Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения подготовительных забоев Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.012:621.316.9

А.Г. Захарова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЕВ

Основными особенностями подготовительных забоев являются высокая вероятность их загазиро-вания 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 и переноски РП на расстояние Їк2 (рис. 2, б).

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.

Соответственно потери электроэнергии имеют два слагаемых:

АЭпз — АЭпост + АЭпер > (1)

где АЭпост - потери электроэнергии, обусловленные постоянной составляющей мощности потребителей подготовительного забоя, кВт-ч; АЭпер - переменная часть потерь, кВт-ч.

Формула для определения постоянной части

потерь получена профессором В.П. Муравьевым [1] из следующих соображений. При постоянной нагрузке 1м.п годовые потери, кВт-ч, в кабеле длиной Ьк'.

ДЭкг = Д^к Ьк Тм,

31

м.п і п-3

где АРК - -14, , -1 м.п

я*

•10 - 3 / 1м

- максимальный

ток, А, который за время Тм дает потери, эквивалентные действительным; g - проводимость меди, (мм2-м)/Ом; 5 - сечение кабеля, мм2.

Для определения годовых потерь в фидерном кабеле при последовательном во времени наращивании его длины при одинаковом сечении удобно воспользоваться рис. 2, а [2]. Если обозначить через I длину отдельного отрезка кабеля, I - время максимальных потерь при работе электроприемников через последний отрезок, а п - число отрезков, то общие потери будут равны сумме потерь на отдельных отрезках, то есть п

п( п+1)

АЭкп — ^ АРк • і •1 •І -АРк • і •1 •

2

. (2)

І—1

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

1 Ьк т

I = —— и I = —, получим

п п

Ьк т (1 + п)п = АР т г,1 1

К^К1

АЭкп —АРк — -х' ' —АРкЬкТ(- + —), (3)

п п 2 2 2п

но ДРкЬкт = ДЭк - потери электроэнергии при неизменной длине кабеля, поэтому

Д Экп = Д Эк (~ + ~ ) .

2 2п

(4)

Отношение

АЭК

1 1

АЭК 2 2п

— а показыва-

ет, 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

п ^ ю , а ^0.5.

На рис. 3 показана зависимость а = /(п) , откуда видно, что при п = 2 а = 0,75 и при п = 3 а = 0,67 .

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

а)

б)

Рис. 1. Схема расстановки конвейеров в подготовительных забоях и схемы электроснабжения: а - после первой переноски РП; б - после второй переноски РП; К1, К2, К3, К4 - конвейеры; ПК - проходческие

комбайны

беля.

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:

АЭп

2 —3

31м.п ЬКТма • 10

(5)

где 1м.п - суммарный максимальный ток постоянной части потребителей, А; Ьк - конечная длина

бронированного кабеля, м; а = (— + —) - коэф-

2 2п

фициент роста потерь при увеличении длины ка-

а)

( Л Л е е ее

ТСВП 1 ('ТР') е' (п-1)1 'Р ^2 а -р ' е-1 (( и I г * р |р ?пА еп

ТСВП к ' Ъ ^п-2 'к-! V

Рис. 2. К определению потерь электроэнергии в фидерном кабеле при увеличении его длины с постоянной нагрузкой (а) и при увеличении длины и нагрузки (б)

П

Рис. 3. К характеристике потерь электроэнергии в фидерном кабеле от числа отрезков п

беля; п - число отрезков кабеля длиной 1к, из которых составляется конечная его длина Ьк, 1к = Ьк / п ; тм - число часов максимальных потерь.

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-3р и 4ПУ она составляет 160^180 . 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 1к метров (рис 2, б).

Потери энергии на отрезке кабеля //, будут ДЭ1 = АР1 /1 т; на втором отрезке при увеличении нагрузки на Р 2:

ДЭ2 = [(ДР1 +ДР2 ; /1 + ДР2 /2 ]Т2;

на третьем при увеличении нагрузки на Р3:

ДЭ3 = [(ДР1 +ДР2 +ДР3 ) /1 +

+(др2 + др3) /2 + ДР3 /3 ] Т3;

на т-ом отрезке при увеличении нагрузки на Рт:

ДЭт =

= [(ДР1 + ДР2 +... + ДРт ) /1 +... + ДРт /т ] Тт . Просуммировав потери на отдельных отрезках и выполнив преобразования с учетом того, что

ДР1 = АР2 = ... = ДРт = АР, /1 = /2 =... = /т = / и

Т1 =Т2 =... = тт =т, определим переменные потери как

А Э = ДР^кТм г о + т(т + 1) ] (6)

ДЭпер = 2 г от-1 + 2 ], (6)

т 2

т(т +1 ^

где от = от _1 +------2--- - сумма т членов

арифметической прогрессии [3]; Ьк - конечная длина кабеля при окончании проведения выработки, м.

Расчеты показывают, что переменные потери электроэнергии за счет удлинения кабеля и роста нагрузки увеличиваются при т = 5 в 1,4 раза, а при т = 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 Рпер/Рпост составляет 0,75^0,84; при применении комбайнов ПК-3р и 4ПУ; 0,33^0,35 - с комбайна-

ми 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.

□ Автор статьи:

Захарова Алла Геннадьевна

- докт. техн. наук, проф. каф. электропривода и автоматизации