ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА —
В соответствии с планами развития угольной промышленности непрерывно увеличивается количество машин, работающих непосредственно на добычных и подготовительных участках, конструкция их постоянно совершенствуется, улучшаются технико-экономические показатели.
ЗАЩИТА ЛЮДЕЙ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМОБШИЕ ВОПРОСЫ ЗАЩИТЫ Факторы, определяющие действие электрического тока на организм человека
Широкое применение электрической энергии в подземных выработках, повышенная опасность механических повреждений изоляции элементов электропривода, повышенная влажность рудничной атмосферы и ограниченность пространства ведут к увеличению вероятности непреднамеренного контакта человека с токоведущими частями.
Опасность поражения электрическим током в различных сетях электроснабжения
Для снабжения потребителей электрической энергией применяют сети с глухозаземленной и с изолированной нейтралями питающих трансформаторов или генераторов (рис. 1.1).
Общие меры и индивидуальные средства защиты от поражения электрическим током
В настоящее время применяются следующие меры предупреждения поражения электрическим током:
При повреждении изоляции одного из проводов корпус машины может оказаться под напряжением.
Устройство защитных заземлений на поверхности
В сетях с глухозаземленной нейтралью, которые применяются на поверхности шахт, замыкание любой фазы на корпус электрооборудования вызывает появление в 12 сети тока короткого замыкания.
Устройство защитных заземлений в подземных выработках
Для защиты человека от поражения электрическим током, в соответствии с требованиями ПБ, необходимо заземлять корпуса электродвигателей, электрических аппаратов, трансформаторов, каркасы распредустройств, кабельные муфты, т. е. все металлические части, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при повреждении изоляции токоведущих частей.
Осмотр и измерение сопротивления защитных заземлений
Правила безопасности запрещают подачу напряжения на незаземленные электрические машины и аппараты, поэтому:
Контроль качества изоляции и защита от утечек тока
Так как в схемах электроснабжения с изолированной нейтралью трансформатора величина сопротивления изоляции отдельных фаз относительно земли имеет определенное значение, между фазами сети и землей проходит небольшой ток, называемый током утечки.
Устройство и работа реле утечки
В угольной промышленности для контроля за качеством изоляции в сетях переменного тока применяют два типа реле утечки: УАКИ и АЗАК.
Первая помощь пострадавшим от электрического тока
Спасение жизни пострадавшего от электрического тока в большинстве случаев зависит от быстроты освобождения его от действия тока и правильности оказания пострадавшему первой помощи.
ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПОВЕРХНОСТИ И В ШАХТЕОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ РУДНИЧНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Условия эксплуатации электрооборудования на поверхности шахт
Производственные помещения шахты располагаются на промплощадке, многие из них имеют прямую или косвенную связь со стволами, через которые осуществляется вентиляция шахты, выдача породы и угля, по некоторым производится транспортировка угля и породы и т. д.
Особенности эксплуатации и конструктивного исполнения рудничного электрооборудования
Специфическими условиями, усложняющими эксплуатацию электрооборудования в подземных выработках, являются: повышенные относительная влажность рудничной атмосферы и содержание пыли, наличие агрессивных вод, отсутствие дневного света, стесненность рабочего пространства, повышенная опасность механических повреждений, возможность образования взрывоопасных смесей, постоянное перемещение фронта работ, повышенная опасность поражения человека электрическим током и т. п.
Виды исполнения электрооборудования
Для обеспечения безопасности необходимо, чтобы электрооборудование соответствовало условиям окружающей среды. На шахтах применяется электрооборудование двух основных групп: общего назначения и рудничное
Электрооборудование в рудничном нормальном исполнении (PH)
Электрооборудование в исполнении PH не имеет взрывозащиты. Применяется: во всех выработках шахт, не опасных по газу или пыли; в стволах или околоствольных выработках со свежей струей воздуха; в камерах стационарных установок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии шахт, опасных по газу или пыли (исключая шахты, опасные по выбросам, и выработки с суфлярным выделением газа)
Электрооборудование в рудничном исполнении повышенной надежности против взрыва (РП)
Электрооборудование в исполнении РП — это электрооборудование, в котором исключается возможность возникновения искр, электрических дуг, опасных температур в тех местах, где они не должны быть при нормальных и пусковых режимах работы, а нормально искрящие части имеют взрывобезопасное исполнение.
