2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА.
2.1. Загальні данні о струмоприймачах шахти з характеристикою споживачів електроенергії.
Споживачами електроенергії на шахті ім. К.А. Румянцева є електродвигуни змінного струму на напрузі 0,4 кВ; 0,66 кВ; 6 кВ, котрі живляться від дев’яти вводів з районної підстанції ОАО “Донецькобленерго” “Узловая” 110/35/6 кВ через шахтні розподільні мережі:
- головна поверхнева підстанція “Рум’янцева” 6 кВ з загальним навантаженням Р = 6250 кВт
- підстанція ствола № 2 6 кВ з загальним навантаженням Р = 8250 кВт
- розподільний пристрій компресорної станції 6 кВ з загальним навантаженням Р =12350 кВт
- приєднання “Кліть – Підйом” 6 кВ з загальним навантаженням Р = 2730 кВт
Маючи на увазі, що головна поверхнева підстанція “Рум’янцева” введена в експлуатацію в 1948 и фізично та морально застаріла, проведемо її проектування.
З головної поверхневої підстанції “Рум’янцева” мають живитися:
- горизонт 490м - головна водовідливна установка з встановленою потужністю електродвигунів 5 × 800 = 4000 кВт;
горизонт 850м - перекачна водовідливна установка з встановленою потужністю електродвигунів 5 × 630 кВт, два силових трансформатора 160 кВА, и два - 400 кВА;
- горизонт 970м - 400 кВА – ствол 4, - гараж, - 2 дільниці, - КОВ + опрокид – 160 кВА;
- горизонт 1090м - водовідливна установка з встановленою потужністю електродвигунів 5 × 500 кВт, - гараж - 2 × 400 кВА, КОВ – 2 × 160 кВА;
- два вводу на ТП – АБК - 2 × 250 кВА;
- два трансформатора силових – 2 × 630 кВА
- два вводу на РУ – 6 кВ клітьового ствола № 1, електродвигуни потужністю 2 × 1250 кВт;
- один Ввод на РУ – 6 кВ скіпового ствола № 2 – електродвигун 2500 кВт.
Загальне навантаження на підстанції "Рум’янцева" :
поверхневе:
- напругою 6 кВ буде 4800 кВт
- напругою 0,4 кВ буде 3400 кВт
підземне напругою 6 кВ буде 12820 кВт
Для того щоб забезпечити надійність енергопостачання струмоприймачі розподіляють на три категорії:
I категорія – струмоприймачі перерва електропостачання яких може призвести за собою небезпеку для життя людей, зіпсування багатокоштуючого обладнання, нанесення ущербу народному господарству. До них віднесени:
- клітьовий підйом з його власними потребами;
головні підземні водовідливні установки з власними потребами;
- мережні та живлячі насоси шахтної котельної;
- компресорна станція з власними потребами;
- вентилятор головного провітрювання з власними потребами головної вентиляторної установки;
- протипожежні насоси;
- центральна підземна підстанція.
II категорія – струмоприймачі, перерва електропостачання яких зведе до масового недовипуску продукції, простою робочих, механізмів. До них відносяться:
- скіповий вугільний підйом з власними потребами;
- зумпфовой водовідлив.
III категорія – усі загальні струмоприймачі, перерва електропостачання котрих за час ремонту та заміни електрообладнання (не більш однієї доби) не здійснює значних втрат.
До них відносяться:
- механічні майстерні;
- поверхневі комплекси стволів;
- склади;
- калориферна;
- обмін вагонеток в клітьовому стволу;
- дільнична водовідливна установка;
- электровозна відкатка;
- інші установки котельної;
- насосна станція господарського водопроводу, технічної води;
- адміністративно-побутовий комбінат;
внутрішнє та зовнішнє освітлення зданій та споруд.
2.2 Розрахунок електронавантажень.
Розрахунок електронавантажень характерних вузлів системи енергозабезпечення здійснюється з метою вибору переріз живлячих та розподільчих мереж напруги до та більш 1000 В, числа та потужності трансформаторів ГПП и ТП, перерізу шин розподільчих пристроїв ГПП
та ТП, комутаційної та захисної апаратури напругою до та більш
1000 В.
Для підприємств гірничої промисловості на основі багаторічного досвіду проектування та експлуатації прийнято два методи розрахунку навантажень систем енергозабезпечення: метод коефіцієнту попиту та метод удільного розходу електроенергії.
Послідовність визначення електричних навантажень методом коефіцієнту попиту:
- В залежності від напруги здійснення технологічних процесів усі струмоприймачі об’єднаємо в групи:
I група – струмоприймачі 6 кВ – клітьовий підйом, скиповий породний підйом, головний водовідлив;
II група – струмоприймачі 0,4 кВ власних потреб ГПП, підйомів котельної, компресорної, калориферної.
III група – струмоприймачі 0,4 кВ допоміжних цехів.
