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

ЛИТЕРАТУРА

1. П иро ж ен ко В. X. Полупроводниковые устройства шахтного элек­ тропривода. УКРНИИНТИ, Киев, 1970.

2. Ф у р с о в В. Д., К о р о л е в А. М., Б е л о п у х о в Э. В. Особенности параллельной работы полупроводниковых преобразователей рудничных тяго­ вых подстанций. Изв. вузов «Горный журнал», № 8, 1973.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИЛОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ РУДНИЧНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

В. А. БУНЬКО. Г. П. НАУМОВ (Днепропетровский горный институт)

Перевод 'системы управления рудничным электровозом по­ вышенной частоты (РЭПЧ) на тиристорное не только улучшает его эксплуатацию, но и позволяет применить бесконтактную быстродействующую защиту от перегрузок и коротких замыка­ ний путем снятия управляющих импульсов. В РЭПЧ в силовой цепи наиболее чувствительным к перегрузке относится силовой полупроводниковый выпрямитель.

По имеющимся данным у кремниевых вентилей основным видом отказов является пробой. Интенсивность этих отказов определяется, прежде всего, температурой полупроводниковой структуры, то есть нагрузкой прибора по прямому току [1].

Наибольший ток в силовом выпрямителе будет протекать при пуске тяговых двигателей, величина которого превышает в 2,5-эЗ раза свое номинальное значение. В среднем в течение одного часа происходит 200^-240 включений тяговых двигателей рудничных электровозов [2]. Эти включения распределяются неравномерно в течение рабочего дня. При частых включениях двигателей, когда электровоз выполняет маневровые операции, вероятность перегрева силовых вентилей возрастает. При дви­ жении электровоза на откаточных путях температура полупро­ водниковой структуры вентилей намного ниже допустимой.

Для повышения надежности силового выпрямителя РЭПЧ имеются два направления. Одно из них заключается в создании достаточно больших перегрузочных запасов, что достигается путем увеличения числа параллельно включенных вентилей. При этом применяются простые средства защиты. Этот способ применить в рудничной откатке невозможно из-за небольших

габаритов электровоза. Кроме того, удорожается силовой вы­ прямитель.

Второе направление обеспечивает эксплуатационную надеж­ ность путем применения эффективных средств тепловой защиты силовых вентилей при минимальных перегрузочных запасах.

В настоящее время непосредственный контроль полупровод­ никовой структуры вентилей непосредственно в работающем электровозе можно обеспечить только тепловой защитой, описан­ ной в работе [3]. Применение этой защиты полупроводниковых

200

вентилей позволит повысить надежность силового выпрямителя РЭПЧ при минимальной его стоимости, габаритах и весе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. Ф. Б е х т о л ь д, С. Л. Х енке. Изучение долговечности кремниевых вентилей. Кремниевые вентили. Сб. переводов статей под редакцией В. Г. Ко­ мара, Госэнергоиздат, 1960.

2. В. И. Г у д а л о в. Экспериментальные исследования режима работы аккумуляторных электровозов в производственных условиях. Сб. «Вопросы конвейерного и рельсового транспорта в горной промышленности», «Госэнерго­

Основным видом транспорта в угольных и рудничных шахтах является локомотивная откатка. В настоящее время строящиеся и реконструируемые шахты имеют увеличенные глубины разра­ ботки (1200—1800 м). В этих шахтах следует ожидать увеличе­ ние газоносности, опасности по выбросам угля и газа. Поэтому очень важно обеспечить безопасность в таких шахтах при рабо­

бесконтактная высокочастотная откатка. Опыт эксплуатации бесконтактной высокочастотной откатки на шахтах Донбасса показал, что машинные преобразователи, которыми укомплек­ тованы тяговые подстанции, имеют ряд недостатков и не позво­ ляют успешно применять данную откатку. Поэтому дальнейшее повышение экономичности и эксплуатационных показателей это­ го вида рудничной откатки связано с заменой машинных преоб­ разователей статическими тиристорными преобразователями частоты.

