Глава 6 рудничная аппаратура управления и зашиты

6.1. Общие сведения

Тяжелые условия эксплуатации в подземных выработках, осо­бенно на шахтах; опасных по газу или пыли, предъявляют к рудничному электрооборудованиюр яд общих требований, вы­полнение которых обеспечивает безопасность и надежность его эксплуатации.

К таким требованиям относятся:

закрытое исполнение для предотвращения проникновения внутрь пыли или влаги;

повышенная механическая прочность для защиты от внеш­них повреждений;

необходимость блокировочных устройств, препятствующих подаче напряжения при открытом корпусе;

необходимость интенсивного и надежного проветривания горных выработок для снижения концентрации газа в руднич­ной атмосфере до допустимых пределов;

обеспечение непрерывности заземления для передвижных машин.

Как правило, рудничная аппаратура совмещает функции уп­равления и защиты (автоматические выключатели, магнитные пускатели, пусковые агрегаты и др.). Под управлением пони­мают включение, отключение и реверсирование электродвигате­лей. Защита необходима в случае нарушения нормального ре­жима работы при появлении коротких замыканий, перегрузок, пробоя изоляции и недопустимого колебания напряжения в сети.

В зависимости от способов управления различают аппара­туру ручного и автоматического управления.

По назначению рудничные аппараты делятся на: автомати­ческие выключатели для включения и защиты магистральных линий от коротких замыканий; пускатели для индивидуального пуска и защиты отдельных электропотребителей; станции уп­равления для взаимосвязанного управления отдельными по­требителями комплексов.

Согласно ПБ, аппаратура уп­равления и защиты для пере­движных приемников электриче­ской энергии должна работать в сетях с напряжением не выше 1200 В, во вспомогательных и осветительных сетях—127— 220 В.

Во всех аппаратах, незави­симо от назначения, принципа действия и исполнения, разли­чают следующие основные эле­менты: контактную систему; ме­ханизм включения и отключения; элементы защиты; различные блокировочные устройства для

обеспечения требований безопасной эксплуатации; оболочку, обеспечивающую защиту всех элементов аппарата от механи­ческих воздействий, с вводными и выводными устройствами.

Наиболее ответственным элементом каждого коммутацион­ного аппарата является контактная система контактора. При замыкании, и особенно при размыкании больших токов сило­вых цепей возникает электрическая дуга, под действием кото­рой контакты оплавляются и разрушаются, нарушая работу аппарата.

Необходимость повышения коммутационной способности контакторов в условиях повышенного напряжения потребовала совершенствования дугогашения контакторов. Это требует при­менения способа бездуговой коммутации, ограничения времени и энергии отключаемой дуги посредством силовых неуправляе­мых вентилей, а также гашения дуги в вакууме (вакуумные контакторы).

В зависимости от типа контакторов, встраиваемых в раз­личные пускатели, применяется тот или иной способ гашения дуги. Контакторы типа КТ 6043АР и КТ 6043БР (для пускате­лей ПВИ-320 и ПВ-1140-250) имеют изоляционные детали из дугостойкой пластмассы и керамические дугогасительные камеры с пламегасителями, ограничивающими выброс дуги в оболочку.

В контакторах типа КТ 6043БР для повышения эффективно­сти дугогашения часть дугового промежутка зашунтирована диодами (рис. 6.1, а). Для этого в дугогасительную камеру вво­дится дополнительный рог 3. К нему и к подвижному контакту присоединены диоды VD1 и VD2. В полупериод, когда через контакты проходит ток в направлении, совпадающем с про­водимостью диодов, дуга горит лишь между рогом и неподвиж­ным контактом 1, а в промежутке между рогом и подвижным контактом 2 она не горит, так как промежуток зашунтирован диодами VD1, VD2. При изменении направления тока в цепи контактов дуга повторно не загорается, так как электрическая прочность воздушного промежутка между рогом 3 и контак­том 2 достаточно высока.

