Схемы распределительных сетей
Общие сведения
Современный карьер является полностью электрифицированным предприятием. Потребляемая мощность на карьерах средней производительности составляет 5-10 тыс. ква, а на крупных карьерах с электрифицированным транспортом достигает 25 тыс. ква и более. В числе электроприемников на карьере могут быть потребители первой категории (главная водоотливная установка, дренажная шахта, котельная и др.), перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение оборудования, значительный ущерб, связанный с ликвидацией последствий аварии. Большинство электроприемников (основное горнотранспортное оборудование) относят к потребителям второй категории; перерыв в их электроснабжении связан с массовым недоотпуском продукции, простоем машин, рабочих и т. д. Вспомогательные цехи (ремонтный, строительный и др.), здания и механизмы, некоторые виды коммунальных нагрузок относят к потребителям третьей категории. Отнесение потребителей различных карьеров к той или иной категории по степени надежности электроснабжения регламентировано инструкциями соответствующих министерств.
Перечисленные факторы оказывают существенное влияние на схемы внешнего электроснабжения. Число линий, питающих карьер, их пропускную способность, а такжечисло и мощность трансформаторов на приемных подстанциях выбирают с такимрасчетом, чтобы обеспечить длительное питание нагрузок первой и всех основных нагрузок второй категории при выходе из работы одной из питающих линий или одного из трансформаторов.
Выбор напряжения питающих линий производят на основании технико-экономических сравнений вариантов с разными напряжениями по приведенным затратам, расходу цветных металлов и др. В ряде случаев напряжение питающих линий предопределяется напряжением источника питания. Часто карьер входит в состав горно-обогатительного комбината, питаемого от энергосистемы напряжением 110 кВ и выше; при этом на карьер подводят линии среднего напряжения — 35 кВ или 6 кВ. В отдельных случаях к мощнымкарьерам, построенным на значительном расстоянии от крупных подстанций, подводят напряжение 110 кВ и выше отпайками от транзитных магистральных линий энергосистем.
Система электроснабжения карьера должна обеспечивать высокое качество электроэнергии у потребителей (стабильность напряжения и частоты), необходимое количество электроэнергии, надежность электроснабжения, экономичность и безопасность всех элементов, гибкость в эксплуатации, возможность расширения карьера в перспективе не менее чем на 10 лет и т. д.
Характерной особенностью электроустановок карьера является рассредоточенность по значительной площади (до 5 км2) и глубине (до 500 м.). Протяженность линий электропередачи на карьере достигает 50-60 км и более. Основные электроприемники (экскаваторы, отвалообразователи, буровые станки и др.) непрерывно или периодически перемещаются; необходимы специальные устройства, обеспечивающие при этом бесперебойность электроснабжения. Значительная часть электроустановок – открытые (находятся на открытом воздухе), эксплуатируются в тяжелых климатических условиях, в запыленной среде с высокой влажностью, могут подвергаться значительным механическим воздействиям при взрывах, оползнях, передвижке и т.д.
Для питания электроприемников переменного тока на карьере широко применяют напряжение 6000 В и 380 В. К наиболее мощному горнотранспортному оборудованию подводят напряжение 10 кВ или 35 кВ. Осветительные установки питаются напряжением 220 В, 127 В, 36 В, 12 В. Находит применение электрический ток и при других напряжениях (3000 В, 660 В, 500 В, 100 В, 60 В и др.). Максимально допустимая суммарная потеря напряжения от подстанций, питающих карьер, до наиболее удаленного электроприемника не должна превышать 10% от номинального напряжения сети (с учетом потерь напряжения в трансформаторах).
Перечисленные факторы определяют выбор системы внутреннего электроснабжения карьеров. Основными элементами этой системы являются одна или несколько главных понизительных подстанций (ГПП), один или несколько центральных распределительных пунктов (ЦРП), карьерные линии электропередачи (ЛЭП), передвижные комплектные трансформаторные подстанции (ПКТП), мачтовые трансформаторные подстанции, передвижные распределительные пункты (ПРП), приключательные пункты (ПП) и др.
Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств управления и вспомогательных сооружений. Распределительным устройством (РУ) называют электроустановку, служащую для приема и распределения электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины и вспомогательные устройства. Подстанции, как и РУ, могут быть открытыми (все или основное оборудование расположено на открытом воздухе) и закрытыми. В зависимости от преобладания той или иной функции подстанции называют трансформаторными (ТП), тяговыми и совмещенными. Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП, КТПН) называется подстанция, состоящая из трансформаторов, комплектных распределительных устройств внутренней (КРУ) или наружной (КРУН) установки и других элементов, поставляемых, в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Мачтовой трансформаторной подстанцией называется открытая ТП, все оборудование которой установлено на высоких конструкциях или на опорах линии электропередачи.