Днепропетровским горным институтом совместно с Таллин­ ским электротехническим заводом изготовлен опытный образец тиристорного преобразователя частоты для бесконтактной от­ катки. Разработанный тиристорный преобразователь выполнен по схеме инвертора с удвоением частоты с промежуточным звеном постоянного тока, принципиальная электрическая схема которого приведена на рис. 1. Питание тиристорного преобразо­ вателя осуществляется от сети 380 В 50 Гц, а на выходе преоб­ разователя постоянными поддерживаются ток 150 А и частота 5000 Гц. Частота и ток в тяговой линии являются основными показателями системы электроснабжения бесконтактной откат­ ки, которые определяют мощность, передаваемую электровозом,

201

экономику всей откатки и безопасности ее применения, а также влияние тяговой линии на шахтную связь, аппаратуру автомати­ ки и телемеханики. Ток в тяговой линии и частота определяют величину э.д.с., наводимую в посторонних проводниках электро­ магнитным полем.

ком и тяговой линией.

Следовательно, чтобы уменьшить ток в посторонних провод­ никах

л2

иобеспечить безопасность, необходимо стремиться к уменьше­ нию величины Е2 или поддерживать ее на уровне, обеспечиваю­ щем безопасность обслуживающему персоналу. Поэтому значе­ ния тока в тяговой линии и частота должны быть стабильными

исвязаны соотношением

рованием напряжения управляемым выпрямителем на входе ин­ вертора. Регулирование напряжения выпрямителя осуществляет­ ся специальной системой стабилизации тока, которая выполнена, на основе унифицированной блочной системы регулирования УБСР, что позволяет с большой точностью поддержать ток в тяговой линии в заданных пределах. Стабилизация частоты обеспечивается за счет применения в качестве задающего гене­ ратора, собранного по осциляторной схеме симметричного мультивибратора путем замены одного из времязадающего кон­ денсатора кварцевым резонатором на частоту 5000 Гц.

При заводских испытаниях тиристорный преобразователь по­

202

К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ БЕСКОНТАКТНОЙ ОТКАТКИ НА РАБОТУ

РУДНИЧНОЙ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ

Д. И. МАТИЕВ, В. Б. ГОНЧАРОВ (Днепропетровский горный институт)

А. В. ДОБРОВОЛЬСКИЙ (Донгипроуглемаш)

Основным видом транспорта по горизонтальным выработкам шахт является локомотивный транспорт. В результате исследо­ ваний, проведенных ДГИ и Донгипроуглемашем, установлено, что при значительных грузопотоках и сравнительно больших длинах откатки из всех известных видов транспорта наиболее экономичным и рациональным является откатка бесконтактны­ ми электровозами на 5000 Гц.

Существенным фактором, предопределяющим применение любого вида рудничного транспорта, является безопасность его эксплуатации. В создании бесконтактной откатки важным явля­ ется обеспечение ее электробезопасности и определение влияния поля тяговой сети на средства рудничной телемеханики, связи и СЦБ.

С целью экспериментальной проверки теоретических предпо­ сылок в этой области в ДГИ разработана и изготовлена физи­ ческая модель (макет) рудничной бесконтактной откатки. Модель содержит трехфазный регулируемый выпрямитель, ин­ вертор на 5000 Гц мощностью до 25 кВА и участок тяговой сети длиной 80 м. При работе модели со статическим преобразовате­ лем частоты создавались такие режимы работы, которые были идентичны реальным условиям. Экспериментально определен гармонический состав тока в тяговой сети. Установлено, что наряду с основной гармоникой тока существуют высшие гармо­ нические составляющие (четные и нечетные). Анализ выполнен в диапазоне частот от 5 до 200 кГц. При этом исследования по­ казали, что в диапазоне от 15 до 160 кГц мощность высших гармонических в составе спектра невелика, что не окажет существенного влияния на электробезопасность бесконтактного транспорта. В диапазоне от 160 до 200 кГц мощность высших гармонических в составе спектра увеличивается за счет комму­ тации тиристоров инвертора. Однако из методики расчета, пред­ ложенной ДГИ, следует, что наведенные токи в случайных кон­ турах при этом не превышают искробезопасных значений.

