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

емлемые для практических расчетов. В результате получена формула, определяющая сопротивление изоляции полюсов сети:

где

п — количество кабельных самоходных машин;

г — сопротивление изоляции участков сети, коммутационной аппаратуры и самоходных машин, нормированное ПУЭ и равное

0,5 МОм.

Ток утечки г0 самоходной машины представляет собой ток в диагонали cd неуравновешенного моста (рис. 1), определяе­ мый на основании теоремы Тевенена:

нувшегося к корпусу самоходной машины, зависит от величины

и------------ 5 Д _ )

Предельно допустимая величина Егд сопротивления изоля­ ции полюсов двухпроводной сети постоянного тока, изолирован­ ной от земли, получается как частный случай из формулы (3) при условии:

r u = 0; R3l = со (замыкание на корпус при обрыве заземля­

где i' — допустимый ток утечки.

Используя формулы (1) и (4), можно произвести расчет сети постоянного тока на безопасность от поражения электрическим током, т. е. определить предельно допустимое количество шахт­ ных самоходных машин.

Для обеспечения безопасности от поражения, электрическим током ДГИ разработано устройство контроля изоляции и защи­ ты двухпроводных сетей постоянного тока [1]. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 2.

140

В диагональ моста, образованного сопротивлениями плеч потенциометра 1, 2 и сопротивлениями изоляции полюсов сети относительно земли 3, 4, включен выпрямительный мост 5, на выход которого-подключен стабилитрон 6, собственно схема сравнения, построенная на диодах 7, 8 и обмотка.9 положитель­ ной обратной связи блокинг-генератора, выполненного на тран­ зисторе 11. Обмотка отрицательной обратной связи 10 подклю­ чена на эталонное напряжение и через регулятор уставки 12 на резисторе к блоку питания 13. От выходной обмотки 14 бло­ кинг-генератора через усилитель 15 сигнал подается на исполни­ тельный элемент 16 и устройство сигнализации 17. Для проверки исправности элементов схемы предусмотрено контрольное соп­ ротивление 18 и трехпозиционный переключатель 19. Для оценки общего состояния изоляции сети применен высокоомный вольт­ метр 20.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства контроля изоляции и защиты двухпроводных сетей постоянного тока.

При одинаково хорошем состоянии изоляции полюсов сети мост, образованный сопротивлениями плеч потенциометра и изоляции полюсов сети уравновешен и на его диагонали напря­ жение отсутствует. По мере ухудшения изоляции положительно­ го или отрицательного полюса на выходе моста появляются по­ ложительный или отрицательный потенциал. С помощью выпрямителя 5, собранного по мостовой схеме, в цепь обмотки положительной обратной связи 9 блокинг-генератора подается сигнал постоянной полярности. Однако, сигнал на выходе бло­ кинг-генератора отсутствует, если напряжение Д/вХi) на обмот-

141

ке 9 меньше эталонного напряжения (UB,--2) на обмотке 10 цепи отрицательной обратной связи блокинг-генератора. Эталонное напряжение пропорционально критическому сопротивлению изоляции сети и регулируется с помощью регулятора уставки 12. По мере снижения уровня изоляции одного из полюсов сети увеличивается сигнал, поступающий в цепь обмотки 9 блокинггенератора. Когда уровень изоляции достигает критической ве­ личины, напряжение 7/,- Г повысится и станет UK ]>ЬГ„■>.- (с точностью ±504-100 мВ). В этот момент диод 7 отпирается и через обмотку 9 возникает положительная обратная связь. При этом диод 8 запирается и па выходе блокинг-генератора возни­ кают релаксационные колебания, поступающие на усилитель 15. Сигнал на выходе усилителя обеспечивает падежную работу исполнительного элемента 16, производящего отключение сети и устройства сигнализации 17. Регулирование уставки срабатыва­ ния защиты производится путем изменения величины эталонного напряжения, подаваемого через.диод 8 в цепь обмотки 10 отри­ цательной обратной связи блокинг-генератора.

Проверка исправности работы схемы осуществляется путем поочередного подключения к полюсам сети с помощью трехпо­ зиционного переключателя 19 контрольного сопротивления 18, имитирующего снижение изоляции сети до критической величины.

