Rozvody elektrické energie v dolech a lomech

Transkript

1 Katedra obecné elektrotechniky FEI, VŠB-TU Ostrava 1. Transformovny na povrchových dolech Hlavní rozvodna na povrchovém dole je na napětí 100, 35 nebo 22kV. Napájení rozvodny je provedeno minimálně dvěma nezávislými přívody buď ze sítě 110 kv přes transformátory nebo ze sítě 22 kv. Zásadní schema rozvodu elektrické nergie na povrchovém dole je znázorněno na obr.1. Rozvody elektrické energie v dolech a lomech 1. Transformovny na povrchových dolech 2. Dozorna 3. Trakční měnírny v dolech a lomech 4. Rozvod elektrické energie na řezech 5. Odběrná místa 6. Rozvod elektrické energie na velkostrojích 7. Rozvod elektrické energie na plovoucích bagrech. 8. Elektrický rozvod v podzemí dolů únor 2004 Ing. Václav Kolář (podle skript Hornická elektrotechnika II. Doc. Šoral) Obr.1. Rozvod el. energie na povrchovém dole. Transformátory T1,T2, každý o výkonu 250kVA, 22kV/0,4 kv, jsou určeny pro napájení vlastní spotřeby a osvětlení. Transformátory T3,T4, každý o výkonu 4 MVA, 22/6,3 kv napájí rozvodnu 6 kv, ze které vedou kabelové vývody k poddruženým rozvodnám na velkostrojích. Transformátory T5,T6,T7, každý o výkonu 3370 kva, 22/2, lkv, jsou určeny pro napájení trakční měnírny. Dva vývody z rozvodny 22kV jsou určeny pro napájení podružné transformovny briketárny. Rozvodna 22 kv je krytá, kobková. Kobky rozvodny jsou vyzbrojen maloolejovými vypínači VMC 22/600, rozvodna 6 kv je kobková, vybavená výkonovými expansními vypínači. V podružné rozvodně briketárny jsou dva transformátory, znichž jeden je určen pro motorický rozvod a druhý pro osvětlení. Jednopolové schéma rozvodu vn je uvedeno na obr.2. Hlavní rozvodna je na napětí 35 kv. Je napájena dvojitým venkovním vedením 110 kv, 50 Hz. Rozvodna 35 kv je krytá, kobková. Z rozvodny je rovněž napájena trakční měnírna. 2. Dozorna Dozorna je umístěna v hlavní rozvodně. V současné době jsou v dozornách instalovány manipulační rozvaděče, což jsou panelové oceloplechové rozvaděče, obsahující řídící, signální a měřící přístroje pro dálkovou obsluhu a pomocné rozvaděče. V moderních rozvodnách je manipulační pult, u něhož manipulant kontroluje rozvod a kromě toho má na starosti několik všeobecných ovládacích úkolů, jako zapínání a regulování světelného panelu, zapínání osvětlení dozorny a odstavování akustických návěští. Manipulační rozvaděč je tedy hlavní částí dozorny. 2

2 se volí obvykle napětí v trakćní měnírně o 10% vyšší, než je jmenovité napětí trakční. Nejvyšší přípustné napětí při chodu naprázdno nesmí překročit o více než 20% jmenovitého trakčního napětí. Tabulka. Stejnosměrné trakční proudové soustavy. dráhy báňské pouliční městské průmyslové železnice Trakční napětí normalizované [V] Jmenovité napětí v měnírně [V] Maximální napětí [V] Vzdálenost napájecích stanic [km] 1 až 2 2 až 4 4 až 8 10 až až 40 Instalovaný výkon měnírny [MW] 0,5 až 1 1 až 2 2 až 3 3 až 6 6 až 12 Vstupní napětí trakční měnírny je z trojfázové energetické sítě je u nás 6,22 nebo 35 kv, u průmyslových drah a železnic je také 110 kv. Trakční měnírna na povrchovém dole bývá obvykle součástí hlavní rozvodny povrchového dolu. Elektrické zařízení trakční měnírny