Современная угольная шахта характеризуется сложной и многообразной взаимозависимостью производственных процес­ сов, что предъявляет высокие требования к средствам автомати­ зации. Учитывая огромную важность автоматики, телемеханики и связи в шахте, весьма важное значение имеет оценка степени влияния на эти устройства тяговой сети откатки электровозами

повышенной частоты.

203

В связи с наличием в токе тяговой сети спектра высших гар-. ионических кратных 5 кГц, в каналах связи или приемных уст­ ройствах автоматики наведется ЭДС, частотный спектр которой совпадает со спектром тока, а амплитуда будет пропорциональ­ на частоте. В случае совпадения частоты настройки приемного устройства с частотой гармоники тока тяговой сети и соизмери­ мости напряжения, наведенного этой гармоникой, с чувствитель­ ностью приемного устройства может нарушиться нормальная работа устройств автоматики.

Основными параметрами, характеризующими устройства ав­ томатики с точки зрения влияния на них тока тяговой сети, являются:

1.Частота настройки датчика и приемного устройства.

2.Полоса пропускания приемного устройства.

3.Чувствительность приемного устройства.

4.Параметры выходного сигнала задающих устройств.

Анализ указанных параметров устройств автоматики показал, что наибольшему влиянию тяговой сети подвержены: аппаратура автоматической блокировки стрелок и сигналов АБСС-1 и БАУСС, аппаратура частотного управления стрелками ЧУС-3, аппаратура громкоговорящей искробезопасной связи ГИС-1, аппаратура диспетчерской телесигнализации ТСД-1, аппаратурасистемы автоматической газовой защиты и централизованного телеавтоматического контроля метана АМТ-3. Основным узлом, наиболее подверженным мешающему влиянию тяговой сети, яв­ ляется приемная рамочная антенна, которой оборудованы уст­ ройства АБСС, БАУСС, ЧУС и автоматика счета вагонеток. Блоки приемников сигналов настроены на частоту 16, 20, 26 кГц.

Для оценки степени влияния тяговой сети на аппаратуру автоматики необходимо знать величину наведенного напряже­ ния на рамочную антенну. Напряжение, наводимое в антенне, пропорционально току тяговой линии, частоте тока и взаимоиндуктивности рамочной антенны и тяговой линии.

Для диапазона частот 54-200 кГц М = const.

Исходя из этого, величины наведенного напряжения для раз­ личных гармоник тока тяговой сети составят:

Экспериментально установлено, что чувствительность блоков приемников сигналов выше паспортной, равной 200 мВ, но не превышает значений 55—60 мВ, что недостаточно для срабатыва­ ния их от напряжений, наводимых тяговой сетью. Это подтвер­ ждается испытаниями приемных устройств ЧУС на частотах 14,

20 и 26 кГц, во время которых не было ни одного ложного сра­ батывания.

204

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ БЕСКОНТАКТНОЙ РУДНИЧНОЙ ОТКАТКИ

О. А. СВИСТЕЛЬНИК (Днепропетровский горный институт)

В связи с увеличением добычи угля и переходом шахт на более глубокие рабочие горизонты возрастает число шахт, опас­ ных по газу или пыли, а также с суфлярным выделением газа. Это в свою очередь требует увеличения парка взрывобезопасных локомотивов. Одним из направлений решения этой задачи явля­ ется создание бесконтактных рудничных локомотивов.