Взрывобезопасное электрооборудование исполнения РВ — это электрооборудование, которое обеспечивает невоспламенение взрывоопасной окружающей среды от электрических искр, дуг, пламени и нагретых частей оборудования при нормальной работе и вероятных повреждениях его.
Испытание электрооборудования для определения его уровня взрывозащиты
Заводы — изготовители рудничного оборудования проектируют и изготовляют электрооборудование с учетом всех положений и требований ПИВРЭ.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Классификация электродвигателей
Электродвигатели классифицируются по роду тока, принципу работы, величине напряжения, частоте вращения и мощности, способу охлаждения, монтажа и зашиты от действия окружающей среды, климатическому исполнению и категории размещения
В связи с тем, что конструкции горнодобывающих машин постоянно совершенствуются, возникают новые требования к конструкциям электродвигателей.
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Общие положения по выбору электропривода
Приводом называется совокупность двигателя, устройств для управления нм, редуктора и исполнительного механизма.
Расчет мощности электродвигателя по величине механической нагрузки
Из механики известно, что:
а) мощность для преодоления статических сопротивлений Лст (кВт) с угловой скоростью ш, прямо пропорциональна величине статического момента Мсг и угловой скорости со, т. е.
Нагревание и охлаждение электродвигателя
В процессе работы электродвигатель нагревается. Нагревание его происходит потому, что часть электрической энергии преобразуется в тепловую, которая расходуется на повышение температуры самого двигателя и нагрев окружающей среды.
Режим работы электродвигателей и выбор их мощности из условий нагрева
В производственных условиях нагрузка на двигатель зависит от величины нагрузки механизма и характера изменения ее во времени. Закономерность изменения статической нагрузки во времени обычно изображается в виде диаграмм, которые называются нагрузочными диаграммами механизма.
На рис. 6.2, а показана схема подсоединения к сети электродвигателя последовательного возбуждения.
Схема включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 7.1, а. Механическая характеристика двигателя выражает зависимость между вращающим моментом и частотой вращения п, угловой скоростью или скольжением s.
Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором
Схема подключения двигателя к сети показана на рис. 7.3, а. В отличие от электродвигателя с короткозамкнутым ротором, двигатель с, фазным ротором имеет фазную обмотку на роторе, концы которой выведены на кольца, закрепленные на валу ротора.
Механическая характеристика синхронного двигателя
Синхронный двигатель состоит из статора с обмоткой, которая включается в сеть трехфазного тока и выполняет роль якоря машины, и ротора с обмоткой, которая получает питание от постороннего источника постоянного тока и выполняет роль индуктора машины.
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ Режимы работы электродвигателей
В процессе выполнения своих функций электродвигатели работают в нескольких режимах: пуск, работа с номинальными данными, торможение и остановка.
Пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
Пуск двигателей постоянного тока осуществляется с помощью специального пускового сопротивления, включенного в цепь якоря. Сопротивление пускового реостата подбирается так, чтобы пусковой ток был не более 200— 250% номинального и чтобы за период пуска двигателя реостат не перегревался.
Правила техники безопасности при эксплуатации электродвигателей
Для надежной и бесперебойной работы электродвигателей необходимо, чтобы обслуживающий персонал выполнял правила их хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации.
Условные обозначения и правила выполнения электротехнических чертежей регламентируются общегосударственными стандартами «Единой системы конструкторской документации».
Некоторые рекомендации по чтению электрических схем
Принципиальные схемы нецелесообразно заучивать, их надо научиться читать. Для этого необходимо знать на память: наиболее распространенные условные обозначения, применяющиеся в курсе; нужные в каждом конкретном случае сведения из электротехники; схемы наиболее распространенных узлов электроустановок (схемы двигателей, выпрямителей, усилителей, реле и т. д.; порядок, в котором необходимо читать схемы.
На промышленном предприятии имеется большое количество электрифицированных приводов, каждый из которых предназначен для выполнения определенных технологических операций.
ПОДСТАНЦИИ И СЕТИ НА ПОВЕРХНОСТИ ШАХТПринципиальные схемы электроснабжения шахт
Так как передачу электроэнергии необходимо осуществлять с наименьшими затратами, обеспечивая надежность электроснабжения потребителей, высокое качество электрической энергии и безопасность обслуживающего персонала, надо иметь сложную, хорошо про дум энную систему линий передач, подстанций, тепловых сетей и т. д.