se skládá: 1) z trojfázové rozvodny, ve které se rozděluje vstupní výkon do usměrňovačových transformátorů a valstní spotřeby, bývá součástí hlavní rozvodny, 2) z polovodičových neřízených usměrňovačů, 3) z rozvodny stejnosměrného trakčního proud kladné a záporné polarity, která obsahuje vypinače usměrňovačů a napaječů, filtr pro vyhlazení usměrněného napětí a odporníky pro vyrovnávání proudů ve zpětných kabelech Stejnosměrné trakční vedení Elektrické lokomotivy na povrchových dolech jsou napájeny ze stejnosměrného trakčního vedení, které rozdělujeme podle polohy k lokomotivě na : 1) boční trolejové vedení, které je používáno na pohyblivých kolejích na horizontech proto, aby bylo možno vlakovou soupravu naložit u velkostrojů shora, 2) vrchní trolejové vedení, které je používáno na pevných úsecích tratě. Jednotlivé úseky vrchního trolejového vedení jsou od sebe odděleny úsekovými děliči proto, aby se mohla provádět přestavba rozvodu bez vypnutí celého trolejového rozvodu. Obr.2. Jednopolové schema rozvodu vn. Z dozorny se řídí provoz elektrického zařízení a obsluha má stále přehled o jeho okamžitém stavu, takže může rychle provést potřebné provozní zásahy, hlavně při náhlých poruchách. Proto bývá na manipulačním rozvaděči zpravidla přesná kopie základního jednopolového schematu, které bývá obvykle světelné. Má tu velkou přednost, že obsluha je okamžitě informována, které části rozvodu a které odbočky jsou pod napětím, což je provozně velmi důležité. Schema spojení je provedeno různými barvami, jimiž se naznačí přípojnice a vedení. 3. Trakční měnírny v dolech a lomech Pohon vozidel elektrickým proudem se nazývá elektrická trakce. Pro napájení kolejové dopravy se většinou používá stejnosměrné napětí (stejnosměrná trakční soustava). K přeměně střídavého proudu na stejnosměrný se používají měnírny, vybavené polovodičovými usměrňovači. Jmenovitá napětí ve stejnosměrných trakčních sítích jsou normalizována. Na krytí úbytku napětí v rozvodu trakčního proude Z trakční měnírny vede k troleji přívodní vedení s kladným potenciálem proti zemi. Zpětné vedení má potenciál proti zemi záporný a je připojeno na kolejnici. Zjednodušené schema rozvodu stejnosměrného trakčního vedení je na obr.3. Kolejnice jsou kromě běžných spojek propojeny pružnými vodivými kolejnicovými spojkami. 1-usměrňovač trakční měnírny, 2-přívodní napájecí vedení, 3-zpětné napájecí vedení, 4-trolejové vedení, 5-tpětné kolejnicové vedení, 6-zesilovací vedení, 7-obcházející vedení, 8-odpojovač, 9-el. Lokomotiva, 10-úsekový dělič, 11-izolátor trolejového vedení. Obr.3. Schéma rozvodu stejnosměrného trakčního vedení na povrchovém dole 3 4

3 4. Rozvod elektrické energie na řezech Rozvodné soustavy na řezech můžeme rozdělit podle směru elektrického vedení vzhledem k porubní frontě na tři základní skupiny a to na: podélné rozvodné soustavy, u nichž prochází napájecí venkovní vedení nebo kabelové vedení podél porubní fronty. Počet napájecích vedení vysokého napětí souhlasí u této soustavy s počtem řezů. K těmto vedením jsou pomocí odběrných míst připojena pohyblivá kabelová vedení pro napájení pohyblivých spotřebičů na povrchových dolech (lžícové rypadlo, kolesové rypadlo