Однако при всех положительных сторонах этих локомотивов, очень остро стоит вопрос об обеспечении искробезопасности случайных контуров (броня силовых и телефонных кабелей, трубопроводы, рельсы и т. д.), в которых тяговой сетью индуци­ руются токи, значения которых могут превысить искробезопас­ ные, т. е. такие, при которых вероятность воспламенения метановоздушной смеси превышает Я=10 3 .

Детальный анализ характеристик случайных контуров и их классификация позволяют сделать вывод, что в основном стацио­ нарные и случайные контуры относятся к безиндуктивным (L^0,0001 Г), искробезопасный ток для которых определяется по графику искробезопасности / = / (U) для цепей переменного тока в зависимости от подводимого напряжения [1]. Расчетный ток цепи необходимо увеличить на коэффициент искробезопаспости, равный двум. Увеличенный ток цепи не должен превышать воспламеняющего уменьшенного на 20%. При этом минимальный ток воспламенения получается из выражения

Т — расчетная длительность разряда; L — индуктивность цепи.

Для удовлетворения условий искробезопасности случайных контуров необходимо определить шаг транспозиции (перекре­ щивания) кабелей тяговой сети с учетом внутреннего сопротив­ ления проводника, в котором индуцируется ток.

Для наиболее опасных расположений случайных контуров с точки зрения возможности воспламенения рудничной атмосферы, т. е. при прокладке кабелей в однопутевом квершлаге на мини­ мально удаленном от тяговой сети ток, наводимый в кабелях марки СБЗхбО, равен

205

димом тяговой сетью 6,3 В.

Для данных параметров контура величина тока воспламене­

безопасный ток для рассматриваемого контура тогда составит

(3)

что превышает ток, индуцируемый тяговой сетью в постоянном проводнике. Следовательно, применение бесконтактной руднич­ ной откатки с шагом транспозиции тяговой сети меньше 100 м отвечает требованиям ПИВРЭ, предъявляемом к рудничному оборудованию исполнения «РВ» при соответствующем исполне­ нии всех остальных элементов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Правили изготовления рудничного взрывобезопасного оборудования,

1961.

РАЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ ДЛЯ РУДНИЧНЫХ КОНТАКТНЫХ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗНОЙ ОТКАТКИ

II М. ЯКУШЕВ, В. И. ЩУЦКИИ (Московский горный институт)

Электровозный транспорт находит широкое применение в горнодобывающей промышленности благодаря своим высоким технико-экономическим показателям. Однако при эксплуатации контактных электровозов необходимо решить вопросы электро­ безопасности, в частности, защиту персонала от поражения электрическим током при случайных прикосновениях к контакт­ ному проводу.

Наиболее широко распространенной и приемлемой является система электроснабжения рудничной электровозной откатки на постоянном токе с использованием рельсового пути в качестве токопровода. Защита таких сетей осложняется тем, что в них утечки тока на землю включены параллельно нагрузке и по ве­ личине на несколько порядков меньше токов нагрузки.

В известных средствах защиты от токов утечки контроль сос­ тояния изоляции контактного провода осуществляется с помощью оперативного сигнала, накладываемого на рабочее напряжение. Чтобы не допустить прохождения оперативного тока через цепи нагрузки, в них устанавливаются специальные заградители, об-

206

ладающие большим сопротивлением для оперативного и малым сопротивлением для рабочего тока. В выпускаемых промышлен­ ностью аппаратах защиты от токов утечки (например, типа РУКС) оперативным сигналом является синусоидальное напря­ жение повышенной частоты. Роль заградителей в таких аппара­ тах выполняют LC фильтры или усилители, имеющие на выходе напряжение одинаковой частоты по сравнению с оперативным,

но противоположное ему по фазе.

Основными недостатками этих устройств защиты являются:

1)влияние гармонических составляющих выпрямленного на­ пряжения и коммутационных помех на оперативное напряжение;

2)сложность выполнения и настройки резонансных фильт­

ров;

3)наличие фазовых и частотных искажений в заградителяхусилителях;

4)наличие зон пониженной чувствительности, являющихся

следствием возникновения стоячих волн; 5) сложность настройки чувствительного органа устройств

защиты.

