Конспект лекцій з дисципліни " електрифікація гірничих та промислових виробництв " для студентів напряму підготовки 050701



Сторінка1/8
Дата конвертації03.12.2016
Розмір1.73 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8
Державний вищий навчальний заклад

«Криворізький національний університет»

Кафедра електропостачання та енергетичного менеджмента


КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

З ДИСЦИПЛІНИ

ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ ГІРНИЧИХ



ТА ПРОМИСЛОВИХ ВИРОБНИЦТВ
для студентів напряму підготовки 6.050701

«Електротехніка та електротехнології»

всіх форм навчання

м. Кривий Ріг

2013 р.
Укладачі: Мельник О.Є., канд. техн. наук, доцент.

Змістовий модуль № 1. Особливості експлуатації електрообладнання на підприємствах гірничих виробництв

Лекція №1

Тема 1. Електрифікація підприємств як основна енергетична база комплексної механізації і автоматизації гірничих робіт. (1 година)

Електрифікація відіграє провідну роль у розвитку всіх галузей народно-го господарства та суспільства, оскільки є базою комплексної механізації і автоматизації виробничих процесів. Електроенергія, маючи такі незаперечні переваги перед іншими видами енергії, як універсальність перетворення, зручність використання, екологічна чистота, можливість передавання на великі відстані, потребує винятково обережного поводження, оскільки є потенційно смертельно небезпечною для життя людей.

Проблема безпечного використання електроенергії – загальносвітова проблема. Проте найгострішою та найбільш актуальною вона є для України. Щорічно від електротравм в Україні на 1 млн населення гине понад 20 осіб, тоді як у розвинених країнах Європи цей показник становить 5–7 осіб.

Використання електроенергії пов’язане з небезпекою як безпосередньо для працівників, так і для технологічного процесу, обладнання та приміщень; є загроза пожеж, вибуху. Безпека стає одним з найбільш значущих чинників, особливо для електропостачання виробництв з підвищеною або особливою небезпекою електротравматизму (підвищена температура, відносна вологість, струмопровідна підлога, пил, недостатнє освітлення та ін.) за наявності пожежонебезпечних речовин чи вибухонебезпечних сумішей. Часто кілька чинників підвищеної небезпеки існують одночасно. Аварії в цих умовах можуть призвести до техногенних катастроф, наслідком яких можуть бути як загибель значної кількості людей, великі матеріальні збитки, так і незворотні процеси для навколишнього середовища.

До таких виробництв зокрема належать геотехнічні об’єкти (шахти, рудники, кар’єри, які є потужними споживачами електроенергії і мають ряд специфічних вимог до електропостачання та вирішення багатьох проблем безпечного використання електроенергії. Розглядаючи проблеми безпечного використання електроенергії на таких підприємствах, доцільно розширити саме визначення поняття «електробезпека» оскільки пожежі, вибухи, спричинені електроустановками, являють собою не меншу небезпеку, ніж безпосереднє ураження людей електричним струмом, особливо в обмежених просторах підземних виробок. Тобто можна вважати, що електробезпека в цих умовах – це такий стан системи, в якій використовується електроенергія, за якого виключа-ються ураження електричним струмом, пожежі, вибухи та інші руйнівні дії, що спричиняються електричним струмом і являють собою безпосередню чи побічну загрозу здоров’ю та життю людини, руйнування обладнання виробничого процесу, споруд чи загрозу довкіллю.

Сучасні шахти, рудники, кар’єри – це великі споживачі електричної енергії. Поширення набув видобуток корисних копалин найбільш ефективним відкритим способом на основі впровадження прогресивної технології і гірничотранспортного обладнання великої одиничної потужності.

Видобуток сировини відкритим способом – це енергоємний технологічний процес. Потужність електроприймачів окремих підприємств, загальнорудних комплексів, гірничо-збагачувальних комплексів (ГЗК) досягає 300 МВт і більше.