В контакторах мостикового типа (КТ 6043АР, КТУ) также используются шунтирующие диоды. Два неподвижных контакта 1 (рис. 6.1,6) размыкаются подвижным контактом 2 и возни­кает две дуги Д1 и Д2. Дугу шунтируют диоды VD1 — VD3. Принцип работы в основном аналогичен описанному, однако подключение к подвижному контакту осуществляется гибкой связью.

Для обеспечения требуемого уровня обратного напряжения используются три последовательно соединенных диода, которые для выравнивания напряжения на них шунтируются резисторами R1—R3.

При шунтировании дуги общим для всех схем является то, что диоды и шунтирующие их резисторы включены в цепь только во время дугогашения. После гашения дуги потребитель оказывается отсоединенным от сети с видимым разрывом, тем самым обеспечивается гальваническая развязка между сетью и электропотребителем.

Помимо изложенных способов может использоваться прин­цип бездуговой коммутации на базе синхронизирующих электро­магнитов и встречно-параллельно включенных неуправляемых силовых вентилей, подробно описанный в [4].

Рудничная аппаратура должна удовлетворять ряду допол­нительных требований в части обеспечения безопасности от по­ражения электрическим током в подземных условиях, возникно­вения пожаров, а также надежности эксплуатации. Основными из этих требований являются: надежность и удобство эксплуатации в подземных условиях шахт и рудников;

предупреждение опасности поражения электрическим током;

искробезопасность цепей дистанционного управления, осо­бенно в шахтах, опасных по газу или пыли;

обеспечение минимального числа жил для цепей управления, блокировки и др.

Надежность и удобство в эксплуатации электрооборудова­ния определяются прежде всего его принципиальной электриче­ской схемой и конструктивным выполнением аппарата в целом. Надежность работы магнитных пускателей определяется в ос­новном износостойкостью контактора, т. е. числом включений, которое способна выдержать контакторная система в результате механического или электрического износа.

Механический износ контактора определяется механическим износом отдельных его элементов (магнитной системы, контак­тора и др.), которые подвергаются ударам при частых включе­ниях, характерных особенно для очистных машин. У пускате­лей серии ПВИ при частоте включений — отключений (В — О) 1200 в 1 ч механическая износостойкость определяется числом циклов 2,5∙10 В — О. Повысить механическую износостойкость контактора можно амортизацией его элементов. Применение вакуумных выключателей позволило повысить механическую износостойкость до 5 ∙ 10⁶ циклов В — О.

Под электрической износостойкостью понимают максимально возможное число рабочих циклов, после которого наступает из­нос его элементов под действием электрической дуги. Определя­ется она числом циклов В — О под током. Чтобы уменьшить износ контактов под действием электрической дуги при боль­ших токах вместо медных применяют металлокерамические кон­такты. У пускателей серии ПВИ электрическая износостойкость колеблется от 1500 до 300000 В — О, а у пускателей ПВВ (ва­куумных) — от 300 000 до 2 000 000 В — О.

Стесненность пространства в подземных условиях не всегда позволяет обеспечить надлежащую установку электрооборудо­вания, как того требуют технические условия, т. е. его наклоно-устойчивость. Наклоноустойчивость — это способность магнит­ных пускателей, станций управления нормально работать при таких углах наклона, чтобы не происходило самопроизвольного включения или отключения контактора под действием собствен­ного веса.

Требование удобства эксплуатации, особенно в аварийных условиях, выдвигает необходимость применения быстрооткрываемых крышек. Конструкции таких крышек нашли применение в фидерных автоматических выключателях, магнитных пускате­лях, магнитных станциях управления.

Большим достижением является применение блочного прин­ципа построения аппаратуры, позволяющего быстро заменить неисправный блок резервным с последующим устранением не­исправности в стационарных условиях.

Вводные и выводные устройства оболочек допускают ввод не только бронированных, но также полугибких и гибких кабе­лей к электропотребителям и для транзита, а также несколько вспомогательных вводов для присоединения цепей блокировки, контроля, сигнализации и измерения.

