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

АНАЛИЗ ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ НА НАЛОЖЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ

С. А. ВОЛОТКОВСКИИ, я. С. ГОРБУНОВ, В. И. ТЕСЛЕНКО, Ф. П. ШКРАБЕЦ, А. Н. ШЛОМИН (Днепропетровский горный институт)

ной нейтралью и не зависит от режима работы компенсирующих устройств.

Кроме того, при использовании устройств, работающих на на­ ложенном оперативном токе пониженной или повышенной час­ тоты, сравнительно просто обеспечивается селективность.

Все защитные устройства, реагирующие на наложенный опе­ ративный ток, можно разделить на три основные группы:

1 ) устройства, реагирующие на наложенный постоянный ток; 2 ) устройства, реагирующие на оперативный ток пониженной

частоты; 3) устройства, реагирующие на оперативный ток повышенной

частоты.

Прежде чем перейти к рассмотрению перечисленных защит­ ных устройств с точки зрения возможности их применения для защиты распределительных сетей 6 кВ горных предприятий, кратко остановимся на требованиях, предъявляемых к устрой­ ствам защиты от замыканий на землю в сетях горных пред­ приятий.

Необходимо, прежде всего, отметить, что защитные устрой­ ства должны срабатывать как при наличии в сети металличес­ кого замыкания на землю, так и при замыкании через переход­ ное сопротивление (порядка нескольких килоом) и при наличии в месте замыкания неустойчивой дуги. Требование селективности действия является одним из важнейших. Оно обеспечивает на­ дежность электроснабжения потребителей, а также значительно облегчает поиск повреждения. Учитывая, что сети горных пред­ приятий характеризуются повышенной электрической опаснос­ тью, чуствительность защитных устройств должна быть в преде­ лах безопасного тока (30 мА). Однако в настоящее время обес­ печение такой чувствительности и селективности одновременно, весьма затруднительно. Время срабатывания защитных уст­ ройств, естественно, должно быть по возможности минимальным, так как поражающее действие электрического тока характери­ зуется не только величиной, но и временем его действия.

Величина наложенного постоянного оперативного тока выра­ жается формулой:

260

марное сопротивление обмотки трансформатора, линии до места повреждения и грунта до источника питания. Величина этого сопротивления составляет от нескольких Ом до нескольких де­ сятков Ом; — переходное сопротивление в точке замыкания.

Характер изменения величины наложенного постоянного тока показан на рисунке (кривая 1). Из рисунка видно, что при ме­ таллическом замыкании на землю величина наложенного тока может достигнуть значительной величины, это увеличивает опас­ ность сети. Необходимо отметить, что указанный недостаток является общим для всех защитных устройств, реагирующих на наложенные токи.

ным быстродействием — 0,05 с. Эта разработка является пока единственной, обеспечивающей отключение при утечках^ в 30 мА. Недостатком устройства является неселективность дейст­ вия, устройство отключает питающий трансформатор.

Для устройств, реагирующих на наложенный ток непромыш­ ленной частоты, величина наложенного тока складывается из составляющих, определяемых величиной переходного сопротив­

где Z — величина полного сопротивления обмоток трансформа­ тора, линии и грунта для тока накладываемой частоты; х ц— емкостное сопротивление одной фазы всей сети для накладывае­ мой частоты.

261

Вторая составляющая наложенного тока существует незави­ симо от величины переходного сопротивления и возрастает с увеличением емкости сети и частоты оперативного источника. Эта составляющая распределяется по всем линиям пропорцио­ нально их емкостям. Общим недостатком для защит, реагирую­ щих на наложенный ток как пониженной, так и повышенной час­ тоты, является невозможность создания высокочувствительных устройств, так как необходимо отстраиваться от утечек оператив­ ного тока через емкость защищаемой линии. Характер изменения величины накладываемого тока при изменении переходного сопротивления показан на рисунке кривыми 2 и 3. Линии 2' и 3' показывают величину тока (оперативного) утечки через емкость защищаемой линии.

Устройства защиты, реагирующие на наложенный ток пони­ женной (25 Гп) частоты [2, 3], имеют -большее собственное время срабатывания по сравнению с устройствами, реагирую­ щими на токи промышленной или повышенной частоты. Время срабатывания устройства состоит из двух частей [6 ]: времени, прошедшего с момента включения катушки до начала движения подвижной части, и времени движения подвижной части, до замыкания контактов:

нарастания магнитного потока в реле до значения, необходимого для срабатывания реле и зависит от частоты оперативного тока:

где Гн — период оперативного тока; / н— его частота.