Надалі розвиваються також підземні способи видобутку корисних копалин на базі використання високопродуктивних комплексів для виймання корисних копалин і проходження підготовчих виробок. Електричні навантаження сучасних шахт становлять від 20 до 70 МВт. Енергооснащеність шахт зростає зі збільшенням глибини розробки. Підвищується потужність гірничозбагачувальних комплексів. Установлено потужність обладнання сучасних збагачувальних фабрик – 150 МВт. Проте використання електричної енергії пов’язано з небезпекою як для працівників, так і для самого технологічного процесу багатьох галузей промисловості (загроза пожежі, вибуху). Безпека стає одним із найважливіших чинників, особливо в разі електрифікації підземних гірничих робіт.



Тема 2. Умови експлуатації та роботи електроустаткування й електричних мереж. (2 години)

Умови експлуатації електроустаткування визначають як сукупність зовнішніх чинників (фізичних величин), що впливають на нього під час роботи. Зовнішні чинники розділяють на дві групи: кліматичні та механічні.

На підземних гірничих роботах з кліматичних чинників найбільше впливає на устаткування вологість, температзфа, пил, корозійно-активні речовини. Такими, що найбільш впливають механічними чинниками є вібрація; різкі поштовхи та удари, а для вивідних кінців обмоток і кабелів також розтягувальна і згинаюча сили; обертальний момент; скручування, які можливі під час монтажу електроустаткування.

Висока вологість (до 100 %) в підземних виробках вугільних і рудних шахт пояснюється наявністю ґрунтових вод, а підвищена температура - природним ії збільшенням у зв'язку з позитивним градієнтом по глибині розробок і в незначній мірі тепловиділенням від працюючого елев:троустаткування.

Значна корозійна активність шахтних вод пояснюється вмістом в них катіонів і аніонів кислот і лугів, діоксиду вуглецю, а також інших хімічно активних елементів, що досягають 50 грамів на літр. Вологість, температруа, пил і агенти агресії, діючі на оболонки і ізоляцію електроустаткування, знижують його надійність, що призводить до передчасних відмов.

Виділяють три характерні види дії температури на роботу електроустаткування в кар'єрах: тривале підвищення або пониження; коливання температури; епізодичне підвищення або зниження. Причина передчасної відмови електроустаткування під час тривалого впливу підвищеної температури - невідповідність класу ізоляції струмовідних частин ступеню нагріву.

Зміни температур і, як наслідок, періодичне нагрівання та охолоджування електроустаткування обумовлені добовими коливаннями та циклічністю роботи самого устаткування. Особливо несприятливо відображаються зміни температур з переходом че­рез нуль за високої вологості, оскільки при цьому відбувається випадання інею на контактах, примерзання якорів електромеханічних реле та порушення через це роботи систем керування.

За низьких температур (-30° С і нижче) особливо ускладнюється робота устаткування електромереж. Наприклад, трансформаторне масло густіє настільки, що призводить до повної відмови масляних Вологість, температура, пил і агенти агресії, діючи на оболонки й ізоляцію електроустаткування, знижують його надій­ність, що призводить до передчасних відмов. За відкритої розробки родовищ корисних копалин перелік кліматичних чинників, які впливають на електроустаткування, значно ширше. Окрім впливу більш високих (+ 45° С і вище)

І низьких (до -500 С і нижче) температур,а також її змін протягом доби, додається дія сонячного випромінювання, вітру, дощу, інею.Виділяють три характерні види дії температури на роботу електроустаткування в кар'єрах: тривале підвищення або пониження; коливання температури;мепізодичне підвищення ибо зниження. Причина передчасної відмови електроустаткування під час тривалого впливу підвищеної температури – невідповідність класу ізоляції струмовідних частин ступеню нагріва.Зміни температур і як наслідок періодиче нагрівання та охолодження електроустаткування обумовлені добовими коливаннями та циклічністю роботи самого устаткування. Особливо несприятливо відображаються зміни температур з переходом через нуль за високої вологості, оскільки при цьому відбувається випадання інею на контактах, примерзання якорів електромеханічних реле та порушення через це роботи систем керування. За низьких температур (-300 С і нижче) особливо ускладнюється робота устаткування електромереж. Наприклад, трансформаторне масло густіє настільки, шо призводить до повної відмови масляних вимикачів. Їх заміна на цих умов на вакуумні- найефективніша міра підвищення експлуатаційної надійності.

