2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени

Ёмкость электрической сети относительно земли зависит от геомет­ рических параметров линии - длины, диаметра токоведущих жил, расстоя­ ния от земли и номинального напряжения линии.

Поэтому в сетях напряжением до 1000 В малой напряженности ём­ кость невелика и ёмкостной проводимостью изоляции можно пренебречь. Если принять, что полное сопротивление изоляции сети значительно боль­ ше сопротивления тела человека, т.е. Zc»Z4e.4, то выражение (7.3) будет иметь вид

т.е. ток, протекающий через человека, ограничивается сопротивлением изоляции относительно земли и практически не зависит от сопротивления тела человека. Поэтому в сетях, имеющих малую ёмкость и высокий уро­ вень активного сопротивления изоляции, прикосновение к фазе может ока­ заться безопасным.

В разветвлённых сетях с большим числом электроприёмников, что характерно для подземных электрических сетей рудников, ёмкость имеет значительную величину, а уровень сопротивления изоляции низкий. В кон­ кретных условиях эксплуатации может оказаться, что полное сопротивле­ ние изоляции сети будет меньше сопротивления тела человека, т.е. Zc< £чел. При этом выражение (7.3) примет вид

т.е. при прикосновении к фазе человек оказывается под фазным напряже. нием, а сопротивление изоляции практически не влияет на величину тока 1чел-

Ели ограничить сопротивление тела человека его внутренним соПр0_ тивлением, т.е. Z ^^R H^, выражение (7.3) можно записать в следующем виде

9R 2ejl(l + R 2<o2C^)

где R и С - соответственно, активное сопротивление изоляции и ®мНость фазы относительно земли.

Электрические сети напряжением вьцце 1200 В обладают большой ёмкостью и высоким уровнем активного сопротивления изоляции. Эзр п0. зволяет пренебречь активными токами утечки на землю, т.е. считать чт0

Rl=R2=R3=oo. Если при этом ввести условие симметрии ёмкостей фаз от­ носительно земли, т.е. С1=С2=СЗ=С, то ток через человека

Расчеты показывают, что при напряжении выше 1200 В прикоснове­ ние к токоведущей части любой фазы даже при идеальной изоляции (R=oo) смертельно опасно.

Нетоковедущие части электроустановок, которые нормально не на­ ходятся под напряжением (корпуса электрооборудования, оболочки кабе­ лей и т.п.) могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Зщитное действие заземляющего устройства при прикосновении к корпусу электрического аппарата, имеющего контакт с одной из фаз (рис.7.3) видно из выражения (7.8).

Если ёмкости фаз сети не учитывать и считать R1=R2=R3=R, то ток протекающий через человека, определится по формуле

3R ел + R(R3.3 + R ел)

R ,,

где R3 3 - сопротивление защитного заземления.

Из (7.8) следует, что ток, протекающий через человека, зависит в ос­ новном от величины R33, которое фактически шунтирует сопротивление человека Z4en: чем меньше R3.3, тем меньше 1чел.

При отсутствии заземляющего устройства рассмотренный выше слу­ чай был бы равноценен однофазному прикосновению к токоведущим час­ тям со всеми негативными последствиями [13,15].

7.3.2. Сети с заземлённой нейтралью

Сети с заземлённой нейтралью относятся к сетям с большими токами замыкания на землю (рис.7.4).

При прикосновении к любой из фаз сети человек оказывается под фазным напряжением - цепь тока замыкается через тело человека, землю и через заземление нейтрали. Ток через человека определяется по формуле (7.5).

Прикосновение человека к заземлённому корпусу электрооборудова­ ния, оказавшемуся под напряжением, не представляет опасности только в том случае, когда напряжение корпуса по отношению к земле будет равно нулю, т.е. при R3 3=0. Практически это условие невыполнимо, так как неко-

торое сопротивление цепи электрооборудование (двигатель, аппарат) земля всегда будет существовать. Ток протекающий через человека

R е л ( К Н + ^ з . з )

где RHсопротивление заземления нулевой точки трансформатора.