Здесь необходимо отметить, что с увеличением времени сра­ батывания защитных устройств опасность сети возрастает, так как в этом случае значительно уменьшается величина допусти­ мого безопасного тока [5].

Кроме отмеченных выше недостатков защитных устройств, реагирующих на наложенные токи повышенной (100 Гц, 300 Гц) частоты [4, 7] следует отметить возможность ложной работы устройств при переходных процессах, так как в токах переход­ ного процесса возможно наличие составляющих повышенной частоты.

Необходимо также отметить, что защитные устройства, реа­ гирующие на наложенные токи повышенной или пониженной частоты, требуют установки фильтров частот на, каждом присо­ единении, что значительно усложняет схему защиты и повышает их стоимость.

262

л и т е р а т у р а

1. К. А. Гринь , В. А. Г а в р и л к о . Устройство для защиты от токой утечки на землю в кабельных сетях. Авт. свид. № 426282. Бюллетень № i6,

1974.

тей с изолированной нейтралью. Авт. свид. № 180238. Бюллетень № 7, 1966. 4. И. М. С и р о т а . Способ защиты компенсированных сетей от замыканий

на землю .Авт. свид. № 123232. Бюллетень № 20, 1959.

устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование.

Изд-во «Высшая школа», М., 1968.

7. В. Н. А р д а с е н о в и др. Устройства защиты от замыканий на землю в кабельных сетях. М, 1971.

СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 6 кВ КАРЬЕРОВ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКа

Г. М. ВОРОБЬЕВ, В. М. КОСОЛАПОВ (Михайловский ГОК)

А. Б. ЧУМАК, А. Н. ШЛОМИН (Днепропетровский горный институт)

Н. И. ПРОКОФЬЕВ

(Днепропетровский проектный конструкторскотехнологический институт)

В статье обработан статистический материал по аварийным отключениям карьерных линий 6 кВ Михайловского ГОКа, а также данные о работе релейной защиты от однофазных замыка­ ний на землю и максимальной токовой защиты, установленной на этих линиях за период с июня 1973 года по май 1974 года, т. е. за год.

Карьер Михайловского ГОКа характеризуется большой на­ сыщенностью горными машинами и механизмами. Здесь эксплу­ атируется большое количество стационарного и передвижного оборудования — экскаваторы, мощные ленточные конвейеры, буровые станки, водоотливные и компрессорные установки и т. п. Одних только экскаваторов здесь более 50 единиц. Тяжелые условия работы этого оборудования и электрических сетей ка­ рьеров, а также недостаточно надежная защита от аварийных режимов усложняют эксплуатацию электрохозяйства карьеров и являются причиной частых повреждений электрических сетей.

Куски железной руды, по которым перетягиваются питающие кабели, а также отсутствие передвижных кабельных барабанов, так называемых кабеленамотчи-ками, являются причиной уско­ ренного износа кабеля и выхода его из строя.

263

Таблица 1

Анализ отключений фидеров карьерных подстанций МГОКа показывает, что наибольший процент отключений имеет место при пробое кабеля (до 40%), при кратковременных самоустра­ нившихся замыканиях (до 25%).

Недостаточная стойкость оболочки кабеля при частом воло­ чении кабеля в связи с передвижением экскаватора, а также переездах его другими транспортными средствами, способствует снижению электрической прочности изоляции, появлению тре­ щин. Недостаточная устойчивость к воздействию окружающей среды является причиной значительных колебаний сопротивле­ ния изоляции кабельных сетей, что приводит к повышению опас­ ности электропоражений обслуживающего персонала.

Большой процент (до 25%) кратковременных самоустранив­ шихся замыканий вызывается случаями коммутационных пере­ напряжений, захлестом проводов и т. д.

Значительный процент отключений происходит также по причине ложных срабатываний защиты — около четверти.

