книги из ГПНТБ / Электробезопасность на горнорудных предприятиях сборник материалов Республиканской научно-технической конференции

Ниже рассмотрены некоторые аспекты проблемы координа­ ции изоляции карьерных электрических сетей.

Методика координации изоляции карьерных сетей. В отличие от сетей высших классов напряжения, где все более развиваются методы статистической координации, в карьерных сетях средних классов напряжения, учитывая фактор электробезопасности, координация изоляции должна проводиться по методике пре­ дельных состояний, которая сводится к следующему.

Основным требованием безаварийного состояния электроус­ тановки является условие, что за все время эксплуатации наи­ большие возможные уровни перенапряжений в карьерной сети должны быть меньше наименьших допустимых уровней изоляции элементов электрооборудования, что характеризуется основным предельным неравенством, являющимся основой методики коор­ динации изоляции по предельным состояниям при одномерной постановке задачи:

допустимые пробивные напряжения или уровни изоляции эле­

ментов электроустановок.

Неравенства (1) и (1а) выражают малую вероятность воз­ никновения предельного состояния, т. е. условий, когда макси­ мальные перенапряжения совпадают с наименьшими возможны­ ми уровнями изоляции электроустановки. Обе величины рассмат­ риваются как величины изменчивые и статистически случайные и определяются статистическим расчетом.

Основной задачей координации изоляции является установ­ ление требований и решений, гарантирующих действительность указанных неравенств в течениесрока эксплуатации электроус­ тановки. В такой постановке задачи координации изоляции по предельным состояниям время явно не учитывается, но предпо­ лагается, что оно должно иметь место в любой данный момент времени.

Для характеристики изменчивости расчетных параметров могут применяться кривые распределения, имеющие асимптоти­ ческие части, чем вводится представление, что изменчивые рас­ четные параметры могут иметь любые величины, ограниченные только весьма малой вероятностью появления крайних их зна­ чений, которые могут появиться за время эксплуатации электро­ установки.

Уровень внутренних перенапряжений. Информация об этой одной из важнейших характеристик координации изоляции элек­ трических сетей карьеров * показывает, что величина расчетного

* См. статью автора «О законах распределения внутренних перенапряже­ ний в электрических сетях карьеров» в настоящем сборнике,

по

(фовня перенапряжений с вероятностью 0,999 не превышает значение &гред=4,0. Иначе, максимальный уровень (предельное значение) перенапряжений в сетях карьеров должен прини­ маться макс ипер —4 Нф.

Подчеркнем, что в карьерных сетях, оборудованных средст­ вами ограничения перенапряжений, координацию изоляции сле­ дует проводить также по этому уровню, рассматривая ограни­ чение перенапряжений как меру улучшения режима работы: облегчение нагрузок на изоляцию и повышение фактического запаса изоляции.

Коэффициенты запаса изоляции. Запас электрической проч-

^пр ности — применяемой изоляции по отношению к номиналь­

ная ному напряжению, как правило, в нижней границе определяется

возможными уровнями перенапряжений, а в верхней — сообра­ жениями технологическими и экономическими.

Коэффициент запаса изоляции электрооборудования и ли­ нейной в сетях 6 кВ по ГОСТу 1516-68 принимается не менее величины 7,6. Величина коэффициента запаса экскаваторных кабелей устанавливается равным 5—6, хотя в последнее время ставится вопрос о повышении его до 8-кратного. Дальнейшее повышение коэффициента запаса при сохранении конструкции и изоляционных материалов приведет к увеличению толщины изоляции, веса и снижению гибкости кабеля.

Таким образом, изоляция карьерных электроустановок с при­ нятым заводом-изготовителем запасом прочности (или, назовем, с производственным допуском) надежно выдерживает возникаю­ щие в сети внутренние перенапряжения. Однако основные задачи координации изоляции — обеспечение надежности при проекти­ ровании (конструировании) и изготовлении, а также сохранение надежности на весь период эксплуатации.

Эксплуатационная надежность. Совокупное воздействие ком­ плекса электромеханических факторов за время эксплуатации вызывает изменение коэффициента запаса и приводит к пониже­ нию уровня изоляции, снижая коэффициент надежности.

Например, плотность вероятности безотказной работы кабеля КШВГ-6 от момента ввода в эксплуатацию новой строительной

где t — время эксплуатации, сутки.

На рис. 1 представлены предположительная зависимость изменения коэффициента запаса экскаваторного кабеля в функ­ ции от длительности его эксплуатации. Здесь же показаны уров­ ни рабочего напряжения, внутренних перенапряжений. Зависи­

111

мость получена из выражения (2) с учетом начальных конструк­ тивных коэффициентов запаса, равных 5—6 (или

Из рис. 1 видно, что относительно высокие первоначальные запасы прочности изоляции элементов карьерной электросисте­ мы длительно не обеспечивают высокого уровня надежности.

