5.3. Расчёт мощности ктп участка

Мощность КТП определяется методом коэффициента спроса Кс, который учитывает степень загрузки и одновременность работы электродвигателей, а также КПД кабельной сети и двигателей.

Коэффициент спроса определим по формуле:

Кс = 0,29 + 0,71*(Рн/Руст),

где:

Рн = 150 кВт, номинальная мощность наиболее мощного электродвигателя комбайна.

Руст = 390 кВт, суммарная установленная мощность токоприёмников участка, согласно таблице 5.1.

Кс = 0,29 + 0,71*(150/390) = 0,56

Найдем требуемую мощность трансформаторной подстанции:

Sтр = Кс*Руст/cos, кВА

где:

cos = 0,83 – средневзвешенный коэффициент мощности для группы электроприёмников забоя,

Sтр = 0,56*390/0,83 = 263 кВА

По расчетной мощности выбирают мощность КТП из условия:

,

400кВА ≥263кВА

Sном, кВА	Тип подстанции	Номинальноенапржение обмотки Uн, В		Номинальнийток обмотки Iн, А		Сопротивление обмотки НН, Ом
		ВН	НН	ВН	НН	Rтр	Xтр
400	КТПВ400/6	6000	690	38,5	333,4	0,011754	0,04047

5.4. Расчет электрической сети

Выбор сечения жил кабелей производится в зависимости от усло­вий эксплуатации и расчетных токов нагрузки, с проверкой выбран­ных сечений по длительно допустимым нагрузкам, по допустимым потерям напряжения, по допустимым потерям напряжения при пуске комбайнового двигателя, по условию механической прочности, по нагреву в аварийном режиме токов к.з.

5.4.1. Выбор типов и определение длины кабелей

Согласно правилам для присоединения передвижных распределительных пунктов необходимо применять бронированные экранированные кабели повышенной гибкости и прочности. Этому требованию удовлетворяет кабель марки ЭВБВ.

Машины подключаются к пускателям кабелями КГЭБУШ (комбайн, конвейер, агрегат насосный) и КГЭШ (вентилятор).

Длина кабеля определяется согласно принятой технологической схемы электроснабжения (приложение З).

Расчет длин кабелей производится с учетом коэффициентов провисания:

- для бронированных – 5%

- для гибких – 10%

Длина магистрального кабеля №1 принимаем равной Lm1 = 10м (для питания РПП – 0.69 кВ).

Длина кабеля от группового пускателя до РПП – 0.69 №2 забоя зависит от конкретных условий технологии проведения тупиковой выработки или от группового аппарата управления. Принимаем длину магистрального кабеля №2 Lm2 = 200м т.2 и т.3. Если длина выработки больше 200 м то проходка ведётся спаренными штреками и через 200м сбивается на свежую струю воздуха.

Длины кабелей остальных токоприёмников определяются анало­гично и заносятся в таблицу 5.2.

Сечение кабеля по длительно допустимому току нагрузки ( , А) выбирают по условию:

,

где:

– поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, определяемый в соответствии с [];

– расчетный ток нагрузки кабеля, А.

Расчетный ток нагрузки принимают по следующим условиям:

– кабель для питания отдельного потребителя:

,

где: – сумма номинальных токов электроприемников присоединенныхк кабелю, А.

– магистральных кабелей:

,

где:

– полная расчетная мощность, передаваемая по магистральному кабелю, кВА;

– номинальное напряжение, В.

В качестве магистрального кабеля 1 принимаем кабель марки ЭВБВ 3*95+1*35

Длина магистрального кабеля с учетом провисания:

L_мк1= L_мк1*5%= 10*5%=11м.

Iдл=276-длительно допускаемый ток,А

Определим сопротивления с учетом длины кабеля:

Rмк= 0,193→0,193*0,011=0,0021 Ом.

Xмк= 0,064→0,064*0,011=0,0007 Ом.

В качестве магистрального кабеля 2 принимаем кабель марки ЭВБВ 3*95+1*35

L_мк2= L_мк2*10%= 200*5%=210м.

Iдл=276 -длительно допускаемый ток,А

Сопротивления с учетом длины кабеля:

Rмк= 0,193→0,193*0,21=0,04 Ом.

Xмк= 0,064→0,064*0,21=0,013 Ом.

1. Выбираем гибкий кабель для комбайна КПД:

Принимаем по длительнодопускаемому токунагрузки кабель марки КГЭШ3*95

Iдл=290 А;

Rгк1=0,202 Ом;

Xгк1=0,078Ом.

,

1,1*290А≥290А

319А≥290А

2. Выбираемгибкий кабель для ВМП :

Ip=Iн=26 А

Принимаем по длительнодопускаемому току нагрузки кабель марки КГЭШ 3*6:

Iдл=58 А

Rгк1=3,100 Ом;

Xгк1=0,095 Ом.