Из рассмотрения таблицы 2, показывающей среднюю дли­ тельность одного отключения, видно, что наибольшая длитель-

264

пость имеет при отключениях место по причине повреждения транспортом (от 1 час. 0,5 мин. до 3 час. 16 мин.), захлеста и

схемы электроснабжения карьеров, предусматривают в них за­ щиту ЗЗП-1. Следует сказать, - что на практике эта защита широкого применения не нашла по ряду причин, главными из которых являются — дороговизна, сложность устройства, необ­

Существует ряд защит, разработанных на базе ЗЗП-1, а именно: РЗН- 6 и РЗН-6 У разработки ЛГИ, защиты типа РЗН и РЗН-1, 2 разработки института электродинамики УССР, защи­ та типа ЗЗКС разработки ВостНИИ. Защита РЗН наиболее выгодно отличается от защиты ЗЗП-1, предусмотренной проек­ тами на электроснабжение карьеров. Основные ее преимущества

— более простая электрическая схема, более высокая чувстви­ тельность по напряжению нулевой последовательности, меньшая

265

Температурная зависимость, не требуется источник постоянного тока, возможность изменения угла максимальной чувстви­ тельности.

Высокая чувствительность защиты ЗЗП-1 по току, равная 70—100 мА, при полном емкостном токе замыкания на землю на карьерах Михайловского ГОКа более 2 А, не нужна.

Важнейшим вопросом повышения электробезопасности на карьерах является уменьшение перенапряжений при возникнове­ нии однофазных замыканий на землю в сетях 6 кВ. Перенапря­ жения представляют особую опасность для гибких кабелей, пи­ тающих экскаваторы и другое карьерное оборудование. Возникая при однофазном замыкании на землю, они вызывают электри­ ческий пробой в кабелях, прежде чем эти замыкания отключают­ ся защитой. Опасность при прикосновении обслуживающего пер­ сонала к электрооборудованию значительно повышается.

В условиях карьеров Михайловского ГОКа, где процент одно­ фазных замыканий на землю составляет 60—85% от общего количества всех отключений фидеров (табл. 3), этот вопрос осо­ бенно важен.

Характерным для этих карьеров является также большой процент (до 80%) групповых отключений фидеров по причине однофазных замыканий на землю. Вот почему решение вопроса улучшения селективности работы защит от однофазных замыкдний на землю на карьерах МГОКа имеет первостепенное значе­ ние. Но, как мы выше уже показали, при существующей, уста­ новленной на отходящих в карьер линиях защите, этот вопрос решен быть не может.

Вопросы, затронутые в статье, не охватывают полностью проблему безопасного электроснабжения карьеров. Однако уси­ лия исследователей должны быть направлены на решение имен­ но этих вопросов в первую очередь.

266

МЕТОД ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ

КАРЬЕРНЫХ ПРИКЛЮЧАТЕЛЬНЫХ ПУНКТОВ

обеспечить защиту от воздействия факторов окружающей среды

— запыленности и влажности воздуха. Показано также, что для повышения надежности, оперативности и безопасности об­ служивания необходимо изменение ряда параметров, характери­ зующих как конструкцию, так и структуру схемного решения.

Основанием для выбора оптимальной конструкции ПП для условий карьеров принята величина общей эффективности (по­ лезности) ПГ1, которая позволяет получить комплексную количе­ ственную оценку технического уровня ПП. Установлено, что оценка эффективности и объективное сравнение конструкций ПП возможны на основе системы критериев эффективности. Нами разработана такая система, значимости критериев эффективнос­ ти получены методом экспертных оценок. В качестве главного критерия эффективности принят один из показателей надежнос­ ти — интенсивность отказов ПП.

При общей сравнительной оценке эффективности ПП разлнч-

О

производная неизвестны, оптимальное решение получено методом «Дэльфи». Оптимальные значения параметров при этом нахо­ дились с помощью игровой матрицы

I Kuj I,

где Kizj— относительное значение z -го критерия эффективнос­ ти для t-ro типа ПП при у-той вероятности критерия.

Для решения игры на выигрыш в матрицу подставлялись обратные относительные значения тех критериев, которые дол­ жны быть минимизированы. Значения вероятностей критериев PZj являются экспертными оценками «Дэльфи» и находятся в

пределах вектора Pzj = |] inf = 0, sup = П] (при ограничитель- k

НОМ условии 2 Pzj = 1 / z~\

267

Показателем эффективности t-ro типа ПП является величина

5 =^A'"izyp- P Zj ■

Z

Условие оптимальности конструкции — max Si .

Анализу были подвергнуты ПП различных типов, выпускае­ мые в последние годы отечественной промышленностью, а также некоторые зарубежные конструкции. На основании выполненных исследований нами разработаны требования, регламентирующие основные принципы исполнения ПП и обеспечивающие их высо­ кую эффективность. Данные требования включены в «Правила изготовления электрооборудования в рудничном нормальном исполнении».

ОВЛИЯНИИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ НАРУШЕНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА РАБОТУ ФАБРИК ОБОГАЩЕНИЯ И ОКОМКОВАНИЯ

Л. П. ВОРОХОВ (Днепропетровский горный институт)

В условиях непрерывного роста энергоемкости промышленных предприятий проблема повышения надежности и оптимизации режимов работы системы электроснабжения приобретает перво­ степенное значение.

Для большинства технологических установок железорудных производств даже кратковременное нарушение электроснабже­ ния приводит к расстройству сложного, тщательно отрегулиро­ ванного технологического процесса. Так, перерыв электроснаб­ жения длительностью больше уставки срабатывания минималь­ ной защиты высоковольтных двигателей, составляющей в усло­ виях эксплуатации 1,5 с, приводит к отключению последних.

На фабрике окомкования в корпусе обжига Северного ГОКа Установлено 9 вентиляторов с использованием в качестве приво­ да высоковольтных асинхронных двигателей с фазным ротором, обмотки которых для уменьшения пусковых токов соединены в звезду. В процессе работы двигателя на его коллекторе оседает токопроводящая пыль, сопротивление изоляции между фазами уменьшается до 2—3 кОм. Повторный запуск такого электродви­ гателя, при его внезапной остановке, возможен лишь после очистки коллектора и доведения сопротивления междуфазной изоляции до 50 кОм. Опыт эксплуатации показывает, что при этом запуск электродвигателей происходит через 2—3 часа. За это время температура печи обжига понижается до 600—800°С и для доведения технологических условий обжига до нормальных (t =1200°С) требует 6 — 8 часов. В этом случае народнохозяй­ ственный ущерб составляет 40—50 тысяч рублей.

Электроснабжение обогатительных фабрик, как правило, осу­ ществляется по типовым схемам двухсекционных РУ 6 —10 кВ

268

с. автоматическим включением резерва (АВР) секционного вы­ ключателя. Время срабатывания АВР из-за наличия остаточного напряжения на шинах секции, поддерживаемого подпиткой син­ хронными двигателями, составляет 7—9 с. Поскольку самозапуск электродвигателей не предусмотрен технологический режим нарушается и для его восстановления необходимо время поряд­ ка 2 —3 часов, что также приводит к значительному ущербу. Для повышения надежности электроснабжения железорудных предприятий следует предусматривать самозапуск электродвига­ телей наиболее ответственных механизмов. Успешный самоза­ пуск электродвигателей обеспечивается уменьшением времени срабатывания АВР, что достигается с применением быстродейст­ вующего устройства АВР на полупроводниковых элементах, имеющего пусковой орган по частоте. Такое устройство разраба­ тывается кафедрой электрификации горных работ ДГИ.

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ РАБОТЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ УСТРОЙСТВ В ШАХТНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

Ю. В. КУВАЕВ, А. М. МИРОШНИК. И. К. КОВАЛЬ, в. г. к л ю ш н и к

(Днепропетровский горный институт)

Для систем электроснабжения подземных потребителей шахт характерна соизмеримость мощностей асинхронных двигателей с мощностью трансформаторной подстанции. Поэтому замена обычного трансформатора трансформаторным устройством с внутренней емкостной компенсацией качественно изменяет сеть, которая в этом случае будет представлять систему, содержащую цепи со сталью и емкостью. В такой системе могут возникать резонансные явления, обусловленные нелинейностью цепей со сталью.

Это влечет за собой периодические колебания напряжения на зажимах электроприемников, а также возникновение значитель­ ных перенапряжений, представляющих опасность для изоляции кабелей, машин и аппаратов.

В настоящей работе проведены исследования процессов в системе, состоящей из трансформаторного устройства с внутрен­ ней емкостной компенсацией, соединительного кабеля и асинх­ ронного двигателя при включении устройства в сеть без нагруз­ ки и при включении неподвижного асинхронного двигателя к трансформаторному устройству, работающему в режиме холос­ того хода.

Для облегчения анализа пренебрегаем гистерезисом, а кри­ вые намагничивания аппроксимируем стеменным рядом, ограни­ чиваясь степенями не выше 3-й. Коэффициенты ряда определим по экспериментальным кривым намагничивания исследуемых трансформаторного устройства и двигателя.

269