1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА 2. Выбор величины напряжения

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Электрические станции предназначены для производства электрической и тепловой энергии, путём
постепенного преобразования энергии, заключённой в природных энергоносителях (уголь, газ, нефть,
ядерное топливо, вода...) в тепловую, механическую и далее в электроэнергию при помощи специальных
машин.
Электроэнергия передаётся и распределяется при помощи линий электропередач (ЛЭП).
Энергетическая система - установки по производству, распределению и потреблению электроэнергии,
связанные между собой электрическими и тепловыми сетями
Электрическая система - часть энергосистемы (генераторы, распредустройства, ЛЭП, и приёмники
электроэнергии)
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.
Выбор величины напряжения производится путём технико-экономических сравнений ряда вариантов
схем при различных напряжениях. Рассматривают 2 - 3 варианта с определением капитальных затрат,
ежегодных эксплуатационных расходов, расхода цветных металлов и суммарных затрат. Предпочтение
отдаётся сети более высокого напряжения.
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.
Для подземных потребителей - 127/220/380/660/1140 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:
I-я категория:
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.
1.
2.
3.
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.
Магистральная система (рис.5.2) предусматривает питание нескольких потребителей через
одну или две параллельные линии с односторонним или двухсторонним питанием. Эти схемы
позволяют наиболее экономично использовать принцип дробления подстанций
Смешанные схемы питания получили распространение на крупных предприятиях, имеющих
различные группы, как по мощности, так и по требованию к надёжности.
Глубокий ввод - наиболее распространённая система электроснабжения горных предприятий,
представляет собой систему с максимальным приближением высшего напряжения к электроприёмникам
и минимальным числом ступеней промежуточной трансформации.
рис.5.1 Радиальная схема электроснабжения



для первой категории
для второй категории
для третьей категории
рис.5.2 Магистральная система электроснабжения

магистральная разомкнутая с односторонним питанием
(для второй категории)

магистральная замкнутая (для третьей категории)
рис.7.1 Системы внутреннего и внешнего электроснабжения



а - внешнего;


г - электроснабжение стац. и полустац. установок;
б - потребителей поверхности;
в - высоковольтное электроснабжение подземных
работ;
д - электроснабжение участков
6. Показатели качества электроэнергии
ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего
назначения" устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии.
Показатели качества
1
Установившееся отклонение
напряжения,δUy
2
Размах изменения напряжения,δUt
Доза фликера, Р
3 - кратковременная, РS
- длительная, РL
Коэф. искажения синусоидальности
4
кривой напряжения, KU
Коэф. n-ой гармонической составляющей
5
напряжений, KU(n)
Коэф. не симметрии напряжения по
6
обратной последовательности, K2U
Коэф. не симметрии напряжения по
7
нулевой последовательности, K0U
8 Отклонение частоты, ∆f
9 Длительность провала напряжения, ∆tn
10 Импульсное напряжение, Uimp
11 Коэф. временного перенапряжения, KперU
Нормы качества электроэнергии
Нормально
Предельно
допустимые
допустимые
5%
10%
Согл. кривым 1,2
рис1
лампы
накаливания
люминисц.
лампы
1,38
1,0
1,0
0,74
табл.1
табл. 1
табл. 2
табл. 2
2
4
2
4
0,2 Гц
0,4 Гц
30 сек
определяется по приложениям ГОСТ
Фликер - субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников
освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети.
Доза Фликера - мера восприимчивости человека к воздействию Фликера за установленный период
времени (измеряется Фликерметром или по специальной интегральной методике).
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):
1.
2.
3.
4.
5.
Внешнего электроснабжения - комплекс сооружений, осуществляющих передачу энергии от
районной подстанции до приёмной подстанции шахты (ячейка на районной подстанции, ЛЭП,
высокая сторона ГПП).
Потребители поверхности.
Высоковольтное электроснабжение подземных горных работ.
Электроснабжение стационарных горных участков
Электроснабжение участков.
8. Схемы электроснабжения подземных участков
В зависимости от глубины применяют следующие схемы электроснабжения:
1.
2.
При глубине залегания более 300 метров, все потребители в шахте питаются по кабелям,
напряжением 6 кВ, проложенным в стволе.
Если очистные и подготовительные работы ведутся на глубине до 300 метров, и на большом
расстоянии от стволов, то электроприёмники на участках питаются через скважины.
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.
Магистральные схемы - ЛЭП могут располагаться вдоль, или поперёк фронта горных работ.
Продольные ЛЭП на уступах выполняют в виде временных воздушных линий. Потребители
подключаются к ним через карьерные распредпункты (КРП) и переключательные пункты (ПП участковые).
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:




