Основные энергетические показатели электрохозяйства открытых горных работ.

Основные положения.

Правильный выбор мощности трансформаторов, двигателей горных машин и механизмов, улучшение их энергетических и технологи­ческих показателей, а также рациональное построение электриче­ских сетей на карьерах имеют большое народнохозяйственное зна­чение. Соблюдение нормированного удельного расхода электроэнергии, снижение потребления реактивной мощности, (т.е. повышение коэффициента мощности) позволит, в свою очередь, снизить себестоимость полезного ископаемого, а также сэкономить значительное количество электроэнергии. Техническое состояние и эксплуатация электрохозяйства карьера характеризуются следующими основными энергетическими показателями: потреблением активной, реактивной и полной мощности от системы, коэффици­ентами мощности и реактивной мощности, удельным расходом электроэнергии и электровооруженностью труда.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОТРЕБИТЕЛЯХ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ.

Потребителями реактивной мощности на карьере являются асинхронные двигатели, трансформаторы, преобразователи, реак­торы, сварочные трансформаторы и другие электроприемники.

В отличие от активной мощности, полезно используемой в ра­боте, реактивная мощность не выполняет полезной работы, а соз­дает лишь магнитные поля в индуктивных электроприемниках, постоянно циркулируя между источником и приемником.

Величина реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями, почти не зависит от их загрузки и составляет от 20 до 40%, а потребляемой трансформаторами — 7—10% от полной (кажущейся) мощности.

Отношение активной мощности Р к полной мощности S назы­вается коэффициентом мощности.

Отношение реактивной мощности к активной называется ко­эффициентом реактивной мощности.

Величина коэффициента мощности cos φ асинхронных электродвигателей при холостом ходе не превышает 0,25—0,35 и до­стигает наибольшего номинального значения (0,8—0.92) при их полной загрузке.

Коэффициент мощности приемника электроэнергии карьера не является постоянной величиной и изменяется в соответствии с величиной и характером нагрузки. Для характеристики потре­бителя исходят из средневзвешенной величины коэффициента мощности, под которым понимается отношение активной энергии (кВт*ч), потребленной в установке за определенное время, к ка­жущейся энергии (кВ*А*ч), потребляемой за то же время.

В условиях эксплуатации средневзвешенный коэффициент мощности может быть определен следующими способами:

1. Непосредственным измерением величины cos φ с помощью фазометра. При этом принимается среднее значение показаний прибора, фиксируемых через каждые 10—30 мин за длительный промежуток времени (например, за час, смену, сутки, месяц).

2. По средним значениям показаний киловаттметра, вольт­метра и амперметра.

3. По показаниям счетчиков активной и реактивной энергии

При проектировании электроустановок средневзвешенный ко­эффициент мощности может быть определен по графику суточной нагрузки подстанции, а также по таблице, составляемой для опре­деления нагрузок и мощности карьерной подстанции.

Основной причиной низкого коэффициента мощности является неполная загрузка асинхронных электродвигателей и трансфор­маторов. Электродвигатели горных машин и трансформаторы на карьерах за время цикла, смены и суток загружены неравномерно. Средняя нагрузка за цикл приводного асинхронного электродви­гателя преобразовательного агрегата экскаваторов ЭКГ-4 с ков­шом вместимостью 5 м³ не превышает 0,5Р_НОМ.

Нагрузка электродвигателей конвейеров за время смены также сильно колеблется. Неравномерно загружены электродвигатели буровых станков, трансформаторы преобразовательных агрегатов и передвижных подстанций (ПТП).

Недогрузка трансформаторов и асинхронных двигателей объ­ясняется еще и тем, что при проектировании их мощность выби­рается с известным запасом.

Низкий коэффициент мощности электрических установок сни­жает эксплуатационную мощность генераторов, вызывает пере­расход топлива на электростанциях и необходимость увеличения мощности трансформаторов подстанций, в связи с чем повышаются затраты и эксплуатационные работы.