,

1,1*58А≥26А

63,8А≥26А

3. Выбираемгибкий кабель для ленточного конвейера 1ЛТП-80:

Ip=Iн=56 А

Принимаем по длительнодопускаемому току нагрузки кабель марки КГЭШ 3*10:

Iдл=75 А;

Rгк1=1.960 Ом;

Xгк1=0,092 Ом.

,

1,1*75А≥56А

82,5А≥56А

4. Выбираемгибкий кабель для насосного агрегата АНУ 320-55 :

Ip=Iн=56 А

Принимаем по длительнодопускаемому току нагрузки кабель маркиКГЭШ 3*10:

Iдл=75 А;

Rгк1=1.960 Ом;

Xгк1=0,092 Ом.

,

1,1*75А≥56А

82,5А≥56А

5.4.2 Выбор по механической прочности.

По механической прочностирекомендуется принимать следующие минимальные сечения кабелей:

- высокого напряжения – 16мм²;

- магистральных низкого напряжения – 35мм²;

- очистных и проходческих комбайнов – 25мм²;

- отдельно установленных, периодически перемещаемых машин –16мм²;

- машин, аппаратов, установленных в откаточных выработках – 10мм²;

- машин и аппаратов малой мощности в соответствии с диаметром кабельного ввода.

В соответствии с требуемой механической прочностью принимаем следующие кабели.

- магистральный кабель №1,№2- ЭВБВ 3*95+1*35

- гибкий кабель для комбайна КПД-КГЭШ 3*95+1*25

-гибкий кабель для ВМП ВМЭ- КГЭШ 3*6

-гибкий кабель для ленточного конвейера 1ЛТП-80- КГЭШ 3*10

- гибкий кабель для насосного агрегата АНУ 320-55 - КГЭШ 3*10

Результаты расчетов по выбору сечений кабелей заносим в таблицу 5.2.

5.4.3Проверка сечения жил кабелей по термической стойкости

Выбор сечения по термической сто кости проводиться исходя из условия:

,

Iп- предельнодопустимыйкратковременныйток короткого замыкания в кабеле,А.

I⁽³⁾кз- трехфазныйток короткого замыкания,А.

_{, А,}

где:

с=115 – коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева жил кабеля при коротком замыкании.

S–принятое сечение основной жилы кабеля.

t_пр= 0,2 – приведенное время отключения короткого замыкания.

Проверку сечения жил кабеля по термической стойкости выполняют после расчета токов трехфазного короткого замыкания.

5.4.4 Расчет токов короткого замыкания

Токи трехфазного короткого замыкания ( ) определяют для проверки коммутационных аппаратов по отклоняющей способности и кабелей по термической стойкости. При этом расчетные параметры должны позволять определить максимальное значение токов короткого замыкания на зажимах проверяемых аппаратов или в начале кабеля.

,

Токи двухфазных коротких замыканий ( ) определяют для проверки надежности отключения поврежденной электрической сети максимальной токовой защитой. Расчеты токов двухфазного короткого замыкания выполняют при параметрах сети, позволяющих определить их минимальное значение на зажимах наиболее электрически удаленных точек потребителя, по формуле:

,

Полное сопротивление в сетях низкого напряжения определяют по формуле:

,

где: , – индуктивное и активное сопротивлениевысоковольтной сети, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора,Ом.

При их определении допускается не учитывать сопротивление сети, т.е. принимать и ;

, – индуктивное и активное сопротивление трансформатора, Ом; , – суммарное индуктивное и активное сопротивление кабелей,Ом;

– суммарное переходное сопротивление контактов и элементов аппарата. Принимают равным 0,005 Ом на один коммутационный аппарат.

Расчёт токов короткого замыкания на зажимах ПУПП:

Выбираем активные и индуктивные сопротивления обмотки ТП типа КТПВ-400[ ]:

= 0,0405 Ом.

=0,0118 Ом.

Ом

Определение двухфазного к.з. на зажимах ПУПП:

Определение трехфазного к.з. на зажимах ПУПП:

Расчёт токов короткого замыкания на зажимах РП:

= 0,0007 Ом.

=0,0021Ом.

,

;

;

;

24429 А ≥ 8114 А.

Условие выполняется,следовательно кабель марки ЭВБВ 3*95+1*35прходит по термической стойкости.

Расчет токов короткого замыкания в начале и в конце магистрального

кабеля L₂:

В начале кабеля L2:

= 0,064 Ом.

=0,193 Ом.

,

Ток двухфазного к. з. в начале кабеля L2:

;

;

;

24429 А ≥ 1905 А.