Несприятливо відображається вологість на роботі електричних апаратів, наповнених трансформаторним маслом. Воно гігроскопічне, тому легко поглинає вологу. При цьому діелектрична міцність його знижується. От чому заміна трансформаторного масла в апаратах повинна проводитися досить часто - через три-чотири місяці.

Атмосферна корозія на відкритих роботах пов'язана з шаром вологи, який епізодично з'являється па поверхні електроустаткування й забруднюється різними хімічними речовинами, осідаючими з повітря. Електроліт, що утворюється при цьому, інтенсивно руйнує елементи електроустаткування.

На кар'єрне електроустаткуваїпія суттєво впливає сонячна радіація. Під сонячним промінням різко прискорюються процеси розпаду електроізоляційних матеріалів (поліхлорвінілу, фторопласту, гуми та ін.), розтріскуються й руйнуються лакофарбові покриття. Додатковий нагрів поверхонь відкрито встановленого устаткування прямим сонячним промінням досягає 15-30° С. Такого впливу, наприклад, зазнають кар'єрні високовольтні приєднувальні пункти, які розміщуються безпосередньо на робочих бортах кар'єрів.

Запорошення гірничих виробок, а також атмосфери кар'єрів залежить від способу руйнування корисної копалини (механічний, буропідривний), виду транспорту (електричний, автомобільний), конструкцій навантажувально-розвантажувальних пристроїв і споруд.

Найбільшого впливу пилу на шахтах і кар'єрах зазнає вибійне електроустаткування. Концентрація пилу тут підвищена. Накопичуючись на поверхні струмовідних частин електроустаткування, шар пилу стає електропровідним, тому по ньому й відбувається пробій ізоляції. З другого боку, потрапляючи в електроустаткування, частинки пилу прискорюють абразивний знос окремих його елементів, стають причиною заклинювання підшипників. Встановлено, що між запорошенням повітря в кар'єрах і напрацюванням до капітального ремонту електроустаткування існує достатньо тісний кореляційний зв'язок. Його звичайно використовують під час створення нових пилонепроникних конструкцій електроустаткування.

Механічної дії у вигляді ударів, вібрацій, розтягувальних зусиль та іншого зазнає електроустаткування при переміщенні більшості машин в процесі роботи (очисні та прохідницькі комбайни, екскаватори та ін.) і при періодичному пересуванні електроустановок (конвеєри, бурові верстати, підстанції, розподільні та приєднувальні пункти). Електроустаткування піддається також механічній дії від падаючих скельних уламків під час обвалення покрівлі в підземних виробках і проведенні вибухових робіт в кар'єрах. При цьому особливо в тяжких умовах знаходиться електромережне устаткування (кабельні або кабельно- повітряні лінії електропередачі, розподільні та приєднувальні пункти, пересувні підстанції), розташоване поблизу вибоїв. Робота цих елементів в системі кар'єрного електропостачання визначається не стільки характером зміни електричних навантажень, скільки станом трас для їх переміщення. Приєднувальні пункти та інше устаткування електромереж під час транспортування по непідготовлених трасах зазнають значних вібраційних навантажень: частота вібрацій до 180 Гц. Вібраційні навантаження часто призводять до руйнування опорних і прохідних ізоляторів, поломки тяг, розрегулювання контактних систем, втрати жорсткості та міцності зварних конструкцій, пошкодження приладів і реле захистів.

В тяжких умовах працює гнучкий кабель до пересувних машин, який піддається постійним механічним діям: розтягуванню, вигину, крученню, стиранню. Найбільшої деформації зазнає частина кабелю, яка безпосередньо примикає до гірничої машини.

Окрім кліматичних і механічних чинників зовнішнього середовища, на стан електроустаткування суттєво впливають гірничотехнічні чинники. Це виявляється в характері режимів роботи відокремлених груп електроприймачів (ЕП) (рис. 1.1), з'єднаних загальною технологією з достатньо виявленою концент­рацією по процесах виймання, підготовки фронту очисних робіт і транспортування корисної копалини.

