Что такое глубокий ввод высокого напряжения на горном предприятии

Подстанция глубокого ввода

Предназначение ПГВ — питание группы установок конкретного предприятия или какого-то отдельного объекта на этом предприятии. Схемами с глубоким вводом называют схемы электроснабжения с подстанциями глубокого ввода.

Подстанции глубоких вводов располагаются вблизи наиболее крупных энергоёмких производств и корпусов с концентрированной нагрузкой, например: прокатные и электросталеплавильные цехи; сталепроволочные и крепёжно-калибровочные блоки метизных заводов; обогатительные фабрики и ряд других производств.

Глубокие вводы широко применяются в схемах внешнего и внутреннего электроснабжения промышленных предприятий и считаются наиболее прогрессивными схемами электроснабжения. Их применение позволяет:

Схемы глубоких вводов напряжением 110—220 кВ выполняются воздушными или кабельными линиями, схемы глубоких вводов 330 кВ и выше — воздушными линиями. Применение воздушных линий целесообразно при невысокой плотности застройки промышленной площадки. В целях снижения отчуждаемой под воздушную линию площади допускается прохождение линий над всеми несгораемыми зданиями и сооружениями, за исключением взрывоопасных установок. При выборе высоты опор воздушной линии должна учитываться возможность прокладки под проводами воздушных линий трубопроводов, транспортных и других коммуникаций. В обоснованных случаях может оказаться целесообразным применение специальных опор для увеличения длины пролётов. Все большее применение в системах электроснабжения предприятий находят кабельные линии напряжением 110—220 кВ. Разработка новых конструкций кабелей и совершенствование технических решений по прокладке кабельных линий способствует их широкому применению. Маслонаполненные кабельные линии низкого давления требуют повышенного внимания со стороны обслуживающего персонала, так как имеют маслосистему, а в отдельных случаях и систему охлаждения, которые считаются ненадёжными звеньями кабельных линий. Прокладка данных линий осуществляется в лотках, земле, траншеях, каналах и ниже зоны промерзания, а также с устройством специальных колодцев для муфт. Прокладка маслонаполненных кабелей в тоннелях не рекомендуется из-за значительной стоимости. Кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ- изоляцией) имеют более высокие технико-экономические показатели по сравнению с маслонаполненными кабельными линиями. Это позволило рекомендовать их в качестве основных для применения в сетях 110—220 кВ промышленных предприятий при высокой плотности застройки предприятия. Прокладка кабелей с СПЭ-изоляцией осуществляется в открытых кабельных сооружениях (на технологических и кабельных эстакадах, кабельных галереях). Следует отметить, что передача электрической энергии по кабельным линиям с СПЭ-изоляцией по состоянию на 2020 год обходится в 7—20 раз дороже, чем по воздушным линиям напряжением 110—220 кВ. При увеличении напряжения разница в стоимости увеличивается. Вместе с тем для прохождения воздушной линии требуется полоса, свободная от застройки и коммуникаций, шириной более 20 м для линий напряжением 110 кВ и более 30 м для линий напряжением 220 кВ, что в условиях промышленного предприятия не всегда допустимо. Применение кабельных линий для питания подстанций глубокого ввода позволяет выполнять распределительные устройства 110—220 кВ подстанций по схеме «линия—трансформатор» без коммутационных аппаратов.

По мере освоения промышленностью производства токопроводов напряжением до 330 кВ с элегазовой изоляцией увеличивается их применение для схем глубоких вводов при высокой плотности застройки промышленной площадки и наличии агрессивной окружающей среды. Радиальные схемы глубоких вводов 110—220 кВ позволяют использовать простейшие схемы первичной коммутации подстанций глубокого ввода — схемы «линия—трансформатор»: без коммутационных аппаратов (глухого присоединения) с разъединителем, предохранителем, выключателем. При магистральных схемах глубоких вводов отключение магистрали приводит к потере питания всех трансформаторов, подключенных к магистрали. Поэтому используются схемы, позволяющие отключать повреждённый трансформатор на самой подстанции и повторно включать магистраль устройством АПВ.

Источник

Miti@13

Образование

На основе
Конспекта лекций по предмету

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Электроэнергия передаётся и распределяется при помощи линий электропередач (ЛЭП).

2. Выбор величины напряжения

Для электроснабжения шахт применяют трёхфазный переменный ток, напряжением 6/10/35/110/150/220 кВ, промышленной частоты 50 Гц.

С повышением напряжения уменьшаются электрические потери, поэтому напряжение генераторов электростанций повышают, особенно при передаче по протяжённым ЛЭП. У потребителей это напряжение снижается с помощью понизительных трансформаторов.

