Электрификация объектов при строительстве городских подземных сооружений

 

УДК 621.31:622(075.08) 
ББК 31.33 
П 30 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253−03, утвержденным Главным государственным санитарным 
врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое 
заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и 
благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.10 
 
Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области горного дела (письмо № 51-75/6 
от 30.06.2009) 

 
Рецензенты: 
• 
кафедра «Механизация и автоматизация горных и геологоразведочных 
работ» Российского государственного геологоразведочного университета 
(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.В. Алексеев; д-р техн. наук, проф. Ю.В. 
Шевырев); 
• 
д-р техн. наук, зав. отделом А.Т. Ерыгин (ИПКОН РАН) 

 
Петров Г.М. 
П 30         Электрификация объектов при строительстве городских подземных сооружений: Учебник. — М.: издательство «Горная книга», Издательство 
Московского государственного горного университета, 2011. ⎯ 522 с.: ил. 
(ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА) 
ISBN 978-5-98672-234-4 (в пер.) 
ISBN 978-5-7418-0668-5 
Описаны принципы электроснабжения и построения схем распределения элек
троэнергии на предприятиях, строящих городские подземные сооружения. Приведены 
краткие характеристики основного электрооборудования, применяемого при электрификации строительных площадок поверхностного и подземного комплексов. Изложены основные данные по выбору, расчету и защите кабельных линий и оборудования. 
Рассмотрены основы электробезопасности, энергетические показатели и показана организация эксплуатации электрохозяйства городских подземных сооружений. 

Г.М. Петров − канд. техн. наук, проф. (кафедра «Электрификация и энергоэффек
тивность горных предприятий» Московского государственного горного университета). 

Для студентов горных вузов и факультетов, обучающихся по специальности 

«Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» (квалификация − горный инженер) направления подготовки «Электротехника, 
электромеханика и электротехнологии». 
 
УДК 621.31:622(075.08) 
ББК 31.33 
 
ISBN 978-5-98672-234-4 
ISBN 978-5-7418-0668-5 

 

© Г.М. Петров, 2011 
© Издательство «Горная книга», 2011 
© Издательство МГГУ, 2011 
© Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2011 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Элек три фи ка ция  в настоя щее  время игра ет суще ствен ную
роль  в разви тии  всех отра слей народ но го хозяй ства,  во всем
совре мен но м науч нотех ни че ско м про грес се.
Элек три фи ка ция пред прия тий стро и тель ства город ских
под зем ных соору же ний  имеет важ ное зна че ние  как основ ная
энер ге ти че ская  база ком плекс ной меха ни за ции  и авто ма ти за ции
гор ных  работ. Совре мен ные пред при я тия город ско го под зем но го стро и тель ства явля ют ся кру пны ми потре би те ля ми элек три че ской энер гии, имеющими харак тер ные осо бен но сти, свя зан ные
с усло виями рабо ты  машин  и меха низ мов  в под зем ных усло виях
( в неко то рых слу чаях газо вая  среда, боль шая водо о биль ность  и
ряд дру гих спе ци фи че ских гор ногео ло ги че ских фак то ров).
Спе ци фи ка усло вий под зем ных выра бо ток стро и тель ства город ских под зем ных соору же ний обусло ви ла  ряд спе циаль ных тре бо ва ний  к элек тро снаб же нию пред прия тий,  к испол не нию элек тро обо ру до ва ния, при ме няе мого в под зем ных гор ных выра бот ках.  Это  в  свою оче редь потре бо ва ло реше ния мно гих про блем,
свя зан ных  с безо пас ным при ме не ни ем элек три че ской энер гии  в
под зем ных выра бот ках,  с защи той пер со на ла  от пора же ния элек три че ским  током  и  т.п. Раз ра бо та ны, соз да ны  и вне дре ны раз но об раз ные  виды элек тро обо ру до ва ния  и науч ные мето ды безо пас но го при ме не ния элек тро энер гии  в под зем ных гор ных выра бот ках пред прия тий город ско го под зем но го стро и тель ства.
Основ ны ми гор ны ми маши на ми  в город ском под зем ном
стро и тель стве явля ют ся про ход че ские  щиты  и ком плек сы  как
зару беж но го,  так  и рос сий ско го про из вод ства, уста но влен ная
мощ ность кото рых дости га ет нес коль ко  тысяч  кВт  и  более. Гор ные маши ны  и ком плек сы, осо бен но боль шой еди нич ной мощ но сти, тре бу ют при ме не ния совер шен ных  систем элек тро снаб же ния, спо соб ствую щих повы ше нию про из во ди тель но сти
труда.
Суще ствен ное зна че ние  имеет повы ше ние напря же ния
пита ния гор ных  машин  и ком плек сов.  На  ряде про ход че ских

