You are currently viewing Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев

Основными особенностями подготовительных забоев являются высокая вероятность их загазирования и, следовательно, образования взрывчатой метано-воздушной среды, периодическое удлинение кабельной сети по мере подвигания забоев и повышение потребляемой мощности за счет ввода в работу новых ленточных или скребковых конвейеров.

При подготовке нового очистного забоя в пределах уклонного или бремсбергового полей возможно либо проведение спаренных подготовительных выработок с оставлением между ними целиков, либо одной тупиковой выработки. В первом случае проветривание забоев осуществляется за счет общешахтной депрессии, во втором — по крайней мере двумя резервирующими друг друга вентиляторами местного проветривания (ВМП), электроснабжение которых для обеспечения бесперебойности работы должно осуществляться от двух независимых источников электроснабжения.

Обычно подготовительные забои в силу относительно небольшой нагрузки питаются напряжением 380 — 660 В. Потери электрической энергии обусловлены присоединением дополнительных потребителей в виде конвейеров и увеличением протяженности кабельной сети.

На рис. 1 показано расположение горношахтного оборудования (ГШО) при проведении спаренных выработок проходческими комбайнами и системы электроснабжения до переноски распределительного пункта (РП) (рис. 1, а) и после установки нового конвейера К4 (рис. 1, б) и переноски РП на расстояние lk2 (рис. 2, б).

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 1
Рис. 1а – Схема расстановки конвейеров в подготовительных забоях и схемы электроснабжения после первой переноски РП
Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 2
Рис. 1б – Схема расстановки конвейеров в подготовительных забоях и схемы электроснабжения после второй переноски РП

где

  • К1, К2, К3, К4 – конвейеры
  • ПК — проходческие комбайны
Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 3
Рис. 2а – К определению потерь электроэнергии в фидерном кабеле при увеличении его длины с постоянной нагрузкой
Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 4
Рис. 2б – К определению потерь электроэнергии в фидерном кабеле при увеличении его длины при увеличении длины и нагрузки

Из приведенных на рис. 1 схем видно, что при проведении спаренных выработок имеет место постоянная и переменная во времени нагрузка, появляющаяся по мере увеличения протяженности выработки. Постоянная нагрузка определяется мощностью электродвигателей комбайнов или погрузочных машин, конвейера К2 и бурового вспомогательного оборудования. Переменная нагрузка связана с изменяющейся длиной конвейеров К1 и К3 (рис. 1, а) и вновь устанавливаемого конвейера К4 (рис. 1, б).

Соответственно потери электроэнергии имеют два слагаемых:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 5

(1)

где

  • ΔЭпост — потери электроэнергии, обусловленные постоянной составляющей мощности потребителей подготовительного забоя, кВт.ч
  • ΔЭпер — переменная часть потерь, кВт.ч

Формула для определения постоянной части потерь получена профессором В.П. Муравьевым [1] из следующих соображений. При постоянной нагрузке Iм.п годовые потери, кВт.ч, в кабеле длиной Lk.

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 6

где

  • Iм.п — максимальный ток, А, который за время τм дает потери, эквивалентные действительным
  • g — проводимость меди, (мм2.м)/Ом
  • s — сечение кабеля, мм2
Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 7

Для определения годовых потерь в фидерном кабеле при последовательном во времени наращивании его длины при одинаковом сечении удобно воспользоваться рис. 2, а [2].

Если ввести следующие обозначения:

  • l — длина отдельного отрезка кабеля
  • t — время максимальных потерь при работе электроприемников через последний отрезок
  • n — число отрезков

Поэтому общие потери будут равны сумме потерь на отдельных отрезках, следовательно:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 8

(2)

Просуммировав потери на отдельных отрезках и выполнив преобразования с учетом того, что:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 9

В результате получаем:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 10

(3)

В свою очередь ΔPKLKτ=ΔЭК — потери электроэнергии при неизменной длине кабеля, поэтому:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 11

(4)

Получим отношение:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 12

Это выражение показывает, во сколько раз уменьшаются годовые потери в кабеле, если его длина принята сразу не максимальной, а последовательно во времени составляется из отрезков по мере подвигания забоя. При непрерывном наращивании кабеля, то есть при n → ꝏ, α → 0.5.