Устройство реагирует на фактическую величину токов утечек сети постоянного тока, питающей шахтные самоходные машины, которые могут возникнуть при несимметричном повреждении изоляции.

Результаты промышленных испытаний устройства в условиях шахт ДГМ1\ показали, что разработанное устройство, значитель­ но повышает безопасность эксплуатации шахтных самоходных машин, обеспечивает надежное срабатывание защиты при сни­ жении изоляции одного из полюсов сети до критической вели­ чины.

ЛИТЕРАТУРА

1. С. А. В о л о т к о в с к и й, В. Д. Фу р с о в , М. М. Бе л ый . И- И. Емец. Устройство для контроля изоляции и защиты двухпроводных се­ тей. Авт. сайд. № 353214. Официальный бюллетень Комитета но делам изоб­ ретений и открытий при Совете Министров СССР, № 29, 1972.

УСТРОЙСТВО к о н т р о л я и зол яц и и И ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧЕК ТОКА НА ЗЕМЛЮ ШАХТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УСТРОЙСТВ

С. А. СТАВИЦКИИ (Днепропетровский горный институт)

Защита людей от поражения электрическим током в шахт­ ных сетях напряжением до 1000 В должна осуществляться реле утечки с автоматическим отключением поврежденной сети [1].

112

В шахтных комбинированных (переменного трехфазного и постоянного тока) электрических сетях зарядных устройств кон­ троль изоляции и защитное отключение при опасных утечках тока осуществляется реле утечки типа РУВ-Зар. Реле изготавли­ вается в виде отдельного аппарата рудничного взрывобезопас­ ного исполнения и устанавливается рядом с магнитным пуска­ телем. Этими аппаратами в настоящее время комплектуется каждое зарядное устройство для тяговых аккумуляторных бата­ рей рудничных электровозов. Применение такой аппаратуры повышает безопасность эксплуатации зарядных устройств и спо­ собствует лучшему уходу за тяговыми аккумуляторными бата­ реями [2].

Однако реле утечки РУВ-Зар имеют ряд существенных недо­ статков. Так, исполнительным элементом этих аппаратов явля­ ется электромагнитное реле постоянного тока, работа которого зависит от степени влажности и запыленности атмосферы, наличия вибраций, деформации контактов и контактных пружин, угла установки аппаратуры. Наличие нормально искрящих кон­ тактов, замыкающих цепь управления коммутационного аппара­ та, требует заключения всего аппарата при его эксплуатации в пыльной и агрессивной среде шахтной атмосферы в оболочку. Таким образом, данная аппаратура защиты от утечек тока име­ ет относительно ненадежный исполнительный элемент и кон­ структивно выполнена в дорогостоящей и громоздкой взрывобе­ зопасной оболочке, что приводит к увеличению веса и габаритов устройства.

Другим недостатком является недопустимая длительность отключения поврежденной сети. В соответствии с требованиями Правил безопасности [1] общее время отключения при опасных утечках тока на землю не должно превышать 0,2 с. Как пока­ зали исследования, полное время отключения зарядного устрой­ ства от питающей сети пускателем серии ПМВИ составляет

0,29—0,30 с.

Указанные недостатки можно устранить, если не меняя общего принципа действия реле утечки РУВ-Зар, в его схему ввести чувствительный орган, воздействующий на бесконтакт­ ный исполнительный элемент, выполненный на управляемом вентиле-тиристоре. Это даст возможность повысить надежность, увеличить быстродействие срабатывания устройства защиты, а также позволит отказаться от громоздкой взрывобезопасной оболочки и, следовательно, уменьшить вес и габариты уст­ ройства.

Схема электрических сетей зарядного устройства серии ЗУК с устройством контроля изоляции и защиты от утечек тока изоб­ ражена на рис. 1.

Устройство защиты от утечек тока содержит источник опера­ тивного переменного тока ИОТ, один конец которого заземлен, а к другому последовательно присоединены выпрямительный

143

ЗУК-155/230, заряжающего аккумуляторную батарею АБ.

Рис. 1. Схема электрических сетей зарядного устройства серии ЗУК с устройством контроля изоляции и защиты от утечек тока.