Серед ЕП вибоїв вугільних шахт в найважчих умовах працює електропривід вугільних комбайнів. Споживана потужність і режим роботи комбайнових електродвигунів визначаються потужністю і будовою пласта, в'язкістю й міцністю вугілля швидкістю різання та подачі комбайна, а також іншими чинниками. Їх різноманітність і нерегулярність дії обумовлює несталий, різко змінний характер навантаження електродвигунів, велику ймовірність перевантажень і перекидання. У той же час середнє їх навантаження за цикл нижче номінального.

За даними досліджень під час виймання досить міцного вугілля частота перевантажень електродвигунів комбайнів досягає 20 на годину. Велика також і кількість пусків (30 і більше на годину).

Специфічні умови роботи ЕП в лаві помітно впливають на формування сумарного електричного навантаження добувних дільниць. Це добре видно на графіку зміни в часі пруги в електричній мережі, від якої живиться вугледобувний

к
омплекс (рис. 1.2). Звичайно коефіцієнт заповнення графіків електричних навантажень ЕП комплексно-механізованих лав за добу близький до 0,5, а за зміну досягає 0,7 (див. рис. 1.1, а). При цьому впродовж майже 50 % часу роботи комбайна поточ­не значення навантаження ЕП перевищує 30-хвилинний мак­симум, оскільки безперервний час роботи комбайна, як прави­ло, значно менше часу усереднювання графіка навантаження.

Для проведення магістральних і підготовчих виробок широке розповсюдження в даний час отримали прохідницькі комбайни. Встановлено, що коефіцієнт варіації струмового навантаження (див. рис. 1.1. в) цих машин досягає 0,63. От чому до електропостачання підготовчих вибоїв слід висувати такі ж вимоги, що й до видобувних дільниць.



Робота конвеєрів супроводжується важкими пусками під навантаженням через необхідність розгону значних махових мас і неминучого в умовах експлуатації заштибування скребкового ланцюга або стрічки. Тому пусковий момент конвеєрних електродвигунів в реальній шахтній мережі повинен в 1,5-2 рази пе­ревищувати номінальний. Не дивлячись на відносно спокійний характер навантаження цієї групи ЕП (див. рис. 1.1, б, г), нормальний режим їх роботи може бути забезпечений за достатньо високої якості напруги, оскільки завантаження електродвигунів збірних (див. рис. 1.1, б) і магістральних (див. рис. 1.1, г) конве­єрів звичайно високе.

Оскільки робота будь-якого екскаватора є повторенням процесів черпання та підйому навантаженого ковша, повороту екскаватора у напрямку розвантаження, повороту у зворотному напрямку, то повний робочий цикл цього електромеханічного комплексу здійснюється трьома робочими механізмами: підні­мальним, напірним і поворотним.

Н
а рис. 1.3 наведена діаграма навантаження головного двигуна підземного одноківшевого екскаватора з груповим приводом. На цій діаграмі добре видно коливання навантаження в період копання.

Аналіз роботи підземних екскаваторів як з груповим, так і з індивідуальним приводом указує, що режим роботи основних механізмів екскаваторів характеризується частими пусками й реверсами, швидкими розгонами та зупинками, різкими штовхами й піками навантаження. Піки навантаження двигунів вдвічі-втричі більше середніх навантажень і повторюються кілька разів протягом одного циклу навантаження. Можливе стопоріння робочого органу екскаватора під час зустрічі з непереборними перешкодами. Звідси випливає ряд вимог до електроприводу екскаваторів. Ці вимоги стосуються в основному форми електромеханічної характеристики, яку повинні мати електродвигуни різних механізмів, швидкодії автоматичних систем керування, діапазону регулювання частоти обертання, конструктивних особливостей електроустаткуванкм, яке використовується.

Для самохідних навантажувальних машин безперервної дії з індивідуальним приводом також характерна висока, хоча й менша порівняно з груповим приводом, динамічність. Привід основних механізмів цих машин (робочого органу, механізму пересування конвефа) має різко змінне навантаження, що необхідно врахову­вати під час вибору системи приводу та її параметрів.

Аналіз навантаження приводу бурових верстатів, які застосовуються на рудних тахтах і в кар'єрах, свідчить про важкі умови їх роботи. Під час буріння cвepдловин в міцних і тріщинуватих породах часто, подібно вугільним комбайнам, відбувається заклинювання бурового інструменту. У цьому випадку електродвигун працює в режимі перекидання, а температура його обмоток часто перевищує допустиму.