I - метан
IIA - окись углерода
IIB - этилен
IIC - водород
и шесть групп по температуре самовоспламенения:






Т1 - 450°С
Т2 - (300-400)°С
Т3 - (200-300)°С
Т4 - (135-200)°С
Т5 - (100-135)°С
Т6 - (85-100)°С
ГОСТ 12.2.020-76 подразделяет взрывозащищённое оборудование на две группы:


I - рудничное взрывозащищённое
II - взрывозащищённое для внутренней и наружной установки
и три уровня взрывозащиты:



I - РП - повышенной надёжности против взрыва
II - РВ - взрывобезопасный
III - РО - особо взрывобезопасный
и без уровня: РН - рудничное нормальное (для предприятий не опасных по газу и пыли)
При маркировке электрооборудования приняты следующие обозначения:











В - взрывонепроницаемая оболочка
1В - 65В
2В - 127В
3В - 660/1140В
4В - 6000В
И - искробезопасные цепи
П - защита типа "е" (заполнение спец. веществом)
М - маслянное заполнение
К - кварцевое заполнение
С - компаундные вещества
А - автоматическое защитное отключение
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):
P,Q,S,I = f(t)
Они могут быть сняты и построены для любого промежутка времени.
Следует различать индивидуальные и групповые графики:


групповые - заглавные буквы латинского алфавита;
индивидуальные - строчные.
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.
1.
2.
3.
Первый коэффициент - коэффициент использования активной мощности электроприёмника, или
группы электроприёмников.
кu = Рс/Рном
Второй коэффициент - коэффициент максимума, представляет собой отклонение получасового
максимума нагрузки к её среднему значению.
кmax = Рmax/Рср
Третий коэффициент - коэффициент спроса, показывает отношение максимальной расчётной
мощности, к её номинальному значению.
кс = кmaxкu
Номинальная мощность (Рном) - это мощность, на которую расчитан и изготовлен электроприёмник
(указывается в паспорте).
Средняя нагрузка (Рс) - среднее значение нагрузки, за интервал заданной длительности.
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.
Пиковая нагрузка - кратковременная нагрузка (1-20 сек), обусловленная пуском электродвигателей,
эксплуатационными короткими замыканиями дуговых электропечей, электросваркой. Эта нагрузка
принимается за основу в расчётах колебания напряжений при выборе устройств и уставок аппаратов
защиты и при проверке сетей по условиям самозапуска.
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:
Sрасч = kсP∑ном / cosφср.взв.



cosφср.взв. = (P1cosφ1 + P2cosφ2 + ... + Pncosφn) / (P1 + P2 + ... + Pn);
P∑ном - суммарная установленная (номинальная) мощность всех электроприёмников участка;
kс- коэффициент спроса, учитывающий одновременность работы электродвигателей и степень их
загрузки. Определяется по эмпирической формуле:
kс = (0.4 + 0.6)Pном.max / P∑max,
где Pном.max- номинальная мощность наибольшего электродвигателя.
Расчётная мощность, полученная по данному методу получается завышенной, поэтому рекомендуется
вводить коэффициент 1,25
Sном ≥ Sрасч / 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 (Iкаб ≥ Iдоп).
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.



∆U%норм = 5%
∆U%пуск = 20%
∆ Uдопустимое ≥ ∆Uтр + ∆Uм.к. + ∆Uг.к.
Порядок расчёта электроснабжения участка шахты
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Составляется таблица электроприёмников, с указанием наименования, марки и номинальных
данных электродвигателей (номинальная мощность, номинальный ток, пусковой ток);
Определение мощности трансформаторной подстанции;
Выбор марки кабелей, расчёт их длинны;
Выбор сечения жил кабелей по номинальному току двигателей, сечение жил магистрального
низковольтного кабеля по расчётному току
Iрасч = kсP∑ном / (3½ Ucosφср.взв.)
Расчитывается падение напряжения для выбранных сечений в нормальном режиме и при пуске
наиболее мощного и удалённого электродвигателя;
Расчитывают токи короткого замыкания:
I(3)max
I(2)max
Выбирается аппаратура управления и защиты, определяются установки максимально-токовой
защиты;
Проверка выбранной аппаратуры на отключающую способность и чувствительность.
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:
1.
Нарушение изоляции происходящее в следствии её несовершенства, или посторонних причин
(обрыв, удар молнии, попадание посторонних предметов).
2.
Ошибки при ремонтных работах, включениях и отключениях.
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:



