Общие сведения

Современный карьер является полностью электрифицированным предприятием. Потребляемая мощность на карьерах средней про­изводительности составляет 5-10 тыс. ква, а на крупных карьерах с электрифицированным транспортом достигает 25 тыс. ква и более. В числе электроприемников на карьере могут быть потребители первой категории (главная водоотливная установка, дренажная шахта, котельная и др.), перерыв в электроснабжении которых может по­влечь за собой опасность для жизни людей, повреждение оборудова­ния, значительный ущерб, связанный с ликвидацией последствий аварии. Большинство электроприемников (основное горнотранс­портное оборудование) относят к потребителям второй категории; перерыв в их электроснабжении связан с массовым недоотпуском продукции, простоем машин, рабочих и т. д. Вспомогательные цехи (ремонтный, строительный и др.), здания и механизмы, не­которые виды коммунальных нагрузок относят к потребителям третьей категории. Отнесение потребителей различных карьеров к той или иной категории по степени надежности электроснабжения регламентировано инструкциями соответствующих министерств.

Перечисленные факторы оказывают существенное влияние на схемы внешнего электроснабжения. Число линий, питающих карьер, их пропускную способность, а также число и мощность трансформаторов на приемных подстанциях выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить длительное питание нагрузок первой и всех основных нагрузок второй категории при выходе из работы одной из пита­ющих линий или одного из трансформаторов.

Выбор напряжения питающих линий производят на основании технико-экономических сравнений вариантов с разными напряже­ниями по приведенным затратам, расходу цветных металлов и др. В ряде случаев напряжение питающих линий предопределяется напряжением источника питания. Часто карьер входит в состав горно-обогатительного комбината, питаемого от энергосистемы на­пряжением 110 кВ и выше; при этом на карьер подводят линии сред­него напряжения — 35 кВ или 6 кВ. В отдельных случаях к мощным карьерам, построенным на значительном расстоянии от крупных подстанций, подводят напряжение 110 кВ и выше отпайками от тран­зитных магистральных линий энергосистем.

Система электроснабжения карьера должна обеспечивать высо­кое качество электроэнергии у потребителей (стабильность напря­жения и частоты), необходимое количество электроэнергии, надеж­ность электроснабжения, экономичность и безопасность всех элементов, гибкость в эксплуатации, возможность расширения карьера в перспективе не менее чем на 10 лет и т. д.

Характерной особенностью электроустановок карьера является рассредоточенность по значительной площади (до 5 км²) и глубине (до 500 м.). Протяженность линий электропередачи на карьере до­стигает 50-60 км и более. Основные электроприемники (экскава­торы, отвалообразователи, буровые станки и др.) непрерывно или периодически перемещаются; необходимы специальные устройства, обеспечивающие при этом бесперебойность электроснабжения. Зна­чительная часть электроустановок – открытые (находятся на от­крытом воздухе), эксплуатируются в тяжелых климатических ус­ловиях, в запыленной среде с высокой влажностью, могут подвер­гаться значительным механическим воздействиям при взрывах, оползнях, передвижке и т.д.

Для питания электроприемников переменного тока на карьере широко применяют напряжение 6000 В и 380 В. К наиболее мощ­ному горнотранспортному оборудованию подводят напряжение 10 кВ или 35 кВ. Осветительные установки питаются напряжением 220 В, 127 В, 36 В, 12 В. Находит применение электрический ток и при других напряжениях (3000 В, 660 В, 500 В, 100 В, 60 В и др.). Максимально допустимая суммарная потеря напряжения от подстан­ций, питающих карьер, до наиболее удаленного электроприемника не должна превышать 10% от номинального напряжения сети (с уче­том потерь напряжения в трансформаторах).

Перечисленные факторы определяют выбор системы внутреннего электроснабжения карьеров. Основными элементами этой системы являются одна или несколько главных понизительных подстанций (ГПП), один или несколько центральных распределительных пунк­тов (ЦРП), карьерные линии электропередачи (ЛЭП), передвижные комплектные трансформаторные подстанции (ПКТП), мачтовые трансформаторные подстанции, передвижные распределительные пункты (ПРП), приключательные пункты (ПП) и др.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из транс­форматоров или других преобразователей энергии, распределитель­ных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств управле­ния и вспомогательных сооружений. Распределительным устройством (РУ) называют электроустановку, служащую для приема и распре­деления электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сбор­ные и соединительные шины и вспомогательные устройства. Под­станции, как и РУ, могут быть открытыми (все или основное обо­рудование расположено на открытом воздухе) и закрытыми. В за­висимости от преобладания той или иной функции подстанции называют трансформаторными (ТП), тяговыми и совмещенными. Комплектной трансформаторной подстанцией (КТП, КТПН) называется подстанция, состоящая из трансформаторов, комплектных распре­делительных устройств внутренней (КРУ) или наружной (КРУН) установки и других элементов, поставляемых, в собранном или пол­ностью подготовленном для сборки виде. Мачтовой трансформаторной подстанцией называется открытая ТП, все оборудование кото­рой установлено на высоких конструкциях или на опорах линии электропередачи.