Воздушные и кабельные линии электропередач
Воздушные ЛЭП делятся на три класса: 1 класс — напряжением 35 кВ и выше; 2 класс — напряжением от 1 до 35 кВ; 3 класс — напряжением ниже 1 кВ.
Токи короткого замыкания в сетях напряжением выше 1000 В
Короткое замыкание (к. з.) — это соединение через весьма малое сопротивление двух частей электроустановки, находящихся под линейным или фазным напряжением.
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПОДСТАНЦИЙ Общие сведения
Аппаратура, устанавливаемая на подстанциях, делится на коммутационную, измерительную и защитную. К коммутационной аппаратуре относятся: шины, разъединители, выключатели мощности.
Коммутационная и защитная аппаратура подстанций
Для соединения отдельных аппаратов, элементов аппаратов и распределения электроэнергии между ними на подстанциях используются голые проводники различной конфигурации (прямоугольные, круглые, трубчатые и т. д.), которые называются шинами.
Измерительные трансформаторы предназначены для расширения пределов измерений приборов. Они подразделяются на измерительные трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения (рис. 11.10).
Силовые трансформаторы. Расчет мощности и выбор трансформаторов
Силовой трансформатор — это электрический аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте.
В процессе работы электропотребителей по различным причинам могут возникать аварийные режимы, несвоевременное устранение которых может привести к повреждениям линий электропередач, источников энергии или электропотребитслей.
Устройство различных типов реле
Реле максимального тока предназначены для защиты линий электропередач и электропотребителей от токов к. з.
Основные схемы релейной защиты ЛЭП и потребителей электроэнергии напряжением 6—10 кВ
В соответствии с требованиями ПБ потребители электрической энергии и линии электропередач напряжением 6—10 кВ оборудуются защитой от токов к. з., от замыканий на землю (от утечек тока), а крупные двигатели (подъема, вентиляторов) — защитой от длительных перегрузок
Известно, что главная понизительная подстанция (ГПП) предназлачен для распределения электрической энергии напряжением 6 кВ, понижения напряжения и распределения электрической энергии низшего напряжежения.
Контроль за состоянием изоляции в сетях напряжением выше 1000 В
Для постоянного контроля качества изоляции ЛЭП и встановок с U > 1000 В на ГПП монтируют три вольтметра V и реле напряжения PH, подключенных к шинам помещения с отдельными выходами: взрывную камеру для размещения трансформатора, коммутационной и защитной аппаратуры на напряжение свыше 1000 В и помещение распредустройства напряжением до 1000 В.
Автоматизация в системах электроснабжения горного предприятия
На действующих и строящихся предприятиях из элементов автоматизации электроснабжения широко применяют телесигнализацию, дистанционное управление РУ, устройства автоматического включения резервного питания оборудования (АВР) и автоматического повторного включения (АПВ).
Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок напряжением выше 1000 В
Для обеспечения обслуживания РУ напряжением выше 1000 В в соответствии с «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», фиксирования распоряжений вышестоящих технических руководителей и показаний различных контрольных приборов в здании подстанции всегда находится следующая документация
ОСВЕЩЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОКОСНОВНЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА Значение освещения, основные светотехнические величины
Хорошее освещение рабочего места является одним из условий повышения производительности труда, снижения травматизма, улучшения качества продукции.
Основными источниками искусственного освещения являются лампы накаливания и люминесцентные лампы.
РУДНИЧНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ И ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК Общие сведения
Светильником называется осветительный прибор ближнего действия, предназначенный для рационального использования светового потока источника света и защиты его от окружающей среды
Рудничные сетевые светильники в исполнении PH, РП, РВ
Светильники в исполнении PH применяются для освещения подземных выработок негазовых шахт и околоствольных выработок, омываемых свежей струей воздуха, газовых шахт всех категорий, исключая шахты, разрабатывающие пласты, опасные по выбросам, и выработки с суфлярным выделением метана
Рудничные аккумуляторные светильники
Согласно ПБ каждый подземный рабочий должен быть снабжен индивидуальными средствами освещения, независимо от наличия сетевого электрического освещения. Для этой цели в настоящее время широко применяются ручные (переносные) аккумуляторные светильники.
Электрооборудование осветительных установок
Электрооборудование рудничных осветительных установок состоит из осветительных трансформаторов, пусковой и защитной аппаратуры, кабелей, кабельной арматуры и светильников.