Снижение коэффициента мощности обусловливает также до­полнительные потери мощности на нагрев проводов, кабелей и шин, а также увеличение их сечения.

Мощность, тёряемая на нагрев проводов, прямо пропорцио­нальна квадрату активного составляющего тока и обратно пропор­циональна квадрату cos φ.

Отсюда следует, что при неизменном сечении проводов снижение cos φ вызывает увеличение потерь мощности в электрических сетях, т.е. при снижении cos φ необходимо увеличивать сечение проводов.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТРЕБЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.

Снижение потребления реактивной мощности от энергосистемы может быть достигнуто двумя способами:

1. выполнением меро­приятий, не требующих специальных компенсирующих устройств.

2. установкой в электрических сетях карьера специальных ком­пенсирующих устройств.

Снижение потребления реактивной мощности по первому спо­собу достигается как при проектировании, так и при эксплуата­ции электрических установок карьера выполнением следующих мероприятий:

1. Правильный выбор асинхронных двигателей по мощности и типу. При этом необходимо учитывать, что асинхронный дви­гатель работает с наилучшими энергетическими показателями при загрузке от 75 до 100%. При одинаковых мощностях на валу и равных частотах вращения асинхронный двигатель с к. з. ротором и электродвигатель открытого исполнения потребляют меньшую реактивную мощность, чем соответственно двигатель с фазным ротором и двигатель закрытого исполнения.

2. Замена асинхронных двигателей, загруженных меньше чем на 60%, двигателями меньшей мощности. Целесообразность за­мены определяется технико-экономическим расчетом.

3. Установка ограничителей холостой работы, машин и меха­низмов с приводом от асинхронных двигателей, сварочных транс­форматоров и других установок.

4. Повышение качества ремонта электродвигателей. Обточка ротора, расточка пазов, укладка секций обмотки с меньшим сече­нием или числом обмоточных проводов приводит к увеличению воздушного зазора и, следовательно, увеличению реактивного тока двигателя.

5. Отключение трансформаторов от сети в выходные дни и не­рабочие смены, а также при загрузке, не превышающей 30% их номинальной мощности, с переводом питающих нагрузок с отклю­чаемого трансформатора на оставленный в работе.

6. Замена асинхронных двигателей синхронными на технологи­ческих установках с нерегулируемым электроприводом и с по­стоянным режимом работы.

7. Упорядочение технологического процесса в отношении улучшения энергетического режима оборудования и снижения расчетного максимума реактивной нагрузки.

Проведение перечисленных выше мероприятий на карьерах, на которых не эксплуатируются экскаваторы и другие машины с синхронными двигателями, позволяет снизить реактивную нагрузку на 10—15%.

СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.

Снижение потребления реактивной мощности от энергосистемы или ее компенсация до оптимальных значений на карьерах может быть обеспечена синхронными двигателями приводов глав­ных преобразовательных агрегатов экскаваторов, мощных вен­тиляторов, насосов и проведением указанных выше мероприятий. Если же на карьере отсутствуют горные машины и установки с при­водом от синхронных двигателей или их мощность недостаточна, то снижение потребляемой реактивной мощности от энергосистемы может быть достигнуто установкой в сетях специальных источников рёактивной мощности. Источники реактивной мощности устанавливаются в сетях карьера, т. е. вблизи основных потре­бителей реактивной мощности. В этом случае обмен реактивной мощности происходит не между потребителями и генераторами электростанций систёмы, а между потребителями и специальными источниками реактивной мощности, таким образом, генераторы электростанции и все сети системы до ГПП карьера освобождаются от реактивной нагрузки.

Источниками реактивной мощности, устанавливаемыми в сетях предприятий, могут служить синхронные компенсаторы и двигатели, а также статические конденсаторы.