Распределительным пунктом (РП) называют РУ, предназначен­ное для приема и распределения электроэнергии на одном напря­жении без преобразования и трансформации. Распределительный пункт специального исполнения, предназначенный для открытой установки в карьере, называют карьерным распределительным пунк­том (КРП). Приключательным пунктом (ПП) называют устройство для подключения гибких кабелей, питающих горнотранспортное оборудование (экскаватор, отвалообразователь и др.), к карьер­ной ЛЭП.

Питающей называется линия для питания PП или подстанции и от ГПП или ЦРП без распределения электроэнергии по ее длине. Распределительной называют линию, питающую ряд РП, ТП, ПП или вводы к электроустановкам потребителей. Внешнее электро­снабжение ГПП или ЦПП, как правило, осуществляется двумя одноцепными или одной двухцепной воздушной линией электропере­дачи (ВЛ).

Для повышения безопасности эксплуатации распределительные сети карьеров напряжением до и выше 1000 В выполняют с изоли­рованной нейтралью; в сетях напряжением до 10 кВ предусматри­вают защитное отключение при однофазном замыкании на землю. Сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, связанные через трансформаторы с сетями напряжением выше 1000 В, защищают от опасности, возникающей при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора, про­бивным предохранителем, установленным в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения трансформатора. Электроустановки промплощадки, сельскохозяйственные и коммунальные нагрузки питают от понижающих трансформаторов с глухозаземленной ней­тралью. Для заземления электроустановок различных назначений и напряжений применяют общее заземляющее устройство.

Местоположение ГПП или ЦРП выбирают на поверхности, у гра­ницы карьерного поля, возможно ближе к центру тяжести электри­ческих нагрузок, но в зоне, безопасной при взрывных работах на карь­ере, нарушение которой горными работами исключено. Совмещенные подстанции обычно располагают на борту карьера в районе выезд­ной траншеи. Если подстанцию или распределительный пункт ис­пользуют для питания группы карьеров, то учитывают также удоб­ство трассировки воздушных и кабельных линий.

Для повышения коэффициента мощности до директивной вели­чины предусматривают синхронные двигатели и батареи статических конденсаторов. Установка последних предпочтительней в сетях на­пряжением до 1000 В, так как обеспечивается существенное умень­шение потерь в низковольтных ЛЭП и уменьшение расчетной мощ­ности понизительных трансформаторов. Статические конденсаторы напряжением выше 1000 В устанавливают на электроприемниках (там, где это возможно по условиям работы, например на отвальных мостах) и подстанциях, а напряжением до 1000 В – максимально децентрализовывают.

Схемы распределительных сетей

Схемы распределительных сетей карьера подразделяют на радиальные (с питающими линиями), магистральные (с распределительными линиями), и сме­шанные. Последние имеют наибольшее применение.

Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми (при непосредст­венном питании электроприемников от ГПП или ЦРП) или двухступенчатыми с применением промежуточных РП, ТП, KTП и т.п.; магистральные схемы выполняют: с одиночны­ми магистралями, име­ющими одностороннее и двусторон­нее питание; с кольцевыми магистра­лями, имеющими одностороннее или двустороннее питание; нескольки­ми параллельными магистралями в различных вариантах.

В зависимости от рас­положения линий элек­тропередачи относительно фронта горных работ (вдоль или поперек) ЛЭП подразделяют на продольные и поперечные. Продольную линию, построенную на поверхности, за предела­ми рабочих горизонтов (например, вдоль техни­ческой границы карьера), называют бортовой ли­нией, а поперечные спуски от нее на рабочие гори­зонты - «поперечниками». Сечение проводов борто­вой линии принимают до 150 мм², а попереч­ных – до 70 мм².

При использовании продольных линий приключательные пункты рас­полагают вдоль линии через 200-300 м. По мере удаления от приключательных пунктов на расстояние, определяемое длиной гибкого кабеля, передвижные электроприемники присоединяют к сле­дующему ближайшему приключательному пункту. Длина гибкого кабеля, питающего одноковшовые экскаваторы, составляет 100-250 м. по условиям удобства их подтягивания и переноски.

