§ 2.5 Основные требования к электроснабжению открытых горных работ

Кроме требований, регламентирующих длительность перерывов электроснабжения отдельных категорий потребителей, любая система должна обеспечивать экономичность и безопасность всех элементов системы электроснабжения, потребность в электроэнергии высокого качества в полном объеме.

Эти требования к системе электроснабжения карьера (разреза) в целом или отдельных его участков, экскаваторов, буровых станков, агрегатов, комплексов могут быть обеспечены рациональным построением схемы электроснабжения с применением электрооборудования, обладающего устойчивостью к работе в специфических условиях открытых горных разработок, а также организацией высокого уровня эксплуатации.

Передвижные трансформаторные подстанции (ПТП) и приключательные пункты (ПП), а также электрооборудование экскаваторов и других горных и транспортных машин должно надежно работать в условиях тряски, толчков и вибрации, обладать повышенной механической и электрической прочностью и быть устойчивыми к частым передвижкам, взрывной волне и ударам комьев породы, иметь достаточные уплотнения,препятствующие попаданию внутрь оболочек пыли и влаги. Все электрооборудование карьера (разреза) должно иметь конструкции, схему и специальные блокировки и защиты, обеспечивающие полную безопасность обслуживающего персонала.

Одним из главных требований, предъявляемых к построению системы электроснабжения карьера (разреза), является обязательное устройство электрической защиты от однофазных замыканий на землюв электрических сетях, обеспечивающей безопасность обслуживания электроустановок.

Качество электроэнергии характеризуется нормальными величинами частоты напряжения на вводах потребителей.

Уровень частоты с колебаниями в пределах 0,2 Гц обеспечиваются энергосистемой, от которой осуществляется электроснабжение карьера (разреза).

Важным требованием при построении схемы распределительных сетей карьера (разреза) является поддержание величины напряжения на клеммахприводных асинхронных и синхронных экскаваторов (и другого горного и транспортного оборудования ОГР) на заданном уровне, обеспечивающее успешный их запуск, а также нормальную работу всех остальных электроприемников.

§ 2.6 Регулирование напряжения

Поддерживать напряжение у потребителя неизменным и равным номинальному практическими невозможно. Поэтому, исходя из характеристик отдельных приемников, Правилами устройств электроустановок устанавливаются пределы допустимых отклонений напряжения.

Предельные допустимые отклонения напряжения

у приемников электрической энергии (по ГОСТ 130109-67)

Характеристика приемника	Предельное отклонение, %
Рабочее освещение цехов предприятий, общественных зданий, прожекторное освещение	от +5 до –2,5
Освещение жилых зданий, аварийное и наружное освещение	±5
Аварийный режим осветительной установки	-12
Электродвигатели: нормальный режим особый режим	±5 +10

Отклонение напряжения вызываются потерей напряжения, которая равна алгебраической разности между напряжениями на входе и выходе приемников (например: в ЛЭП потеря напряжения равна разности между напряжениями в начале и конце ЛЭП). С другой стороны потеря напряжения может быть определена через передаваемые активную и реактивную мощности. Анализируя эти определения, получаем возможные средства регулирования напряжения в конце ЛЭП (на выходе приемника).

Средство I– изменение напряжения в начале ЛЭП на ±5% регулированием напряжения генератора (в схемах электроснабжения карьеров не может быть использовано).

Средство II – изменение напряжения в начале ЛЭП на ±10% путем изменения коэффициента трансформации трансформаторов, находящихся в эксплуатации на карьерах.

Средство III – изменение реактивной мощности путем параллельного подключения перевозбужденных синхронных двигателей, синхронных компенсаторов.

Средство IV – то же, статистических конденсаторов.

Средство V – компенсация реактивного сопротивления путем последовательного (в рассечку линии) включения конденсаторов.

Средство VI – создание добавочной ЭДС автотрансформаторами.

Средство VII – то же, потенциал – регуляторами.

Средство VIII – то же, вольтдобавочными трансформаторами.

Средство IX – отключение параллельно работающих трансформаторов или линий электропередачи.

Выбор наиболее выгодного коэффициента трансформации. Одним из наиболее доступных и эффективных средств регулирования напряжения является изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов. Обмотка высшего напряжения у силовых трансформаторов имеет со стороны нейтрали специальные регулировочные ответвления, которые выведены на переключатель, расположенный на крышке трансформатора. Большая часть современных трансформаторов на номинальное напряжение 6-34 кВ снабжается переключателем ПБВ. Каждое из выбранных и установленных на переключателе ответвлений соответствует одному из возможных коэффициентов трансформации (коэффициент трансформации – отношение номинального напряжения выбранного ответвления к номинальному напряжению обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода).