В настоящее время, независимо от условий внешнего электроснабжения, осуществляемого от 6-и до 220 кВ, основным распределителем напряжения являются 6 кВ.

Для электроснабжения потребителей поверхности применяют напряжение 127/220/380/660 В.

3. Разновидности систем электроснабжения

Электроснабжение горных предприятий осуществляется следующими основными способами:

— От автономных источников питания
— От собственных электростанций, связанных с энергетической системой
— От энергетических систем
— От автономных, несвязанных друг с другом тепловых электростанций, а также от передвижных дизель электростанций питаются шахты и рудники небольшой производительности, расположенные в малоосвоенных районах и удалённые от ЛЭП энергосистемы.

Небольшое число шахт имеют собственные промышленные электростанции. Они работают с использованием добываемого топлива, связаны ЛЭП с энергосистемами и могут поставлять электроэнергию энергосистемам.

4. Категории электроприёмников

В соответствии с характером ущерба, который может быть нанесён предприятию из-за перерывов в энергоснабжении, все потребители, согласно Правил устройства электроустановок (ПУЭ) делятся на три категории:

Электроприёмники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб предприятию, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса.
В горной промышленности к ним относят: клетевой подъём, вентилятор главного проветривания, все остальные вентиляционные установки, насосные и противопожарные установки, дегазационные установки, котельная и т. п.
Электроприёмники I-й категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания. Перерыв в питании допускается на время включения резервного источника питания. II-я категория:

Электроприёмники, нарушение электроснабжения которых связанно с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта.
В горной промышленности к ним относятся: скиповые подъёмы, компрессоры, технологический комплекс, включая обогатительные фабрики, основное оборудование жилых посёлков, и т. п.
Электроприёмники снабжаются по двум независимым линиям, перерыв допускается на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. III-я категория:

Все остальные электроприёмники.
В горной промышленности: все виды транспорта породы, механические мастерские, склады, АБК, внутреннее освещение зданий, и т. п.
Перерыв в электроснабжении не вызывает значительного ущерба. Продолжительность перерыва определяется необходимым временем на замену вышедшего из строя электрооборудования, но не более суток.

5. Разновидности схем электроснабжения

На практике широкое распространение получили две основные схемы: Радиальная и магистральная. При совместном использовании образуется смешанная система.

При Радиальной системе (рис.5.1), электроэнергия поступает по независимой питающей линии к каждому потребителю. Целесообразно там, где имеются крупные сосредоточенные нагрузки.
Эта система удобна в эксплуатации тем, что повреждение или ремонт линии отражается на работе только одного потребителя. Чаще всего применяется для потребителей первой категории.

рис.5.2 Магистральная система электроснабжения

рис.7.1 Системы внутреннего и внешнего электроснабжения

6. Показатели качества электроэнергии

ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения» устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии.

Показатели качества

Нормы качества электроэнергииНормально допустимыеПредельно допустимые1Установившееся отклонение напряжения,δU_y5%10%2Размах изменения напряжения,δU_tСогл. кривым 1,2 рис13Доза фликера, Р
— кратковременная, Р_S
— длительная, Р_Lлампы накаливания
1,38
1,0люминисц. лампы
1,0
0,744Коэф. искажения синусоидальности кривой напряжения, K_Uтабл.1табл. 15Коэф. n-ой гармонической составляющей напряжений, K_U(n)табл. 2табл. 26Коэф. не симметрии напряжения по обратной последовательности, K_2U247Коэф. не симметрии напряжения по нулевой последовательности, K_0U248Отклонение частоты, ∆f0,2 Гц0,4 Гц9Длительность провала напряжения, ∆t_n30 сек10Импульсное напряжение, Uimpопределяется по приложениям ГОСТ11Коэф. временного перенапряжения, K_перU

7. Системы внешнего и внутреннего электроснабжения

Системы электроснабжения горного предприятия подразделяются на внешнюю и внутреннюю. Современные шахты содержат сложный комплекс электроустановок, размещённых на поверхности и в подземных выработках.

Комплекс электроснабжения шахты состоит из нескольких основных звеньев, имеющих свою специфику в части построения технических характеристик и построения электрооборудования, а также применяемых к ним требований.

По этому принципу, комплекс электроснабжения может быть разделён на системы (рис.7.1):

8. Схемы электроснабжения подземных участков

В зависимости от глубины применяют следующие схемы электроснабжения:

Особенности электроснабжения тупиковых выработок

т.к. кратковременный перерыв в электроснабжении ВМП может вызвать угрозу для жизни людей, эта установка является потребителем первой категории, должно быть обеспечено резервное питание. ПБ предусматривает питание рабочего вентилятора от одной подстанции, а резервного от другой ближайшей, причём питание подстанций должно быть от разных секций шин ЦПП (РПП-6). Пускатели рабочего и резервного ВМП блокируются между собой.

9. Схемы электроснабжения участков карьеров

Применяются радиальные, магистральные и комбинированные системы распределения электроэнергии.

Поперечные выполняются воздушными или кабельными ЛЭП, прокладываемыми с борта карьера от магистральной ЛЭП.

10. Исполнение электрооборудования

70% действующих шахт относятся к опасным по газу. Это определяет выбор электрооборудования, параметры взрывозащиты которого должны обеспечивать требуемый уровень взрывобезопасности в заданных взрывоопасных средах.

Взрывчатые смеси подразделяются на две категории:

и шесть групп по температуре самовоспламенения:

ГОСТ 12.2.020-76 подразделяет взрывозащищённое оборудование на две группы:

и три уровня взрывозащиты:

При маркировке электрооборудования приняты следующие обозначения:

Маркировка оборудования (рис.10.1)

11. РАСЧЁТНЫЕ НАГРУЗКИ

Графики электрических нагрузок

Нагрузки большинства электроприёмников изменяются с течением времени, эти изменения нельзя выразить аналитически, поэтому их обычно представляют в прямоугольной системе координат прямыми, или ломанными линиями.

Графики могут выражать изменение во времени активной (Р), реактивной (Q), полной (S) мощности и тока (I):

Они могут быть сняты и построены для любого промежутка времени.

Следует различать индивидуальные и групповые графики:

Показатели графиков электрических нагрузок.

На практике для расчётов электроснабжения широко используются не графики электронагрузок, а ряд безразмерных коэффициентов, являющихся показателями графиков и характеристики режимов работы потребителей. Усреднённые значения этих коэффициентов для характерных групп электроприборов отдельных участков, цехов, или предприятий, являются исходными данными для расчёта нагрузок.

За расчётную нагрузку принимают усреднённую максимальную получасовую нагрузку, т.к. этот интервал равен 3-м постоянным времени нагрева, в течении которого проводник нагревается до установленного значения. Усреднённый максимум берётся в наиболее загруженную смену.

Методов расчёта электронагрузок очень много. На горных предприятиях расчитывают по методу коэффициента спроса. Этот метод, хоть и ориентировочный, но отличается простотой и даёт приемлимые результаты.

Выбор мощности трансформатора участковой подстанции

Потребители энергии добычного участка обычно работают в разное время, с различными коэффициентами загрузки. Отдаваемая трансформатором мощность изменяется в больших пределах в течении суток и даже одной смены. Поэтому точно определить требуемую мощность участкового трансформатора достаточно трудно. В данном случае применяется метод коэффициента спроса.

Расчётная мощность определяется:

Расчётная мощность, полученная по данному методу получается завышенной, поэтому рекомендуется вводить коэффициент 1,25

Определение сечения проводов и питающих кабелей

Кабельная сеть участка состоит из низковольтных кабелей, питающих отдельные электроприёмники, магистрального низковольтного кабеля между участковой подстанцией и распредпунктом и высоковольтного питающего кабеля. (рис )

Шахтные кабельные линии, напряжением 1140В, рассчитывают по допустимой токовой нагрузке и потерям напряжения в номинальном и пусковом режимах. По результатам расчётов принимают наибольшее из полученных значений.

Кабели 6кВ рассчитываются по нагреву, рабочим токам (по предельно допустимому току), на термическую прочность, нагреву током короткого замыкания, по допустимым потерям напряжения, по экономической плотности тока. Ток кабеля не должен превышать допустимого значения ( I _каб ≥ I _доп).

Сечение кабеля отдельного электроприёмника выбирается по номинальному току двигателя. Длительно допустимые токовые нагрузки на кабеле даются в ПУЭ и в электротехнических справочниках. Выбранное сечение кабеля проверяется по падению напряжения в номинальном и пусковом режимах.

Порядок расчёта электроснабжения участка шахты

12. КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Разновидности коротких замыканий и вероятности их возникновения

Коротким замыканием называется нарушение нормальной работы электроустановки, вызванное замыканием фаз между собой, или замыканием фазы на землю.

Токи к.з. в современных мощных электросистемах могут достигать огромных значений (10-100 тыс. ампер). Поэтому оборудование электроустановок должно обладать достаточной электродинамической (механической) и термической стойкостью к действию токов к.з.

Причинами возникновения короткого замыкания могут быть:

Несмотря на все меры, принимаемые при проектировании и эксплуатации, вероятность короткого замыкания не исключена, поэтому правильный выбор электрооборудования, основанный на знании характера протекания короткого замыкания и ожидаемого тока, является самой действенной мерой предотвращения опасных последствий к.з.

Короткие замыкания бывают:

Процесс протекания короткого замыкания слагается из двух режимов:

Действующее значение периодической составляющей к.з. может быть определено по формулам Тоя:

Знать токи короткого замыкания необходимо:

Как правило, в точке к.з. возникает электродуга, которая образует переходное сопротивление. Для упрощения расчётов, будем рассматривать только металлическое к.з., т.е. без учётов переходного сопротивления.

При появлении к.з., сопротивление в сети падает. Однако, скачком ток увеличиться не может, т.к. сеть обладает индуктивностью. Из курса ТОЭ известно, что ток можно представить, как сумму апериодической (i_а) и периодической i_р) составляющих.

В результате этого, результирующий ток в некоторые моменты времени может превосходить амплитуду установившегося тока. Быстрота перехода в установившийся режим определяется постоянной установления:

Через время t ≈ 3τ (0,1-0,2 сек) в цепи будет протекать только периодический или установившийся ток короткого замыкания.

В конце первого полупериода ток достигает максимального значения, называемого ударным током (i_у).

Для удобства расчёта ударного тока, вводят ударный коэффициент 1 ≤ k_у ≤ 2

Ограничение мощности короткого замыкания осуществляется с помощью бетонных реакторов (РБ, РБН). Они имеют мизерное активное сопротивление и достаточно большое индуктивное. РБ устанавливаются на поверхности, в спец камерах подстанций, в начале и конце линии.

Защита от токов короткого замыкания производится плавкими предохранителями и максимально-токовой защитой.

Расчёт токов короткого замыкания

Допущения при расчётов токов короткого замыкания:

Для вычисления токов к.з. составляют расчётную схему, соответствующую режиму работы (рис. ). В однолинейном изображении указываются источники питания (энергосистема, генераторы) и элементы сети (ЛЭП, трансформаторы, реакторы)

По расчётной схеме составляется схема замещения сети. Для этого все элементы сети заменяют соответствующими электросопротивлениями. Элементы обозначаются дробью (в числителе указывается порядковый номер, а в знаменателе сопротивление).

В большинстве случаев схема сети содержит содержит одну или несколько ступеней трансформации. Для составления эквивалентной схемы замещения выбирают основную или базовую ступень трансформации и все эл. величины остальных ступеней приводят к напряжениям основной ступени.

В основу расчёта токов короткого замыкания положен метод определения суммарного сопротивления до точки короткого замыкания.

13. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПОЬРЕБЛЕНИЯ

Компенсация реактивной мощности

Коэффициент мощности (cos φ) показывает качество применения электроэнергии на предприятии. Его снижение приводит к повышению расхода эл. энергии и её стоимости.

Способы улучшения коэффициента мощности:

В качестве дополнительного источника реактивной мощности, служащей для обеспечения потребителей реактивной мощностью, сверх того количества, которое даёт энергосистема и синхронные двигатели, имеющиеся на предприятии, устанавливаются конденсаторные батареи (БК). Конденсаторные установки применяются при напряжении 110-6 кВ, устанавливаются только на поверхности в специальной камере ГПП. Пожароопасны, не требуют сложного ухода и обслуживания, небольшой расход энергии. Должны быть защищены максимально-токовой защитой и сблокированы с основным выключателем. Выключатель конденсаторной установки должен иметь разрядное устройство.

Поперечная компенсация реактивной мощности

После включения ёмкости параллельно нагрузки, угол φ₁ уменьшился до величины φ₂. Уменьшился ток электроприёмника, т.е. произошла разгрузка линии по току. Разгрузились на туже величину и генераторы энергосистемы, благодаря генерации БК в месте установки элкетроприёмников. Уменьшились потери на величину ∆Р.

Для проектируемой сети, снижение тока позволяет уменьшить сечение проводов, соответственно снижается установленная мощность трансформаторов.

Поперечная емкостная компенсация выполняется комплектными конденсаторными установками ККУ, которые устанавливаются рядом с трансформаторными подстанциями (ГПП).

Продольная емкостная компенсация

Выполняется последовательным соединением. В зависимости от соотношения между индуктивным и емкостным сопротивлениями, векторная диаграмма будет иметь три вида:
1. X_L > X_C (рис. )
2. X_C > X_L (рис. )
3. X_C = X_L (рис. )

При резонансе напряжений, в режиме короткого замыкания, ток к.з. может быть очень большим и напряжение на индуктивности и емкости недопустимо повышенное, поэтому в применяемых установках продольной компенсации, ёмкость выбирается из расчёта, чтобы емкостное напряжение U_c = 5-20% U_ном. Поэтому ёмкость продольной компенсации компенсирует лишь часть мощности.

Компенсация индуктивного сопротивления ёмкостью приводит к повышению токов короткого замыкания во всех элементов трансформаторной подстанции, что особенно опасно для самих конденсаторов. Для защиты конденсаторов, при сквозных токах к.з. применяется искровый спекающийся разрядник (ИР).

Продольная компенсация применяется главным образом, как способ регулирования и стабилизации напряжения, а поперечная для повышения cos φ.

14. Учёт и оплата электроэнергии, методы экономии

Потребление электроэнергии промышленными предприятиями осуществляется в соответствии с правилами пользования электрической и тепловой энергией, которые обязательны как для электроснабжающей организации и для потребителя.

Существуют два вида учёта электроэнергии:

Все потребители подразделяются на пять тарифных групп:

Для стимулирования деятельности предприятий, по рациональному потреблению электроэнергии применяют скидки и надбавки к тарифу за компенсацию реактивной мощности и поддержание показателей качества (для первых трёх тарифных групп).

Методы экономии энергии:

устранение недогруза электроустановок, устранение холостой работы;

совершенствование системы электроснабжения;

борьба с потерями эл. энергии в кабельных и воздушных линиях электропередач;

борьба с утечками тока (реле утечки);

совершенствование технологии горных работ;

отключение в ремонтные смены, выходные и праздники от источника питания;

нормирование расхода эл. энергии.

15. РЕЖИМЫ НЕЙТРАЛИ

Трёхфазные сети до 1000В, в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) могут работать с глухозаземлённой или изолированной нейтралью, а сети 6-35 кВ с изолированной нейтралью.

Изолированная нейтраль (рис. )

Если система симметрична, то сопротивления изоляции относительно земли равны: Z₁ = Z₂ = Z₃ и потенциал нулевой точки равен нулю. Если сопротивление одной из фаз (например 1) уменьшится по сравнению с двумя другими, то симметрия нарушится. Напряжение фазы 1 относительно земли уменьшится, а напряжение фаз 2 и 3 увеличится. В результате возникает смещение нейтрали, и нулевая точка окажется под некоторым напряжением относительно земли.

Действующие ПБ для электроснабжения подземных установок требуют применять системы с изолированной нейтралью.

Заземлённая нейтраль (рис. )

Компенсированная нейтраль (рис. )

В сетях с изолированной нейтралью, фазы и проводники в нормальном состоянии связаны с землёй через сопротивление изоляции, которое представляет собой параллельно включённые активное и ёмкостное сопротивления. С увеличением протяжённости сети существенно возрастает значение ёмкостной составляющей. В сетях выше 1000В она становится преобладающей.

Для уменьшения емкостной составляющей тока замыкания или тока через тело человека, между нейтралью сети и землёй включают индуктивность, что приводит к появлению индуктивной составляющей тока, направленной противоположно ёмкостной.

Степень опасности таких сетей, без учёта переходного процесса, обусловлена в основном режимом настройки компенсирующего устройства и параметрами изоляции электрической сети. Если учесть параметры переходного процесса в момент касания человеком одной из фаз, то преимуществ компенсированных сетей практически нет.

Электробезопасность в сетях с различными режимами нейтрали

Анализ электробезопасности сводится к определению значения тока, протекающего через человека в различных условиях.

Одновременное прикосновение человека к двум фазам трёхфазной сети:
I_чел = U_чел/ R_чел =220(min) / 1000 = 0,22 А > 0,1 А
Следовательно прикосновение к двум фазам трёх фазной сети является смертельно опасным и не зависит от режима нейтрали.

Сети напряжением выше 1200В обладают высокой ёмкостью и прикосновение к любой фазе, даже при исправной изоляции является смертельно опасным.

Эксплуатация сетей с изолированной нейтралью не допускается без применения приборов контроля изоляции.

16. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ, СИСТЕМНАЯ АВТОМАТИКА

17. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

Релейная защита предназначена для защиты электроустановок, ЛЭП от ненормальных режимов работы, независимо от характера нарушения, а также сигнализации обслуживающего персонала о возникновении повреждения.

Наиболее характерные нарушения нормальной работы оборудования (при длительном воздействии они переходят в повреждения):

Требования к релейной защите:

Системы должны быть взаимозаменяемыми, блочными.

По принципу действия:

Наиболее широкое распространение для защиты питающих и распред. линий от повреждений получили максимально-токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки (ТО).

Источник