На рис. 3 показана зависимость α=f(n), откуда видно, что при:

  • n=2
  • α=0,75
  • n=3
  • α=0,67

Дальнейшее увеличение числа отрезков кабеля незначительно уменьшает потери. Вместе с этим при увеличении количества отрезков возникают практические трудности наращивания кабеля.

Поэтому, исходя из потерь энергии, целесообразно общую длину низковольтного фидерного кабеля брать не сразу равной максимальной, определяемой из условия допустимых потерь напряжения, а составлять из нескольких отрезков.

Таким образом, постоянная составляющая потерь, кВт-ч, имеет вид:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 13

(5)

где

  • lм.п — суммарный максимальный ток постоянной части потребителей, А
  • LK — конечная длина бронированного кабеля, м;
  • n — число отрезков кабеля длиной lК, из которых составляется конечная его длина LK, lK = LK / n
  • τм — число часов максимальных потерь
Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 14

— коэффициент роста потерь при увеличении длины кабеля

На значение потерь в СЭС подготовительных забоев существенное влияние оказывают различные вспомогательные операции: подготовка крепежного материала, крепление выработок и др., в результате чего коэффициент машинного времени не превышает 0,3 — 0,4. По этой причине время максимальных потерь в (5) может составить 2200-2500 ч.

Анализ СЭС подготовительных забоев показал, что постоянная составляющая установленной мощности электродвигателей подготовительного забоя зависит от типа применяемого комбайна: для комбайнов ПК-Зр и 4ПУ она составляет 160÷И80. кВт; ГПКС — 380÷400 кВт, 4ПП-2м — 280÷285 кВт. Переменная часть потерь формируется за счет периодического роста нагрузки, например, при пуске в работу дополнительного оборудования, в том числе конвейеров.

Рассмотрим случай, когда рост нагрузки происходит за счет периодического удлинения ленточного конвейера по мере подвигания подготовительного забоя на lК метров (рис 2, б).

Потери энергии на отрезке кабеля lК, будут:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 15

На втором отрезке при увеличении нагрузки на Р2:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 16

На третьем при увеличении нагрузки на Р3:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 17

На m-ом отрезке при увеличении нагрузки на Pm:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 18

Просуммировав потери на отдельных отрезках и выполнив преобразования с учетом того, что:

  • ΔР1 = ΔР2 = … = ΔРm = ΔР
  • l1 = l2 = … = lm = l
  • τ1 = τ2 = … = τm = τ

Следовательно, определим переменные потери следующим образом:

Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 19

(6)

где

  • LK — конечная длина кабеля при окончании проведения выработки, м
Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев 20

— сумма m членов арифметической прогрессии [3]

Расчеты показывают, что переменные потери электроэнергии за счет удлинения кабеля и роста нагрузки увеличиваются при m=5 в 1,4 раза, а при m=7 в 1,7 раза против первоначальных.

Переменная составляющая потерь электроэнергии полностью зависит от типов конвейеров в подготовительных выработках:

  • При применении ленточных и скребковых конвейеров соотношение Рперпост составляет 0,75÷0,84.
  • При применении комбайнов ПК-Зр и 4ПУ; 0,33÷0,35 — с комбайнами ГПКС и 0,47÷0,5 — с комбайнами 4ПП-2м.
  • При применении скребковых конвейеров переменная часть установленной мощности в 2-3 раза превышает постоянную часть, что означает соответствующий рост энергопотребления.
  • При проведении тупиковых выработок формулы (5) и (6) справедливы при условии учета в составе нагрузки электродвигателей вентиляторов местного проветривания.

Анализ соотношения (6) показывает, что увеличение числа удлинений способствует росту потерь электроэнергии. По этой причине с точки зрения энергосбережения удлинение конвейеров следует производить не более 2-3 раз за время проведения выработки, в то время как увеличение числа наросток кабеля приводит к заметному снижению потерь.

Список литературы

  1. Муравьев, В. П. Расчет электрических сетей угольных предприятий. — М.: Недра, 1975. — 184 с
  2. Захарова, А.Г. Закономерности электропотребления на угольных шахтах Кузбасса: монография /Захарова А.Г.; Гос. учреждение Кузбас. гос. техн. ун-т. — Кемерово, 2002. — 198 с

Источник: Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев / А.Г. Захарова // Вестник КузГТУ. — 2007. — №5. — C. 51-54

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org