apod.). Délka pohyblivého přívodu bývá vzhledem na provoz (vhodné navíjení) asi 250 až 300 m. Poněvadž část této délky se spotřebuje na nerovnost kabelového uložení (záhyba, smyčky) a porubni fronta je rovněž v určité vzdálenosti od odběrného místa, potom praktická mezní vzdálenost rypadla od odběrného místa je asi 200 až 250 m. Za těchto podmínek se může rypadlo pohybovat podél řezu na vzdálenost 200 až 250 m na obě strany od odběrného místa, tedy na celkovou vzdálenost asi 500 m. Tato vzdálenost obvykle souhlasí s délkou porubní fronty. Při větší délce řezu je možno rypadlo připojit k dalšímu odběrnému místu, poněvadž vzdálenost odběrných míst bývá asi 500 m. Na pevná vedení navazují vedení přesuvná v prostorech určených k důlní činnosti a na řezech. Přesuvná vedení jsou často přestavována a proto jsou stavěna na tzv. přesuvných stožárech. Jsou to dřevěné impregnované sloupy o délce 11 m pro napětí 6 kv, které jsou upevněny šrouby na speciálních svařovaných stojanech. Přesuvná vedení končí na přechodovém stožáru, ze kterého je proveden kabelový svod do vypínacího kiosku. Při podélném uložení vedení na řezech neprotínají tato vedení směr pohybu rypadla. Tato skutečnost je hlavní přednosti podélné rozvodné soustavy, která se velmi rozšířila. příčné rozvodné soustavy, u nichž se vedení z rozvodny přivádí přimo k okraji dolu, odkud se svádí na řezy, které protínají. Na každém řezu, v místě kde jej protíná napájecí vedení se umisťuje odběrné místo, ze kterého jsou pohyblivými kabaly napájeny pohyblivé spotřebiče (rypadla). Předností tohoto rozvodu je přítomnost vysokého napětí na řezech jen v několika bodech, čímž se značně zvyšuje bezpečnost a provozní spolehlivost. Není nutné přemisťovat vedení vysokého napětí. Nevýhodou je obtížný přivod vedení na řezy a možnost poškození přivodů rypadly nebo projíždějícími vlaky. Není-li na řezech trolejové vedení a venkovní vedení nn, má příčná rozvodná soustava zřejmé výhody před podélnou rozvodnou soustavou. kombinované rozvodné soustavy jsou složeny z podélné i příčné soustavy. To znamená, že podélná vedení na řezech napájíme z pevného vedení na okraji dolu, od něhož vedou příčná vedení na řezy. 5. Odběrná místa Dobývací práce na povrchových dolech vyžadují, aby se většina spotřebičů podle charakteru práce mohla pohybovat jak ve směru postupu řezu tak také podél řezu. Místa ve kterých připojujeme spotřebiče k napájecím vedním označujeme jako odběrná místa nebo přípojné body. Základní požadavky na odběrná místa: 1) odběrné místo se musí zajišťovat rychle a snadné připojení a odpojení od venkovního vedení všech spotřebičů napájených z tohoto místa a rovněž tak každého zvlášť 2) odběrné místo se musí skládat z jednoduchých a spolehlivých zařízení, 3) montáž a demontáž odběrného bodu nesmí narušit provoz celého řezu, 4) konstrukce odběrného místa musí zaručit spolehlivý a bezpečný provoz. 1) Blokové přemistitelné rozvodné zařízení typu H 35 je ve skříňovém provedení s transportními ližinami. Přívod je volným vedením 35 kv, vývod je 35 kv volným venkovním vedením a může se přepojovat třemi odpojovači. 