Вибір кабельної мережі

Кабельна мережа дільниці шахти складається з низьковольтних (до 1140В) кабелів, що живлять окремі електроприймачі дільниці, магістрального кабелю між ПДПП і низьковольтним розподільним пунктом РПП-НН, та високовольтного кабелю (6 кВ), по якому від РПП-ВН або ЦПП живиться ПДПП.

Вибір кабельної мережі зводиться до визначення таких перерізів кабелів, які, будучи економічними, забезпечували б необхідний рівень напруги на затискачах електроприймачів у різноманітних режимах роботи без перегріву понад допустимої температурі. Розрахунок кабельної мережі проводиться у такій послідовності:

— уточнюють гірничо-геологічні умови і застосоване устаткування на дільнаці (комбайн, конвеєр, кріплення та ін.);

— на плані гірничих робіт розставляють машини і механізми для виймання та доставки вугілля;

— вибирають місце установлення ПДПП і РПП-НН, способи та кроки їхнього пересування;

— визначають довжини кабелів згідно з планом гірничих робіт з урахуванням провисання кабелів (довжину збільшують на 10%);

— вибирають кабелі за допустимим струмовим навантаженням (нагрівом) з урахуванням механічної міцності(табл..8.1);

— перевіряють кабельну мережу дільниці з допустимої втрати напруги в робочому режимі; за умов допустимого рівня напруги на затискачах електродвигуна при пуску, перевантажені та загальмуванні;

— перевіряють кабельну мережу за умовою термічної стійкості до дії струмів короткого замикання (КЗ).

За результатами розрахунків приймають найбільше з отриманих значень перерізів кабелів.

Для дільничої кабельної мережі перевірку за економічною щільністю струму звичайно не роблять, а механічну міцність враховують при виборі кабелів до електродвигунів малої потужності, коли струм навантаження незначний, а умови експлуатації кабелю важкі.

Вибираючи переріз кабелю за нагрівом, спочатку приймають марку кабелю для даного споживача за умовами експлуатації, потім розраховують струм Ip кабелю. Для кобелю комбайна як розрахунковий приймають струм, що відповідає годинної потужності двигуна комбайна при повітряному охолодженні

, (3.5)

де , – номінальні значення ККД і коефіцієнта потужності двигуна відповідно.

Таблиця 3.1

Допустимий тривалий струм для кабелів, що прокладені в підземних виробках

Якщо охолодження двигуна водяне, то його номінальну потужність приймають у тривалому S1 режимі.

Розрахунковий струм навантаження магістрального кабелю

. (3.6)

З табл. (3.1) струмових навантажень для кабелів порівнюють розрахунковий струм з допустимим для данної марки кабелю. Приймають переріз кабелю, допустимий струм якого дорівнює або більше розрахункового:

, (3.7)

де – коефіцієнт, залежний від темеператури навколишнього середовища (табл. 3.2).

Таблиця 3.2

Поправкові коефіцієнти на температуру навколишнього середовища

Якщо відсутні данні про температуру повітря в підземних виробках можна орієнтовно приймати температуру при глубині шахти до 100 м – 15 ⁰С, від 100 до 200 м – 20⁰ С, від 200 до 450 м – 25 ⁰С і при глибині більше 450 м – 30 ⁰С.

При виборі перерізів кабелів за нагрівом струмами навантаження при застосуванні на крутих пластах комбайнів з кабелепідбірниками барабанного типу навантаження на гнучкі кабелі повино бути знижено в порівнянні з номінальним на 30%. Обрані за тривалим струмом навантаження перерізи кабелів повинні бути не менше мінімально допустимих з механічній міцності. Для машин і електричних апаратів, змонтованих на спеціальних візках або у складі енергопотягу, мінімально допустимий переріз кабелю 10 мм², а для окремо встановлених машин і механізмів, що періодично переміщуються – 16 мм².

Далі перевіряють перерізи кабелів за допустимою втратою напруги. Повна втрата напруги DU до споживача в нормальному режимі роботи складається з втрат у трансформаторі DU_т, у магитсральному кабелі DU_к.м і в кабелі відгалуження DU_к.в, що живить електродвигун

. (3.8)

Повна втрата напруги не повина перевищувати допустиме значення DUдоп, тобто

, (3.9)

тут

, (3.10)

де U₀ – напруга на вторинній обмотці трансформатора в режимі холостого ходу U₀=1, 05U_ном; U_min – мінімальна допустима напруга на затискачах електродвигунів (U_min = 0, 95U_ном). Допустима втрата напруги не повинна перевищувати: при напрузі 380 В – 39 В, при напрузі 660 В – 63 В, при напрузі 1140 В – 117 В.

Рис. 3.1. Розрахункова схема розподілу втрат напруги в дільничній мережі

При використанні мінусових затискачів (-5%) на боці первинної обмотки трансформатора втрати напруги в дільничній мережі не повинні перевищувати: при напрузі 380 В – 59 В, при напрузі 660 В – 98 В, при напрузі 1140 В – 177 В.

Значення втрати напруги в трансформаторі DU_т при номінальному навантаженні і cosj=1 звичайно вказується в каталогах. Втрата напруги при навантаженні, відмінному від номінального і при cosj< 1

, В (3.11)

де – коефіцієнт завантаження трансформатора; u_а, u_р – відносні значення відповідно активної і реактивної складової напруги короткого замикання (КЗ) трансформатора, %

; (3.12)

, (3.13)

тут P_м – втрати потужності в режимі короткого замикання трансформатора (наводяться в каталогах на трансформатори);

u _к – відносне значення напруги КЗ трансформатора (каталожні значення на трансформатори); j₂ – кут зсуву фаз вторинного кола трансформатора.