трёхфазные - возникающие при одновременном замыкании накоротко всех трёх фаз (I(3)max 1,6
I(2)min);
двухфазные;
однофазные - возникающие при замыкании между фазой и землёй (возможны только в системах
с заземлённой нейтралью)
Процесс протекания короткого замыкания слагается из двух режимов:
1.
2.
Переходного:
o ударный ток - возникает в течении первых 0,01-0,2 секунд, сопровождается
электродинамическим эффектом, способным сорвать провода с изоляторов, повредить
обмотки двигателей, трансформаторов;
o разрывной ток - появляется в течении первых 0,2 секунд, в течении которых сеть должна
быть отключена автоматической защитой.
Установившегося. Возникает при несрабатывании защиты, ведёт к злектротермическому
эффекту.
Действующее значение периодической составляющей к.з. может быть определено по формулам Тоя:



I(3) = E / (3½ Z) ;
I(2) = E / (Z1 + Z2) ;
I(1) = (3½ E) / (Z1 + Z2 + Z3), где
Е - действующее значение ЭДС генератора;
Z1, Z2, Z3 - сопротивление прямой, обратной и нулевой последовательности.
Знать токи короткого замыкания необходимо:



для выбора электрооборудования;
для проектирования релейной защиты;
выбора средств ограничения токов к.з.
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 (iа) и периодической iр) составляющих.
iк = iа + iр
В результате этого, результирующий ток в некоторые моменты времени может превосходить амплитуду
установившегося тока. Быстрота перехода в установившийся режим определяется постоянной
установления:
τ = L / r, где L - индуктивность
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 (iу).
Для удобства расчёта ударного тока, вводят ударный коэффициент 1 ≤ kу ≤ 2


При к.з. вблизи генераторной станции величина активного сопротивления будет минимальной, τ
→ ∞, ударный ток будет 2 max;
Когда к.з. происходит в удалённой точке, то τ → 0, r → ∞. kу = 1
По ударному току проверяют электроаппараты, шины, изоляторы - на электродинамическую стойкость.
По действующему значению установившегося тока проверяют аппаратуру на термическую стойкость.
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.
На новых угольных шахтах допускаемая мощность короткого замыкания не должна превышать S ≤ 100
МВА (старые шахты - до 50).
Защита от токов короткого замыкания производится плавкими предохранителями и максимальнотоковой защитой.
Расчёт токов короткого замыкания
Допущения при расчётов токов короткого замыкания:
1.
2.
3.
4.
Трёхфазная сеть симметрична и сопротивления отдельных фаз равны между собой.
Не учитываются токи намагничивания трансформаторов.
Не учитываются активные сопротивления некоторых элементов сети (трансформаторов,
реакторов, воздушных линий) из-за их малости по сравнению с индуктивными сопротивлениями.
Не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчётную
схему.
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.


