Электрификация горного производства. Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Электрификация горного производства» для с

2 Электрификация открытых горных работ

2.1 Расчет электрического освещения карьеров

Цель расчетов электрического освещения – определение мощности ламп для выбранного типа светильников, определение количества и места установки светильников для обеспечения заданной освещенности, выбор мощности осветительных трансформаторов.

2.1.1 Расчет освещения светильниками с ксеноновыми лампами с помощью изолюкс

Наружное освещение карьеров прожекторами с газоразрядными лампами и светильниками типа СКсН, ОУКсН с лампами ДКсТ рассчитывается с помощью изолюкс, построенных по кривым относительной освещенности и вспомогательным расчетным таблицам [4].

Расчет выполняется для заданного типа светильника при известных высоте его установки H от освещаемой поверхности и угле наклона Θ светового потока к горизонту.

Для построения изолюксы, соответствующей нормируемой освещенности, вычерчивается координатная сетка в масштабе плана горных работ 1:2000 (1:5000), при этом ось X совмещается с направлением осевой силы света Imax светильника. На оси X откладываются значения х = 10, х = 20, х = 30 и т.д.

Для заданного соотношения х/Н и угла Θ определяется координата ξ по формуле

перехода от относительной плоскости к расчетной.

32

где kз = 1,5 – коэффициент запаса.

По кривым относительной освещенности светильника для расчетных значений ξ и ε определяется координата η.

По значениям η, ρ, H определяется координата Y:

Полученные в результате расчетов координаты X и Y определяют точку поверхности с заданной горизонтальной освещенностью Eг.

Задаваясь рядом других значений координаты Х, аналогично определяют соответствующие координаты Y при неизменных величинах Θ, H, E. По расчетным координатам строят кривую равной освещенности (изолюкс) для данного типа светильника.

При определении числа прожекторов по способу компоновки изолюкс на освещаемой территории намечают место установки прожекторных мачт с учетом имеющихся естественных возвышенностей или высотных сооружений. Затем, применяя изготовленные шаблоны, имеющие форму выбранной кривой одинаковой освещенности (изолюксы) при высоте Н и угле наклона Θ, размещают их на плане освещаемой территории. Путем компоновки изолюкс добиваются полного перекрытия освещаемой площади при возможно меньшем числе прожекторов. При заданном числе прожекторов и высоте их установки освещенность в любых точках освещаемой площадки определяют точечным методом.

2.1.2 Точечный метод расчета освещения

Точечный метод расчета освещения применяется для расчета электрического освещения галерей, ж.-д. путей, автомобильных дорог, охранного освещения бортов карьера и промплощадки светильниками СПО, СПОР, CKЗПР, СПП, РКУ с лампами накаливания типа Г, КГ, НГ и газоразрядными лампами типа ДРЛ, ДРИ, ДНаТ, РВЛ, РНЛ. Для предварительно выбранных типа светильника, мощности лампы и

33

места установки светильника (рисунок 2.1.1) определяют освещенность E в заданной точке (А) рабочей поверхности (вертикальной или горизонтальной), которую сравнивают с нормируемой минимальной освещенностью Eн (таблица Б.1).

Для выбранного типа лампы определяют коэффициент приведения светового потока Фл действительной лампы к световому потоку условной лампы:

где с – коэффициент, учитывающий отношение светового потока лампы к световому потоку условной лампы;

Фл – световой поток лампы, лм; Фу – световой поток условной лампы, для которой

в справочниках приводится кривая силы света (КСС), лм, Фу = 1000 лм.

По кривым силы света для заданного типа светильника определяется сила света Iα под углом α в направлении освещаемой точки поверхности.

Горизонтальная и вертикальная освещенности рабочей точки поверхности определяются по формулам

34

где Ег – горизонтальная освещенность, лк; Ев – вертикальная освещенность, лк;

Iα – сила света в направлении луча, кд;

kз – коэффициент запаса (kз = 1,3 … 1,5), учитывающий уменьшение светового потока вследствие старения лампы и загрязнения осветительной арматуры.

Полученные значения освещенности сравниваются с минимально допустимой нормируемой освещенностью Ен по отношениям

Сечение осветительного кабеля определяется по формуле

где Pл – номинальная мощность лампы, кВт;

l1 – расстояние от трансформатора до осветительной сети, м;

L – протяженность осветительной сети, м;

с – поправочный коэффициент (с = 8,5 для трехфазной линии 127 В при равномерной нагрузке);

U – допустимая потеря напряжения ( U = 4 %).

2.1.3 Метод светового потока

Метод светового потока применяется при расчете электрического освещения ж.-д. разъездов, станций, рабочих уступов и погрузочных площадок, электрических подстанций и карьерных распределительных пунктов прожекторами ПЗ, ПЗМ, ПЗС, ПСМ, ПФС, ПКН, ИСУ с лампами типа Г, КГ, ПЖ, НГ. При расчете определяется число прожекторов и мощность ламп для создания требуемой освещенности Eн на рабочей поверхности.

Суммарный световой поток, необходимый для обеспечения минимальной освещенности, определяется по формуле

где Eн – нормируемая освещенность, лк;

35

Sосв – площадь освещаемой поверхности, м2; kз = 1,3 … 1,5 – коэффициент запаса;

kп = 1,15 … 1,50 – коэффициент потерь света по сторо-

нам.

Количество прожекторов для освещения заданной поверхности:

где Фл – световой поток лампы прожектора, лм (таблица Б.2);

ηл – КПД прожектора (таблица Б. 2).