Синхронным компенсатором называется син­хронная машина, работающая в режиме генератора реактивной мощности с регулируемым током возбуждения. На промышлен­ных предприятиях, в том числе на карьерах, применение синхрон­ных компенсаторов допускается лишь с разрешения энергоси­стемы, когда необходимая мощность компенсирующих устройств превышает 10000 квар.

ТАРИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

Электроэнергия, расходуемая карьерами, как и всеми про­мышленными потребителями, на производственные нужды, опла­чивается по двухставочному тарифу, состоящему из основной и дополнительной ставок.

Основная ставка предусматривает годовую плату за 1 кВт заявленной активной мощности, участвующей в суточном макси­муме нагрузки энергосистемы, или за 1 кВ-А присоединенной мощ­ности независимо от количества израсходованной электроэнергии. Основная плата за заявленную потребителем мощность в кило­ваттах, участвующую в максимуме энергосистемы, взимается с про­мышленных предприятий с собственным годовым максимумом нагрузки не ниже 500 кВт. Под заявленной мощностью понимается наибольшая получасовая активная мощность и оптимальная реактивная мощность, потребляемые предприятием в часы суточного максимума нагрузок энергосистемы. Часы наибольшей активной нагрузки энергосистемы должны указываться энергоснабжающей организацией в договоре па отпуск электроэнергии потребителю (карьеру). Если карьер питается от энергосистемы по нескольким линиям, то должен определяться совмещенный получасовой максимум нагрузки.

За каждый киловатт активной мощности, потребленной свыше заявленной по договору, энергоснабжающая организация взимает повышенную плату. Для контроля наибольшей получасовой реак­тивной нагрузки потребителя в периоды максимальной активной нагрузки энергосистемы устанавливаются реактивные счетчики с указанием тридцатиминутного максимума, включаемые с помощью реле времени. При отсутствии таких счетчиков контроль осуще­ствляется с помощью обычных реактивных счетчиков, показания которых записываются через каждые 30 мин в часы максимума энергосистемы.

Основная плата за присоединенную мощность в киловольт-амперах применяется для предприятий с собственным годовым максимумом нагрузки менее 500 кВт и присоединенной оплачивае­мой мощностью не ниже 100 кВА.

Дополнительная ставка предусматривает плату за каждый киловатт-час, потребляемой активной электроэнергии, учтенной счетчиком расчетного учёта. Кроме того, при расчетах за электроэнергию по двухставочному тарифу применяют шкалу скидок и надбавок за компенсацию реактивной мощности. Скидка с тарифа и надбавка к тарифу исчисляются в процентах как с основной, так и с дополнительной платы за электроэнергию. Цифры со знаком минус показывают процент скидок с тарифа. Скидка и надбавка определяются в зависимости от вы­полнения предприятием требований энергоснабжающей организации к потреблению реактивной мощности в часы максимума активной нагрузки энергосистемы. Количественным показателем этого являются оптимальный и фактический коэффициенты реак­тивной мощности.

Фактическая стоимость израс­ходованного киловатт-часа активной электроэнергии при одних и тех же тарифах может быть различной в зависимости от харак­тера и использования электроустановок.

УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРОВООРУЖЕННОСТЬ ТРУДА.

Удельным расходом электроэнергии называется количество электроэнергии, израсходованной при производственном процессе на ту или иную условную единицу продукции.

Удельный расход электроэнергии на добычу или перемещение полезного ископаемого, установленный планом или проектом на машину, участок или карьер в целом, называется нормой удель­ного расхода электроэнергии.

Правильное планирование норм удельных расходов электро­энергии и систематический учет фактического электропотребления является основным условием, стимулирующим полное и эф­фективное использование электрооборудования карьеров, снижение удельных расходов и выявление резервов экономии электроэнергии.

При проектировании карьеров нормы удельных расходов электроэнергии определяют методом графика суточной нагрузки главной карьерной подстанции или методом коэффициента спроса. В условиях эксплуатации карьеров удельные нормы определяют статистическим методом, основанным на отчетных данных о рас­ходе электроэнергии и достигнутой производительности.