2) Bloková přemistitelná spínací stanice SSH-35. Je to v podstatě přemístitelná spínací skříň 35 kv. Přívod je venkovním volným vedením 35 kv, vývod je obvykle kabelem 35 kv k rypadlům. Jednopolové schema spínací stanice SSH-35 je znázorněno na obr.4. Obr.4. Spínací stanice SSH-35. 3) Přesuvná transformovna TSM se skládá ze tří částí: - z rozvodny 35 kv, - z transformátoru 35/6 kv, 4MVA, Ydl, - z rozvodny 6 kv. Přívod pro rozvodnu 35 kv může být proveden buď venkovním volným vedením nebo kabelovým vedením. Součástí blokové transformovny TSM je také transformátor 100 kva, 35/0, 4/0, 231 kv, 50Hz, určený pro osvětlení a vytápění. Ochrana před nebezpečným dotykem je provedena zemněním. Jednopolové schema je na obr.5. 4) Typizovaná skříňová přesuvná rozvodna 6 kv/500 V, 50 Hz, se používá pro napájení podružných čerpacích stanic na povrchovém dole. Čerpací agregát s výkonností 15 m 3 /min má poháněcí motor 320 kw, 6 kv. Jednopolové schema rozvodny je na obr.6. 5) Přesuvný kiosek typu K 23 je vybaven trojpolovým ručním odpojovačem, maloolejovým vypinačem, nadproudovým relé, proudovými a napěťovými transformátory pro napájení měřících a jistících přistrojů a optickou signalizací provozních stavů. Je opatřen specielními zámky a výstražnými tabulkami podle ČSN. Kiosek je upraven pro připojení kabelového svodu i odvodu pro všechny používané kabely. Kiosek K 23 je vypínacím místem každého dobývacího a zakládacího velkostroje. Z vypínacího kisku je veden vlečný kabel do místa spotřeby. 6) Spojovací skříň se používá pro prodloužení kabelového vedení. Spojovací skříň je laminátová s horním odklopným víkem se zámkem. Uvnitř skříně jsou tři podpěrné izolátory, na které se šroubovým spojem napojují jednotlivé konce kabelového vedení. Všechny vodivé kovové části spojovací skříně se vzájemně propojují a k nim je připojen i čtvrtý (ochranný) vodič vlečného kabelu vn, který je připojen ke kostře rypadla. Přemísťování spojovací skříně pod napětím je přísně zakázáno. Přemísťovat vlečné hadicové kabely vn je možno jen pomocí tzv. přemísťovacího háku podle ČSN V současné době je používáno blokové rozvodné zařízení, které se svým provedením vzájemně doplňuje a vytváří celek pro napájení příslušného technologického zařízení. Jedná se zejména o tato zařízení: 5 6

4 Obr.5. Transformovna TSM. Obr.6. přesuvná rozvodna 6/0,5 kv. 7 8

5 6. Rozvod elektrické energie na velkostrojích Kolesové rypadlo KU 322S je napájeno ze střídavé trojfázové sítě o napětí 6 kv, 50 Hz vlečným kabelem přes kabelový buben, odpojovací skříň a kroužkový sběrač. Jednopolové schema rozvodu elektrické energie na rypadle je znázorněno na obr.7. Napájení kolesového rypadla KU 800 je provedeno hadicovým vlečným kabelem 3x x 16 mm 2, typu HVTDU, napětím 35 kv. Přívodní kabel je v délce 1900 m navinut na kabelovém voze, který je automaticky ovládán podle pohybů rypadla. Z kabelového vozu jde přívod 35 kv přes odpojovač a kroužkový sběrač 35 kv do hlavní rozvodny 35 kv, která je umístěna ve strojovně rypadla. Z této rozvodny jsou napájeny čtyřmi transformátory (1600 kva) podružné rozvodny 6 kv. Transformátor 35/0, 5/0, 231, 60 kva, napájí elektrické obvody jeřábu, osvětlení a vytápění. Transformátor 6/0, 231 kv, 60 kva, napájí ovládací obvody rypadla. Kabelový rozvod k vysokonapěťovým