Условие выполняется, следовательно кабель марки ЭВБВ 3*95+1*35 проходит по термической стойкости.

В конце кабеля L2:

= 0,0013 Ом; = 0,064*0,022 = 0,0013 Ом; =0,004 Ом; = 0,193*0,022 = 0,004 Ом;

;

;

,

24429 А≥7303 А

Условие выполняется, следовательно кабель марки ЭВБВ 3*95+1*35 проходят по термической стойкости.

Расчёт токов короткого замыканияна зажимах двигателя комбайна:

Принимая максимально расстояние от распредпункта до места сопряжения 10м, с учетом длины лавы м.

L = 1,1 (10+40)=55 м

Полное сопротивление кабельной линии будет равно:

,

Х_рп = 0Ом.

R_рп = 0Ом.

Х_к, R_к – индуктивное и активное сопротивление кабеля комбайна. Ом

R_кон = 0,005 переходное сопротивление контактов и элементов аппарата,Ом.

X_К.ком = 0,078 ∙ 0,055 = 0,004R_К.ком = 0,202 ∙ 0,055 = 0,011Ом,

_;

24429 А ≥1753А.

Условие выполняется, следовательно кабель марки КГЭШ 3*95проходит по термической стойкости.

Токи к.з. для остальных потребителей рассчитываются аналогично расчету токов к.з. на зажимах двигателя комбайна. Результаты расчета приведены в таблице.

5.4.5 Расчет токов короткого замыкания для остальных потребителей.

Токи для остальных потребителей определяем по приведенной длине кабеля.

Приведенная длина кабеля от трансформатора до точки короткого замыкания рассчитывается по формуле:

L_пр = L₁∙K_пр1 + L₂∙K_пр2 + … + L_n∙K_прn + (k + 1) ∙ l_э + L_пр.маш,

где:

L₁…L_n – фактическая длина кабеля с различным сечением жил, м;

К_пр1…К_прn – коэффициенты приведения [ ];

k – число коммутационных аппаратов последовательно включенных в цепь короткого замыкания;

l_э = 10м – приведенная длина кабельной линии, эквивалентная переходным сопротивлениям коммутационных аппаратов;

L_пр.маш – приведенная длина кабеля эквивалентная сопротивлению проводников внутреннего монтажа машины. Эту величину указывают в заводских инструкциях на соответствующие машины.

Мощность короткого замыкания на зажимах обмотки высшего напряжения трансформатора:

L_пр.м1= 10*1+(1+1)*10=30м.

L_пр.м2н= 10+10*1+(1+1)*10=40м.

L_пр.м2к= 210*1+(2+1)*10=240м.

L_пр.вмп= 30*8,22+(1+1)*10=276,6м.

L_пр.лтп= 240+30*4,92+(3+1)*10=427,6м.

L_пр.кпд= 240+40*0,72+(3+1)*10=308,8м.

L_пр.ану= 240+30*4,92+(3+1)*10=427,6м.

По приведенной длине кабеля, мощности короткого замыкания и типу трансформатора (КТПВ) по таблицам [ ] определяют ток двухфазного короткого замыкания.

Ток трехфазного короткого замыкания на зажимах аппарата может быть определен для той же точки по току двухфазного короткого замыкания с учетом температурного коэффициента и повышенного напряжения вторичной обмотки трансформатора из выражения

Результаты расчётов сводим в таблицу 3.

Таблица 3. – Токи короткого замыкания

Место короткого замыкания	Суммарное сопротивление до точки короткого замыкания, Ом		Приведенная длина кабеля в сети 660В, м	Токи короткого замыкания, А
	Х индук-тивное	R активное		Трехфаз-ного	Двухфаз-ного
1. К1 – на выходе КТПВ 400/6	0,0405	0,0118	0	10434	7464
2. К2 в конце Lм1 (РПП№1)	0.0004	0.0021	30	8115	5806
3. К3 в началеLм2 (РПП№2)	0.064	0.193	40	1905	1363
4. К3 в конце Lм2 (РПП№2)	0.0013	0.004	240	1753	1306
5. К7 в конце кабеля ВМП	0.003	0.093	276.6	1675	1251
6. К5 в конце кабеля 1ЛТП80	0.004	0,086	427.6	1369	980
7. К4 в конце кабеля комбайна	0.004	0.011	308.8	1753	1254
8. К2 в конце кабеля АНУ 320-55	0.004	0,086	427.6	1369	980

5.5. Проверка электрической сети по качеству напряжения.

Расчет кабельной сети по допустимой потере напряжения при номинальном режиме.

Высокопроизводительная и безотказная работа технологических электроустановок в принятой системе электроснабжения может быть обеспечена, если качество напряжения на зажимах электроприемников соответствует требованиям ДСТУ и нормативных документов.