Таким образом, в сетях с заземленной нейтралью заземление элек­ трооборудования с помощью местных заземлителей практически не сни­ жает опасности электропоражений. Поэтому действующие ПУЭ требуют, чтобы корпуса электрооборудования имели надёжную металлическую связь с нейтралью источника питания, выполненную нулевым проводом (зануление).

В этом случае ток замыкания на землю не зависит от сопротивления RHи R3 з, а определяется сопротивлением фазного и нулевого провода. За­ мыкание фазного провода на корпус, соединённый с нулевым проводом, приводит практически к короткому замыканию (сопротивление короткозамкнутой цепи мало) и быстрому отключению сети при чёткой работе максимальной токовой защиты.

При сопоставлении формул (7.5) и (7.6) видно, что ток через человека при изолированной нейтрали 1И.„ может быть выражен через аналогичный ток при заземленной нейтрали 13,„ следующим образом

9R 2ejI(l + R 2(o2C2)

Из (7.10) следует, что при прикосновении к одной из фаз сети с изо­ лированной нейтралью ток, протекающий через человека, всегда меньше, чем в случае заземленной нейтрали, так как знаменатель правой части вы­ ражения всегда больше числителя.

Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах (ПБ §379) и Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россып­ ных месторождений подземным способом (БПБ §487) требует в подземных электрических сетях напряжением до 1000 В обязательного применения автоматического защитного отключения, осуществляемого с помощью ре­ ле утечки - аппарата защиты, дающего команду на отключение поврежден­ ной сети при одно- и двухфазных замыканиях на землю, а также при недо­ пустимом снижении уровня сопротивления изоляции сети относительно земли. Обязательное применение этих средств автоматического непрерыв­ ного контроля изоляции сети делает бесспорным преимущество системы с изолированной нейтралью.

Что касается опасности взрывов и пожаров, то очевидно, что система с заземленной нейтралью в этом отношении более опасна. При этой систе­ ме, замыкания на землю являются короткими замыканиями, что почти все­ гда сопровождается появлениями искр или электрической дуги, опасных в отношении взрыва взрывопасной среды или пожара в подземных выработ­ ках шахт и рудников. Исходя из этого, отраслевыми ПБ и ЕПБ запрещено применение в подземных выработках системы с заземленной нейтралью. Она применяется для электроснабжения электроустановок поверхности шахт и рудников из-за возможности одновременного питания силовых и осветительных установок от сетей напряжением 380/220 или 220/127 В, а также для сетей напряжением 110 кВ и выше [13,15].

7.4. Меры зашиты от поражения электрическим током

Основными мерами защиты персонала шахт и рудников от пораже­ ния электрическим током являются следующие [1,6,20].

1.Обеспечение недоступности прикосновения к токоведущим час­ тям. Эта мера защиты осуществляется монтажом открытых токоведущих частей электроустановок (например, контактный провод электровозной от­ катки) на недоступной для случайного прикосновения высоте, а также ог­ раждением электрооборудования сетками и т.п.

2.Защита от случайного прикосновения к токоведущим частям. Этот вид защиты обеспечивается закрытым исполнением рудничного электро­ оборудования, а также применением блокировок, препятствующим доступу

ктоковедущим частям до снятия с них напряжения и предотвращающих ошибочные действия обслуживающего персонала.

3.Применение пониженного напряжения. Эта мера защиты исполь­ зуется для электроустановок, наиболее опасных в отношении поражения

электрическим током (переносные электроустановки ручные электро­ свёрла, осветительные и сигнальные установки и т.п, а также источники питания цепей защиты и дистанционного управления).

4.Изоляция нетоковедущих частей, применяющихся для различных видов электрооборудования для предотвращения появления напряжения на нетоковедущих частях при повреждении изоляции токоведущих частей (рукоятки рубильников, ручных электросвёрл и т.п.)

5.Защитное заземление и зануление.

6.Контроль и профилактика повреждений изоляции электроустано­ вок. Как показано выше, состояние изоляции электроустановок в значи­ тельной степени определяет уровень электробезопасности. Поэтому кон­ троль и профилактика повреждений изоляции позволяют выявить сниже­ ние уровня сопротивления изоляции и появление опасных утечек тока на землю, что, в свою очередь, позволяет своевременно отключить электроус­ тановку и устранить соответствующие повреждения и неисправности.