Распределительным пунктом (РП) называют РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации. Распределительный пункт специального исполнения, предназначенный для открытой установки в карьере, называют карьерным распределительным пунктом (КРП). Приключательным пунктом (ПП) называют устройство для подключения гибких кабелей, питающих горнотранспортное оборудование (экскаватор, отвалообразователь и др.), к карьерной ЛЭП.
Питающей называется линия для питания PП или подстанции и от ГПП или ЦРП без распределения электроэнергии по ее длине. Распределительной называют линию, питающую ряд РП, ТП, ПП или вводы к электроустановкам потребителей. Внешнее электроснабжение ГПП или ЦПП, как правило, осуществляется двумя одноцепными или одной двухцепной воздушной линией электропередачи (ВЛ).
Для повышения безопасности эксплуатации распределительные сети карьеров напряжением до и выше 1000 В выполняют с изолированной нейтралью; в сетях напряжением до 10 кВ предусматривают защитное отключение при однофазном замыкании на землю. Сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, связанные через трансформаторы с сетями напряжением выше 1000 В, защищают от опасности, возникающей при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора, пробивным предохранителем, установленным в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения трансформатора. Электроустановки промплощадки, сельскохозяйственные и коммунальные нагрузки питают от понижающих трансформаторов с глухозаземленной нейтралью. Для заземления электроустановок различных назначений и напряжений применяют общее заземляющее устройство.
Местоположение ГПП или ЦРП выбирают на поверхности, у границы карьерного поля, возможно ближе к центру тяжести электрических нагрузок, но в зоне, безопасной при взрывных работах на карьере, нарушение которой горными работами исключено. Совмещенные подстанции обычно располагают на борту карьера в районе выездной траншеи. Если подстанцию или распределительный пункт используют для питания группы карьеров, то учитывают также удобство трассировки воздушных и кабельных линий.
Для повышения коэффициента мощности до директивной величины предусматривают синхронные двигатели и батареи статических конденсаторов. Установка последних предпочтительней в сетях напряжением до 1000 В, так как обеспечивается существенное уменьшение потерь в низковольтных ЛЭП и уменьшение расчетной мощности понизительных трансформаторов. Статические конденсаторы напряжением выше 1000 В устанавливают на электроприемниках (там, где это возможно по условиям работы, например на отвальных мостах) и подстанциях, а напряжением до 1000 В – максимально децентрализовывают.
Метод коэффициента спроса
Величина коэффициента спроса для всех горных машин и механизмов, кроме одноковшовых экскаваторов, принимается постоянной, независимо от их числа в группе (на участке, в цехе, на карьере).
Общие сведения
Современный карьер является полностью электрифицированным предприятием. Потребляемая мощность на карьерах средней производительности составляет 5-10 тыс. ква, а на крупных карьерах с электрифицированным транспортом достигает 25 тыс. ква и более. В числе электроприемников на карьере могут быть потребители первой категории (главная водоотливная установка, дренажная шахта, котельная и др.), перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение оборудования, значительный ущерб, связанный с ликвидацией последствий аварии. Большинство электроприемников (основное горнотранспортное оборудование) относят к потребителям второй категории; перерыв в их электроснабжении связан с массовым недоотпуском продукции, простоем машин, рабочих и т. д. Вспомогательные цехи (ремонтный, строительный и др.), здания и механизмы, некоторые виды коммунальных нагрузок относят к потребителям третьей категории. Отнесение потребителей различных карьеров к той или иной категории по степени надежности электроснабжения регламентировано инструкциями соответствующих министерств.
Перечисленные факторы оказывают существенное влияние на схемы внешнего электроснабжения. Число линий, питающих карьер, их пропускную способность, а такжечисло и мощность трансформаторов на приемных подстанциях выбирают с такимрасчетом, чтобы обеспечить длительное питание нагрузок первой и всех основных нагрузок второй категории при выходе из работы одной из питающих линий или одного из трансформаторов.
Выбор напряжения питающих линий производят на основании технико-экономических сравнений вариантов с разными напряжениями по приведенным затратам, расходу цветных металлов и др. В ряде случаев напряжение питающих линий предопределяется напряжением источника питания. Часто карьер входит в состав горно-обогатительного комбината, питаемого от энергосистемы напряжением 110 кВ и выше; при этом на карьер подводят линии среднего напряжения — 35 кВ или 6 кВ. В отдельных случаях к мощнымкарьерам, построенным на значительном расстоянии от крупных подстанций, подводят напряжение 110 кВ и выше отпайками от транзитных магистральных линий энергосистем.