Висловлене про режими роботи вибійного електроустаткування у вугільних і рудних шахтах характерне й для кар'єрних екскаваторів. Особливість полягає в тому, що в цих машинах застосовується система індивідуального приводу. Потужність приводу та продуктивність значно перевищують аналогічні показники підземних екскаваторів.

Умови роботи піднімальних машин на шахтах і рудшіках визначаються, в основному, глибиною залягашія корисної копалини і кітькістю гірської маси, яку належить підняти за зміну (добу), тобто виробничою потужністю шахти. Навантаження цих електроустановок має циклічний характер (рис. 1.4). При цьому зберігається відносна постійність споживання електроенергії за цикл. За сталого режиму кількість циклів роботи піднімальних установок протягом години приблизно однакова. Максимальна кшькість цик­лів в одиницю часу залежить від тривалості одного циклу

Водовідливні, вентиляторні та компресорні установки, які в основному забезпечують безпечні умови праці на шахтах і в рудниках, характеризуються безперервним режимом роботи. їх навантаження змінюється відповідно до зміни водоприпливу, протяжності гірничих виробок, а також в результаті підвищення температури із зростанням глибини відпрацювання корисної копалини. Для прикладу на рис. 1.5 наведено графік навантажень водовідливного комплексу в цілому для шахти.

Особливості роботи електроприводу гірничих машин визначають і улюви експлуатації комутаційної апаратури. Через велику кількість перемикань контактні системи апаратів швидко зношуються, механізми вмикання-вимикання розрегульовуються, трансформаторне масло у вимикачах інтенсивно старіє. Тому для надійного електропостачання необхідно частіше здійснювати ревізію апаратури та регулювання її функціональних вузлів.

З висловленого випливає висновок, що для надійного функціонування електротехнічних систем і комплексів рудникове

Лекція № 2

Тема 3. Енергетичні показники і тарифи на електроенергію. (2 години)

Питомою витратою електроенергії називається кількість електроенергії Wa, витраченої підприємством на одиницю виробленої продукції М, кВтּгод/од.



Питома витрата електроенергії є одним з економічних показників роботи електроустановок підприємства. Він визначається найчастіше експериментальним шляхом на основі статистичних даних про витрату електроенергії й досягнуту продуктивність.

Витрата електроенергії на видобуток 1 т корисної копалини, установленая планом на шахту або рудник, називається нормою питомої витрати електроенергії. Необхідно відзначити недосконалість існуючої методики визначення норм електроспоживання, що приводить до значних розходжень у нормах витрати електроенергії серед шахт, що працюють з аналогічними технологіями, з однаковим рівнем механізації робіт і приблизно однаковою потужністю. Це пов'язане з тим, що в питому норму електроспоживання включаються витрати електроенергії як на виконання корисної роботи, так і на всі можливі невиробничі потреби. Дійсно, споживання шахтой електроенергії

може бути розділена на дві складові: постійну – витрата електроенергії, що практично прямо не пов'язана з вуглевидобутком (вентиляція, водовідлив, електричне освітлення, допоміжні установки й ін.) і змінну – витрата електроенергії, необхідної на виконання корисної роботи.

Питома вага постійної складової в середньому у вугільній промисловості перебуває на рівні 70%. Структура електроспоживання на вугільних шахтах за основними технологічними ланками характеризується такими показниками [6]:

видобуток і транспортування вугілля з очисних вибоїв - 8%; підземний транспорт - 12%; проведення підготовчих виробок - 10%; підйомні установки - 20%; загальношахтна вентиляція - 20%; водовідливні установки - 17,6%; компресорні установки - 10,6% і інші споживачі - 10,8%.

Питома витрата електроенергії складе



, кВт∙год/т. (9.13)

Звідси випливає, що при збільшенні продуктивності шахти, зменшується частка постійної складової витрат, що доводиться на одну тонну корисної копалини. Це приводить до зменшення питомої витрати електроенергії.

Установлення планової загальношахтної норми електроспоживання , як правило, починається з визначення технологічних норм за окремими процесами (відбійка й доставка, транспортування, буріння шпурів і свердловин, підйом, водовідлив, вентиляція й т.д.). Після цього приводять їх до 1 т корисної копалини й підсумовуванням визначають загальношахтну норму електроспоживання .