Для устранения этих недостатков, предложено использовать в качестве оперативного сигнала импульсы напряжения обрат­ ной полярности, подаваемые в контактную сеть с определенной частотой следования (рис. 1). Такой сигнал меньше подвержен действию возникающих в сети помех и не требует создания сложных заградителей (роль последних могут выполнять полу­ проводниковые. вентили), что позволяет оснастить аппаратурой защиты контактные сети с тяжелыми электровозами.

Рис. 1. Временная диаграмма напряжений:

— время импульса рабочего напряжения;

^и *о*I[■— время импульса напряжения обратной полярности.

Заграждающие свойства полупроводниковых заградителей зависят от обратного тока / обр через вентиль. При работе п электровозов на линии ток оперативного сигнала /0.и. через на­ грузку составит

207

В случае применения вентилей одного типа суммарный ток оперативного сигнала с достаточной для практических расчетов

точностью может быть определен:

\

электровозной откатки необходимо, чтобы величина тока через прикоснувшегося к контактному проводу человека /,, лежала в пределах чувствительности устройства защиты. В идеальном

случае отношение - - р 1- должно стремиться к нулю. Уменьшение

пропорции с количеством электровозов на линии.

Частота следования импульсов напряжения обратной поляр­ ности / определяется из условий электробезопасности, т. е.

/

ч

В) ^3

где

tb сзопасное время воздействия тока на организм чело­ века;

(3 — полное время срабатывания устройства защиты. Принципиальная схема устройства защиты, построенная па

описанном принципе, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства защиты.

(УЭ — управляющий элемент; П — преобразователь; ГИ — генератор импульсов; ЧЭ — чувствительный элемент; Д — двигатель электровоза; ZH3 — сопротивление изоляции контактной сети).

Рабочее напряжение постоянного тока с помощью преобразо­ вателя П, управляемого от управляющего элемента УЭ, преоб­ разуется в импульсное напряжение с заданной скважностью.

208

За время паузы генератор импульсов ГИ подает в контактную сеть одиночный импульс, полярность которого противоположна полярности рабочего напряжения.

При нормальном состоянии изоляции контактной сети величи­ на оперативного тока меньше величины уставки срабатывания чувствительного элемента ЧЭ. В случае снижения сопротивления изоляции или возникновения локального тока утечки (например, при случайном прикосновении человека к контактному проводу) ток оперативного сигнала замыкается через цепь утечки, чувстви­ тельный элемент срабатывает и подает сигнал на отключение контактной сети от источника питания.

Описанное устройство защиты прошло лабораторные испы­ тания в Московском горном институте и показало хорошие ре­ зультаты. Опытная эксплуатация образцов защитных устройств намечается в условиях шахты № 57 Джезказганского ГМК,.

ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫХ СЕТЕЙ

,М И. т Щ ’ТГоН , Ю. С. ПЕТРОВ, И. Ш. КОРОТКОВ (Московский горный институт)

Большую роль в отношении безопасности и безотказности электровзрывапия играет контроль параметров электровзрывной цепи, основными из которых являются число электродетонаторов (ЭД), величина '.электрического сопротивления сети и величина сопротивления ее изоляции.

На входное сопротивление электровзрывной сети влияет целый ряд случайных факторов сопротивление ЭД (которое мо­ жет заключаться в пределах 2к-4,2 Ом и, как известно, подчи­ няется нормальному закону распределения); возможные ошибки в монтаже цепи; несовершенство изоляции «сростков» — мест

интерес установление корреляционной зависимости между соп­ ротивлением электровзрывной сети и количеством ЭД, что и бы­ ло проделано авторами экспериментально и теоретически. При­ чем исследования проводились как для случая, когда проводи­

данных позволила определить коэффициенты корреляции между сопротивлением электровзрывпой сети и количеством ЭД, зна­