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

а) от точки замыкания тбк по сети заземления и заземлителям стекает в землю и оттуда протекает- в две здоровые фазы через активные проводимости и емкости этих фаз относительно земли;

б) от точки замыкания ток из сети заземления протекает непосредственно в две здоровые фазы через активные проводи­ мости и емкости этих фаз относительно сети заземления.

Правила безопасности [1, 2, 3] регламентируют переходное сопротивление первой цепи. В соответствии с этим при расчетах, а также в исследовательских работах принимают во внимание только nepEiyro цепь. Между тем, наличие сети заземления суще­ ственно снижает емкость относительно земли фазовых проводов гибких кабелей и воздушных линий, а гибкие кабели с экрани­ рующей оплеткой, бронированные кабели, электрические маши­ ны и аппараты обладают активной проводимостью и емкостью только относительно сети заземления.

При разработке месторождений с высоким удельным сопро­ тивлением горных пород устройство заземлений с сопротивлени­ ем, отвечающим основным требованиям Правил безопасности, оказывается в ряде случаев практически невыполненным и Пра­ вила безопасности допускают в этих случаях выполнение зазем­ лений с отклонением от основных требований. При этом, очевид­ но, пренебрегать второй цепью замыкания на сеть заземления недопустимо.

Для упрощения дальнейших выводов сделаем следующие до­ пущения, практически не влияющие на распределение тока в сети заземления:

а) потенциалы относительно земли двух здоровых фаз имеют одно и то же значение на всем их протяжении;

б) полные проводимости двух здоровых фаз относительно поврежденной фазы, сети заземления и земли соответственно одинаковы.

Это дает право рассматривать при однофазном замыкании вместо трехфазной сети однофазную схему замещения (рис. 1), принимая разность потенциалов между совмещенными здоровы­

ми фазами и сетью заземления, равной ]/3 £/л, где U 4 —линей­ ное напряжение.

160

Учитывая, что переходное сопротивление сети заземления значительно ниже сопротивления относительно земли двух здо­

ровых фаз и что ее потенциал значительно ниже | 3 U:i, вели­ чины токов /', и Г'ч замыкающихся по первой и по второй цепям соответственно, можно определять по формулам:

При обрывах в сети заземления, как показано па рис. 2, ток стекает в землю по сети заземления и заземлителям только на

U<p.*

Рис. 2. Схема замещения при обрывах в сети заземления.

участке .между точкой однофазного замыкания и ближайшей к ней точкой обрыва сети заземления. Далее ток протекает из земли в две здоровые фазы непосредственно через проводимости этих фаз относительно земли, а также через заземлители и проводимости этих же фаз относительно сети заземления .на всем протяжении сети за первой точкой обрыва. Таким образом,

где Г'ф,,-- полная проводимость здоровой фазы относительно сети заземления на участке между точкой однофазного замыка­ ния и ближайшей к пей точкой обрыва сети заземления, Ом А

Отсюда следует (рис. 3), что при обрывах в сети заземления

.полный ток /0 однофазного замыкания, определяемый суммар­ ной проводимостью здоровых фаз относительно сети заземления

161

н относительно земли, остается без изменения, но распределение этого тока между двумя названными выше цепями существенно изменяется. При непрерывной сети заземления ток / ' 5> стека­ ющий в землю через заземлители, в электрических сетях горно­ добывающих предприятий весьма мал по сравнению с полным током /0 однофазного замыкания не свыше 25% и существенно возрастает при обрывах в сети заземления. При этом сущест­ венно возрастает также и сопротивление относительно земли то­ го участка сети заземления, по которому стекает этот ток, вследствие снижения протяженности этого участка и соответ­ ственно количества присоединенных к нему заземлителей.

1 !

О

о

Рис. 3. Соотношение токов, протекающих по двум цепям, при замыканиях на сеть заземления.

Таким образом, непрерывность сети заземления является ос­ новным условием обеспечения электробезопасности не столько с точки зрения снижения сопротивления сети заземления, сколько с точки зрения создания второй цепи для така однофазного замы­ кания, помимо заземлителей и земли.

Для более четкой оценки роли обеих цепей тока при непре­ рывной сети заземления и при обрывах в ней проследим влияние токов в этих цепях на потенциал в точке однофазного замыкания.