motorům je proveden hadicovým vlečným kabelem 6 kv, o průřezu 95,70,35 a 16mm 2, typu HVTDU. Nízkonapěťový rozvod je proveden těžkou pryžovou šňůrou typu HTSU, která je uložena na roštu. Spínací a jistící přístroje jsou umístěny v oceloplechových rozvaděčích s krytím IP 30 v rozvodnách. Při umístění na konstrukc kolesového rypadla ve venkovních prostorách musí mít rozvaděč krytí IP 43. Kompenzace účinníku je provedena v síti 6 kv rotačním synchronním kompenzátorem 2200 kvar, na účinník 0,92. Ochrana před nebezpečným dotykovým napětím na kolesovém rypadle KU 800 je provedena zemněním. Celý stroj je uzemněn čtvrtou žilou napájecího vlečného kabelu 35 kv. Všechny pohyblivé části stroje jsou vzájemně vodivě propojeny a el. spotřebiče na rypadle jsou uzemněny na konstrukci kolesového rypadla. Izolační stav napěťové soustavy 3x6 kv, 50 Hz je hlídán kontinuálním hlídačem izolace HIVN 02. Uvedený hlídač izolace je určen k nepřetržitému měření izolačního odporu trojfázové sítě 6 kv, 50 Hz a izolovaným uzlem. Při poklesu izolačního odporu na hodnotu 150 kω se jedná o zhoršený izolační stav a při poklesu na hodnotu 50 kω se jedná o vadný izolační stav (ČSN ). Izolační stav hlídané kabelové sítě 6 kv se měří přiloženým stejnosměrným proudem I 0,2 ma ze stejnosměrného zdroje o napětí 80 V. Izolační stav napěťové soustavy 3x500 V, 50 Hz, 3x220 V, 50 Hz pro ovládání a 3x220 V, 50 Hz pro osvětlení a vytápění je měřen hlídačem izolačního stavu HIL 4. Obr.7. Jednopolové schema rozvodu na KU 322 S. 9 10

6 Obr.8. Jednopolové schema rozvodu na KU 800. Obr.9. Jednopolové schema rozvodu na zakladači ZP

7 7. Rozvod elektrické energie na plovoucích bagrech. Plovoucí bagry se u nás používají převážně pro těžbu štěrkopísku. Jedná se o bagry drapákové nebo korečkové. Pohon drapáku, zpravidla dvoulanový, má buď jeden, nebo dva motory, vždy asynchronní. Pohánějí bubny s nosným a zavíracím lanem. Spojení bubnů bývá buď třecí nebo elektromagnetickou spojkou. Bubny zavíracího lana se uvolňují brzdovým magnetem. Rychlost spouštění se řídí v podsynchronismu brzděním protiproudem až do úplného zastavení. Pro pohon korečkového řetězu korečkového rypadla se používá asynchronních kroužkových motorů motorů o výkonu 100 až 450 kw i více. Obvykle dva asynchronní motory pohánějí korečkový řetěz přes převodové skříně (PS1,PS2) a dvě pneumatické spojky, které vypnou spínač motorů M1,M2 při přetížení. Souhlasnost rychlostí motorů M1,M2 se obvykle dosáhne vhodně nastavenými skluzovými odpory R1 a R2. Transportní zařízení na korečkových rypadlech tvoří pásy, které se obvykle pohánějí asynchronními motory s dvojitou klecí nakrátko, u větších výkonů také asynchronními motory kroužkovými. Přívod elektrické energie k plovoucím bagrům z rozvodny umístěné na břehu je proveden kabelem po konstrukci na plovoucích transportních pásech. Na obr.11. je znázorněna technologická linka (plavající transportní trasa) s vyznačeným výkonem elektrických motorů jednotlivých dopravních pásů. Obr.11. Dopravní linka. Obr.10. Jednopolové schema rozvodu na zakladači ZD