- Для кожної групи встановлюємо сумарну встановлену потужність.
- Для струмоприймачів однієї групи встановлюємо розрахункові навантаження – активну (кВт), реактивну (кВАр) та повну (кВА) потужність:
Рр = Ру × Кс; Qp = Pp = Pp × tgj, 
де: Ру – номінальна встановлена потужність, кВт.
Кс – коефіцієнт спросу, стр 270 [7]
Tgj - приймається cosj = 0,95
Таблиця 1.
Назва струмоприймача | Uk | Руст | Кс | cosj | tgj | Потребляєма потужність | Примі-чання | |||
Рр кВт | Qp | Sp | ||||||||
I група | Клітьовий підйом | 6 | 2500 | 0,7 | 0,9 | 0,48 | 1750 | 840 | 1941 | Синхрон |
Скиповий підйом (породний) | 6 | 2300 | 0,7 | 0,9 | 0,48 | 1610 | 773 | 1786 | Синхрон | |
Підземна частина | 6 | 12820 | 0,5 | 0,75 | 0,88 | 6410 | 5641 | 8538 |
| |
Всього |
| 17620 |
|
|
| 9770 | 7254 | 12168 |
| |
II група | Власні потреби | 0,4 | 850 | 0,7 | 0,73 | 0,94 | 595 | 559 |
|
|
Котельна | 0,4 | 740 | 0,7 | 0,73 | 0,94 | 518 | 487 |
|
| |
Калориферна установка | 0,4 | 490 | 0,5 | 0,7 | 1,02 | 245 | 250 |
|
| |
АБК | 0,4 | 350 | 0,6 | 0,7 | 1,02 | 210 | 214 |
|
| |
III група | Допоміжні цеха (мех. цех, електро. цех, буд. цех, та ін.) | 0,4 | 970 | 0,5 | 0,7 | 1,02 | 485 | 495 | 693 |
|
Всього по ГПП |
| 21020 |
|
|
|
|
| 15038 |
| |
2.3. Компенсація реактивної потужності та вибір компенсуючих пристроїв.
Основними споживачами реактивної енергії являються: асинхронні електродвигуни (70-76% загального споживання реактивної енергії), трансформатори (15-20%), реактори (близько 10%). Розмір характеризуючий ступінь використання активної потужності електроенергії являється коефіцієнт потужності cosj. ПУЭ п.1.2.47. [9] встановлена мінімальна величина cosj = 0,92 – 0,95 обов’язково для підприємств.
Збільшувати коефіцієнт потужності електроустановок потрібно в першу чергу правильною та раціональною експлуатацією електрообладнання:
- заміна малонавантаженних двигунів на двигуни що мають меншу потужність,
- обмеження холостого ходу асинхронних двигунів,
- заміна двигунів застарілої конструкції з потрібним ККД та cosj на більш модернізовані,
- якісний ремонт асинхронних двигунів,
- обмеження холостого ходу силових трансформаторів,
- вимкнення малонавантаженних трансформаторів у часи провалів навантажень, якщо маються паралельно працюючи трансформатори.
Для визначення потужності батареї статконденсаторів використовуємо формулу:
Qб = a × Pp × (tgj1 - tgj2), кВАр
табл. 1;
a = 0,9 – коефіцієнт, що враховує можливість підвищення
cosj натуральним шляхом,
tgj1 – тангенс кута, що дорівнює cosj, до компенсації,
tgj2 – тангенс кута що дорівнює cosj = 0,95, що приймаємо.
Назва навантажень по групам | Pp, кВт | Qp, | Sp, | cosj1= | tgj1-tgj2 | Qб | cosj′= |
| Ip= |
I група | 9770 | 7254 | 12168 | 0,802 | 0,42 | 3693 | 0,93 | 10460 | 1007 |
ІІ група | 1568 | 1510 | 2177 | 0,72 | 0,64 | 889 | 0,93 | 1686 | 2436 |
ІІІ група | 485 | 495 | 693 | 0,7 | 0,69 | 297 | 0,93 | 524 | 757 |
Всього |
|
| 15038 |
|
|
|
| 12670 | 4200 |
=
Результати розрахунків вносимо у таблицю 2.
Таблиця 2.
Використовуючи положення з “Руководящих указаний по размещению компенсирующих устройств”, встановлюємо:
- для першої групи струмоприймачів розміщуємо компенсуючий пристрій на боці 6 кВ, вмикая через спеціальні комутуючу апаратуру на шини 6 кВ,
- для інших груп струмоприймачів компенсуючи пристрої розташовуємо на боці 0,4 кВ трансформаторів.
Конденсатори повинні встановлюватися з вимогами пожежної безпеки:
- безпечний догляд та обслуговування,
- вентиляція, та ін.