Фактическая потеря напряжения в сети равна, В:

,

Потери в трансформаторе ПУПП

Потери напряжения в трансформаторной подстанции определим из выражения:

,

Определим потери напряжения в магистральном кабеле 1:

сosφ_В, сosφ_Н – коэффициент мощности для соответствующих обмоток определяем с учетом компенсации реактивной мощности по формуле:

,

= 0,0007 Ом.

=0,0021 Ом.

Определим потери напряжения в магистральном кабеле 2:

,

= 0,0013 Ом.

=0,004 Ом.

Определим потери напряжения в гибком кабеле комбайна:

,

X_Кком = 0,004Ом, R_Кком = 0.011Ом

А

Фактическая потеря напряжения кабеля в сети составит:

∆U_ф = ∆U_тр + ∆U_м1+∆U_м2+ ∆U_к = 13+0,85+0,91+4,5= 19 В

∆U_ф< ∆U_д;

19 В <63В.

Так условие выполняется,а следовательно сеть низшего напряжения соответствует требованиям ГОСТа.

5.6 Определение качества напряжения по условию пуска

В рудничных электродвигателях напряжением 660В допустимое напряжение при пуске должно быть:

Фактическое напряжение на зажимах двигателя можно определить по формуле:

,

где:

∆U_н.р – потеря напряжения в участках сети, через которые получает питание запускаемый двигатель, вызванная работой электроприемников, включенных к моменту запуска двигателя:

ΣΙ_п – сумма токов одновременно запускаемых электродвигателей.

ΣR, ΣХ – суммарное активное и индуктивное сопротивление электриче­ской сети от трансформатора до зажимов пускаемых электродвигателей, ΣR = 0,029Ом, ΣХ = 0.069Ом;

cosφ_п – коэффициент мощности электродвигателя при пуске (принимаем равным 0.4).

Получили фактическое напряжение на зажимах двигателя 535 В, что больше требуемого ДСТУ значения 528В.

Таким образом, качество напряжения на зажимах потребителей участка удовлетворяет требованиям нормативных значений уровня напряжения в статических и пусковых режимах.

6 Выбор коммутационных аппаратов и средств защиты.

Коммутационные аппараты (КРУ, автоматические выключатели, пускатели, контакторы, станции управления) выбирают по назначению, исполнению, номинальному напряжению и току и проверяют по коммутационной способности.

Выбранные аппараты должны соответствовать следующим условиям:

1) по напряжению Uн = Uс;

2) по току І_н≥ І_р;

3) по отключающей способности:

а) аппараты на напряжение 6 кВ: ;

б) аппараты напряжением 660 В: .

После выбора коммутационных аппаратов определяют уставки максимальной токовой защиты и защиты от перегруза. Максимальная токовая защита должна быть проверена на надежность срабатывания по коэффициенту чувствительности в соответствии с ПБ.

І_н= 630А.

,

630 А≥410 А

Расчетный ток потребителей не превышает номинальный ток общего ввода модуля аппарата управления следовательно условие выбора аппарата удовлетворяется.

Установка МТЗ рассчитывается из следующих условий

Надежность срабатывания уставки МТЗопределяетсячерез коэффициент чувствительности с учетом требований ПБ [ ].

Уставка защиты от перегруза определяемиз выражения:

,

Уставка МТЗ для ПВИТ-320:

Iуст≥1120+56+16+32+8.2+26+56+56=1370 А

Iуст=1500 А

_{, что соответствует требованиям ПБ.}

Уставка МТЗ двигателя комбайна

Iуст≥1120 А

Iуст=1200 А

_{, что соответствует требованиям ПБ.}

Уставка токовой защиты от перегрузок типа ТЗП комбайна:

I_УТЗП= 290/320=0,9.

Уставка МТЗ ВМП:

Iуст≥162А

Iуст=170 А

_{, что соответствует требованиям ПБ.}

Уставка токовой защиты от перегрузок типа ТЗП ВМП:

I_УТЗП= 26/58=0,45.

Уставка МТЗ 1ЛТП-80:

Iуст≥420А;

Iуст=480 А;

_{, что соответствует требованиям ПБ.}

Уставка токовой защиты от перегрузок типа ТЗП 1ЛТП-80:

I_УТЗП= 56/75=0,75

Уставка МТЗ АНУ 320-55:

Iуст≥420А;

Iуст=480 А;

_{, что соответствует требованиям ПБ.}

Определим уставку токовой защиты от перегруза типа ТЗП для насосного агрегата АНУ 320:

I_УТЗП= 56/75=0,75.

Результаты расчетов сведем в таблицу.