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

землю в случае первого замыкания на питающей линии). При отсутствии выдержек времени обеих защит не может быть га­ рантирована их взаимная селективность: в случае замыкания ,р зоне действия защиты приключательного пункта, независимо от ее чувствительности, возможно срабатывание защиты питающей линии. Последнее должно быть четко оговорено в эксплуатаци­ онных инструкциях (мы не рассматриваем возможность дополни­ тельных блокировок между обеими защитами, поскольку они значительно усложняют решение задачи в целом).

Выбор принципов действия защиты

Правильное решение вопроса о целесообразном принципе действия защиты в каждом конкретном случае возможно только на основе учета действительного распределения в сети токов нулевой последовательности, а также всех особенностей процес­ сов однофазного замыкания на землю. Яркой иллюстрацией возможности неблагоприятных последствий в случае пренебре­ жения этими особенностями является тот факт, что многие про­ ектные организации уже в течение нескольких десятилетий предусматривают установку на питающих линиях 6—10 кВ устройств простой токовой (ненаправленной) защиты. На прак­ тике в большинстве случаев эти устройства (в полном соответ­ ствии с элементарным анализом) срабатывают неселективно либо вообще не работают. И до настоящего времени без доста­ точных на то оснований продолжаются разработки новых схем

иустройств защиты на простом токовом принципе.

Воснову рассмотрения процессов замыкания на землю целе­ сообразно и удобно принять известную комплексную схему замещения, в которой в цепь эквивалентного генератора с э.д.с., равной фазному напряжению сети, последовательно включаются схемы трех последовательностей сети и переходное сопротивле­ ние в месте, повреждения [2, 5]. Возникающие .в устано­ вившемся режиме напряжение и токи нулевой последователь­ ности зависят от переходного сопротивления в месте поврежде­ ния, но всегда емкостные составляющие токов сдвинуты от напряжения на 90°, а активная составляющая совпадает с ним по фазе. Полная мощность токов нулевой последовательности направлена в поврежденной линии от эквивалентного генератора

кшинам питающей подстанции, а во всех неповрежденных при­ соединениях — от шин. Помимо учета соотношений между напряжением и токами при устойчивом замыкании на землю, следует иметь в виду, что в начальный момент замыкания, а также в случаях неустойчивого замыкания, сопровождающегося многократными зажиганиями и погасаниями дуги, в сети воз­ никают сложные переходные процессы. В зависимости от соот­ ношения параметров контура нулевой последовательности эти процессы могут быть периодическими или апериодическими. Возникающие в поврежденной и во всех неповрежденных линиях

Щ

броски свободных токов нулевой последовательности могут в десятки раз превышать токи установившегося режима [6], [7]. Величины свободных токов резко уменьшаются при за­ мыкании через переходное сопротивление и, кроме того, зависят от напряжения поврежденной фазы в начальный момент вре­ мени. Действующее значение суммарного переходного тока в месте повреждения уменьшается при упомянутом выше нало­ жении активной составляющей.

Переходя к выбору основных принципов выполнения защиты, приходится прежде всего отметить нецелесообразность в данном случае использования только величин переходного режима вви­ ду их отмеченной выше нестабильности (см. также [8]). За­ щита, реагирующая на величины установившегося режима (в некоторых случаях она может работать и при переходном про­ цессе), выполняется на простом токовом или на направленном принципе. Как уже было упомянуто, применительно к питающим линиям простые токовые устройства (без органа направления мощности или каких-либо других элементов, обеспечивающих отстройку от собственных токов в установившемся и переходном режиме), независимо от их схемного выполнения, в большинстве случаев не могут одновременно удовлетворить требованиям не­ обходимой чувствительности и селективности.

Поэтому на питающих линиях, как правило, следует приме­ нять защиту, реагирующую на направление мощности устано­ вившегося тока нулевой последовательности. Рабочая зона уг­ ловой характеристики этой защиты должна надежно охватывать вектор тока поврежденной линии, как при наличии, так и при отсутствии активной составляющей тока. Для предотвращения же ложного срабатывания защиты на неповрежденных присое­ динениях вектора их собственных емкостных токов должны надежно отстоять от упомянутой рабочей зоны. В принципиаль­ ной схеме защиты должны быть также предусмотрены необхо­ димые элементы, надежно обеспечивающие ее селективность в переходных режимах, а также термическую устойчивость при двойных замыканиях на землю.

Вприключательных пунктах при небольшой собственной ем­ кости защищаемого оборудования можно применять простые токовые устройства достаточной чувствительности. Как извест­ но, существует большое число разработанных вариантов таких устройств. Из них следует отдавать предпочтение более простым

инадежным.