ПБ нормируют сопротивления изоляции отдельных электроустановок и кабелей, которые должны быть не ниже значений, мОм/фаза.

Если при контрольных проверках сопротивление изоляции электро­ оборудования или кабелей окажется ниже приведенных величин, включе­ ние и эксплуатация их недопустима.

7. Компенсация ёмкостных токов утечки на землю. Ёмкость фаз сети относительно земли, как отмечалось выше, определяется геометрическими размерами сети. Уменьшить ёмкость сети практически невозможно, но вполне возможно компенсировать ёмкостной ток на землю, что достигает­ ся подключением между нейтралью и землей компенсирующей катушки (дросселя), индуктивность которой может регулироваться вручную и авто­ матически.

8. Электрическое разделение сетей. Разветвлённая сеть большой про­ тяженности имеет значительную ёмкость, невысокий уровень активного сопротивления изоляции и, как следствие, большие токи утечки на землю. Если такую сеть разделить на ряд сетей меньшей протяжённости и раз­ ветвлённости, то последние будут обладать значительно меньшей ёмко­ стью и более высоким уровнем активного сопротивления изоляции и опас­ ность элетропоражения резко снизится. На практике деление электриче­ ских сетей достигается использованием на ГПП силовых трансформаторов с расщеплёнными вторичными обмотками, увеличением числа ГПП на по­ верхности и ЦПП в руднике.

9.Защитное отключение. Под этим термином понимают быстродей­ ствующую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электро­ установки при возникновении в ней опасности электропоражении. В элек­ троустановках шахт и рудников защитное отключение осуществляется с помощью реле утечки.

10.Общие меры безопасности. К ним относятся применение изоли­ рующих подставок и ковриков, резиновых бот и перчаток, средств сигнали­ зации; профессиональная подготовка персонала в части техники электро­ безопасности при эксплуатации электроустановок, широкая разъяснитель­ ная работа об опасностях электрического тока и др.

7.4.1. Защитное заземление

Заземление - это гальваническое соединение электроустановки с за­ земляющими устройствами, при котором все металлические корпуса элек-

троприемников и металлические конструкции, которые могут оказаться пол опасным напряжением из-за повреждения изоляции, должны быть преднамеренно и надежно соединены с землей. При защитном заземлении между корпусом защищаемого объекта и землей предусматривается элек­ трическое соединение с малым сопротивлением, чтобы в случае замыкания на корпус этого объекта и прикосновения человека к корпусу через тело человека не мог пройти ток, опасный для его жизни и здоровья: Для этого соединение с землей должно иметь сопротивление во много раз меньше, чем сопротивление тела человека. Тогда основная часть тока замыкания будет проходить через заземление.

Предприятия горнорудной промышленности имеют электроустанов­ ки различного назначения с различными напряжениями питания, террито­ риально приближенные одна к другой, поэтому для них, согласно ПУЭ, рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство - совокуп­ ность заземлителя и заземляющих проводников. В электроустановках на­ пряжением выше 1000 В сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства R при прохождении по нему расчётного тока за­ мыкания на землю L B любое время года с учетом сопротивления естест­

По ПУЭ дня расчетного тока принимают:

1) в сетях без компенсации емкостных токов - полный ток замыкания на землю

где и л - линейное напряжение сети, кВ; 1к, 1Вобщая длина электри. чески связанных воздушных и кабельных линий, км;

2)в сетях с компенсацией ёмкостных токов:

для заземляющих устройств, к которым присоединены компенси.

рующие аппараты, - ток, равный 125 % номинального тока этих аппаратов; - дтя заземляющих устройств, к которым не присоединены ком^ен.

сирующие аппараты, - остаточный ток замыкания на землю, который ^ 0_ жет иметь место в данной сети при отключении наиболее мощного из ком­ пенсирующих аппаратов или наиболее разветвленного участка сети.

Расчётный ток замыкания на землю, согласно ПУЭ, должен быть оп. ределён для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой эТот ток имеет наибольшее значение.