Высота установки прожектора определяется по условию ограничения ослепляющего действия:

где Imax – максимальная (осевая) сила света прожектора, кд.

Мощность осветительного трансформатора определяется по формуле

где ηс – КПД осветительной сети; ηсв – КПД светильника;

cosϕсв – коэффициент мощности светильника.

2.1.4 Содержание раздела курсового проекта

Порядок расчета при использовании точечного метода приведен ниже.

1 Составляется расчетная схема освещения участка пути и предварительно выбирается тип подвесных светильников.

2 Определяются углы наклона лучей от светильников к точкам, находящимся напротив светильников и на наибольшем удалении от двух смежных опор осветительной линии.

36

3 По кривой силы света [4] для выбранного светильника определяется сила света под соответствующими углами.

4 С учетом коэффициента соотношения световых потоков определяется горизонтальная освещенность в расчетных точках.

5 В соответствии с минимальной нормируемой освещенностью (таблица Б.1) осуществляется проверка соответствия ей расчетных значений освещенности.

6 Определяются число светильников для освещения всей длины пути и мощность осветительного трансформатора.

Порядок расчета по методу светового потока следую-

щий.

1 В соответствии с площадью освещаемой поверхности определяется суммарный световой поток, необходимый для создания минимальной освещенности.

2 Выбираются типы прожекторов и ламп светильников, их число, высота установки.

3 По суммарной мощности осветительной нагрузки осуществляется выбор типа и мощности осветительного трансформатора.

Порядок расчета по методу изолюкс таков.

1 Предварительно выбираются тип прожекторной установки и лампы, высота установки от освещаемой поверхности, угол прожектора к горизонтали и величина нормируемой освещенности.

2 С использованием расчетных соотношений (2.1.1) … (2.1.3) определяются координаты для указанных угла наклона и освещенностей.

3 Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.1.1. Таблица 2.1.1 – Расчетные параметры изолюксы

37

4 На координатной сетке строятся изолюксы светильника и по перекрытию площади карьера определяется их количество и места установки на плане карьера.

2.2 Расчет электрических нагрузок и выбор мощности трансформаторов подстанций

Цель расчета – определение активной и реактивной электрической нагрузки отдельных участков (вскрышной, добычной, отвал и др.), технологических комплексов и карьера в целом для выбора числа и мощности трансформаторов главной понизительной (стационарной) подстанции ГПП (ГСП) и передвижных комплектных подстанций ПКТП. На основании расчета электрических нагрузок в дальнейшем осуществляются выбор и проверка проводов и кабелей, устройств системы релейной защиты, а также устройств компенсации реактивной мощности.

При разработке схем электроснабжения карьеров наиболее широко применяется расчет электрических нагрузок по методу коэффициента спроса.

2.2.1 Метод коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса используется для определения расчетных электрических нагрузок при значительной, характерной для карьеров неравномерности потребления электроэнергии горными машинами и электроустановками. Значения коэффициентов спроса для различных потребителей приведены в справочной литературе [3, 10] и таблицах Б.3 … Б.5.

Расчетная электрическая нагрузка, создаваемая группой однотипных одноковшовых экскаваторов, определяется по формуле

где kсп.т – коэффициент спроса по потребляемой мощности для групп одноковшовых экскаваторов (таблица Б.5);

38

Pн.дв.i – номинальная мощность сетевого двигателя главного преобразовательного агрегата i-го экскаватора, кВт;

Pт.сн = Sн.тcosϕн.т – активная мощность приводов вспомогательных механизмов, кВт;

Sн.т – номинальная мощность трансформатора собственных нужд, кВ·А;

cosϕн.т – номинальный коэффициент мощности трансформатора собственных нужд (cosϕн.т = 0,70 … 0,75);

tgϕдв – тангенс, соответствующий коэффициенту мощности (cosϕдв = 0,85 … 0,92 – для асинхронных двигателей, cosϕдв = = 0,8 … 0,9 (опережающий) – для синхронных двигателей);

Расчетная нагрузка нескольких групп однородных приемников:

i=1

где kмакс = 0,85 … 0,95 – коэффициент совмещения максимума нагрузок электроприемников.

Расчетная нагрузка группы однородных приемников с равномерным потреблением электроэнергии (компрессоры, конвейеры, насосы, вентиляторы и др.) определяется по формулам

приемников;

ΣPн – номинальная мощность приводных двигателей однородных приемников, кВт;

ηс – КПД сети (ηс = 0,94 … 0,95 – для воздушных линий электропередачи; ηс = 0,97 … 0,99 – для кабельных линий электропередачи);

kпер = 1,1 … 1,3 – коэффициент допустимой перегрузки трансформатора;

tgϕпр – тангенс, соответствующий коэффициенту мощности однородных приемников.

39

Расчетная нагрузка нескольких групп однородных приемников:

2.2.2 Расчетная мощность трансформатора ГПП и участковых КТП

Расчетная мощность трансформаторов подстанций карьера определяется с учетом категории потребителей по надежности и технико-экономического сравнения вариантов схем электроснабжения.

Расчетная нагрузка ГПП (ГСП) определяется по формуле

Мощность трансформаторов ГПП (ГСП) определяется по формуле

Мощность трансформаторов участковых подстанций ПКТП, питающих группу однородных приемников:

где cosϕсв – средневзвешенный коэффициент мощности группы приемников, cоответствующий tgϕсв:

tgϕсв = ∑Qр′′ . ∑Pр

Коэффициент загрузки трансформатора определяется по формуле

40