Рис. 1. Изменение коэффициента запаса экскаиаторного кабеля от дли­ тельности эксплуатации:

1 — уровень первоначального коэффициента запаса кабеля; 2 — уровень рабочего напряжения сети (к=^1); 3 — максимальный уровень внутренних перенапряжений; 4 — уровень среднего значения перенапряжений; 5 — кри­ вая изменения коэффициента запаса изоляции с меньшей скоростью снижения.

В этой связи следует подчеркнуть, что совершенствование коор­ динации изоляции должно идти не путем увеличения первона­ чальных запасов прочности, а за счет создания соответствующе­ го карьерного электрооборудования, применения новых изоля­ ционных материалов, конструкций и т. п., обеспечивающих мень­ шую скорость снижения коэффициента запаса, а также за счет оптимизации эксплуатационных режимов и режимов эксплуата­ ции (глубокое ограничение внутренних перенапряжений, прину­ дительная периодическая замена элементов с большой вероят­ ностью ослабленных мест изоляции и др.) а создания оптималь­ ной системы контроля.

Для надежной работы карьерной сети необходимо устано­ вить величины эксплуатационных коэффициентов запаса изоля­ ции (назовем, эксплуатационного допуска), т. е. установить до­ пустимые границы (а, в) для значений параметра X изоляции,

112

которые бы однозначно информировали, что если величина па­ раметра не вышла за эти границы в данный момент, то электроустановка с вероятностью Р будет выполнять требуемые функции в течение времени Т при конкретных условиях эксплуа­ тации. Смысл этого положения заключается в следующем. Величина параметра X с течением времени изменяется. Если в момент времени /0 величина параметра находится в границах поля допуска, то в течение времени T = t {—t0 эксплуатируемая установка с вероятностью Р будет способна выполнять требуе­ мые функции, определяемые параметром X.

Впонятие условий эксплуатации включаются не только электромеханические воздействия, но и формы организации экс­ плуатации, а также характеристики изменения параметров в процессе эксплуатации.

Врассматриваемом случае задача состоит в поддержании необходимого уровня изоляции (запаса электрической прочнос­

ти). Математически это можно выразить неравенством

повышенным напряжением. Установлено, что коэффициент эф­ фективности дискретных профилактических испытаний для мо­

бильных карьерных кабельных сетей оказался весьма низким и не превышал 3,5%.

Если в уравнении (4) под А понимать уровень испытатель­ ных напряжений, а под Лт — время между соседними испыта­ ниями, то, чем меньше Дт , тем ниже вероятность образования сильных местных дефектов и тем меньше вероятность пробоя в эксплуатации. Для выявления быстро развивающихся дефектов необходимо производить частый, в пределе, если стремить Дт-з-0 непрерывный контроль изоляции.

Для карьерных электроустановок, которые в течение экс­ плуатации после очередных испытаний неоднократно передви­ гаются, дискретные спорадические испытания не могут характе­ ризовать состояние изоляции и в этой связи наиболее эффек­ тивным методом контроля является автоматический непрерывный контроль изоляции электроустановок относительно земли.

Решение задачи повышения надежности и безотказности функционирования элементов КРС и изыскание способов авто­ матического непрерывного контроля состояния изоляции возмож­ но путем установления достоверных представительных парамет­ ров для, оценки изоляции, информация о которой прямо или

вдоль пути утечки £/. =1,1 —1,2 кВ!см, соответствующей наи­ большему рабочему перенапряжению, появляющемуся с вероят­ ностью 0,97. Как видно, при увеличении влажности воздуха ток утечки значительно возрастает, что объясняется уменьшением ве­ личины о0.

Рис. 1. Зависимости тока утечки по поверхности изоляторов от толщины слоя загрязнения.

E l = 1,1 —1,2 кВ/см; t — + 10ч-15°С/

Аварийный режим наступает при появлении подсушенных зон в увлажненном слое загрязнения, разогреваемом током утечки. Из условия теплового баланса

к,У = к-,р

после преобразований получено выражение для определения критической толщины слоя загрязнения окр , при которой воз­ можно появление подсушенных зон

где

./— интенсивность выпадения на изолятор влаги; 0(1) — диаметр изолятора при произвольном значении коор­

динаты I вдоль пути утечки;

р — энергия, рассеиваемая на единице поверхности изоля­ тора;

/г, и k2— коэффициенты пропорциональности.