Система электроснабжения карьера должна обеспечивать высокое качество электроэнергии у потребителей (стабильность напряжения и частоты), необходимое количество электроэнергии, надежность электроснабжения, экономичность и безопасность всех элементов, гибкость в эксплуатации, возможность расширения карьера в перспективе не менее чем на 10 лет и т. д.
Характерной особенностью электроустановок карьера является рассредоточенность по значительной площади (до 5 км2) и глубине (до 500 м.). Протяженность линий электропередачи на карьере достигает 50-60 км и более. Основные электроприемники (экскаваторы, отвалообразователи, буровые станки и др.) непрерывно или периодически перемещаются; необходимы специальные устройства, обеспечивающие при этом бесперебойность электроснабжения. Значительная часть электроустановок – открытые (находятся на открытом воздухе), эксплуатируются в тяжелых климатических условиях, в запыленной среде с высокой влажностью, могут подвергаться значительным механическим воздействиям при взрывах, оползнях, передвижке и т.д.
Для питания электроприемников переменного тока на карьере широко применяют напряжение 6000 В и 380 В. К наиболее мощному горнотранспортному оборудованию подводят напряжение 10 кВ или 35 кВ. Осветительные установки питаются напряжением 220 В, 127 В, 36 В, 12 В. Находит применение электрический ток и при других напряжениях (3000 В, 660 В, 500 В, 100 В, 60 В и др.). Максимально допустимая суммарная потеря напряжения от подстанций, питающих карьер, до наиболее удаленного электроприемника не должна превышать 10% от номинального напряжения сети (с учетом потерь напряжения в трансформаторах).
Перечисленные факторы определяют выбор системы внутреннего электроснабжения карьеров. Основными элементами этой системы являются одна или несколько главных понизительных подстанций (ГПП), один или несколько центральных распределительных пунктов (ЦРП), карьерные линии электропередачи (ЛЭП), передвижные комплектные трансформаторные подстанции (ПКТП), мачтовые трансформаторные подстанции, передвижные распределительные пункты (ПРП), приключательные пункты (ПП) и др.
Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств управления и вспомогательных сооружений. Распределительным устройством (РУ) называют электроустановку, служащую для приема и распределения электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины и вспомогательные устройства. Подстанции, как и РУ, могут быть открытыми (все или основное оборудование расположено на открытом воздухе) и закрытыми. В зависимости от преобладания той или иной функции подстанции называют трансформаторными (ТП), тяговыми и совмещенными. Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП, КТПН) называется подстанция, состоящая из трансформаторов, комплектных распределительных устройств внутренней (КРУ) или наружной (КРУН) установки и других элементов, поставляемых, в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Мачтовой трансформаторной подстанцией называется открытая ТП, все оборудование которой установлено на высоких конструкциях или на опорах линии электропередачи.
Распределительным пунктом (РП) называют РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации. Распределительный пункт специального исполнения, предназначенный для открытой установки в карьере, называют карьерным распределительным пунктом (КРП). Приключательным пунктом (ПП) называют устройство для подключения гибких кабелей, питающих горнотранспортное оборудование (экскаватор, отвалообразователь и др.), к карьерной ЛЭП.
Питающей называется линия для питания PП или подстанции и от ГПП или ЦРП без распределения электроэнергии по ее длине. Распределительной называют линию, питающую ряд РП, ТП, ПП или вводы к электроустановкам потребителей. Внешнее электроснабжение ГПП или ЦПП, как правило, осуществляется двумя одноцепными или одной двухцепной воздушной линией электропередачи (ВЛ).
Для повышения безопасности эксплуатации распределительные сети карьеров напряжением до и выше 1000 В выполняют с изолированной нейтралью; в сетях напряжением до 10 кВ предусматривают защитное отключение при однофазном замыкании на землю. Сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, связанные через трансформаторы с сетями напряжением выше 1000 В, защищают от опасности, возникающей при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора, пробивным предохранителем, установленным в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения трансформатора. Электроустановки промплощадки, сельскохозяйственные и коммунальные нагрузки питают от понижающих трансформаторов с глухозаземленной нейтралью. Для заземления электроустановок различных назначений и напряжений применяют общее заземляющее устройство.
Местоположение ГПП или ЦРП выбирают на поверхности, у границы карьерного поля, возможно ближе к центру тяжести электрических нагрузок, но в зоне, безопасной при взрывных работах на карьере, нарушение которой горными работами исключено. Совмещенные подстанции обычно располагают на борту карьера в районе выездной траншеи. Если подстанцию или распределительный пункт используют для питания группы карьеров, то учитывают также удобство трассировки воздушных и кабельных линий.