Оскільки для всіх електроприймачів дільниці кабелі вже вибрані за допустимим струмовим навантаженням визначають втрату напруги у кожному за формулою:

, (3.14)

де I_к.в – розрахунковий струм окремого споживача, в кабелі якого визначається втрата напруги; r_к.в, х_к.в – активний і реактивний опір відповідного кабелю; cosj_к.в – коефіцієнт потужності двигуна, в кабелі якого визначається втрата напруги.

Втрати напруги в магістральному кабелі визначають також за формулою (3.14), але підставляють його параметри та струм навантаження і коефіцієнт потужності приймається середньозважений по дільниці.

Знаходять сумарну втрату напруги. При цьому якщо виконується умова (3.9), то кабельна мережа дільниці задовольняє вимогам щодо втрат напруги в нормальному режимі роботи. Якщо ця умова не виконується, то необхідно збільшити переріз кабелю відгалуження, або магістрального. Прийняти два паралельно прокладених магістральних кабеля. У окремих випадках необхідно збільшити переріз обох кабелів, зменшити крок пересування ПДПП або прийняти підстанцію більшої потужності до виконання умови (3.9).

Вибрана мережа за нагрівом і перевірена за умовою втрати напруги в нормальному режимі роботи повина бути перевірена за умовами пуску, перевантаження та загальмування найбільше потужного та найбільше віддаленого двигуна, тобто двигуна, що має найбільший момент навантаження P_maxl→ max. (частіше усього двигун комбайна).

Напруга (В) на затискачах електродвигуна комбайна або струга при пуску

; (3.15)

при перевантаженні

; (3.16)

при загальмуванні

, (3.17)

де cosj_пуск – коефіцієнт потужності при пуску (за відсутності каталожних даних приймається рівним 0, 5); DU_н.п – втрата напруги від інших працюючих електродвигунів при номінальному навантаженні в тих елементах мережі, через які одержує живлення електродвигун, що пускається, В; b – кратність максимального моменту електродвигуна (каталожні данні).

де Σ R, Σ X – відповідно сумарний активний й індуктивний опори трансформаторної підстанції, магістрального і гнучкого кабелів, Ом.

Активний опір броньованих і гнучких кабелів

,

тут ρ – питомий опір міді такий, що дорівнює 0, 02 Ом· м/мм² (при температурі струмоведучої жили 65^оС); L – довжина кабелю, м; S – переріз робочої жили кабелю, мм².

Індуктивний опір х_к кабелю може бути з достатньою для практичних цілей точністю прийнятій 0, 06…0, 08 Ом / км.

Активний r_т і індуктивний х_т опір трансформатора визначається за формулами (3.23) і (3.25).

Величина DUн.п визначається за формулою

де – номінальна потужність нормально працюючих двигунів крім пусканого, кВт.

Параметри електричної мережі дільниці визнаються задовільненими, якщо дотримані умови:

; ; . (3.18)

Якщо при розрахунку не забезпечується необхідне значення напруги на затискачах електродвигунів, то варто збільшити переріз гнучкого або магістрального кабелю в межах, допустимих за умовами підключення до комутаційних апаратів, передбачити прокладання паралельних магістральних кабелів, наближення ПДПП до вибою або установлення ПДПП підвищеної потужності.

На термічну стійкість кабелів до дії струмів КЗ перевіряють з метою забезпечення пожежної безпеки при дугових трифазних КЗ:

, (3.19)

де І_гр – граничний короткочасний струм КЗ в кабелі; І –максимальний струм трифазного КЗ в початку перевіряє мого кабелю. Значення граничного струму залежить від швидкості вимикання максимальних струмів КЗ прийнятих захисних апаратів. Складена таблиця гранично допустимих струмів КЗ І_гр для різних марок кабелів з мідними жилами при різних захисних апаратах . Перевірка зводиться до порівняння струму трифазного КЗ в початку перевіряємого кабелю, з гранично допустимим струмом КЗ, наведеним у таблиці, для принятої марки кабелю і типі захисного апарата. Якщо виконується вимога (8.19), то кабель вибрано правильно. А якщо навантаження кабелю, температура навколишнього середовища або тип захстного апарата відмінні від значення таблиці , то гранично допустимий струм КЗ в кабелі визначається за формулою

, (3.20)

де – поправковий коефіцієнт на гранично допустимий струм КЗ у залежності від ступеня завантаження кабелю і температури навколишнього середовища

,

де µ - коефіцієнт, залежний від температури нагріву жил кабелю тривалої t_тр і при КЗ; с – коефіцієнт, що ураховує напругу кабелю і кінцеву температуру нагріву жил при КЗ; s – переріз кабелю; t_n – приведений час вимикання вимикача, тобто загальний час дії основного захисту, що встановлений у найближчому до місця КЗ вимикачі і час вимикання цього вимикача. Значення вказаних коефіцієнтів наведені в довідковій літературі [13].

Якщо умовa (3.19) не виконується, то слід прийняти кабель найближчого більшого перерізу, якщо це можливо, або підвищити швидкодію захисної апаратури.