С помощью ПБВ коэффициент трансформации можно изменять в пределах ± 5% номинального напряжения равными ступенями по 2,5% (номинальные напряжения регулировочных ответвлений трансформаторов 25-630 кВА, имеющих ПБВ, приведены в справочной литературе).

Неудобство переключателя ПБВ заключается в том, что с его помощью можно производить переключения только при отключенном трансформаторе. Поэтому в настоящее время большее распространение получили трансформаторы, снабженные устройством РПН (устройство, позволяющее регулировать напряжение под нагрузкой). Номинальные напряжения регулировочных ответвлений с РПН приводятся в справочной литературе. Регулятор РПН может иметь:

1. Ручное управление;

2. Дистанционное управление;

3. Автоматическое управление.

Большее число ответвлений, а, следовательно, и число коэффициентов трансформации обуславливают необходимость определения наиболее выгодного коэффициента трансформации.

Под наивыгоднейшим коэффициентом трансформации понимают тот, при котором трансформатор обеспечивает наименьшее отклонение напряжения у потребителей. Выбирается такой коэффициент для трансформаторов на карьерах (разрезах) в следующих случаях:

1. При больших изменениях нагрузки на участке, который питается от данного трансформатора;

2. При определении минимально необходимой мощности синхронного компенсатора, предназначенного для регулирования напряжения;

3. При определении мощности батарей статических конденсаторов, устанавливаемых для регулирования напряжения.

Существует несколько методов определения наивыгоднейшего коэффициента трансформации.

Использование синхронных двигателей и конденсаторов в качестве регуляторов напряжения. Регулирующая способность синхронных двигателей (или синхронных компенсаторов) и конденсаторов заключается в том, что они генерируют реактивную мощность вблизи места ее потребления и этим освобождают сеть частично или полностью от перетока реактивной мощности, в результате чего потеря напряжения в сети снижается. Эффект снижения потери напряжения тем больше, чем больше реактивное сопротивление тех участков, которые освобождаются от реактивной мощности, и чем больше мощность генерирующих реактивную мощность установок.

Синхронные двигатели и синхронные компенсаторы могут работать в зависимости от степени их возбуждения не только генераторами, но и потребителями реактивной энергии, т.е. с их помощью можно изменить потерю напряжения не только в сторону уменьшения, но и увеличения.

Расчет потребной мощности конденсаторной батареи на три фазы и мощности синхронного компенсатора в режиме перевозбуждения можно произвести с погрешностью в сторону увеличения мощности на 10-15%.

В паспортных данных синхронных двигателей указывается номинальная полная мощность (кВА) и активная мощность при опережающем коэффициенте мощности, обычно принимаемым 0,8-0,9.

Перевозбуждая двигатель, можно снизить коэффициент мощности, но при этом полная и активная мощности двигателя также снижаются.

Продольная компенсация. Одним из возможных средств регулирования напряжения является уменьшение реактивного сопротивления цепи за счет последовательного включения в цепь емкостного сопротивления конденсаторов. Изменяя величину последовательно включенной емкости (изменяя величину реактивного сопротивления) можно регулировать напряжение на шинах потребителя электрической энергии. Последовательно включенные конденсаторы, служащие для компенсации реактивной мощности и сопротивления цепи, получили название установок продольной компенсации (УПК). Сопротивление конденсаторов, из которых может быть собрана установка УПК, определяют по паспортным данным.

Применение установок УПК особенно целесообразно в тех случаях, когда режим работы потребителя резко изменяется во времени, например асинхронные двигатели с частыми пусками, сварочные аппараты и т.д.

Последовательное включение конденсаторов по сравнению с параллельным имеет ряд особенностей:

1. Для последовательного включения применяются только однофазные конденсаторы с бумажно-масляным или бумажно-саловым заполнением;

2. Номинальное напряжение конденсаторов, применяемых в УПК, выбирают не по номинальному напряжению сети, а по перепаду напряжения на их выводах, равному произведению рабочего тока потребителя на реактивное сопротивление конденсатора;

3. Все конденсаторы УПК должны надежно изолироваться от земли в соответствии с напряжением на линии;

4. Для защиты от затяжных коротких замыканий, резких колебаний рабочего тока конденсаторы УПК должны шунтироваться параллельно включенными разрядниками;

5. Конденсаторы УПК являются вспомогательными источниками реактивной мощности, а, следовательно, помимо регулирования напряжения, являются средством для улучшения коэффициента мощности.