8 8. Elektrický rozvod v podzemí dolů Přívod elektrické energie do hlubinného dolu. K zajištění dodávky elektrické energie je podzemí dolu napájeno nejméně dvěma přívodními kabely, z nichž jeden je zpravidla veden průběžně přes rozvodny všech těžních pater, druhý přívod je veden přímo do rozvodny na hlavním patře. Při poruše jednoho kabelu musí ostatní kabely přenést celý potřebný příkon. Vzhledem k tomu, že zkratový výkon v podzemí dolu nemá při napětí 6 kv přestoupit hodnotu 100 MVA, je výhodné vyvést vývody pro důl ze samostatně napájeného úseku přípojnic 6 kv. Výkon transformátoru, který napájí tento úsek přípojnic, má být volen tak, aby nebylo nutno použít k omezení zkratových proudů reaktorů. Při dimenzování přívodních kabelů do podzemí dolu je rozhodující dovolené oteplení kabelu při provozním zatížení a při zkratu. Vzhledem k důležitosti, k době využití kabelu, k prostředí k uložení kabelu používá se jako hlavních přívodů v jamách kabelu CNKODU nebo CNKODY na 10 kv. Schema důlní sítě vysokého napětí je znázorněno na obr Hlavní důlní rozvodna Hlavní důlní rozvodna 6 kv na těžním patře se zřizuje v blízkosti vtažné jámy v čerstvém větrném proudu. Rozvodna slouží po dobu životnosti dobývacího patra a jsou z ní napájeny napětím 6 kv tyto objekty: 1) čerpací stanice, 2) úseková transformační stanice, 3) pojízdné transformační stanice. Vysokonapěťový rozvaděč v hlavní důlní rozvodně bývá sestaven ze skříní 200 MVA. Vývodové skříně jsou vybaveny zpravidla ampérmetrem, měřícím transformátorem proudu a elektroměrem. Přívodní skříně kromě toho jsou vybaveny voltmetrem a měřícím transformátorem napětí. V zadní, mezi stěnou oddělené částí rozvodny jsou transformátory 6/0,5 kv a 6/0,22 kv pro napájení elektrických pohonů a osvětlení. Nízkonapěťový rozváděč v hlavní důlní rozvodně bývá litinový, někdy v nevýbušném provedení. Vývody rozvaděče bývají vybaveny ampérmetry a měřícími transformátory proudu, přívodní skříně mají voltmetry. Rozvaděč nn má měření izolačního odporu kabelového vedení. Komory pro elektrická zařízení v dole musí být provedeny takto: a) výztuž komor a přístup k nim na vzdálenost 5m musí být alespoň nehořlavá a chránit zařízení před padající horninou, b) dveře do uzavíratelných komor musí být ocelové, ven otevíratelné, c) vchod do komory musí být stále volný, d) před elektrickým zařízením v komoře musí být ponechán volný prostor pro údržbu o šířce asi 800 mm u zařízení do 1000 V, a 1000 mm u zařízení nad 1000 V. e) Při dvouřadém uspořádání musí být mezi řadami vzdálenost 1500 mm, f) komory delší než 30 m musí mí východy na obou koncích Úseková transformační stanice. Obr.12. Schema důlní sítě vn. Úsekové transformační stanice jsou zřizovány: 1) v těžišti odběru elektrické energie pro daný úsek, 2) v místě, v němž úseková transformační stanice nebude příliš trpět vlivem dobývání slojí, 3) na chodbě se snadným příjezdem pro dovoz a odvoz elektrického zařízení, 4) na plynujících dolech jen v čerstvém větrném proudu. Úsekové transformační stanice se napájejí z hlavní podzemní rozvodny jen jedním kabelem. Pro volbu průřezu tohoto kabelu je rozhodující dovolené oteplení kabelu a dovolený úbytek napětí. Potřebný výkon transformátoru počítáme z instalovaného jmenovitého příkonu spotřebičů, průměrné hodnoty účiníků a součinitele náročnosti