На основі приведених розрахунків та рекомендацій по табл. 26-31 [5] приймаємо до установки конденсаторну батарею:
- для струмоприймачів І групи з урахуванням синхронних
електродвигунів підйомів приймаємо чотири конденсаторні
установки напругою 6 кВ внутрішньої установки по 900
кВАр кожна УК – 6 – 900 – ПУЗ
- для струмоприймачів ІІ групи – сім конденсаторних установок по 144 кВАр кожна УК – 0,38 – 144 – 4УЗ
- для струмоприймачів ІІІ групи – три конденсаторні установки по 144 кВАр кожна УК – 0,38 – 144 – 4УЗ
- компресорна станція,
- центральна підземна підстанція на горизонтах 490 м, 850 м, 970 м та 1090 м,
- підстанція ствола №2,
- вентилятор головного провітрювання,
- розподільчий пристрій ствола №2 (кліть-підйом)
- встановлюємо кількість трансформаторів на підстанції, виходячи з забезпечення надійності живлення з рахунком категорії споживачів.
- можливі варіанти потужності трансформаторів, що вибираємо з урахуванням можливого навантаження їх у нормальному режимі та допустимого перенавантаження у післяаварійному режимі.
- постійне резервування,
- резервування заміщенням.
- ГПП,
- розподільча мережа 6 кВ до клітьових підйомних установок,
- розподільча мережа 6 кВ до центральних підземних підстанцій у шахті,
- розподільча мережа 6 кВ до скіпового породного підйому,
- розподільча мережа 6 кВ до ТП – АБК,
- розподільча мережа 6 кВ до ТП механічних цехів.
2.4. Вибір типа та числа допоміжних поверхневих та дільничних підстанцій, типа та потужності знижуючих силових трансформаторів.
Для енергопостачання струмоприймачів шахти запропоновується одна головна поверхнева підстанція з постійним черговим персоналом.
Без постійного персоналу, що чергує, передбачається розташування розподільчих пристроїв 6 кВ та підстанцій:
Нагляд за станом електрообладнання цих об’єктів веде обслуговуючий персонал, маючий потрібну групу з електробезпеки.
Вибір числа, потужності та типа силових трансформаторів виконується на основі розрахунків та обгрунтовань по схемі:
встановлюється економічно цільособразність рішення з намічених варіантів.
У зв’язку з тим, що шахта ім. К.А. Рум’янцева є потужним струмоприймачем з встановленою потужністю 29850 кВт, споживачем І категорії по надійності електропостачання із-за метанообільності та наявності інших споживачів зроблен глибокий ввод по електропостачанню шахти, в т.ч. районна підстанція розташована на території шахти та з неї зроблено дев’ять вводів на шахтні струмоприймачі, в т.ч. на головну поверхневу підстанцію “Рум’янцево”.
Тому до встановлювання приймаємо два трансформатори напругою 110/35/6 кВ, потужністю 40500 кВА типа ТДТНГ – 110/35/6
Для ІІ групи струмоприймачів власні потреби, маючі споживачів І категорії при 
= 1686 кВА та Ір = 2436 А вибираємо два трансформатори для АБК ТМ – 250/6 – 68 табл. 29 – 1 [5] з номінальною вторинною напругою 0,4 кВ
и два трансформатора для власних потреб ТМ – 630/6 – 68 табл. 29 – 1 [5] з номінальною вторинною напругою 0,4 кВ
Для ІІІ групи струмоприймачів (допоміжні цеха) вибираємо один трансформатор ТМ – 630/6 – 68 табл. 29 – 1 [5] з номінальною вторинною напругою 0,4 кВ
Ір = 757 А
2.5. Вибір схеми зовнішнього електропостачання на поверхні та в шахті, величини напруги живлення.
До схеми зовнішнього електропостачання відносяться лінії високої напруги 6 кВ, що постачають електроенергію від джерела живлення – підстанція “Узловая” – 110/35/6 на ГПП шахти ім. К.А. Рум’янцева, компресорну станцію, підстанцію ствола №2 та кліть-підйом. Розглядаємо ціль нашого проекту – проектування головної поверхневої підстанції ГПП Рум’янцева. Так як у числі струмоприймачів ГПП маються споживачі І категорії, то передбачається дві живлячі лінії, одна з котрих – резервна.
Приймаємо схему радіального живлення
Резервування може по цій схемі виконуватися двома засобами:
У першому випадку резервна лінія приєднана до основної та знаходиться в однаковому режимі роботи. В другому випадку – резервна лінія заміщує основну у випадку її відказу, при цьому заміщення може проходити автоматично або шляхом перемикання обслуговуваним персоналом. Раціональним є подача напруги по двом лініям, враховуючи специфіку виробництва шахти - сверхкатегорійна по газу та викидонебезпечна.
До системи внутрішнього електропостачання ГПП відносяться:
Приймаємо комбіновану схему електропостачання, коли відповідальні споживачі, які живляться по радіальній схемі, а живлення інших споживачі – по магістральному принципу.
ГПП Рум’янцево