между двумя соседними местными заземлителями. Полагая, что

. а) для потерь напряжения на участках между двумя сосед­ ними местными заземлителями

162

Vm-x ~ u m r U m- U m+l = ( / ' „ - ~ - j r „ . . .

потенциалы в трех соседних точках присоединения местных заземлителей

связывающее токи в начале трех соседних участков сети зазем­ ления

1G3

IJ„

тельно сети заземления; тока — , стекающего в землю через

Ru

главное заземляющее устройство, а также суммарного тока протекающего в другие ветви сети заземления, присоединенные к тому же главному заземляющему устройству. После подста­ новки в формулу суммы токов, стекающих в землю через мест­ ные заземлители, значения Un из формулы (10) и преобразо­ вания получаем:

Потери напряжения в сети заземления Ua—Un определяют­

ся как сумма потерь напряжения на отдельных участках

П—1

3 (U ~• Um л )■ После замены выражения под знаком сум-

т=О

мы его значением в соответствии со второй формулой (6) и пре­ образований получаем:

tn

Совместное решение уравнений (12) и (13) после подстанов­

ки в них приближенных отношений гиперболических тангенсов дает

164

Здесь Гг — пг0 — сопротивление заземляющей магистрали

отношения множителей при этих токах к множителю при полном токе /0. Анализ показывает, что последнее из двух условий наи­

ления, т. е. благотворное влияние экранирующего действия за­ земленных оболочек электрооборудования наиболее ощутимо в наиболее трудных для устройства защитных заземлений услови­ ях. При определении тока V п допустимо учитывать только часть тока, протекающего из сети заземления непосредственно в две здоровые фазы, минуя заземлители и землю, поскольку часть тока, стекающая по заземлителям в землю, весьма мала.

При обрыве сети заземления (рис. 2) главное заземляющее устройство и другие ветви сети заземления оказываются от­ ключенными, т. е. R 0-*- со, I'п =0 и формула (14) для потенциа­ ла в точке однофазного замыкания в самом неблагоприятном случае (при R n->co ) приобретает вид:

заземления в фазовые провода на протяжении одного участка сети заземления является величиной постоянной, а величина п—1 в множителе при R должна приниматься в соответствии с количеством участков сети заземления между точкой однофаз­ ного замыкания и точкой ближайшего к ней обрыва заземляю­ щего проводника. Из формулы (15) следует, что при обрывах в заземляющей сети благотворное влияние экранирующего дейст­ вия заземленных оболочек электрооборудования практически сводится к нулю.

Выводы

1. Электрические сети горнодобывающих предприятий явля­ ются в значительной степени экранированными от земли. Особен­ но это относится к подземным кабельным сетям шахт и рудни­ ков. Поэтому при проектировании защитных заземлений элек­ троустановок горнодобывающих предприятий, разрабатывающих месторождения полезных ископаемых с высокими удельными сопротивлениями горных пород, необходимо учитывать раздель­ но проводимости фазовых проводов относительно земли и отно-

165

сйтельно сети заземления и проводить расчеты в соответствии

сприведенными выше формулами.

2.Непрерывность сети заземления является особо важным фактором безопасности для электроустановок горнодобывающих предприятий и на это обстоятельство необходимо обращать са­ мое серьезное внимание как при проектировании, так и при

эксплуатации сетей заземления.

3. При расчете сетей заземления целесообразно учитывать емкости электротехнического оборудования машин и механиз­ мов относительно их заземленных корпусов, а также переход­ ное сопротивление опорных поверхностей электромеханического оборудования относительно земли, поскольку это может сущест­ венно облегчить требования к величине переходного сопротивле­ ния искусственных заземлителей.

ЛИТЕРАТУРА

]. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Недра, 1970.

2.Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и рас­ сыпных месторождений подземным способом. Госгортехиздат. 1963.

3.Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. Недра, 1967.