В большинстве случаев на поверхности шахт имеются трансфор^а_ торы, нейтрали которых присоединены к заземляющему устройству, о0-

Рис. 7.5. Зависимость величины сопротивления заземления оттоков замыкания на землю в сети 6 Кв

этому сопротивление заземляющего устройства в любое время года долж­ но быть не более 2; 4 и 8 Ом, соответственно, при линейных напряжениях 660; 380 и 220 В.

Для электроустановок напряжением до 1000 В с изолированной ней­ тралью на поверхности шахт сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

Заземление электрических аппаратов осуществляется присоединени­ ем их корпусов к местному заземлителю, состоящему из электродов раз­ личной формы, помещенных в почву и заземляющего провода определен­ ного сечения из стали или меди. Существенную роль в эффективности уст­ ройства играет удельное сопротивление почвы. Все местные заземлители при помощи заземляющих жил гибких и свинцовой оболочки бронирован­ ных кабелей соединяются в единую заземляющую сеть, переходное сопро­ тивление которой будет уменьшаться с увеличением числа местных заземлителей, работающих параллельно.

В калийных рудниках удельное сопротивление почвы значительно превышает 500 Ом-м, поэтому устройство местных заземлителей неэффек­ тивно. Поэтому сеть заземления выполняется согласно специальной “Инструкции по устройству и эксплуатации защитного заземления элек­ троустановок калийных рудников производственного ооъединения “Уралкалий” [7]. Общее сопротивление сети заземления рудника не долж­ но превышать 10 Ом при токе однофазного замыкания в сети 6 кВ, не пре­

вышающем 6 А.

На рис.7.5 приведен график зависимости величины сопротивления заземления (R3) от тока замыкания на землю (Ь) в сетях 6 кВ. Из графика

видно, что допустимый ток 13 может достичь значения 30 А при соответст­ вующем уменьшении сопротивления заземления до 2 Ом, что практически не возможно.

Принципиальная схема заземления электрооборудования в калийном руднике приведена на рис.7.6.

Заземляющее устройство калийных рудников состоит из заземлителей и заземляющей магистрали, обеспечивающей надежную электриче­ скую связь между металлическими корпусами заземляемых электроустано­ вок и заземлителями. Главными заземлителями рудников являются искус­ ственные заземлители, сооружаемые на поверхности вблизи одного из стволов. Таких заземлителей должно быть не менее двух, резервирующих друг друга. Главные заземлители представляют собой металлические про­ водники различной формы, имеющие надежный контакт с землей.

В качестве резервного заземлителя допускается использовать тюбин­ говую металлическую крепь или естественные заземлители поверхностного комплекса.

По всем горным выработкам проложена заземляющая магистраль, состоящая из общей сети заземления и дополнительного заземляющего контура.

Связи между главными заземлителями на поверхности и подземной заземляющей магистралью обеспечивает стальной проводник сечением не менее 200 мм"- или медный проводник сечением не менее 100 мм , проло­ женный по стволу.

Общая сеть заземления состоит из стальной брони и свинцовых обо­ лочек бронированных кабелей и медных заземляющих гибких кабелей всех напряжений, непрерывно связанных между' собой и присоединенных к главным заземлителям.

Металлические корпуса электроаппаратуры должны быть надежно связаны с броней и свинцовой оболочкой присоединенных кабелей при помощи перемычек из стали сечением не менее 50 мм2 или из меди сече­ нием не менее 25 мм2

Дополнительный заземляющий контур прокладывается параллельно общей заземляющей сети и также присоединен к главным заземлителям.

Он представлен стальным проводником сечением не менееЛ200 мм2, проложенным по общешахтным выработкам и не менее 100 мм по па­ нельным и участковым выработкам. Допускается использовать в качестве проводников стальные канаты такого же сечения.

Все металлические корпуса стационарных установок присоединяют­ ся к дополнительному контуру с помощью перемычек из стали сечением не менее 50 мм2 или из меди сечением не менее 25 мм2

Таким образом, дополнительный заземляющий контур в ы п о л н я е т функцию местных заземлителей, которые допускается не устанавливать в виду их малой эффективности из-за низкой электропроводимости ных и каменных солей.