.1./