ком плек сов зару беж но го про из вод ства  на тех но ло ги че ских пло щад ках уста на вли ва ют ся  сухие тре хоб мо точ ные тран сфор ма то ры, пер вич ное напря же ние кото рых питает ся напря же ни ем 
6  или 10  кВ. При вод ные дви га те ли мощ ных ротор ных рабо чих
орга нов про ход че ско го ком плек са полу ча ют пита ние  от вто рич ной обмот ки тран сфор ма то ра напря же ни ем 600  В,  а дру гие элек тро по тре би те ли –  от дру гой вто рич ной обмот ки тран сфор ма то ра напря же ни ем 380  В.
Успеш ное вне дре ние ново го элек тро обо ру до ва ния,  его
эксплу а та ция  и тех ни че ское обслу жи ва ние, повышение эко но ми че ской эффек тив но сти про из вод ства зави сят  от уров ня под го тов ки про из вод ствен но го пер со на ла,  в част но сти инже нер но го
соста ва пред прия тий город ско го под зем но го стро и тель ства.
Учеб ник напи сан  в соот вет ствии  с про грам мой  курса «Элек три фи ка ция стро и тель ства город ских под зем ных соору же ний».
Изло же ние дан но го  курса бази ру ет ся  на мате ри а ле дис ци плин
«Элек три че ские  и элек трон ные аппа ра ты», «Элемен ты  систем
авто ма ти ки», «Осно вы элек тро снаб же ния гор ных пред прия тий», «Авто ма ти зи ро ван ный элек тро при вод  машин  и уста но вок
гор но го про из вод ства». Вопро сы, трак ту е мые  в ука зан ных дис ци пли нах, изла га ют ся  в учеб ни ке при ме ни тель но  к осо бен но стям рабо ты элек тро обо ру до ва ния  в усло виях город ско го под зем но го стро и тель ства.

ВВЕДЕНИЕ

Под элек три фи ка ци ей стро и тель ства город ских под зем ных
соору же ний сле ду ет пони мать снаб же ние пред прия тий элек тро энер ги ей  от элек три че ских стан ций  и под стан ций,  а  также при ме не ние элек три че ско го при во да  как основ ной дви жу щей  силы
про из вод ствен ных  машин  и меха низ мов.
В зада чу  курса «Элек три фи ка ция стро и тель ства город ских
под зем ных соору же ний» вхо дит изу че ние вопро сов при ме не ния
элек три че ской энер гии (исклю чая вопро сы элек тро при во да)
при под зем ном стро и тель стве город ских соору же ний  в нераз рыв ной  связи  с рабо чи ми меха низ ма ми, тех но ло ги ей про из вод ства  и орга ни за ци ей  труда.
При ме не ние элек три че ской энер гии свя за но  с опас но стью
как  для рабо таю щих,  так  и  для само го тех но ло ги че ско го про цес са (угро за пожа ра  или взры ва  при соот вет ствую щих усло виях
про из вод ства).  При  этом безо пас ность ста но вит ся  одним  из наи бо лее важ ных фак то ров  при элек три фи ка ции под зем ных  работ.
С сере ди ны  XVIII  века по 70е  годы  XIX  века соз да ют ся мате риаль ные пред по сы лки  для про мы шлен но го использования элек тро энер гии: воз ра ста ет потреб ность  в добы че полез ных иско па е мых, появля ют ся добыч ные  и про ход че ские маши ны  как  объект
при ме не ния элек тро при во да,  а  также элек три че ские маши ны. В
этом важ ную  роль сыграли уси лия уче ных  и инже не ров мно гих
стран,  в  том  числе и рос сий ских ( Я.С.  Якоби,  Ф.А. Пироц кий  и
др.). Воз ни ка ют  идеи исполь зо ва ния элек тро энер гии  для взры ва ния шпу ров (сере ди на  XVIII  века),  для при во да  машин  и осве ще ния. Появля ют ся про мы шлен ные уста нов ки элек тро маг нит но го
обо га ще ния  руды (40е  годы  XIX  века).  В 70е  годы дела ют ся пер вые попыт ки соз да ния элек тро при во да гор ных  машин.
В 80е  – пер вой поло ви не 90х  годов  XIX  века начи на ет ся
про мы шлен ное вне дре ние элек тро энер гии  в шах тах  для сиг на ли за ции,  связи, ста цио нар но го осве ще ния ( в Рос сии –  
с 1887  г.  на Брян цев ской соля ной  копии,  затем  на  ряде руд ни ков
Дон бас са).  С 1881  г. элек тро при вод постоян но го  тока начи на ет