Расчет освещения в подземных выработках
Для обеспечения нормальных зрительных восприятий в подземных условиях необходимо выполнение следующих условий:
Правила безопасности при эксплуатации электроосветительных установок в шахте
Для обеспечения безопасных условий работы осветительных установок в шахте необходимо выполнять следующие требования ПБ:
РУДНИЧНАЯ АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫЭЛЕМЕНТЫ РУДНИЧНОЙ АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ Общие сведения и классификация аппаратуры управления
Аппаратура управления предназначена для пуска, регулирования и остановки электропривода. Аппаратура защиты предназначена для предотвращения выхода из строя электроустановок и защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током в случае каких-либо нарушений нормального режима работы.
Элементы аппаратуры управления
В настоящее время наибольшее распространение на шахтах получили пускатели с контактными системами замыкания и размыкания силовых цепей. Наиболее важным и ответственным элементом таких пускателей является контактная система.
ВИДЫ ЗАЩИТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РУДНИЧНОЙ АППАРАТУРЕ Общие сведения
Назначением защитных устройств и аппаратов в шахтных электрических установках является: 1) защита электроустановок от ненормальных режимов работы; 2) защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током; 3) защита электроустановок от включения при взрывоопасных условиях в окружающей среде.
Назначение максимальной защиты заключается в автоматическом отключении от сети электроустановки при протекании в ней тока, значительно превышающего допустимую величину.
Защита работы электродвигателя от неполнофазного режима
При максимально-токовой защите с помощью предохранителей, из-за использования некалиброванных плавких вставок, зачастую сгорает одна из них, в результате двигатель продолжает работать на двух фазах, перегревается и выходит из строя.
В электроустановках токоведущие части изолируют ся друг от друга и от корпуса изоляционными материалами, которые длительно сохраняют изоляционные свойства только при условии нагрева их до допустимых температур.
Момент вращения асинхронных двигателей прямо пропорционален квадрату напряжения, поэтому снижение напряжения при том же моменте сопротивления на валу двигателя вызывает повышенное потребление тока и перегрев двигателей.
Защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током в рудничной пусковой аппаратуре осуществляется за счет:
Защита от частых включений контактора
Исследованиями установлено, что при включении и отключении контакторов под нагрузкой с частотой более одного раза в 2—3 с происходит интенсивный износ силовых контактов.
Защита от замыканий в цепи управления контактором
К любой схеме управления предъявляется требование четкого выполнения команд обслуживающего персонала.
РУДНИЧНАЯ АППАРАТУРА РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ НА НАПРЯЖЕНИЕ ДО 1000 В Общие сведения
Аппаратура ручного управления, применяемая в угольных шахтах, делится на разъединители, контроллеры, ручные пускатели, фидерные автоматические выключатели.
Разъединитель — это аппарат ручного управления, предназначенный для разрыва электрической цепи при отсутствии в ней тока нагрузки.
Аппарат управления, предназначенный для осуществления переключений в нескольких силовых цепях, в определенной последовательности, называется контроллером.
Ручные взрывобезопасные пускатели
Ручные пускатели предназначены для управления трехфазными асинхронными короткозамкнутыми двигателями небольшой мощности (до 5 кВт) и для подключения осветительных установок с номинальным током до 25 А.
Автоматические фидерные выключатели
Автоматические фидерные выключатели применяются для защиты от токов короткого замыкания магистральных силовых кабелей. Совместно с реле утечки автоматические выключатели осуществляют защиту сети от недопустимых токов утечки.
МАГНИТНЫЕ ПУСКАТЕЛИ В РУДНИЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ Общие сведения
Магнитные пускатели в рудничном исполнении применяются для управления асинхронными электродвигателями горных машин и механизмов.
Нереверсивные магнитные пускатели серии ПВИ
Пускатели ПВИ (рис. 19.1) состоят из следующих основных узлов: корпуса 1, крышки 2, разъединителя 15, блока контактора It, понижающего трансформатора 14, блока управления 12 (в нем размещаются реле времени РВ, БРУ, промежуточное реле РП) блока максимальной защиты УМЗ 13, кнопки «Стоп»
Нереверсивные магнитные пускатели серии ПМВИ
Пускатели ПМВИ-13М и ПМВИ-23М имеют одинаковую конструкцию и электрическую схему, состоят из тех же узлов, что и пускатели ПВИ-63.