Кривые о,,р—f ( f ) на рис. 2 разделяют толщины слоя за­ грязнения о , при которых возможна подсушка поверхности изоляторов (при о > окр), и толщины загрязнения, при кото-

рых подсушка невозможна (при 3 < Зкр ). Как видно, в реаль­ ных условиях эксплуатации появление подсушенных зон на поверхности изоляторов возможно только при высокой влажнос­ ти воздуха (выше 90%).

Рис. 2- Зависимости критической толщины слоя загрязнения от влажнос­ ти воздуха при минимальной (1, 2) и максимальной (3, 4) величине L) ( I )

t° воздуха = + 10-M5°C).

При перекрытии подсушенной зоны частичной дужкой, полное сопротивление поверхности изолятора R определится суммой

тивление поверхности изолятора при возникновении дуги может быть больше сопротивления увлаженного слоя загрязнения (при

тичных дуг в полное перекрытие изолятора необходимым и дос­ таточным является условие

где /д*— длина дуги, при которой г„ — минимально.

116

Результаты расчетов по выражениям (3) и (6) для вышеука­ занных типов изоляторов сведены в таблицу:

Критические и предельные параметры загрязняющего слоя, определенные расчетным путем, подтверждены экспериментально в лабораторной установке.

СОСТОЯНИЕ ИЗОЛЯЦИИ КАРЬЕРНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ СЕВЕРНОГО ГОКа

С. А. ВОЛОТКОВСКИЙ, В. И. ДМИТРИЕВ (Днепропетровский горный институт)

Исследуемые карьерные распределительные сети 6 кВ Се­ верного ГОКа имеют большую разветвленность и протяженность и состояли на время исследований из 30 км воздушных и 15 км кабельных ЛЭП. Большая насыщенность карьера электропотре­ бителями (77 экскаваторов и 82 КТП) и выполнение сети с изолированной нейтралью предъявляют повышенные требования

ксостоянию изоляции распределительной сети для безаварийной

ибезопасной работы.

Измерения сопротивления изоляции карьерных электричес­ ких сетей производились с учетом возможных при эксплуатации взаимосвязей отдельных сетей.

Для исследований выбрана методика, использующая принцип прямого замыкания одной из фаз сети на землю с одновремен­ ным автоматическим осциллографированием измеряемых пара­

метров.

Сопротивление изоляции распределительных сетей является случайной величиной, изменяющейся во времени, па которую

117

воздействуют такие факторы, как большая подвижность элемен­ тов сетей, условия эксплуатации, метеорологические факторы, несимметричность напряжений отдельных фаз и пр. Сопротивле­ ние изоляции определялось отношением фиксированных во вре­ мени тока замыкания на землю /0 и напряжения фазы U0, на которой производили измерение.

Из данных технической литературы известно, что активное сопротивление изоляции электрических сетей напряжением выше

этому практический интерес представляет также знание величины емкости сети (Со) по отношению к земле.

Результаты измерений и расчетов сведены в таблицу 1.

Из приведенных данных видно, что токи замыкания на землю обследованных сетей в основном не превышают величины-/о“

которая имеет большую и разветвленную кабельную сеть, что способствует значительному повышению опасности эксплуатации электрически связанных с ней карьерных потребителей. Полное сопротивление изоляции этой сети порядка 50 Ом, что ниже ве­ личины допускаемой ПУЭ.

Исследования некоторых авторов (Л. 2) показали, что для уменьшения вероятности максимальных и длительных перенап­

118

полного сопротивления изоляции исследованных карьерных се­ тей. Критерий достоверности т соответствует значению вероят­ ности порядка 0,9. В обработке статического материала не принимались во внимание параметры электрической сети под­ станции № 1, которые не характерны для условий карьеров.

Рис. I. Плотность вероятностей полного сопротивления изоляции карьер­ ных сетей.

1000 Ом — 1300 Ом и равна 0,4 (т. е. 40%), что несколько выше предлагаемой минимальной величинь^0НИН. Около 15% всех се­ тей имеют полное сопротивление меньше Z 04!H„. Для уменьшения токов однофазных замыканий на землю необходимо применять компенсирующие устройства или электрическое разделение сетей. Диапазон величин, соответствующий максимуму плотности ве­ роятностей значений сопротивлений изоляции или емкости се­ тей, составляет для условий карьерных сетей Северного ГОКа

Zo^1000 Ом — 1300 Ом Со ^2,41 ж/сФ—3,14 мкФ

и является устойчивым уровнем.

условиях карьеров Северного горно-обогатительного комбината. Реферативная информация научно-исследовательских работ в вузах УССР. 1972. Выпуск 6.

2. С а м о й л о в и ч И. С. Критерий применения изолированной и компен­ сированной нейтрали в карьерных электросистемах 6—10 кВ. Электробезопас-

119