I(3) = Uном / (3½ (R2 + X2)½ ) ;
I(2) = (3½ I(3)max) / 2
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:
1.
2.
Естественные способы:
o Полная загрузка силовых трансформаторов и электродвигателей, или их замена на
меньшую мощность, в соответствии с нагрузкой;
o Приведение системы электроснабжения к номинальному режиму - приближение ПУПП
к потребителям, замена кабелей и проводников на большее сечение;
o Замена асинхронного нерегулируемого электропривода на синхронный.
Искусственные методы:
o Применение синхронных компенсаторов - синхронных двигателей работающих в
холостую (cos φ = 1,0; синхронные двигатели являются генераторами реактивной
мощности, с отдачей её в общешахтную сеть);
o Применение статических элементов (косинусных конденсаторов).
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
Если БК включаются параллельно нагрузке - это поперечная компенсация (рис. ), а при
последовательном - продольная (рис. ).
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. XL > XC (рис. )
2. XC > XL (рис. )
3. XC = XL (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 Uc = 5-20% Uном.
Поэтому ёмкость продольной компенсации компенсирует лишь часть мощности.
Установки продольной компенсации практически не являются источником мощности. Главное
назначение - частичная компенсация индуктивного сопротивления участков электросети, для
уменьшения потери напряжения в них.
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:
1.
2.
Коммерческий - осуществляется по расчётным счётчикам для финансового расчёта с
электроснабжающей организацией. Счётчики устанавливаются с высокой стороны (35-110 кВ).
Технический - по контрольным счётчикам, для анализа расхода электроэнергии внутри
предприятия. Счётчики устанавливаются на ГПП шахты и дают возможность определить расход
энергии по службам, цехам, подразделениям.
Изменённый прейскурант № 09-01 предусматривает два вида тарифов - одно и двухставочный:
1.
2.
Одноставочный тариф состоит из платы за 1 кВт/ч отпущенной потребителю активной
электроэнергии.
Двухставочный состоит из годовой платы за 1 кВт заявленной (договорной, абонированной)
потребителем максимальной мощности, участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы и
платы за 1 кВт/ч потреблённой активной электроэнергии. Заявленная - это наибольшая
получасовая электрическая мощность. Часы максимума нагрузки устанавливаются
электроснабжающей организацией поквартально, в соответствии с режимом нагрузки
энергосистемы. Заявленная мощность фиксируется поквартально в договоре и периодически
контролируется энергоснабжающей организацией по фактическому получасовому максимуму
активной нагрузки (Рфакт). Если Рфакт > Рмах. договорной , в конце квартала производится перерасчёт
суммы оплаты по Рфакт. Если Рфакт ≤ Рмах. договорной, оплата производится по величине, указанной в
договоре.
Все потребители подразделяются на пять тарифных групп:
1.
2.
3.
4.
5.
Потребители с присоединённой мощностью 1 МВА и выше.
Потребители с присоединённой мощностью до 1 МВА.
Оптовые потребители (перепродавцы).
Население.
Посёлки, городки.
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. )
Изолированная нейтраль - нулевая точка, изолированная от земли или присоединённая к заземляющемму
устройству через большое сопротивление.
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. )
Глухозаземлённая нейтраль - нейтраль, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно
или через малое сопротивление. Система применяется для электроснабжения установок поверхности
шахт, в следствии возможности одновременного питания силовых и осветительных установок.
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.
1.
2.
Одновременное прикосновение человека к двум фазам трёхфазной сети:
Iчел = Uчел/ Rчел =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.
Гораздо чаще происходит прикосновение к одной фазе, представляющее собой замыкание на
землю, ток зависит от режима нейтрали. Величина тока зависит от сопротивления изоляции и
ёмкости фаз относительно земли.
Iчел = 3Uф / (3Zчел + 3Zc), где Zc = Rc + Xc - полное сопротивление сети.
а) при Zc >> Zчел - ток ограничивается изоляцией и практически не зависит от сопротивления тела
человека. Этот случай имеет место в непротяжённых линиях и при высоком уровне активного
сопротивления.
б) Большая протяжённость сети (большая ёмкость) и малое активное сопротивление (старые
сети) Zчел >> Zс , Iчел ~ Uф / Zчел = Iутечки.
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):




перегрузка электрооборудования;
протекание сверхтоков из-за короткого замыкания;
отклонение напряжения от номинального сверх допустимого значения;
неполнофазный режим работы
Требования к релейной защите:




селективность (избирательность);
простота и надёжность;
безопасность;
экономичность.
Системы должны быть взаимозаменяемыми, блочными.
По принципу действия:


прямого действия;
косвенного (подключение производится через систему измерительных трансформаторов и т.п.)
Защита ЛЭП
Наиболее широкое распространение для защиты питающих и распред. линий от повреждений получили
максимально-токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки (ТО).
МТЗ - основной вид защиты для сетей с односторонним питанием. Устанавливается в начале каждой
линии со стороны источника питания. Это обеспечивает каждую линию самостоятельной защитой,
отключающей линию при повреждении, или повреждениях на шинах питающейся от неё подстанции.
При к.з. на каком-либо участке цепи, ток к.з. проходит по всему участку цепи, расположенному между
точкой повреждения и источником питания - срабатывают все защиты. Поэтому, для соблюдения
условия селективности, максимальные защиты выполняются с выдержкой времени с нарастанием по
ступенчатому принципу при приближению к источнику. Выдержка времени (ступень селективности), в
зависимости от от применяемых токовых реле, может составить 0,3-1 сек.
ТО - токовая защита с ограниченной зоной действия. Различают отсечки мгновенного (токовая защита 1й ступени) и отсечки с небольшой выдержкой времени 0,3-0,6 сек. (2-й ступени).
Сочетание ТО (1-й и 2-й ступеней) и МТЗ позволяет получить 3-х ступенчатую защиту.