Реверсивные магнитные пускатели в рудничном исполнении
Для управления электродвигателями, работа которых требует частого изменения направления вращения, применяются реверсивные пускатели ПМВИР-41, ПМ В ИР-51 и ПВИР-250.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И СХЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛиШИНАМИ И МЕХАНИЗМАМИ Общие сведения
В зависимости от условий работы, технических требований и требований правил безопасности, для обеспечения производительной работы машин применяют три способа управления ими: местное, дистанционное и автоматическое.
Наиболее распространенные принципиальные схемы дистанционного управления горными машинами
В соответствии с требованиями ПБ схемы дистанционного управления горными машинами должны иметь:
Блокировка последовательности включения пускателей
При сборке схем дистанционного управления машинами иногда возникает необходимость обеспечить определенную последовательность их пуска
Схемы управления конвейерными установками
Конвейерная доставка угля на предприятиях угольной промышленности получает все более широкое распространение.
Для механизации добычи угля на пологих и крутых пластах применяются различные типы комбайнов в комплексе с другими забойными машинами.
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ И СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Величины напряжений для питания подземного электрооборудования
Схемы подземного электроснабжения должны обеспечивать: максимальное приближение источников питания к центрам нагрузки; наибольшую безопасность обслуживающего персонала в отношении поражения током, пожаров, взрывов;
Схемы электроснабжения подземных потребителей на шахтах с пологими, наклонными и крутыми пластами
В настоящее время получили распространение два способа питания электроэнергией приемников добычных и подготовительных участков от ГПП шахты: при глубоком залегании пластов— кабелями, проложенными по стволу, и при неглубоком залегании (до 200 м) — кабелями, проложенными в специально пробуренных скважинах или шурфах.
Электроснабжение очистных и подготовительных выработок шахты
В очистных и подготовительных выработках концентрируется большое количество мощных горных машин, которые работают в сложных горно-геологbческих условиях и постоянно перемещаются.
ПОДЗЕМНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ Общие сведения
Сооружаемые и применяемые в подземных выработках угольных шахт трансформаторные подстанции делятся на две основные группы: стационарные и передвижные.
Тяжелые условия эксплуатации трансформаторов в подземных выработках предъявляют к ним требования большой механической прочности, безопасности в отношении взрыва и пожара, небольших размеров, достаточной устойчивости и удобства транспортирования.
Передвижные участковые понизительные подстанции
Передвижная участковая понизительная подстанция (ПУПП) представляет собой трансформатор, оснащенный необходимой аппаратурой управления и защиты на напряжение до 1000 В и выше.
Устройство камер стационарных подстанций и распределительных пунктов
Камеры центральных подземных подстанций, как правило, размещаются в околоствольном дворе вблизи ствола, по которому прокладываются питающие кабели.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ И СЛАНЦЕВЫХ ШАХТ Общие сведения
Подземные электрические сети угольных и сланцевых шахт можно разделить на группы по следующим признакам:
Шахтные бронированные и лолугибкие кабели
Шахтные бронированные кабели отличаются от кабелей общего назначения, рассмотренных в 10.3, тем, что токоведущие и вспомогательные жилы их изготовляются из меди, герметизирующая оболочка из свинца, а антикоррозионное покрытие — из негорючих материалов.
Шахтные гибкие кабели служат для питания электроэнергией передвижных участковых машин и механизмов.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХКОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И ЕГО НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ Коэффициент мощности, способы вычисления и измерения его
Основными потребителями электрической мощности на горных предприятиях являются асинхронные двигатели. Они потребляют из сети активную и реактивную мощность.
Причины и последствия снижения коэффициента мощности
Все установки, использующие электрическую энергию переменного тока, проектируются и изготовляются так, чтобы они имели максимальный коэффициент мощности при номинальной нагрузке.
Способы улучшения коэффициента мощности
Повышение коэффициента мощности на предприятиях возможно двумя путями: естественным и искусственным.
УЧЕТ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Оплата за электроэнергию
Учет израсходованной потребителем электроэнергии производится по показаниям счетчиков активной энергии и измерениям потребляемой из сети реактивной мощности QM в часы максимума нагрузок.
Удельный расход электроэнергии и электровооруженность труда
Удельным расходом электроэнергии называется расход электроэнергии на единицу продукции предприятия.