Электроэнергия шахты: как распределяются нагрузки между очистными и подготовительными забоями

Питание подземных распределительных пунктов и передвижных подстанций обычно организуют на среднем напряжении (6 кВ или 10 кВ), а далее напряжение понижают до уровня конкретного оборудования. Для подключения мощных передвижных установок используют сети до 3,3 кВ, для питания очистных комплексов – 1,14 кВ.

Основные потребители в очистных забоях

Очистной комплекс создаёт одно из наибольших нагрузок шахты. Её формируют следующие потребители: комбайн или струговая установка, забойный и перегрузочный конвейеры, насосные станции, системы крепи и вспомогательное оборудование. Сечение кабелей, мощность подстанций и аппаратуру защиты выбирают по расчетному току, потерям напряжения и токам короткого замыкания.

Комбайны и струги, скребковые конвейеры

Наибольшие динамические нагрузки создают очистные комбайны и скребковые конвейеры. Мощность приводов современных выемочных машин достигает сотен киловатт на отдельный двигатель, а суммарная мощность комплекса может измеряться мегаваттами.

Самый сложный момент для системы питания возникает при пуске конвейера под нагрузкой или при врезании комбайна в высокотвёрдую породу. Для асинхронных двигателей прямой пуск сопровождается кратковременным изменением тока, который в несколько раз превышает номинальные значения. Поэтому при расчёте сетей важно учитывать и одновременность включения крупных приводов.

Насосные станции водоотлива

Водоотлив относится к критически важным системам шахты. Насосные установки удаляют воду из участковых водосборников и передают её на последующие ступени водоотлива. Их мощность зависит от притока воды, напора и схемы шахтного хозяйства.

Главные водоотливные установки относятся к электроприемникам I категории надежности. Для них предусматривают резервирование питания и насосного оборудования. Участковые насосы также учитывают в балансе мощности участка, поскольку их отключение может быстро ухудшить условия работы.

Подготовительные забои: проходческие комбайны и вентиляция

В подготовительных выработках суммарная потребляемая мощность обычно ниже, чем в высокопроизводительной лаве, но потребители сильно рассредоточены по длине штрека. Проходческий комбайн работает циклично: периоды резания чередуются с креплением, перемещением оборудования и обслуживанием. Из-за этого график нагрузки имеет выраженные пики.

Энергопотребление вентиляторов местного проветривания

Вентиляторы местного проветривания (ВМП) обеспечивают подачу воздуха в тупиковые выработки и относятся к устройствам, которые обеспечивают безопасность работ. В газовых шахтах работа ВМП контролируется непрерывно, поскольку их остановка может привести к накоплению метана в тупиковой выработке. При прекращении проветривания питание технологического оборудования должно отключаться автоматически.

Для тупиковых выработок длиной более 100 м в газовых шахтах предусматривают резервные ВМП и резервное питание. Поэтому мощность вентиляторов входит в постоянную составляющую нагрузки подготовительного участка.

Освещение в узких выработках

По мощности освещение значительно уступает комбайнам и вентиляторам, но требует надежной и безопасной сети. В подземных выработках применяют светильники рудничного исполнения, а параметры сети выбирают с учетом условий эксплуатации и требований электробезопасности.

На длинных участках важно контролировать падение напряжения, состояние изоляции и защиту от токов утечки. Применение светодиодных светильников уменьшает установленную мощность освещения, но это не отменяют требований к защите кабельной сети.

Графики пиковых нагрузок и их влияние на питающую сеть

Максимальная нагрузка на сеть возникает в момент совпадения пуска крупных электродвигателей. Одновременный запуск комбайна, конвейера и насосов может вызвать заметную просадку напряжения.

При снижении напряжения уменьшается электромагнитный момент асинхронных двигателей, увеличивается время разгона и возрастает риск срабатывания защиты. Поэтому сеть рассчитывают по наиболее тяжелому реальному рабочему режиму, а не только по сумме паспортных мощностей.

Как избежать просадок напряжения при запуске комбайна

Первый способ – правильно выбрать мощность передвижной подстанции и сечение питающих кабелей. Чем ниже сопротивление линии, тем меньше падение напряжения при пуске. Но увеличивать запас мощности очень сильно может быть нерентабельно, поэтому применяют и схемные решения.

Например, для крупных приводов используют устройства плавного пуска, частотные преобразователи и программируемую очерёдность включения механизмов. Сначала запускают вспомогательные системы, затем конвейер и только после этого основные приводы комбайна. Это снижает вероятность совпадения пусковых токов.

При распределении нагрузки между очистными и подготовительными забоями учитывают не только мощность оборудования. Важно, какие механизмы работают одновременно, как долго они находятся под нагрузкой, какая протяженность кабельных линий и какие потребители должны иметь резервное питание.

На правах рекламы