История электрификации горной промышленности

Распределительное устройство ? это электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и состоящая из коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, измерительных приборов, сборных и соединительных шин и вспомогательных устройств.

Линия электропередачи ? это система проводов, служащих для передачи электроэнергии от генераторов электростанций к местам потребления и для распределения ее между электроприемниками.

Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, электрических сетей (подстанций и линий электропередачи различных напряжений) и электроприемников, называется электрической системой.

Часть энергетической системы, кроме электроприемников, называется системой электроснабжения.

Электрическая сеть ? это совокупность соединённых между собой линий одного номинального напряжения для передачи электроэнергии от источников к присоединенным к сети приемникам, включающей также узлы распределения и ответвления линий.

Основными элементами сети являются линии, распределительные узлы, узлы ответвления.

Основным элементом линии служат проводники (провода, кабели, шины, комплектные шинопроводы и др.).

Совокупность проводников сети или ее части называют проводкой.

В качестве стандартных напряжений в общей системе электроснабжения принимают для:

– генераторов – 230, 400, 690, 6300, 10 500 и 21 000 В;

– электроприемников – 127, 220, 380, 660, 1140, 3000, 6000 и 10 000 В;

– распределения и передачи электроэнергии – все напряжения, перечисленные в предыдущем пункте, а также 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1000 кВ.

2.2. Требования, предъявляемые к системе электроснабжения предприятия

Основными требованиями, которым должна удовлетворять всякая система электроснабжения, являются надежность электроснабжения, хорошее качество электроэнергии, безопасность и экономичность всех элементов системы.

Категории электроприемников. В отношении требуемой надежности электроснабжения ПУЭ разделяют электроприемники промышленных предприятий на следующие три категории [1].

Iкатегория – электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса. В горной промышленности к этой категории относят: противопожарные насосные установки, водоотливные установки шахт и карьеров, вентиляторы главного проветривания опасных по газу рудников и угольных шахт, вспомогательные реверсивные вентиляторы (на шурфе) газовых шахт и калориферные установки для районов страны с тяжелыми климатическими условиями (Воркута, Инта, Норильск, Караганда и др.), подъемные установки, обслуживающие спуск–подъем людей, центральные подземные подстанции, флотационные и агломерационные машины, пульпоподающие насосы и др.

IIкатегория – электроприемники, нарушение электроснабжения которых связано с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта. В горной промышленности к этой категории относят скиповые подъемные и калориферные установки для районов страны без тяжелых климатических условий, вентиляторы на рудниках и шахтах, не опасных по газу и пыли, измельчительные и классификационные механизмы и др.

III категория – все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и II категорий (электроприемники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов, небольшие поселки и др.). В горной промышленности к этой категории относятся все виды транспорта породы, механические мастерские, склады, административный и бытовой комбинаты, внутреннее освещение зданий, наружное освещение промышленной площадки и др.

Из числа приемников I категории должна быть выделена особая группа электроприемников, требующая повышенной надежности питания. К особой группе относят приемники, обеспечивающие безаварийную остановку производства, перерыв в электроснабжении которого угрожает жизни и здоровью людей, взрывом, пожаром, порчей основного технологического оборудования.

Потребители I категории должны получать питание от двух независимых источников питания, а особая группа – от трех независимых источников питания.

Независимыми источниками питания являются: две электростанции; две подстанции энергосистемы, две секции сборных шин электростанции или подстанций энергосистемы при условии, что каждая из секций имеет питание от независимого источника и секции не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключаемую при нарушении нормальной работы одной из них. При небольшой мощности электроприемников I категории в качестве второго источника питания могут быть использованы аккумуляторные батареи, передвижные дизель-генераторные установки, а также перемычки на низшем напряжении от ближайшего пункта, имеющего независимое питание АВР. Если АВР не обеспечивает необходимой непрерывности технологического процесса, последний должен обслуживаться двумя или большим числом совместно действующих технологических агрегатов одинакового назначения, приводы которых питаются от независимых источников питания, если это экономически целесообразно.

В соответствии с требованиями ПУЭ допускаются перерывы в электроснабжении:

– электроприемников I категории – на время автоматического ввода резервного питания при условии обеспечения их электроэнергией от двух независимых источников питания;

– электроприемников II категории – на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой;

– электроприемников III категории – на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.

Таким образом, отнесение потребителей к той или иной категории определяет степень резервирования, что, естественно, влияет на капитальные затраты. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо при отнесении потребителей к той или иной категории и определении степени резервирования тщательно взвесить все возможные последствия нарушений электроснабжения.

ПУЭ регламентируют только продолжительность перерыва электроснабжения и не ограничивают число перерывов. Между тем надежность электроснабжения, безусловно, характеризуется двумя указанными факторами.

Повышения надежности электроснабжения можно добиться проведением следующих мероприятий:

– снижением удельной повреждаемости, т.е. повышением надежности отдельных элементов системы электроснабжения, в том числе путем применения электрооборудования, соответствующего условиям работы данной электроустановки, систематического проведения планово предупредительных и профилактических испытаний, ремонтом электроустановок и их электрооборудования, а также систематического обучения обслуживающего персонала;

– сокращением числа элементов в схемах электроснабжения вследствие упрощения схем;

– сокращением длительности аварийного перерыва в электроснабжении при каждом повреждении путем повышения качества обслуживания, резервирования и внедрения средств защиты и автоматики.

Качество электроэнергии. Качество электроэнергии у ее приемников при питании от сетей переменного тока характеризуется рядом показателей [2].

Отклонеиие напряжения от номинального, когда скорость изменения напряжения меньше 1 % в секунду.

Для приборов рабочего освещения в производственных помещениях и общественных зданиях, а также в прожекторных установках наружного освещения допускаются отклонения напряжения в пределах от –2,5 до +5 % номинального; для электродвигателей и пусковых аппаратов от –5 до +10 %; для остальных электроприемников от –5 до +5 %.

Колебание напряжения, когда скорость направления напряжения равна или больше 1 % в секунду.

Для отдельных электроустановок с резкопеременными нагрузками, например электропривод одноковшовых экскаваторов, разрешаются колебания напряжения до 1,5 % при неограниченной их частоте.

Несинусоидальность формы кривой напряжения на зажимах любого электроприемника длительно допустима, если коэффициент несинусоидальности меньше 5 %.

На зажимах асинхронного двигателя возможна несинусоидальность кривой напряжения и больше 5 %, если с учетом других факторов нагрев двигателя не превышает допустимого (ГОСТ 13109-67).

Смещение нейтрали трехфазной сети – абсолютная величина напряжения нулевой последовательности ? не должна превышать значений, при которых действующие значения напряжения не выходят за допустимые пределы.

Несимметрия трехфазной системы напряжений на зажимах любого трехфазного электроприемника длительно допустима, если ее величина не привышает 2 % номинального фазного напряжения.

На зажимах асинхронного электродвигателя допускается несимметрия и более 2 %, если с учетом других влияющих факторов (отклонение напряжения и несинусоидальности кривой напряжения) нагрев двигателя не превышает допустимого.

Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы, усредненное за 10 минут, возможно в пределах ± 0,1 Гц. Колебания частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх отклонений частоты. Отклонения и колебания частоты обусловливаются режимами нагрузки энергетической системы в целом и при расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий, как правило, не рассматриваются.

Электробезопасность, вопросам которой уделяют большое внимание как при проектировании, так и при эксплуатации систем электроснабжения предприятий, обеспечивается целым комплексом организационно-технических мероприятий, изложенных в нормативных документах и специальной литературе.

Специфические условия горных разработок (высокая, относительная влажность воздуха, наличие агрессивных вод и токопроводящей шины, передвижной характер работы большинства машин и механизмов) создают повышенную опасность поражения людей электрическим током. Поэтому эксплуатация электроустановок горных предприятий регламентируется рядом специальных нормативных документов: Правилами техники безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПТБ), Правилами технической эксплуатация (ПТЭ) при разработке угольных и сланцевых месторождений открытым способом, Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах, правилами технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт и другими различными отраслевыми инструкциями.

Подробно вопросы электробезопасности при эксплуатации электроустановок горных предприятий изучаются в профилирующих курсах «Электрификация горных работ» различных специализаций.

Экономичность системы электроснабжения оценивают по минимуму приведенных затрат в результате сравнения нескольких вариантов, отвечающих техническим требованиям. В тех случаях, когда приведенные затраты отличаются на незначительную величину в пределах возможной точности расчетов (5–10 %), предпочтение следует отдавать варианту с лучшим качественными показателями.

Приведенные затраты являются мерой стоимости, их рассчитывают только для изменяемой части сопоставляемых вариантов.

Качественные показатели характеризуют технические решения, которые непосредственно не имеют стоимостного выражения.

Вариант системы электроснабжения обладает более высокими качественными показателями, если у него, например, выше номинальное напряжение сети, ниже потери напряжения в сети, меньше колебания напряжения и частоты, вызываемые работой установок с резко-переменной нагрузкой; ниже уровень высших гармоник тока в сети, более благоприятны условия для монтажа, проще и более удобны условия эксплуатации, возможно осуществление расширения установки без значительных переустройств, что имеет важное значение при современных темпах развития производства.

2.3. Электрические станции