при ме нять ся  для отдель ных ста цио нар ных уста но вок  и транс пор та,  со вто рой поло ви ны 80х  годов –  для забой ных меха низ мов. Боль шое зна че ние  в при ме не нии элек три че ства  в шах тах
имели работы уче ных  и инже не ров  ряда  стран,  в  том  числе  и рос сий ских ( Д.Л. Лачи нов,  И.А.  Тиме,  М.О. Доли воДоб ро воль ский).
Со вто рой поло ви ны 90х  годов  – пер вой поло ви ны 10х
годов  XX  века начинают применяться элек тро при во ды на осно ве
трех фаз но го пере мен но го  тока.  В Рос сии пер вые сило вые уста нов ки появля ют ся  в 1895  г. (Щер би нов ский руд ник  в Дон бас се).
К  концу  этого перио да соз да ны элек тро дви га те ли, пуско вая
аппа ра ту ра, кабе ли, прин ци пы устрой ства кото рых  в основ ных
чер тах сох ра ни лись  до наше го вре ме ни. Одна ко  ряд фак то ров
(слож ность элек три че ских  схем, нес овер шен ство кон струк ций,
невы со кое каче ство изо ля ции, непре рыв ный  рост мощ но стей  и
напря же ний, при ме не ние  в под зем ных выра бот ках напря же ния
1 – 3  кВ  и  др.) услож ни ли про бле му элек тро бе зо пас но сти.  В Рос сии боль шую роль во вне дре нии элек три че ства  в под зем ных гор ных выра бот ках  сыграли работы И.А.  Тиме,  Г.Е. Евреи но ва,
М.М. Федо ро ва.
В 20х  годах  XX  века начи на ет ся вне дре ние элек тро обо ру до ва ния  в  забоях газо вых  шахт,  за рубе жом создаются взры во бе зо пас ные маг нит ные пуска те ли с дистан цион ным упра вле ни ем  и
рабо тос по соб ные кон струк ции экра ни ро ван ных кабе лей.  В Рос сии элек три фи ка ция осу щест вля ет ся  на  базе пере мен но го  тока  с
при ме не ни ем еди ных стан дарт ных напря же ний  и наи бо лее бла го при ят ной  по усло виям безо пас но сти систе мы  с изо ли ро ван ной ней тралью.
В 30е – 40е  годы  ХХ  века соз да ет ся  более совер шен ная
пуско вая аппа ра ту ра, вне дря ет ся дистан цион ное упра вле ние,
улуч ша ют ся  схемы элек тро снаб же ния. Воз ни ка ет зада ча уве ли че ния напря же ния, повы ше ния надеж но сти элек тро обо ру до ва ния, осо бен но кабе лей. 
В  период 40х – 50х  годов про ис хо дит корен ной тех ни че ский
сдвиг.  В  ряде  стран выпу ска ют ся взры во бе зо пас ные тран сфор ма 