Рис.152. Классификация схем распредели­тельных сетей карьера;

а — радиальная одноступенчатая; б — радиальная двухступенчатая с РП; в — радиальная двухступен­чатая: с глубоким вводом и ТП; г — с двумя ради­альными линиями; д — магистральная одиночная о односторонним питанием; е — магистральная оди­ночная с двусторонним питанием; ж — магистраль­ная кольцевая; э — магистральная двойная с двусто­ронним питанием; и — магистральная с глубоким вводом; к — смешанная (радиальная с магистраль­ным резервированием и магистральная)

Рис.153. Характерные схемы расположения линий электропередачи на карьере:

а – продольные линии с односторонним питанием; б – поперечные линии с односторонним питанием; в – бортовые линии двустороннего питания с поперечниками.

Продольное расположение воздушных линий не создает помех при перемещении экскаватора вдоль уступа и при ра­боте; упрощается подключение прочих электроприемников на рабо­чих площадках. Недостатки продольных линий – необходимость частой передвижки и высокая повреждаемость при взрывных ра­ботах. Продольные линии получили наиболее широкое применение; выполняются преимущественно на передвижных опорах.

Поперечные воздушные или кабельные линии, отходящие от распределительного пункта или ГПП, подводят к борту карьера, откуда спускаются на уступы. На рабочей площадке уступа в месте пересечения поперечной линии размещают приключательный пункт или КРП, к которому присоединяют ближайшие электроприемники. Количество линий, пересекающих уступ, и число приключательных пунктов зависят от длины уступа, количества рабочих машин, длины разрабатываемых блоков.

Чтобы исключить при работе задевание стрелой экскаватора поперечной воздушной линии, питание осуще­ствляют попеременно от двух ближайших приключательных пунк­тов, расположенных на границах блока. Достоинство поперечных линий – отсутствие передвижки. Применение поперечных линий, по сравнению с продольными, обычно приводит к увеличению ка­питальных затрат за счет большей суммарной протяженности. Однако в процессе эксплуатации сокращение или наращивание поперечных линий производится сравнительно просто, поэтому сни­жаются издержки на эксплуатацию и уменьшаются простои обо­рудования. Поперечные линии на рабочих уступах получили также широкое распространение.

Схемы распределительных сетей карьера выбирают в зависимости от требуемой надежности электроснабжения, территориального размещения и величины основных нагрузок, технологии горных работ (с учетом скорости подвигания забоев, наличия буровзрывных работ и т. п.) и других факторов. Стремятся к наименьшему числу промежуточных звеньев и ступеней системы электроснабже­ния и к минимальной протяженности линий электропередачи. Срав­нение намеченных вариантов производят по технико-экономическим показателям, учитывающим не только факторы, относящиеся к си­стеме электроснабжения, но и простои горнотранспортного обору­дования при переключениях, передвижке ЛЭП и т.д.

Распределительные сети карьера выполняют преимущественно воздушными линиями электропередачи.

Устройство карьерных распределительных сетей

Электрическими сетями назы­вают части электрической системы, состоящие из подстанций, кабельных и воздушных линий различных напряжений. Электрической воздушной линией (ВЛ) называют устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов в арматуры к опорам или к кронштейнам инженерных сооружений. Кабельной линией (КЛ) называют устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или несколь­ких кабелей (проложенных в земляной траншее, на поверхности, в инженерных сооружениях и т. д.), кабельных муфт, разделок и счалок (различного назначения и конструкции) и крепежных деталей.

Электрические сети карьера подразделяют на стационарные (пере­носка которых свявана с демонтажем опор и передвижные. Послед­ние переносят вслед за электроприемпиками в карьере – горнотранспортным оборудованием и др. - по мере подвигания забоев и фронта горных работ (иногда непрерывно), демонтируют в опасной зоне перед взрывом, а затем восстанавливают, прокладывают для одноразового использования (например, для питания по трассе, перегона экскаватора) и т.д.

Конструктивные особенности воздушных и кабельных линий существенно зависят от величины линейного напряжения. Характерными являются линии напряжением до 1 кВ, 3-10 кВ и 35 кВ. Преиму­щественное по протяженности применение на карьерах получили воздушные линии, отличающиеся простотой устройства и эксплуата­ции. Кабельные линии обходятся значительно дороже воздушных линий того же напряжения.

Правилами устройства электроустановок в зависимости от напря­жения и назначении ВЛ разделяют на три класса (табл. 27). Основными элементами воздушных ЛЭП являются: провода, тросы, изоля­торы, арматура и опоры.

Таблица 27