Взаключение остановимся на вопросе выполнения токоцзмерительных устройств рассматриваемой защиты. Очевидно, на кабельных линиях целесообразно применять простые трансфор­ маторы тока нулевой последовательности (ТНП), каждый из которых охватывает данный кабель или, при наличии несколь­ ких параллельных кабелей, — все эти кабели. На воздушных

151

Линиях делаются кабельные выводы, на которых устанавливают­ ся такие же ТНП.

При выборе типа ТНП необходимо иметь в виду, что для улучшения параметров защиты целесообразно применять транс­ форматоры, по возможности, с большим объемом стали сер­ дечников и большим числом витков вторичной обмотки. Таким путем, при прочих равных условиях, достигается возможность значительного упрощения схемы основного реле защиты, повы­ шения его чувствительности и улучшения отстройки от токов небаланса ТНП. Чрезмерная экономия активных материалов, допущенная в свое время в конструкциях трансформаторов тока ТЗЛ, ТЗР и некоторых других типов, является неоправданной, т. к. приводит к необходимости значительного усложнения ре­ лейной части защиты.

Все изложенные выше соображения были учтены при разра­ ботке устройств защиты питающих линий [1, 2, 9], а также ме­ тодики их экспериментальной проверки [10] -

3.С и р о т а И. М. Защита от замыканий на землю в некомпенсированных сетях 6—10 к В . Электробезопасность на предприятиях горнорудной промыш­ ленности, Кривой Рог. 1970.

4.С и р о т а И. М. О чувствительности защиты от замыканий на землю в некомпенсированных сетях 6 к В . Сб. Проблемы технической электродинамики,

ных работ и электробезопасность. Электробезопасность на предприятиях чер­

ментальное исследование чувствительного реле защиты от замыканий на зем­ лю. Сб. «Системы релейной защиты и автоматики с применением нелинейных элементов. К., «Наукова думка», 1968.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЗАЩИТ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ НА КАРЬЕРАХ

С. А. ВОЛОТКОВСКИИ, я. С. ГОРБУНОВ. Ф. П. ШКРАБЕЦ. (Днепропетровский горный институт)

В настоящее время широкое распространение получила тех­ нология ведения открытых горных работ с применением массово-

152

гб взрывания. На время взрыва, как правило, карьерные рас­ пределительные линии отключаются. Величина емкостного тока замыкания на землю в этом случае может уменьшаться прак­ тически до нуля. По окончании взрывных работ, после визуаль­ ного осмотра линии, производится их включение. Понятно, что величина тока замыкания на землю в этот период незначительна и недостаточна для надежного срабатывания защит от однофаз­ ных замыканий. Включение в работу линий электропередач с замкнувшейся одной из фаз на землю после массового взрыва­ ния вполне вероятно, так как визуальным осмотром, проводимым перед включением распределительных линий невозможно обна­ ружить всех повреждений. Существует также большая вероят­ ность включения другой линии с поврежденной изоляцией дру­ гой фазы, то есть существует опасность двухфазных замыканий на землю в различных точках сети.

При таком повреждении напряжение шага и потенциалы на корпусах электрооборудования достигают опасных для обслужи­ вающего персонала величин, снизить которые до безопасных величин простыми мероприятиями не представляется возмож­ ным. Поэтому в сетях, особенно, в которых эксплуатируются передвижные механизмы, должны предприниматься меры, пре­ дупреждающие данный вид повреждения, то есть, необходимо обеспечить работоспособность защит от замыканий на землю при значительном уменьшении величины тока замыкания на землю.

Кратко рассмотрим методы обеспечения работоспособности защит от замыканий на землю при значительно изменяющихся токах замыкания.

1. Для улучшения работы защит искусственно увеличивают ток однофазного замыкания при помощи батарей статических конденсаторе. Статистический анализ причин поражения электри­ ческим током на карьерах показал, что 75% электропоражений вызвано непосредственным прикосновением к токоведущим час­ тям. Одним из основных факторов, обеспечивающих благополуч­ ный исход электротравм, является уменьшение величины тока, проходящего через человека. Таким образом, искусственное уве­ личение тока однофазного замыкания на землю с точки зрения обеспечения электробезопасности нельзя признать удовлетвори­ тельным.

2. Использование устройств защиты, реагирующих на нало­ женные токи повышенной или пониженной частоты. Такие за­ щиты не получили распространения вследствие того, что являет­ ся трудным обеспечить селективную работу указанных устройств защиты при наличии гальванически■связанной электрической сети. Необходимо отметить, что по сопротивлению утечки проте­ кают как емкостные токи замыкания, так и наложенные токи, разделение их замедляет измерение управляющего тока в месте замыкания и отключение поврежденной линии.