Составление плановых норм удельных расходов электроэнергии, как правило, начинается с определения технологических норм по отдельным цехам и участкам (экскавация ископаемого и вскрыши, бурение, гидромеханизация, электрофицированный железнодорож­ный и конвейерный транспорт, водоотлив и др.). После этого сум­мируют общий расход электроэнергии по каждому технологиче­скому процессу и определяют норму удельного расхода электроэнергии на добычу полезного ископаёмого в целом по карьеру.

Основные факторы, влияющие на удельный расход электроэнергии.

Величина удельного расхода электроэнергии на открытых гор­ных разработках в зависимости от особенностей каждого карьера колеблется в очень широких пределах: от 5-10 кВт*ч/т до 30-50 кВт*ч/т. К наиболее энергоемким работам на открытых горных разра­ботка, оказывающим основное влияние на увеличение удельного расхода электроэнергии, относятся:

1. Транспортирование породы из карьера на внешние отвалы электрифицированным железнодорожным транспортом (в зависи­мости от глубины отработки и длины транспортирования и ко­эффициента вскрыши 5—20 кВт-ч/т);

2. Транспортирование полезного ископаемого конвейерным транспортом (в зависимости от глубины отработки до 3 кВт-ч/т);

3. Пневматическое обогащение углей (2—3,5 кВт-ч/т);

4. Добыча и обогащение угля способом гидромеханизации (в зависимости от длины пульпопроводов, и водопроводов 30— 50 кВт-ч/т);

5. Вскрыша способом гидромеханизации (4—8 кВт-ч/т).

Удельный расход электроэнергии на карьерах также зависит от глубины залегания ископаемого; соотношений объемов вскрыши и полезного ископаемого; водообильности месторождения, клима­тических условий, времени года и т. д.

Электровооруженность труда

Электровооруженностью труда называется статистико-экономический показатель, характеризующий соотношение между рабо­чей силой и электроэнергией, использованной в производственном процессе.

Электровооруженность труда определяется как частное от деления качества электроэнергии, потребляемой в производствен­ном процессе в определенное время, на количество затраченного труда в человеко-часах за то же время.

СВЯЗЬ И СИГНАЛИЗАЦИЯ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ.

РОЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ. ВИДЫ СВЯЗИ.

Электрическая связь на открытых горных работах — важнейшее техническое средство управления всеми технологическими про­цессами добычи полезных ископаемых. С помощью устройств электрической связи обеспечивается ритмичная работа экскаваторов, транспортных средств и других горных машин и механизмов на карьере. Связь позволяет сократить время простоя экскаваторов в ожидании порожняка, время оперативных работ при производ­стве оперативных переключений в электрических сетях; опера­тивно производить увязку работы между экскаваторами и элек­трифицированным или автомобильным транспортом; своевременно оповещать всех работающих в карьере об эвакуации при ведении взрывных работ; передавать необходимые распоряжения техническому надзору в карьере, на отвалах и других служб и цехов на поверхности.

Электрическая связь является неотъемлемой частью автомати­ческого и телемеханического управления объектами открытых горных работ. Внедрение усовершенствованных телемеханиче­ских систем привело к созданию диспетчерской аппаратуры, позволяющей объединить телеуправление, телесигнализацию, телефонную и громкоговорящую связи в единое целое. На карьёрах применяют следующие виды связи: телефонную, громкоговорящую, высокочастотную и радиосвязь. По назначению связь можно подразделить на диспетчерскую, местную и административно-хозяйственную.

Диспетчерская связь служит для оперативного управления всеми производственными процессами на карьере. В зависимости от организации диспетчерской службы эта связь может осуще­ствляться из одного или нескольких диспетчерских пунктов.

Местная связь между отдельными производственными объек­тами применяется для согласования обслуживающим персоналом необходимых операций по управлению отдельными или смежными машинами и механизмами, работающими в одном комплекса, в общем технологическом процессе.