Для повышения коэффициента мощности до директивной величины предусматривают синхронные двигатели и батареи статических конденсаторов. Установка последних предпочтительней в сетях напряжением до 1000 В, так как обеспечивается существенное уменьшение потерь в низковольтных ЛЭП и уменьшение расчетной мощности понизительных трансформаторов. Статические конденсаторы напряжением выше 1000 В устанавливают на электроприемниках (там, где это возможно по условиям работы, например на отвальных мостах) и подстанциях, а напряжением до 1000 В – максимально децентрализовывают.
Схемы распределительных сетей
Схемы распределительных сетей карьера подразделяют на радиальные (с питающими линиями), магистральные (с распределительными линиями), и смешанные. Последние имеют наибольшее применение.
Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми (при непосредственном питании электроприемников от ГПП или ЦРП) или двухступенчатыми с применением промежуточных РП, ТП, KTП и т.п.; магистральные схемы выполняют: с одиночнымимагистралями, имеющими одностороннее и двустороннее питание; с кольцевыми магистралями, имеющими одностороннее или двустороннее питание; несколькими параллельными магистралями в различных вариантах.
В зависимости от расположения линий электропередачи относительно фронта горных работ (вдоль или поперек) ЛЭП подразделяют на продольные и поперечные. Продольную линию, построенную на поверхности, за пределами рабочих горизонтов (например, вдоль технической границы карьера), называют бортовой линией, а поперечные спуски от нее на рабочие горизонты - «поперечниками». Сечение проводов бортовой линии принимают до 150 мм2, а поперечных – до 70 мм2.
При использовании продольных линий приключательные пункты располагают вдоль линии через 200-300 м. По мере удаления от приключательных пунктов на расстояние, определяемое длиной гибкого кабеля, передвижные электроприемники присоединяют к следующему ближайшему приключательному пункту. Длина гибкого кабеля, питающего одноковшовые экскаваторы, составляет 100-250 м. по условиям удобства их подтягивания и переноски.
Рис.152. Классификация схем распределительных сетей карьера;
а — радиальная одноступенчатая; б — радиальная двухступенчатая с РП; в — радиальная двухступенчатая: с глубоким вводом и ТП; г — с двумя радиальными линиями; д — магистральная одиночная о односторонним питанием; е — магистральная одиночная с двусторонним питанием; ж — магистральная кольцевая; э — магистральная двойная с двусторонним питанием; и — магистральная с глубоким вводом; к — смешанная (радиальная с магистральным резервированием и магистральная)
Рис.153. Характерные схемы расположения линий электропередачи на карьере:
а – продольные линии с односторонним питанием; б – поперечные линии с односторонним питанием; в – бортовые линии двустороннего питания с поперечниками.
Продольное расположение воздушных линий не создает помех при перемещении экскаватора вдоль уступа и при работе; упрощается подключение прочих электроприемников на рабочих площадках. Недостатки продольных линий – необходимость частой передвижки и высокая повреждаемость при взрывных работах . Продольные линии получили наиболее широкое применение; выполняются преимущественно на передвижных опорах.
Поперечные воздушные или кабельные линии, отходящие от распределительного пункта или ГПП, подводят к борту карьера, откуда спускаются на уступы. На рабочей площадке уступа в месте пересечения поперечной линии размещают приключательный пункт или КРП, к которому присоединяют ближайшие электроприемники. Количество линий, пересекающих уступ, и число приключательных пунктов зависят от длины уступа, количества рабочих машин, длины разрабатываемых блоков.
Чтобы исключить при работе задевание стрелой экскаватора поперечной воздушной линии, питание осуществляют попеременно от двух ближайших приключательных пунктов, расположенных на границах блока. Достоинство поперечных линий – отсутствие передвижки. Применение поперечных линий, по сравнению с продольными, обычно приводит к увеличению капитальных затрат за счет большей суммарной протяженности. Однако в процессе эксплуатации сокращение или наращивание поперечных линий производится сравнительно просто, поэтому снижаются издержки на эксплуатацию и уменьшаются простои оборудования. Поперечные линии на рабочих уступах получили также широкое распространение.
Схемы распределительных сетей карьера выбирают в зависимости от требуемой надежности электроснабжения, территориального размещения и величины основныхнагрузок, технологии горных работ (с учетом скорости подвигания забоев, наличия буровзрывных работ и т. п.) и других факторов. Стремятся к наименьшему числу промежуточных звеньев и ступеней системы электроснабжения и к минимальной протяженности линий электропередачи. Сравнение намеченных вариантов производят по технико-экономическим показателям, учитывающим не только факторы, относящиеся к системе электроснабжения, но и простои горнотранспортного оборудования при переключениях, передвижке ЛЭП и т.д.
Распределительные сети карьера выполняют преимущественно воздушными линиями электропередачи.