К недостаткам защитных устройств, реагирующих на токи

153

непромышленной частоты, относится также увеличение стоимости устройства и усложнение схемы за счет использования дополни­ тельных источников, оперативного тока, а также применение час­ тотных фильтров в каждом комплекте защиты.

Кроме того, наложенный ток в сумме с емкостным увеличи­ вает электрическую опасность сети, что крайне нежелательно.

3. Автоматическое поддержание значения тока замыкания на землю постоянной величины независимо от емкости сети, то есть при изменении емкости сети от минимального до максимального значения. Другими словами, предлагается так же, так и в пунк­ те 1, искусственным путем создать ток замыкания на землю, достаточный для срабатывания защит при весьма малых естест­ венных значениях тока замыкания на землю (при отключении всех или почти всех линий)..

Однако в отличие от непрерывного увеличения тока замыка­ ния на землю (см. п. 1), в рассматриваемом способе обеспечения работоспособности защит искусственная составляющая тока замыкания на землю уменьшается по мере роста естественного (емкостного) тока.

Весьма важным является то, что автоматическое поддержи­ вание значения тока замыкания на землю постоянной величины (на заданном уровне), наряду с увеличением тока замыкания на землю при весьма малом естественном токе, обеспечивает также уменьшение тока замыкания на землю, в случае, если последний превышает некоторое заданное значение величины тока одно­ фазного замыкания на землю. Этим самым снижается потенци­ альная опасность сети.

Значение величины тока замыкания на землю, т. е. значение, задаваемое автоматическому устройству поддержания величины тока замыкания на заданном уровне, выбирается по условиям электробезопасности и селективности работы защитных уст­ ройств.

Из изложенного выше видно, что из рассмотренных способов обеспечения работоспособности защит от однофазных замыканий на землю, наиболее удачным является способ автоматического поддержания значения тока замыкания на землю постоянной величины.

о возможности ПРИМЕНЕНИЯ ЗАШИТ

ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ, РЕАГИРУЮЩИХ НА ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС, В КАРЬЕРНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6 кВ

В. А. БЕЛИКОВ (Северо-Кавказский горно-металлургический институт)

Характер протекания переходного процесса однофазного за­ мыкания на землю в карьерных сетях 6 кВ при прочих равных условиях зависит от соотношения между R и отношением LIC в момент замыкания на землю.

R — сопротивление проводов и переходное сопротивление

154

в месте замыкания. Сопротивление проводов для конкретной сети постоянно и мало по сравнению с переходным сопротивле­ нием. Переходное сопротивление, а следовательно R в целом, как показывает практика, может колебаться в широких преде­

Индуктивность L и емкость С сети зависят от протяженнос­ тей кабельных и воздушных линий, марок кабелей, марок про­ водов воздушных линий, их расположения друг относительно друга и земли и обычно для трехфазных цепей вычисляются по удельным значениям на единицу длины. В реальных карьерных сетях различия в марках проводов воздушных линий и в схемах их взаиморасположения и расположения относительно земли незначительны, а протяженность кабельных участков весьма невелика по сравнению с протяженностью воздушных сетей.

На этом основании можно считать практически постоянными удельные значения индуктивности и емкости, а следовательно и

которых переходный процесс становится апериодическим, прак­ тически одинаковы для большинства карьерных сетей 6 кВ и ле­

тавляющей можно без особой погрешности пренебречь и считать амплитуду переходного тока равной амплитуде вынужденной со­ ставляющей, т. е. практически амплитуде тока установившегося режима /р.

3.Отношение амплитуды первой полуволны свободного тока

/От] , непосредственно интересующей нас с точки зрения воз­

155

ходный процесс носит быстрозатухающий характер. В первый полупериод переходного процесса ток 1тг сдвинут на угол я по отношению к току Ici и напряжению и0.

Рис. 2. Осциллограмма переходного процесса однофазного замыкания на землю при R « 115 Ом.

На рис. 2 приведена осциллограмма переходного процесса замыкания на электрод, погруженный в землю, в той же сети.

денной фазы снизилось до (0,35-7-0,4) ит. Переходный процесс носит апериодический характер; амплитуда переходного тока 1т\

Сравнительный анализ приведенных и более 120 других осциллограмм различных видов замыканий на землю показыва­ ет, что при значениях R « 100-г 150 Ом переходный процесс апе­ риодический, а амплитуда переходного тока снижается до амп­ литуды установившегося значения тока повреждения.