Особенность пускателей ПВИ — вынесение разъединителя в отдельный отсек, а у пускателей ПВ, помимо этого, конструк­ция блокировочного разъединителя обеспечивает заземление его ножей в отключенном состоянии.

Отделения выводов, сетевое и разъединителя закрываются крышками с болтовым креплением, а контакторное — быстрооткрываемой крышкой, сблокированной с разъединителем и кнопкой «Стоп», т. е. осмотр элементов пускателя, расположен­ных в аппаратном отделении и отделении выводов, присоеди­нение цепей управления и электропотребителей можно произ­водить, не отключая пускатель от сети.

Предупреждение опасности поражения электрическим током достигается прежде всего использованием пониженного напря­жения в цепях управления, контролем непрерывности заземляющей жилы и соответствующей блокировкой, препятствующей включению поврежденного участка.

Согласно ПБ, для цепей управления напряжение питания не должно превышать 36 В. В пускателях серии ПВИ, ПВВ, маг­нитных станциях цепи управления питаются напряжением 18 В. Понижение напряжения достигается применением в ап­паратах специальных понизительных трансформаторов 380-660-1140/36-18-12 В.

Надежность защиты от поражения электрическим током за­висит от целостности заземляющей жилы. Обрыв заземляющей жилы в кабеле или нарушение контакта в месте ее присоеди­нения не сказывается на работе электроустановки, но опасность поражения возрастает. Поэтому необходимо обеспечить такую защиту, чтобы при обрыве заземляющей жилы электроуста­новка отключалась. Это достигается использованием в искро-безопасных цепях управления заземляющей жилы в качестве обратного провода, что не является опасным с точки зрения взрыва газа, так как мощность открытого искрения недоста­точна для воспламенения метано-воздушной смеси при наи­большей ее концентрации.

Включение магнитного пускателя при повреждении в кабеле или электродвигателе какого-либо ответвления приводит к от­ключению всего участка общеучастковым аппаратом защиты от токов утечки. Нахождение места повреждения с последую­щим отключением поврежденного ответвления требует времени, что приводит к простою участков. Для исключения возможности включения поврежденного ответвления и быстрого обнаруже­ния его вводится соответствующая блокировка, осуществляемая блокировочным реле утечки БРУ.

Искробезопасность цепей дистанционного управления в руд­ничном электрооборудовании обеспечивается применением по­ниженного напряжения питания указанных цепей (36; 18 В); высокоомных понизительных трансформаторов для ограничения токов к. з., постоянного тока для питания различных реле, а также применением искрогасящих шунтов для нейтрализации влияния индуктивности.

Следует иметь в виду, что искробезопасность цепей обеспе­чена не только при обрыве заземляющей жилы, но и при зна­чительном возрастании ее сопротивления. В пускателях и маг­нитных станциях предусмотрено, например, что сопротивление заземляющей жилы не должно превышать 100 Ом при напряже­нии 660 В, а в пускателях на 1140 В предусмотрена защита от обрыва или увеличения сопротивления цепи заземления свыше 10 Ом.

Схемы управления пускателей, магнитных станций предус­матривают питание промежуточных реле постоянным током, а также подключение этих реле параллельно вторичной обмотке понизительного трансформатора, благодаря чему снижается об­щая индуктивность цепи.

Обеспечение минимального числа жил в цепях управления особенно характерно для реверсивных пускателей или блоков аппаратуры, предусматривающих реверсивное управление. Это вызвано прежде всего стремлением снизить вес кабеля для удоб­ства его эксплуатации в подземных выработках.

Обычная схема управления реверсивными пускателями ис­пользует четыре вспомогательные жилы: три жилы управления и заземляющую. Вместе с тем существуют разнообразные спо­собы уменьшения числа вспомогательных жил применением специальных схем. Основными из них являются: шунтирование кнопки «Пуск» резистором; использование односторонней про­водимости в цепях питания промежуточных реле; использование силовых цепей на период пуска; частотное уплотнение силовых цепей. Наибольшее распространение в настоящее время получил первый способ.