Светотехнический расчет
Светотехнический расчет сводится к решению следующих задач:
1) Определение мощности ламп, необходимых для получения заданной освещенности при выбранном типе светильников и их расположении.
2) Определение числа и расположение светильников при известной мощности для получения заданной освещенности.
3) Определение ожидаемой (расчетной) освещенности при известном типе, расположении и мощности светильников.
Для решения перечисленных задач при расчетах используют точечный метод, метод коэффициента светопотока (удельной мощности).
При светотехническом расчете для условий ОГР и помещений участка необходимо применять нормы освещенности, которые установлены ПТЭ по /2, табл. 33/.
Расчет освещенности автодороги (ж.д.тупика) точечным методом
/1, с. 342/
Для расчета необходимо знать линию трассы освещения L, тип опор и расстояние между ними l, тип принятых ламп и светильников, расстояние от оси автодороги до оси опор светильников – d.
После принятых требуемых данных, необходимо принять минимальную освещенность Еmin, согласно ПТЭ, ПТБ по /2, табл. 33/.
Расчет освещения производим точечным методом.
Порядок расчета освещения точечным методом.
2.2.1.1. Для принятых ламп необходим световой поток лампы ФА по 2, табл. 45, 44, 41.
2.2.1.2. Определяем коэффициент С, равный отношению светового потока принятой лампы Фл, к световому потоку условной лампы
С = 
2.2.1.3.Определяем углы наклона лучей от светильников к точкам: А – с наибольшим удалением от светильника (наименьшая освещенность) по рисунку 2.
По таблице находим углы α1 и α2.
2.2.1.4. По светотехнической характеристике выбранного светильника кривые распределения силы света /1, рис.7 табл. 7.4/ определяем силу света Iα1 и Iα2, соответствующую углам α1 и α2.
2.2.1.5.Определяем горизонтальную освещенность в точках А и В
/1, стр. 34/
где Кз – коэффициент запаса, учитывающий старение ламп, загрязнение светильника; Кз = 1,3 ÷ 1,5 /1, с. 342/
Расчетное значение освещенности должны быть выше минимальной т.е.
ЕА2 > Еmin; ЕВ2 > Еmin
2.2.1.6. Определяем необходимое число светильников на всей длине автодороги (ж.д. тупика).
n = 
, шт.,
где L – общая длина освещаемой трассы, м;
l – расстояние между светильниками (опорами), м.
2.2.2. Расчет освещения раскомандировки /1, с. 344/.
Для расчета необходимо знать расчеты раскомандировки (длина - а, ширина – в, высота – h.
2.2.2.1.Принимаем для ламп и светильников по /2, табл. 41, 42, 39/.
2.2.2.2.Определяем площадь помещения
S = a · b, м2.
2.2.2.3. Принимаем высоту подвеса светильника
hc = 0,8 ·h, м
где h – высота помещения, м.
Принимаем окраску стен и потолка для данного помещения. По принятой окраске находим коэффициент отражения по /2, табл. 35,36/ согласно принятому типу светильника.
2.2.2.4. Определяем расстояние между светильниками (согласно размерам помещения раскомандировки)
а1 = (1,5 ÷ 2) hc, м
2.2.2.5. Принимаем минимальную освещенность Еmin по /2, табл. 33/
2.2.2.6.Определяем показатель помещения
//1, с. 34
По показателю помещения, коэффициенту отражения – находим коэффициент использования ηи по /2, табл. 36, 37/
2.2.2.7. Определяем световой поток лампы
, лм /1, с. /
Необходимое число ламп
,
где L – коэффициент минимальной освещенности; L = 1,1 ÷ 1,3.
2.2.2.8. Определяем фактическую освещенность помещения от принятых ламп
, лк,
где Фа – световой поток принятой лампы, лм использования светового потока.
2.2.2.9.Принимаем норму освещенности Ен = 0,5 лк.
2.2.2.10. Площадь территории разреза, участка:
S = А · В, м2
2.2.2.11. Суммарный световой поток
∑Ф = Ен · S · Кз · Кn; АМ /1, 7.14/
2.2.2.12. По таблице 7.3 принимаем ксеноновую лампу типа ДКсТ, мощностью Рл; Вт; Ил.В; Фл, ли; ηсв = 0,83.
2.2.2.13. По таблице 7.15 Находим требуемое число ламп.
2.3. Расчет количества рабочих машин и их расстановка на уступах.
Исходными данными для расчета количества экскаваторов, буровых станков и др. по отдельным видам работ являются плановое производственное задание участку по добыче, вскрыше, которые должны быть приведены в таблице 1. Эти показатели студенты берут сами.
Таблица 1 – Показатели участка на _________год
| № | Наименование показателей | ед.изм | План | Факт | Примечание |
| Добыча | тыс.т | ||||
| Вскрыша, всего в том числе автотранспорт ж.д. транспорт | тыс. м3 | ||||
| Переэкскавация | |||||
| Прочие работы | |||||
| Заявленная предприятием активная мощность, участвующая в максимуме на нагрузки | кВт кВа | ||||
| Плата за 1 кВт максимальной нагрузки – (а) | руб. | ||||
| Плата за 1 кВт/час потребной энергии – (в) | руб. | ||||
| Максимальное потребление РЗ эл.энергии участка (разреза) | кВт | ||||
| Расход электроэнергии | кВт/час | ||||
| Себестоимость 1 т. угля | руб./т | ||||
| Списочный состав трудящихся участка | чел. | ||||
| Размеры поля участка АхВ | м х м | ||||
| Разрез питается от системы Кузбассэнерго | |||||
| Ток (мощность) к.з. на шинах ГПП | кА, мВа |
2.3.1. Расчет количества экскаваторов.
Для выполнения производственного задания следует рассчитывать количество рабочих машин по технологическим процессам. На добычу предварительно принят (см. п. 1.2) экскаватор ЭКГ-4,6Б. Количество экскаваторов на добычу определим
,
где Пд.уч. – производственное задание участка по добыче угля, т.т/в год (см. таблицу 1.)
ПЭКГ-8И – производительность теоретическая или фактическая одного ЭКГ-8И по добыче, т/год;
γ - удельный вес угля, γ = 1,3 ÷ 1,34 т/м
Количество экскаваторов на вскрышных работах определяем:
,
где Пв.уч – производственное задание участка по вскрыше, тм3/год (табл.1)
ПЭКГ-8И – производительность одного ЭКГ-8И по вскрыше тм3/год
ПЭШ-10/70- производительность одного ЭШ-10/70 по вскрыше
ПЭШ-15/90- производительность одгого ЭШ-15/90
Количество рабочих машин на отвальном участке:
ПЭКГ-8И 
,
где ПГ.М. – производственное задание отвального участка по приему горной массы, т м3.
ПЭКГ-8И; ПЭКГ-10/70 – производительность по горной массе одного экскаватора, т м3
Если на разные работы приняты однотипные экскаваторы, например, ЭКГ-, то общее количество определяется суммой.
ПЭКГ = Пдоб + Па + Пвсп + …+ Ппр
2.3.2. Расчет количества буровых станков.
Исходя из крепости пород, объема горной массы принимают такие типы буровых станков 2СБШ-250 МН, СБШ-320, 3СБШ-200-60.
Необходимое количество буровых станков определяется по выражению
, /3, с.40/
где Q – объем обуреваемой горной массы, т./год;
Кр – коэффициент, учитывающий необходимы резерв станков
Кр = 1,2 ÷1,25;
Рсм – производительность станков в смену (150);
nсм – число смен работы в сутки, nсм = 2;
n сут – число рабочих дней в году, nсут = 250÷265;
V – выход горной массы с одного метра скважины, V = 30÷35 м3/м
2.3.3. После расчета и принятия рабочих машин, их необходимо расставить на плане горных работ, согласно принятой системе разработки и технологическому процессу.
Если на участке имеется водоотлив и др. электроприемники (эл.сварка, наждак), то оборудование принять существующее.
Обычно на уступах в зависимости от длины и вида применяемого транспорта располагают несколько экскаваторов. Число блоков (экскаваторных забоев) на одном уступе при ж.д. транспорте не превышает трех, а при автомобильном – пяти. /4, с. 205/.
Необходимо также учитывать, что к одной воздушной ЛЭП напряжением до 10 кВ разрешается подсоединять не более:
- трех одноковшовых экскаваторов с емкостью ковша до 5 м3;
- трех ПКТП;
- двух одноковшовых экскаваторов с емкостью до 12,5 м3 и двух ПКТП;
- одного одноковшового экскаватора с емкостью ковша свыше 12,5 м3 и двух ПКТП.
2.4. Анализ существующей схемы электроснабжения.
2.4.1. Выбор более рациональной схемы электроснабжения участка. Категории потребителей электроснабжения и потребителей требования к выбранной схеме.
При выборе схемы необходимо учитывать технологию горных работ, надежность электроснабжения, электрооборудования, удобство перемещения сетевых устройств и безопасность их обслуживания, стандартов и однородность электрооборудования.
При этом параметр горной технологии является решающим. К таким параметрам относятся: количество, тип и мощность горных машин, число экскаваторных заходок и их ширина, длина участка горных работ и скорость подвигания фронта горных работ уступа, на котором расположена карьерная сеть и смежного с ним уступа. При проектировании необходимо учитывать возможность временного отключения отдельный участков сети при проведении буровзрывных работ, ревизий и ремонтов электрооборудования.
Системы электроснабжения на разрезах должны отвечать ряду требований, регламентированных «Указаниями по проектированию электроснабжения угольных разрезов, шахт, брикетных фабрик»:
q для питания передвижного оборудования необходимо применять системы только с изолированной нейтралью;
q предусматривать питание от общих магистральных линий передвижных электроприемников напряжением 6/10 кВт и ПКТИ;
q присоединение к передвижным воздушным линиям до 10 кВ независимо от расстояния, на котором находится передвижной электроприемник, производить с использованием передвижных приключательных пунктов;
q каждую внутрикарьерную ВЛ требуется секционировать, а длину секций принимать равной 400-600 м.
Схемы распределения электроэнергии в зависимости от размеров и конфигурации участка, мощности и числа горных машин и механизмов, высоты и качества одновременно разрабатываемых уступов могут быть различными. На карьерах Кузбасса наибольшее распространение получили: продольная, радиальная и комбинированная схемы электроснабжения. /1, с. 204-207/
Здесь же надо перечислить, к какой категории будут относиться ваши электроприемники. Перечислить подпунктами, какие требования к системе будут положены за основу. Указать, где, какой режим нейтрали будет принят в проекте. /5, с. 9/
2.4.2. Выбор рода тока и величины напряжения определяется по /1, с. 197/
Здесь надо конкретно для каждого потребителя в отдельности указать, какой для него принимается по проекту род тока и какова величина напряжения. Этот подраздел рекомендуется описать по такой методике.
Род тока и величина напряжения для заданных потребителей выбирается по их техническим характеристикам.
2.4.2.1. Постоянный ток будет применяться с напряжением:
а) Для привода главных механиков одноковшовых экскаваторов в системе Г-Д ……В;
б) Для цепей возбуждения и управления по системе Г-Д на одноковшовых экскаваторах - …В;
в) Для электровозной тяги - …В; (если на переменном токе, пишется подпункт 9).
2.4.2.2. Переменный ток частотой 50 Гц принимаем напряжением:
а) Для питания сетевых двигателей на экскаваторах, конвейерах насосов водоотлива - …В;
б) Для вспомогательных механизмов из одноковшовых экскаваторов - …В;
в) Для всех механизмов на буровых станках - …В;
г) Для ксеноновых светильников - …В;
д) Для прочего освещения - …В;
е) Для ремонтного электрифицированного инструмента - …В;
ж) Для переносного освещения - … В;
з) Для привода механизмов в мастерских - …В;
и) Для электровозной тяги - …В (или подпункт 3);
к) Для ГПП с высокой стороны - … В;
с низкой стороны - … В.
2.5. Место расположения ГПП, ЯКНО, ПКТП
В зависимости от нахождения центра электрических нагрузок можно определить местоположение ГПП. При определении местоположения ГПП, необходимо учитывать следующее:
q ГПП должна располагаться в непосредственной близости от центра электрических нагрузок;
q Если центр нагрузок находится в границах отработки поля (блока) разреза со сроком отработки более 7 ÷ 8 лет в зоне буровзрывных работ, ГПП должна располагаться вне границ поля (или блока) разреза и вне зоны БВР;
q распределительные устройства ГПП со стороны ВН и НН должны располагаться так, чтобы не происходило пересечения вводов в ячейки распределительных устройств и пересечении выводов из них. /2, с.131/
Для одноковшовых экскаваторов с ковшом емкостью 12,5 м3 и выше рекомендуется применять систему глубоких вводов напряжением 35/6 кВ.
2.6.Определение длины воздушных и кабельных ЛЭП, начиная с самого удаленного потребителя.
После расстановки рабочих машин на плане горных работ согласно принятой системе разработки, выбора и нанесения схемы электроснабжения, ГПП, КРУПЭ-10, ПКТП и, подсоединив рабочие машины к выбранной схеме электроснабжения через приключательные пункты, определяем длину ЛЭП по плану горных работ согласно масштабу.
Например, если масштаб плана 1: 2000, то это означает, что в 1 мм плана отображено 2000 мм = 2 м реальной длины.
Учитывать, что длина пролетов стационарных ВЛ напряжением 6/10 кВ принимается в среднем 50 ÷ 100 м, а напряжением до 1000В – от 40 до 50 м. Расстояние между осветительными опорами – не более 50 м.
Длину гибких кабелей для питания экскаваторов принимать 250-200 м. Для увеличения длины кабеля устанавливают соединительную муфту (коробку).
Опоры для ВЛ принимать типовые – деревянные, железобетонные или деревянные с ж/б приставками (пасынками). /1, с. 252/
2.7.Определение мощности и выбор типа трансформаторов на ГПП и ПКТП.
Для определения мощности ГПП разреза, участка, имеющих значительное количество одноковшовых экскаваторов и буровых станков, нагрузка которых резко колеблется, принимаем метод коэффициента спроса:
, /1, с. 135/
где Кз – коэффициент загрузки;
Ко – коэффициент одновременности;
ηдв – средний к.п.д. приемника;
ηс – к.п.д. сети.
Коэффициент спроса для различных потребителей приведен в /1, с. 136, табл.6.2/, причем определяем мощность трансформаторов Ксп т, а cos φ для экскаваторов и других электроприемников, имеющие в основном асинхронные электродвигатели по /1, с. 136, табл. 6.1/. На современных экскаваторах, за исключением ЭКГ-5А установлены синхронные двигатели, работающие в режиме перевозбуждения, т.е. вырабатывают реактивную энергию емкостью характера с отдачей ее в сеть. Следовательно cos φ у синхронных электродвигателей опережающий и может находиться в пределах:
Cos φ = -1 до cosφ = -0,8; /5, табл.6/
Определение расчетных мощностей приведено в таблице 2. Здесь же можно предусматривать мероприятия по снижению потребления реактивной мощности от системы. Все электроприемники группируют по напряжению 6 и 0,4 30,66 / кВ; по технологическим процессам: вскрыша, добыча, отвал; по роду потребляемой энергии (на постоянном и переменном токе) /1, с. 240/ таблица будет состоять из 13 столбцов.
В 1 столбец заносим наименование электроприемников, разделяя их по технологии горных работ и по величине напряжения.
Во 2 столбце указывается количество однотипных электроприемников.
В 3-ем столбце записывается мощность одного электроприемника, причем записывается так, как задана в справочной литературе в КВ-А или в т КВТ или в кВар. Установленная мощность к одной какой-то одинаковой единице не преобразуется. Установленная мощность для каждого электроприемника разыскивается в литературе. Для сокращения потерь времени на поиски по литературе, а также для самопроверки, установленные мощности для некоторых приемников приведены в таблице 2.1.
В 4 столбце вычисляем суммарную установленную мощность всех приемников, округляя до целого числа Σ Ру = Рн · n; Σ Sy = Sн · n.
В 5 столбец заносим Ксп.т /1, табл. 6.2/ - для сетевиков и ТСН одноковшовых экскаваторов; для всех остальных Кс /1, табл.6.1/ перечисляем на Ксп.т по формуле /1, с. 241/.
Ксп.т = 
Для освещения пересчет не делают (Кс – Ксп.т.)
В 6 столбец заносим cos φ.
1) для всех ТСН и асинхронных сетевиков ЭКГ-5А cos φ = 0,7 ÷ 0,75 /1, с. 237 над табл. 6.2/
2) для синхронных сетевиков (ЭКГ-8И и все ЭШ) в первом приближении берется номинальный опережающий cosφр = 0,8 ÷ 0,9 (опер) независимо от типа экскаватора;
3) для всех остальных – из /1, табл. 6.1/
В 7-ой столбец заносим tgφp, причем у синхронников при cosφр (опер) значение tgφр будет отрицательное.
В 8-ом и 9-ом столбцах вычисляются искомые расчетные мощности (округлять до целого числа)
В 10-ом записывается коэффициент использования.
В 11 –ом – время работы в сутки экскаваторов, t = 20÷21 для б/ст t = 9÷10 ч при работе в одну смену t = 7 ч., в две смены t = 10 ч.
В 12-ом и 13-ом вычисляем расход активной и реактивной энергии в сутки. Эти данные необходимы для пункта 2.13.
2.7.1. После заполнения всех столбцов таблицы 2 приступаем к расчету мощности силового трансформатора по в/в (экскаваторной) нагрузке и по н/в нагрузке.
Используя расчетные таблицы 2 определяем расчетную мощность трансформаторного ГПП по высоковольтной нагрузке
Sр в\в = 
кВа /1, с. 241/
где Σ Рр в/в - суммарная расчетная активная мощность по высоковольтной
нагрузке, кВт;
ΣQр в/в – суммарная расчетная реактивная мощность на в/в нагрузке, кВар.
2.7.2. Мощность трансформаторов для запитки отдельных низковольтных электроприемников определяем по данным таблицы 2 графы 8,9. Например, для ПКТП бурового станка
Sp б/ст = 
, кВа /1. с. 241/
где Рр б/с – расчетная активная мощность бурового станка, кВт;
Qр б/с – расчетная реактивная мощность бурового станка, кВа
По справочнику /6,7/ выбираем силовой трансформатор типа ТМ, напряжением 6/0,4 кВ с номинальной мощностью Sн.
Затем трансформатор устанавливают в ПКТП и принимают столько трансформаторов с ПКТП, сколько буровых станков.
Н/в электроприемников расчет и выбор силового трансформатора для ПКТП ведем аналогично. Общая мощность по низковольтной нагрузке определяется по выражению:
Sн/в = S н б/с + S н свар + Sосв. + …+ Sн.др, кВа
2.7.3. Общая расчетная мощность участковой ГПП определяется по выражению
Sр.общ = Sр в/в + Sр н/в, кВА
По /6, с.234, 7, с. 17/ принимаем силовой трансформатор тип ТМ, напряжением 35/6 кВ, у которого Sном > Sр.общ.
Если на участке имеются потребители I и II категории, то необходимо принимать два трансформатора, один рабочий, другой резервный.
Таблица 2 – Техническая характеристика электроприемников
| Наименование | кол-во | Sн.тсн, кВ·А Рн ·дв кВт | ΣРу,АВ, кВт; ΣSтсн; кВ · А | Кспт | Cosφ | tgφр | Расчетная мощность | |
| Рр=Кспт · ΣРу· аn, кВт | Qр · Рр·tgφр кВА· р | |||||||
2.8. Расчет сечения воздушных и кабельных ЛЭП.
Перед расчетом сечения ВЛ и КЛ необходимо принять:
- тип проводов А или АС;
- тип кабеля для экскаватора КГЭ, для буровых станков типа КРПТН;
- расстояние между опорами и высоту подвески проводов ВЛ согласно ПУ;
- принять тип опор для стационарных ЛЭП производят по допустимому току нагрузки и по допустимой потере напряжения, а для ЛЭП напряжением выше 1000В – по механической прочности и экономической плотности тока (для стационарных ЛЭП).
При выборе ЛЭП для питания одноковшовых экскаваторов учитывают допустимую потерю напряжения при пиковой нагрузке двигателей (пусковой режим).
Расчет и выбор сечений рабочих жил кабелей производят по токовой нагрузке и по экономической плотности тока с последующей проверкой по допустимой потере напряжения при нормальном и пусковом режимах, а для кабелей напряжением выше 1000 В еще и по термической стойкости при трехфазных к.з. Окончательно принимают большее сечение, полученное по результатам расчета.
2.8.1. Расчетный ток нагрузки для электроприемников с равномерной положительной нагрузкой (насосы, компрессоры, конвейеры и т.п.) равен:
, А /2, с. 88/
где ΣРн – сумма номинальных мощностей группы однотипных приемников,
кВт;
Vн – номинальное напряжение, кВт;
Кс – коэффициент спроса, принимается по л.2, табл.21;
cos φ – принимается по /2, табл.21/
По расчетному току Iрасч по /2, табл. 18/ выбираем кабель с определенным сечением с допустимым длительным током Iдоп, при этом должно быть соблюдено условие
Iрасч.≤1доп.,
по /2, табл. 15/ выбираем провод ВЛ определенного сечения с длительно допустимым током Iдоп.
Предельно допустимый ток нагрузки, который может выдержать ваше сечение должен быть больше или равен расчетному току, т.е.
Iдоп ≥ Iрасч.
Выбранное сечение проводника для гибкого кабеля должно быть проверено на термическую устойчивость током к.з.
Smin = 
, мм /1, с. 261/
/2, с. 25/
где I∞(3) – установившийся ток к.з. (брать согласно п.8.1);
tn – приведенное время протекания к.з., tn =0,25÷1,2;
С – коэффициент, зависящий от максимально допустимой и начальной
температуры кабеля, для кабелей с медными жилами С = 165,
для кабелей с алюминиевыми жилами С = 88/90.
2.8.2. Определяем расчетный ток для одного из групп однотипных экскаваторов.
Iрасч. = 
, /2, с. 89)/
где Σiag – сумма активных составляющих расчетного тока приводных двигателей главных преобразовательных агрегатов одноковшовых экскаваторов; Σiag = 
;
Кс – принимаем по /табл. 22/;
Рн – номинальная мощность приводного двигателя, кВт;
ΣiaT – cумма активных составляющих тока двигателей вспомогательных механизмов, ΣiaT = 
;
Cos φT – коэффициент мощности вспомогательных механизмов,
Cos φT= 0,7 ÷0,75
ΣSH – сумма номинальных мощностей, ТСН, кВА;
ΣIpg – сумма реактивных составляющих токов двигателей вспомогательных механизмов, ΣIpg = Σiag · tg φнд;
tgφT – соответствует Cos φT =0,7 ÷ 0,75.
После определения Iрасч. экскаватора выбираем провод марки А и АС и кабель типа КГЭ по /2, табл. 15, 18/ с Iдоп для провода и кабеля. При этом должно соблюдаться условие Iрасч ≤ Iдоп устойчивость токов к.з. минимальное сечение кабелей, определяемое из условий стоимости тока к.з. Может быть найдено по формуле:
Smin = 
, мм2 /1, с. 261/