Отношение амплитуд первой полуволны тока переходного процесса при глухом металлическом замыкании на землю к амплитуде установившегося тока при замыкании через R ж 100-7-

150 Ом равно: ~ « I7-T-20.

На основании полученных выводов рассмотрим практическую возможность использования параметров первого полупериода свободной составляющей переходного тока для создания уст­ ройств защиты для сетей карьеров.

Токовые защиты

Коэффициент чувствительности токовой защиты должен быть выбран таким, чтобы защитное устройство реагировало на все значения тока повреждения от максимального до практически

157

возможно минимального с обязательным выполнением требова­ ния селективности.

Для охвата всех реально возможных видов замыкания на землю в интервале от 0 до R токовое устройство защиты, реа­ гирующее на переходный процесс, должно иметь минимальное значение коэффициента чувствительности равное:

ни о какой селективности работы устройств токовой защиты не может быть и речи, поэтому применение токовых защит, реаги­ рующих на переходный процесс, практически невозможно.

Направленные защиты

Исследования показывают, что качественные признаки,,, а именно, сдвиги фаз свободной составляющей тока переходного процесса поврежденной и неповрежденных линий и напряжения нулевой последовательности и количественные соотношения меж­ ду ними, удобные для создания защит, наиболее четко проявля-

ются

Прн этих значениях R , т. е. при глухих металлических замы­ каниях на землю, параметры переходного процесса могут быть использованы для создания (оправленной защиты. Ввиду крат­ ковременности процессов использование описанных параметров возможно только на базе бесконтактной аппаратуры (1).

место в реальных карьерных сетях, переходный процесс является апериодическим, поэтому теряется смысл направленной защиты, реагирующей на свободную составляющую тока переходного процесса. С точки зрения простоты и надежности в этих услови­ ях целесообразно применение устройств защиты направленного типа, реагирующих на установившийся режим однофазного за­ мыкания на землю.

В целом, учитывая реальные значения R для сетей, карьеров, можно резюмировать, что направленная защита на переходном процессе не может реагировать на все возможные виды одно­ фазного замыкания на землю, а потому ее применение в сетях карьеров малоперспективно.

158

Выводы

1. Для охвата всех возможных на практике видов замыкания на землю токовые устройства защиты, реагирующие на переход­ ный процесс, должны иметь минимальное значение коэффициен­ та чувствительности, равное /^ = 20. Это говорит о принципи­ альной невозможности применения в сетях карьеров токовых защит, реагирующих на переходный процесс.

2. Область применения защит направленного типа, реагирую­ щих на переходный процесс, ограничена глухими металлически­ ми замыканиями на землю, поэтому их.применение в сетях ка­ рьеров малоперспективно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б е л и к о в В. А., В а с и л ь е в И. Е., П л а щ а н е к и й Л. А. Исполь­ зование логических элементов в схеме направленной защиты от замыканий на землю в карьерных сетях 6 к В . «Горные машины и автоматика», 1969, № 4.

2.С и р о т а И. М. Переходные процессы в компенсированной сети при замыкании фазы на землю. Сб. трудов ИЭАНУССР «Вопросы устойчивости и автоматики энергетических сетей», 1959. № 16.

3.Институт Центрогипрошахт. Электроснабжение участков угольных разрезов. Проектные предложения. Москва, 1968.

ЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ С ОТКРЫТОЙ И ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКОЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Л. В. ГЛАДИЛИН, М. Б. иноятов, В. И. ЩУЦКИИ (Московский горный институт)

Обеспечение безопасности зависит от успешного решения комплекса вопросов, среди которых видное место занимают во­ просы устройства сети заземления — основного средства защи­ ты людей от поражения электрическим током.

В соответствии с требованиями Правил безопасности [1, 2, 3], на горнодобывающих предприятиях сооружается общая для

полезных ископаемых сеть заземления составляется из заземля­ ющих жил гибких кабелей и металлических оболочек брониро­ ванных кабелей с главными заземлениями в водосборнике и в зумпфе. На предприятиях с открытой разработкой месторожде­ ний полезных ископаемых сеть заземления составляется из за­ земляющих жил гибких кабелей и проложенного по опорам воздушных линий электропередачи заземляющего проводника с нейтральным заземляющим устройством у стационарной понизи­ тельной подстанции или в карьере.

Таким образом, в электроустановках горнодобывающих пред­ приятий сеть заземления проложена параллельно и в непосред­ ственной близости к фазовым проводам силовых и осветительных сетей на всем их протяжении. Вследствие этого при однофазных замыканиях на землю, точнее, на сеть заземления, образуются Две параллельные цени тока [4]:

159