то ры, пуска те ли  с искро бе зо пас ны ми цепя ми упра вле ния, под го та вли ва ет ся пере ход  на  более высо кие напря же ния.  В Совет ском
Союзе  к  концу этого периода соз да ют ся забой ные элек тро дви га те ли  с повы шен ны ми дли тель ны ми мощ но стя ми,  не усту паю щие
луч шим зару беж ным образ цам, начи на ет ся осво ение 660  В, раз ра ба ты ва ют ся пере движ ные под стан ции, производятся рабо ты  по
регу ли ру е мо му при во ду забой ных  машин, что приводит к суще ствен ному повы шению сте пени элек тро бе зо пас но сти. 
В 60е  годы завер шен пере ход  на напря же ние 660  В; нача та
эксплу а та ция пере движ ных тран сфор ма тор ных под стан ций,
него рю чих экра ни ро ван ных кабе лей; вне дре ны без ма сля ные
высо ко воль тные выклю ча те ли, маг нит ные пуска те ли  с искро бе зо пас ны ми цепя ми упра вле ния, забой ные дви га те ли  с дли тель ны ми мощ но стя ми  до 150  кВт  и  более;  в обла сти защи ты вне дряются систе мы опе ре жаю ще го отклю че ния, авто ма ти че ской
газо вой защи ты.
В 70е – 80е  годы науч нотех ни че ский про гресс  в обла сти
элек три фи ка ции  был напра влен  на рас ши ре ние обла сти при ме не ния элек три че ской энер гии  в под зем ных гор ных выра бот ках  и
повышению безо пас но сти  ее исполь зо ва ния,  а  также  на повы ше ние энер го во ору жен но сти  и устой чи во сти рабо ты гор ных
машин.  Были раз ра бо та ны ком плекс обо ру до ва ния  и кабе ли  на
напря же ние 1140  В.
После извест ных собы тий  в  конце  ХХ сто ле тия (распад
Совет ско го  Союза)  ряд пред прия тий  по изго то вле нию гор ной
тех ни ки оста лись  на тер ри то рии  стран ближ не го зару бежья.  
В совре мен ной Рос сии  стало  все боль ше при ме нять ся элек тро обо ру до ва ние зару беж но го про из вод ства,  в кото рых используются забой ные элек тро дви га те ли про ход че ских  и добыч ных
ком плек сов  с дли тель ны ми мощ но стя ми  до 400  кВт  и  более.  
В аппа ра ту ре упра вле ния  и защи ты  стали при ме нять ся авто ма ты
с боль шой отклю чаю щей спо соб но стью ( свыше 40  кА).
В нача ле  XXI  века  на  ряде рос сий ских пред прия тий  стала изго та вли вать ся аппа ра ту ра руд нич но го нор маль но го испол не ния,
кото рая широ ко исполь зу ет ся  при элек три фи ка ции стро и тель ства

город ских под зем ных соору же ний. При ме не ние дан но й аппаратуры позво ли ло суще ствен но сни зить метал ло ем кость электрооборудования и его сто и мость  по срав не нию  со взры во бе зо пас ной
аппа ра ту рой,  а  также повы сить безо пас ность  по срав не нию  с
обще про мы шлен ной аппа ра ту рой упра вле ния  и защи ты, исполь зу е мой  в  щитах упра вле ния про ход че ских  и добыч ных ком плек сов
зару беж но го про из вод ства.  Кроме  этого  стала широ ко исполь зо вать ся совре мен ная аппа ра ту ра упра вле ния  и защи ты  на  базе
микро про цес сор ной тех ни ки.  При упра вле нии систе ма ми элек тро при во да исполь зу ют ся микро ЭВМ  и встро ен ные микро кон трол ле ры.
Наря ду  с совер шен ство ва ни ем элек тро обо ру до ва ния, при ме няе мо го  в под зем ных гор ных выра бот ках, совер шен ству ют ся
сред ства  и пра ви ла  по обес пе че нию элек тро бе зо пас но сти. 
В 30е  годы  ХХ сто ле тия появля ет ся  ряд науч ных  работ  по
взры вои искро бе зо пас но сти, раз ра ба ты ва ют ся пер вые оте че ствен ные Пра ви ла изго то вле ния взры во бе зо пас но го элек тро обо ру до ва ния  и мето ди ка  его испы та ния.  В 50е – 60е  годы соз да ют ся еди ная тео рия, мето ди ка рас че та  и испы та ний  на искро бе зо пас ность, Пра ви ла  и  нормы кон струи ро ва ния искро бе зо пас но го элек тро обо ру до ва ния.
Осо бо го вни ма ния заслу жи ва ет разви тие про фи лак ти че ских
мер обес пе че ния элек тро бе зо пас но сти: кон троль состоя ния изо ля ции элек троуста но вок  и защи та  от уте чек  тока. Боль шой  вклад
в реше ние  этого вопро са  был вне сен инсти ту та ми  ДПИ,
ВНИИВЭ, Мак НИИ ( В.П. Коло сюк,  А.Я.  Фанин,  В.С.  Дзюба  и
др.). Пред ло жен  и вне дрен  целый  ряд  реле утеч ки –  УАКИ,
АЗАК,  АЗПБ,  АЗШ,  АЗУР.
Важ ным напра вле ни ем послужили рабо ты  по опре де ле нию
пер вич ных кри те риев элек тро бе зо пас но сти, которые были начаты в гор ной про мы шлен но сти  в  конце 50х  годов ( Б.Г. Мень шов).  В 60х – 70х  годах про шло го сто ле тия про во дят ся иссле до ва ния, воз гла вля емые шко лой  МГИ ( В.И. Щуц кий,  М.И.
Бараш,  Ю.Г. Баце жев,  Н.П. Коре нев,  А.И. Най де нов  и  др.).