Чувствительный орган устройства состоит из схемы сравне­ ния, построенный на диодах Д[ и Д2, блокинг-генератора на транзисторе Tj и импульсном трансформаторе ИТ, обмотки «>,, zv-, которого имеют общую точку и подключены к базе, а чобмотка w-j к коллектору транзистора TV Обмотка w4 является выходной.

Конструктивно чувствительный орган представляет собой искробезопасный бесконтактный логический элемент типа Т-203И. Питание логического элемента осуществляется от блока питания БП, имеющего источник эталонного напряжения, в цепь

которого включен резистор R2 для регулировки уставки за­ щиты.

Исполнительный элемент устройства — тиристор Т2 включен встречно-параллельно неуправляемому вентилю Дз в цепи управ­ ления промежуточного реле РП взрывобезопасного магнитного

144

пускателя серии ПМВИ. Управляется тиристор Т2 обмоткой w импульсного трансформатора ИТ.

Устройство защиты от утечек тока работает следующим об­ разом. При незначительном снижении сопротивления изоляции в цепи заряжаемой батареи от источника оперативного тока ИОТ протекает оперативный переменный ток частотой 25 Гц по цепи: выпрямительный мост В — резонансный фильтр LC — контро­ лируемая (защищаемая) сеть — место утечки — земля — ис­ точник оперативного напряжения ИОТ. От моста В выпрямлен­ ный оперативный ток проходит через резистор R\ и омметр 2, чем обеспечивается визуальный контроль величины сопротивле­ ния изоляции защищаемой сети. Контролируемое напряжение, снимаемое с резистора /?,, подается на один из входов схемы сравнения через диод Дь На второй вход схемы сравнения через

величину эталонного напряжения, что имеет место при снижении сопротивления изоляции ниже заданного уровня уставки защиты или внезапном возникновении опасной утечки тока, диод Д 2 запирается, а диод Д 1 открывается и через обмотку w x возника­ ет положительная обратная связь, которая вводит в цепь базы

ходное напряжение блокинг-генератора в виде серии импульсов снимается с обмотки ®>4 и подается на управляющий электрод тиристора Т2, который открывается и шунтирует диод Дз, в ре­ зультате чего магнитный пускатель отключается и снимает пи­ тание с зарядного устройства, прекращая заряд аккумулятор­ ной батареи.

В исходном состоянии при отсутствии в защищаемой сети активных утечек тока, контролируемое напряжение меньше эталонного. В этом случае диод Д 1 заперт ,а диод Д2 открыт и за счет протекания тока по обмотке w2 возникает отрицатель­ ная обратная связь, препятствующая запуску блокинг-генерато­ ра. В таком состоянии устойчивого равновесия блокинг-геДера- тор может находиться сколь угодно долго. При этом тиристор Т2 закрыт, магнитный пускатель включен и происходит нормаль­ ный заряд аккумуляторной батареи.

Разработанное устройство защиты от утечек тока на землю обеспечивает отключение поврежденной сети при снижении изоляции на стороне постоянного тока до 2,1 кОм или при сни­ жен и иизоляции одной из фаз переменного тока до 3,3 кОм. Ре­ гулировка уставки защиты может осуществляться в широких пределах и не зависит от рода и величины напряжения присо­ единения емкостного фильтра.

Выполнение чувствительного органа и исполнительного эле­ мента практически безинерционными значительно сокращает собственное время срабатывания устройства защиты. Полное время отключения зарядного устройства ЗУК-155/230 от сети магнитным пускателем типа ПМВИ-23М при возникновении опасных утечек тока на землю составляет 0,18 с, что меньше допустимого по требованиям Правил безопасности.

Применение бесконтактного исполнительного элемента повы­ шает надежность и искробезопасность устройства защиты и поз­ воляет -изготовить его без каких-либо оболочек. Установочные размеры платы устройства защиты 200X200 мм, масса не более 5 кг. Плата таких размеров свободно размещается в корпусе зарядного устройства серии ЗУК любого типоразмера.

Встройка устройства защиты от утечек тока на землю в шкаф рудничного зарядного устройства повысит комплектность кон­ струкции, даст экономический эффект за счет сокращения пло­ щади преобразовательной подстанции подземного депо для ак­ кумуляторных электровозов.

шахтных зарядных устройств. Уголь Украины, № 4, 1971.

ОВЫПОЛНЕНИИ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

ВНЕКОМПЕНСИРОВАННЫХ СЕТЯХ 6-10 к В

И. М. СИРОТА (Институт электродинамики АН УССР)

Релейная защита от замыканий на землю в распределитель­ ных сетях, в частности, в некомпенсированных сетях 6—10 кВ, непосредственно влияет на надежность электроснабжения и бе­ зопасность обслуживания электроустановок. Значение указанной защиты особенно велико для предприятий горнорудной промыш­ ленности, эксплуатирующих передвижные электрифицированные механизмы. На протяжении ряда лет многими специалистами разрабатывались различные варианты выполнения данной за­ щиты, однако и на сегодняшний день в эксплуатации отсутству­ ют или имеются в недостаточном количестве устройства защиты, полностью удовлетворяющие всем требованиям.

Такому положению отчасти способствует недостаточная яс­ ность и отсутствие единого мнения по вопросам назначения дан­ ной защиты, предъявляемых к ней требований, размещения защитных устройств в сети и целесообразных принципов их выполнения. В настоящей статье делается попытка внесения определенности в эти вопросы на основе известных результатов исследований и данных эксплуатации (более подробные обосно­

146

вания некоторых изложенных ниже положений можно найти в литературе, список которой прилагается).

Подчеркнем, что под устройствами защиты от замыканий на землю, которые рассматриваются ниже, подразумевается только стационарная аппаратура, обеспечивающая автоматическое от­ ключение поврежденного участка сети или оборудования в случае замыкания фазы на землю. Наряду с такой аппаратурой, в се­ тях должны применяться защитные устройства, предотвращаю­ щие приближение человека или механизма на недопустимое расстояние к частям, находящимся под напряжением, а также некоторые другие устройства.

Назначение защиты от однофазных замыканий на землю

В сетях 6—10 кВ практически никакая защита (в указанном выше понимании) не может гарантировать благополучного исхо­ да в случае непосредственного соприкосновения человека или какого-либо передвижного механизма с частями, находящимися под напряжением. Вопреки бытующим представлениям, повыше­ ние быстродействия и чувствительности защиты может только несколько понизить вероятность тяжелых последствий прикос­ новения, но не устранить ее полностью. Ведь в момент прикос­ новения человека, независимо от параметров защиты, через его тело пройдет полный переходный емкостный ток замыкания на землю всей сети, достигающий большой кратности по отношению к установившемуся току (1). Для предотвращения электротрав­ матизма в указанных случаях необходимо тщательно соблюдать правила техники безопасности, а также применять специальные устройства, например, сигнализирующие о приближении челове­ ка или стрелы экскаватора к проводам линии высокого напря­ жения. Необходимо проводить дальнейшие разработки и иссле­ дования подобных устройств.

Никакая защита от замыканий на землю не может сработать в случае обрыва и падения провода воздушной линии на плохо проводящую поверхность, например, на сухой песок, если не выполнить какие-либо дополнительные мероприятия. К таким мероприятиям относится установка на опорах заземленных ко­ лец, с которыми провод соприкасается во время падения, благо­ даря чему обеспечивается срабатывание защиты.

Замыкание одной фазы на землю при достаточно малом переходном сопротивлении в месте повреждения практически не представляет опасности для людей. Однако при таком замыка­ нии возникают условия, при которых возможно замыкание на землю другой фазы в другой точке сети. Такие «двойные» замы­ кания на землю представляют наибольшую опасность, так как при них на двух заземляющих контурах распределяется почти полное линейное напряжение сети и, независимо от качества защитных заземлений, возникает большое напряжение шага. Поэтому должны приниматься все .возможные меры для предот­

вращения двойных замыканий. К эффективным мерам, в пер­ вую очередь, относится быстродействующее отключение одно­ фазных повреждений. Из вышесказанного вытекает, что основ­ ным назначением защиты от однофазных замыканий на землю, конечной целью ее установки должно считаться предотвращение двойных замыканий на землю.

Наряду с защитой и мероприятиями, повышающими общий уровень эксплуатации сети, для данной цели должны применя­ ться устройства, ограничивающие перенапряжения при дуговых замыканиях на землю в сети. В этом отношении весьма эффек­ тивным является искусственное наложение активной составляю­ щей тока замыкания на землю порядка 50—100% от полного установившегося емкостного тока, например, с помощью корот­ козамкнутого трансформатора напряжения ИТМИ fl, 2J. При наложении указанного тока в 1,9—1,95 раза снижается так­ же напряжение на заземляющем контуре, а следовательно, и напряжения прикосновения и шага в случае неустойчивых замы-, каний [3]. Разумеется, при наложении дополнительного тока должны выполняться требования ПУЭ, касающиеся допустимых сопротивлений заземляющих устройств.

Требования, предъявляемые к защите К числу основных требований можно отнести: надежность действия, быстродействие, селективность, достаточную чувствительность

и стабильность параметров защиты.

Для обеспечения надежности защиты в целом должны при­ меняться достаточно надежные элементы ее устройств и, по воз­ можности, простые схемы. В соответствии с ПУЭ, требования быстродействия и селективности относятся к первой ступени защиты. Во всех случаях, помимо первой ступени защиты, долж­ на предусматриваться неселективная 2-я ступень, воздействую­ щая на отключение питающих шин (с небольшой выдержкой времени). В настоящее время можно считать достаточно малым и практически осуществимым время срабатывания первой сту­ пени защиты порядка — 20-^40 мс (без учета времени отключе­ ния выключателя, которое также должно быть небольшим).

Для обеспечения селективности защита должна быть надеж­ но отстроена от собственных емкостных токов неповрежденных присоединений, как в установившихся, так и в переходных ре­ жимах замыкания на землю в сети, от естественных смещений нейтрали в нормальных режимах, от возможных токов нагрузки

148

fio вопросу о требуемой чувствительности защиты существу­ ют различные мнения. В действующих ПУЭ предписывается лишь определенный коэффициент чувствительности (К =1,25—1,5), но требуемый ток срабатывания защиты не оговорен. Согласно проведенному анализу [4], оптимальным значением тока срабатывания можно считать 0,3—0,7 А при коэффициенте чув­ ствительности не менее 2. Дальнейшее повышение чувствитель­ ности не оказывает решающего влияния на условия безопаснос­ ти и выполнение основного назначения защиты, указанного вы­ ше. Кроме того, оно наталкивается на затруднения в связи с необходимостью выполнения требований селективности. Следует отметить, что возможность уставки небольшого тока сраба­ тывания некоторых существующих устройств защиты (порядка 0,1 Л) в эксплуатации обычно не используется.

Требование стабильности основных параметров защиты обус­ ловлено необходимостью поддержания заданной чувствительнос­ ти и других величин при возможных изменениях температуры окружающего воздуха, напряжения питания оперативной цепи

и т. д.

Размещение устройств защиты в сети

В соответствии с ПУЭ устройства первой селективной ступени защиты, .не имеющей выдержки времени, должны устанавлива­ ться на головных концах питающих линий 6—10 кВ. Следует подчеркнуть, что данную защиту необходимо устанавливать не только на линиях, питающих передвижные механизмы, но и на всех других, в том числе и неответственных присоединениях; отходящих от сборных шин питающей подстанции. В противном случае, помимо того, что резервная защита отключит всю под­ станцию при недостаточно быстро отключенном замыкании на неответственной линии ,с большой вероятностью может произо­ йти замыкание на другой фазе линии, питающей передвижной механизм и, следовательно, защита не будет выполнять своего основного указанного выше назначения. Конечно, вместо уста­ новки защиты на каждом неответственном присоединении можно применить общее групповое устройство, действующее на отклю­ чение нескольких таких присоединений.

Наряду с защитой на головных концах питающих линий, на практике часто устанавливают защитные устройства также в приключательных пунктах, т. е. на ответвлениях к исполнитель­ ным механизмам. Очевидно, чувствительность этих устройств должна быть выше или, во всяком случае, не ниже чувствитель­ ности защиты питающих линий. Установка защиты в приключа­ тельных пунктах дополнительно повышает надежность отключе­ ния замыканий на землю и с этой точки зрения полезна.

Однако следует иметь в виду, что и при наличии защиты в приключательных пунктах защита питающих линий не должна иметь выдержки времени (в противном случае будут создавать­ ся условия повышенной вероятности двойного замыкания на

149