Питомі норми електроспоживання за окремими технологічними процесами залежать від гірничо-геологічних умов, схеми розкриття й способу підготовки шахтного поля, засобів механізації виїмки корисної копалини, розмірів шахтного поля й багатьох інших факторів. Вони коливаються в широких межах. Так, наприклад, питоме електроспоживання по шахтах коливається від 39,7 кВтּгод/т у Західному Донбасі до 412,3 кВтּгод/т у центральних районах Донбасу. У 2000 році середні питомі витрати електроенергії по шахтах України склали 118,7 кВтּгод/т. Причому, шахти зі значним обсягом видобутку мають найбільш низьке питоме електроспоживання, а на шахтах з невеликим обсягом видобутку спостерігається низька енергоефективність. Це обумовлено високим рівнем постійної складової електроспоживання. Низка енергоефективність є причиною високої вартості вугілля. Вартість електроенергії в загальної вартості вугілля складає до 20%, а для деяких вуглевидобувних компаній до 50%.

Планування електроспоживання шахт і рудників проводиться на основі даних про питомі норми електроспоживання.

Зниження фактичного питомого електроспоживання може бути досягнуто перевиконанням плану видобутку шахти або здійснення організаційних і технічних заходів, спрямованих як на впровадження окремих більше економічних технологічних процесів, так і на зниження втрат електроенергії.



Розрахунки за користування електричною енергією

Контроль витрати електроенергії промисловими підприємствами здійснюється лічильниками активної і реактивної енергії. Можливо два види обліку спожитої електроенергії: комерційний і технічний. Комерційний облік виконується за розрахунковими лічильниками для розрахунків з електропостачальною організацією. Технічний облік проводиться для аналізу витрати електроенергії усередині підприємства.

Усі споживачі електричної енергії підрозділяються на дев`ять груп:

1 група – промислові та прирівнювані до них споживачі з приєднаною електричною потужністю 750кВ·А і більше;

2 група – промислові та прирівнювані до них споживачі з приєднаною електричною потужністю до 750кВ·А;

3 група – оптові споживачі-перепродавці;

4 група – виробничі сільськогосподарчі споживачі;

5 група – електрифікований залізничний транспорт;

6 група – електрифікований міський транспорт;

7 група – непромислові споживачі;

8 група – населення;

9 група – населені пункти.

Оплата активної електричної енергії незалежно від тарифної групи (крім побутових) проводиться за ринковим роздрібним одноставочним тарифом, тобто за витрату електроенергії, що облічена лічильниками активної енергії.

Місячна плата за електричну енергію визначається за виразом



, (9.14)

де - місячне споживання активної енергії, кВт ּгод; а – ринковий роздрібний одноставочинй тариф, грн/кВтּ год. Він установлюється, для кожної електропостачальної організації і затверджується Національною комісією з питань регулювання електроенергетики (НКРЕ).

Для регулювання режимів роботи енергетичної системи України НКРЕ затвердила порядок застосування при розрахунках за електроенергію тарифів, диференційованих за періодами часу (піковий, напівпіковий, нічний). Ставка тарифу для споживачів 1 (напруга більше ніж 35 кВ) і 2 (напруга менше ніж 35 кВ) класів і, відповідно, тарифних груп для кожного періоду часу визначається шляхом множення встановленого тарифу для споживачів даного класу і тарифної групи на відповідний коефіцієнт (табл.1).

Таблиця.1

Тарифні зони і тарифні коефіцієнти


Назва зони

Зимові

з 01.10 до 31.03

Літні

з 01.04 до 30. 09

Разом,

год.

Коефіцієнт

Нічна

з 23 до 6 год

з 23 до 6 год

7

0,25

Напівпікова

з 6 до 8 год

з 10 до 17 год

з 20 до 23 год


з 6 до 8 год

з 11 до 17 год

з 22 до 23 год


12

1,02

Пікова

з 8 до 10 год

з17 до 20 год



з 8 до 11 год

з20 до 22 год



5

1,80
  1   2   3   4   5   6   7   8


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка