Подземные системы электроснабжения шахты используются, чтобы обеспечивать питание проходческих комбайнов, конвейеров, насосов водоотлива, вентиляторов, систем освещения, связи и систем безопасности. В условиях шахты электрооборудование работает при высокой влажности, большой запылённости, вибрациях и постоянном перемещении техники. Поэтому устойчивость электроснабжения зависит не только от достаточной мощности источника, но и от исполнения подстанций, состояния кабелей, функционирования систем защиты. Не менее важно, чтобы была предусмотрена возможность быстро отключить поврежденный участок электрической сети и перейти на резервное электроснабжение.
Подземные трансформаторные подстанции
Подземная трансформаторная подстанция понижает напряжение распределительной сети до уровня, необходимого участковым потребителям. Её стараются размещать ближе к центру электрических нагрузок – чем короче протяжённость линий низшего напряжения, тем меньше потери и падение напряжения, в том числе при пуске мощных электродвигателей. Для очистных и проходческих участков это особенно важно, поскольку по мере продвижения забоя меняется расположение оборудования и, соответственно, центр нагрузок.
Требования к взрывозащите и пожаровзрывобезопасности
В выработках, где возможно образование взрывоопасной метановоздушной или пылевоздушной смеси, применяют рудничное электрооборудование соответствующего уровня и вида взрывозащиты. Требования распространяются на весь электротехнический комплекс: трансформаторную подстанцию, коммутационные аппараты, кабельные вводы, соединители и аппаратуру управления. Безопасность узла нельзя обеспечить одним взрывозащищенным аппаратом, если остальные элементы не соответствуют условиям эксплуатации.
Защита должна своевременно отключать поврежденный участок при коротком замыкании, перегрузке и других предусмотренных аварийных режимах. В установленных проектом и нормативными требованиями случаях питание также отключается при превышении допустимой концентрации метана. Особое внимание при осмотрах уделяют кабельным вводам и соединениям, цепям заземления, состоянию взрывозащитных оболочек и признакам локального перегрева.
Охлаждение трансформаторов в стесненных условиях
В подземной выработке трансформатор работает в условиях ограниченного пространства и низкой эффективности систем вентиляции. Поэтому условия отвода тепла важно учитывать ещё во время выбора места установки подстанции. Для оборудования, использующего воздушное охлаждение необходимо обеспечить свободную циркуляцию воздуха вокруг корпуса и охлаждающих поверхностей. Загромождение пространства кабелями, оборудованием или материалами ухудшает теплоотдачу и повышает рабочую температуру трансформатора.
Мощность трансформатора выбирают с учетом расчетной нагрузки участка, режимов работы электродвигателей и температуры окружающего воздуха. Длительный перегрев ускоряет старение изоляции и сокращает срок службы оборудования, даже если температура еще не достигла значения, при котором срабатывает защита.
Кабельные линии в шахтах: гибкие и бронированные
Передвижные комбайны, погрузочные машины и другое мобильное оборудование подключают гибкими шахтными кабелями, рассчитанными на многократные изгибы и перемещение вместе с потребителем. Для стационарных линий тип кабеля выбирают по напряжению, назначению, условиям прокладки и ожидаемым механическим нагрузкам. В зависимости от этих факторов применяют в том числе бронированные исполнения.
Конструкция шахтных кабелей и маркировка
Помимо силовых жил шахтный кабель может иметь заземляющую жилу, вспомогательные жилы управления, экраны, оболочки и другие защитные элементы. В конструкции стационарных кабелей также может применяться броня. Для гибкого кабеля особенно важны стойкость к многократным изгибам и сохранение целостности жил, для стационарного – механическая прочность и соответствие условиям прокладки.
Маркировку кабеля сверяют с документацией изготовителя. По ней определяют назначение, число и сечение жил, номинальное напряжение и особенности исполнения. Один лишь наружный диаметр не позволяет судить о допустимой токовой нагрузке и внутренней конструкции кабеля. Поэтому устанавливать кабеля с непроверенными характеристиками нельзя – результатом могут стать перегрев, недопустимое падение напряжения или несовместимость с кабельным вводом.
Правила прокладки в выработках и штреках
Кабельную трассу располагают так, чтобы исключить повреждение транспортом, конвейерами, горной массой и подвижными механизмами. Кабели закрепляют на предусмотренных для этого конструкциях, не допускают изгибов с радиусом меньше установленного изготовителем, а на участках возможного механического воздействия предусматривают дополнительную защиту.
Особого внимания требуют места подвеса, соединения, муфты и участки, где кабель регулярно перемещается вместе с оборудованием. Нельзя допускать его чрезмерного натяжения, защемления между конструкциями или перегиба через острые кромки. Гибкий кабель необходимо регулярно осматривать, особенно после перемещения подключенной к нему машины.
Защита от токов утечки в шахтных сетях
Повреждение изоляции может привести к появлению опасного тока утечки на землю ещё до возникновения короткого замыкания. Поэтому в подземных сетях применяют специальные аппараты защиты от утечек, которые контролируют состояние электрически связанной сети и при возникновении опасной утечки обеспечивают ее автоматическое отключение.
Реле утечки и автоматические выключатели
Аппарат защиты от утечек контролирует состояние сети относительно земли и при возникновении утечки тока подает исполнительный сигнал на отключающее устройство. В участковых сетях в качестве защиты используются автоматические выключатели. Также может устанавливаться один отключающий аппарат совместно с устройством защиты от утечек, установленным на всю электрически связанную сеть.
Автоматические выключатели выполняют коммутацию и отключение поврежденных цепей. При коротком замыкании действует максимальная токовая защита, а для электродвигателей в предусмотренных случаях дополнительно применяется защита от перегрузки, перегрева и аварийных режимов пуска. Таким образом, защита от утечек и токовые защиты выполняют разные функции, но совместно обеспечивают безопасное отключение аварийного участка.
Периодичность проверок защитных устройств
Перед началом каждой смены проверяют, срабатывает ли защита от утечек и отключает ли она сеть при имитации аварийного режима. Если аппарат оснащён встроенной системой самоконтроля, отдельная ручная проверка может не требоваться. Кроме того, в сетях напряжением 380, 660 и 1200 В не реже одного раза в шесть месяцев измеряют время от возникновения утечки до полного отключения напряжения.
Состояние изоляции кабелей и электрооборудования проверяют путем измерения ее сопротивления. Такую проверку проводят после монтажа или перемещения оборудования, а также после аварийного срабатывания защиты. Если защита от утечек не позволяет повторно включить сеть, измерение помогает найти участок с поврежденной изоляцией.
Стационарное электрооборудование проверяют и планово – не реже одного раза в год. Результаты измерений фиксируют в эксплуатационной документации. Это позволяет отслеживать изменения состояния изоляции и выявлять дефекты до того, как они приведут к отключению участка или повреждению оборудования.
Для наземных объектов шахты, временных площадок и резервирования отдельных потребителей могут использоваться дизель-генераторные установки, трансформаторы и модульные энергокомплексы. Подобрать оборудование и схему подключения электроэнергии в шахте под фактическую нагрузку помогут специалисты компании АГК.