ЗАЩИТА ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЙ СЕТИ КАРЬЕРА ОТ КАСАНИЯ КОВШОМ ЭКСКАВАТОРА КОНТАКТНОГО ПРОВОДА

Л . В. Г Л А Д И Л И Н , В. И . Щ У Ц К И Й , Ш . Г . Н А С Р И Т Д И Н О В

(Московский горный институт)

В МГИ разработан ряд мероприятий по обеспечению электро­ безопасности на карьерах в случаях касания ковшом экскавато­ ра контактного провода. В частности, предложены:

а) защитное устройство, реагирующее на величину тока выс­

б) защитное устройство, реагирующее на величину оператив­ ного тока повышенной частоты (150 Гц) [2];

в) способ предотвращения появления опасных потенциалов и токов короткого замыкания [3].

Карьерные тяговые сети имеют небольшую протяженность, в связи с чем для них может быть применена защита, реагирующая па величину тока тональной частоты. Применение для защиты тональных частот не требует учета их. мешающего воздействия па телефонную связь, что необходимо для магистральных линий, особенно при применении низких частот (150—300 Гц), при которых коэффициент акустического воздействия S p — 0,05-Г-0,3. В качестве источника оперативного тока могут быть использова­ ны отдельный генератор или высшие гармоники выпрямленного тока от преобразовательных агрегатов тяговых подстанций.

166

Величина высших гармонических составляющих напряжения йри заданных параметрах преобразовательного агрегата прак­ тически не зависит от индуктивности цепи постоянного тока. Величина высших гармонических составляющих тока при актив­ но-индуктивной ( R —L) нагрузке выпрямителя определяется полным сопротивлением цепи нагрузки для данной гармоники. В случае касания ковшом экскаватора контактного провода полное сопротивление обмоток двигателя электровоза (порядка 150 и более Ом) шунтируется малым активным сопротивлением цепи: экскаватор — заземляющий контур — фильтр на 300 Гц— переходное сопротивление «рельс—грунт», что приводит к рез­

Рис. 1. Зависимости тока шестой гармоники при нормальном («а») и при аварийном («б») режиме работы тяговой сети.

167

тяговых двигателей, соответствующий различным режимам рабо­ ты тяговой сети. Величина тока шестой гармоники в пределах допустимых скоростей движения электровозов составляет

0,13^-0,65 А.

На рис. 16 приведены зависимости тока высшей (шестой) гармоники от степени удаленности места касания ковшом экс­ каватора контактного провода. При различных переходных соп­ ротивлениях контура заземления величина тока колеблете^ в пределах 3,64-16 А, что намного больше, чем при нормальных режимах работы тяговой сети.

Предложенное устройство предназначено для защиты отдель­ ных боковых тяговых сетей карьеров и успешно может быть применено в случае питания боковых тяговых сетей передвижны­ ми тяговыми подстанциями.

Надежная работа защитного устройства, реагирующего на величину тока шестой гармоники, зависит от режима работы выпрямителей, т. е. от угла коммутации у . -Изменение последне­ го приводит к изменению величины пульсации выпрямленного тока.

Защитное устройство, реагирующее на величину оперативного тока повышенной частоты, наложенного на тяговую сеть, лише­ но этого недостатка, так как качество работы этой защиты за­ висит только от полного сопротивления цепи касания.

В качестве источника оперативного тока повышенной частоты (150 Гц) могут быть использованы: трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена в открытый треугольник, утроитель частоты, а также инверторная схема, преобразующая постоянный ток в переменный ток любой частоты. При исполь­ зовании последней схемы отпадает необходимость отключения

динительного конденсатора, контактной сети и рельсовой цепи,

Ом;

Z„— полное сопротивление тяговых двигателей, Ом; R зс— переходное сопротивление сети заземления, Ом; /?рг— переходное сопротивление «рельс—грунт», Ом.

168

На рис. 2 приведены зависимости величины оперативного тОка от протяженности тяговой сети при нормальном (а) и ава­ рийном (б) режимах работы тяговой сети. Нормальный режим работы предусматривает последовательно-параллельное соеди­ нение тяговых двигателей. Для удобства оценки величины тока при различных режимах работы, зависимости построены в отно­ сительных единицах.

aj

S>

Рис. 2. Зависимости оперативного тока повышенной частоты при нормалы ном («а») и при аварийном («б») режиме работы тяговой сети.

Как видно из рис. % при касании ковшом экскаватора кон­ тактного провода величина тока возрастает в 54-15 раз.

Если переходное сопротивление «рельс—грунт» достаточно велико, то путем включения между рельсом и заземляющим кон-

169