Рисунок 1 — Принципиальная схема участковой сети
Кабели участковой сети являются наиболее уязвимым местом всей системы
электроснабжения шахты.
Вся рудничная электроаппаратура размещена в специальных оболочках,
которые надежно защищают ее от любых механических воздействий. Но кабели, которые эксплуатируются
в шахтных электрических сетях, недостаточно защищены от повреждений при перемещении забойного
оборудования, обрушениях породы или пачек угля. Повреждение изоляции кабеля приводит к возникновению
междуфазных утечек, которые перерастают в токи короткого замыкания (к. з.) [1].
Практика эксплуатации показывает, что короткие замыкания являются причиной
более половины пожаров на шахтах [2]. Экзогенный пожар, представляющий опасность для людей и
приносящий значительный материальный ущерб, может привести к воспламенению метано-воздушной смеси
или угольной пыли [3].
Необходимость недопущения возникновения пожара или взрыва, а также защиты
электрических установок от экстратоков привела к разработке аппаратуры для защиты участковых сетей
от токов к.з.
Правила безопасности [4] требуют наличия в каждом распределительном
устройстве подземной электрической сети средств защиты от токов к. з. В настоящее время защита
шахтных участковых сетей от коротких замыканий осуществляется установкой максимальной токовой
защиты в рудничных автоматических выключателях (АВ) и распределительных устройствах низшего
напряжения (РУНН) трансформаторных подстанций (ТП), а также в рудничных магнитных пускателях
(МП) (рисунок 1). Основным аппаратом для защиты подземных электрических сетей напряжением до
1140 В являются рудничные автоматические выключатели. Время срабатывания данных защитных устройств
при к. з. находится в пределах 5 — 20 мс.
Рисунок 1 — Принципиальная схема участковой сети
На практике в зависимости от быстродействия срабатывания АВ и времени отпускания электромагнита контактора МП имеют место следующие случаи отключения токов к. з.:
При моделировании к. з. в шахтной участковой сети необходимо учитывать влияние на аварийные токи присоединенной нагрузки (как правило — асинхронных двигателей (АД)). В случае к. з. автоматический выключатель отключит поврежденный участок от трансформаторной подстанции, но ротор АД по инерции продолжает вращаться, в обмотках статора наводится ЭДС, машина переходит в генераторный режим и по поврежденному участку кабеля продолжает протекать ток. Данное явление весьма опасно с точки зрения пожаро- и взрывобезопасности.
На рисунке 2 приведена схема замещения простейшей участковой сети при двухфазном металлическом (переходное сопротивление в месте к. з. равно нулю) к. з. в сети с присоединенной нагрузкой [1].
Рисунок 2 — Схема замещения простейшей участковой сети при двухфазном к. з.
При этом приняты следующие обозначения:
— ЭДС фаз трансформатора;
— токи фаз трансформатора;
— полное сопротивление фазы трансформатора;
— полное сопротивление фазы кабельной линии;
— полное сопротивление фазы нагрузки.
Протекание токов к. з. в низковольтной участковой шахтной сети — достаточно сложный и многофакторный процесс, поскольку определяется совместным действием ТП, совокупности АД, генерирующих ЭДС вращения, пускателей, которые находятся некоторое время во включенном состоянии.
Процессы, происходящие в участковой сети при коротком замыкании, могут быть исследованы средствами компьютерного моделирования. Воспользуемся расширением Simulink системы MATLAB. За основу для компьютерной модели взята схема замещения, изображенная на рисунке 2. На рисунке 3 представлена соответствующая Simulink-модель, состоящая из следующих частей:
Ом,
Ом);
Ом/км,
Гн/км, 
Ф/км);
В, %, 
Ом,
Ом, 
Ом);
мс).
Рисунок 3 — Simulink-модель двухфазного металлического к. з. в участковой сети с присоединенной нагрузкой
Моделирование выполнялось при к. з. между фазами А и В
в точках а, b, c линии (рисунок 3) в момент времени с от начала моделирования.
Через 10 мс (
с) сработал автоматический выключатель,
отключив поврежденную линию от ТП.
Были получены следующие кривые во временной области:
при повреждении кабеля в точке а
(на рисунке 4 кривая 1), 
— в точке b (кривая 2),
— в точке с (кривая 3);
Рисунок 4 — Кривые изменения тока в точке к. з.
, 
, 
при к. з. в точках а, b, c соответственно (кривые 1, 2, 3);
Рисунок 5 — Кривые изменения тока фазы А автоматического выключателя.
,
, 
(кривые 1, 2, 3),
кривая 4 — нормальный режим;
Рисунок 6 — Кривые изменения тока на участке кабельной линии, который непосредственно примыкает к точке короткого замыкания.
при к. з. в точках а, b, c линии (кривые 1, 2, 3 соответственно), кривая 4 — нормальный режим.
Рисунок 7 — Кривые изменения ЭДС статора присоединенного АД.
с
при замыкании в точке а ток в месте к. з. 
кА,
линейный ток фазы А трансформаторной подстанции 
кА,
а ток, обусловленный ЭДС самоиндукции АД, 
кА
(на рисунке 6 мгновенное значение этого тока отрицательно, поскольку ток через амперметр
протекает в обратном направлении — от нагрузки
к точке к. з.). Соотношение 
; 13=12,5+0,5 кА выполняется.
c) ток на выходных клеммах
выключателя падает до нуля (рисунок 5), а кривая тока, обусловленного влиянием нагрузки
(рисунок 6), имеет всплеск (до 90А при замыкании в точке с) и далее данный ток апериодически
убывает, становясь пренебрежимо малым лишь в момент времени 
c, т.е. через 30мс после срабатывания защиты.
| Повернутися до бібліотеки | На початок статті |
| Вернуться в библиотеку | К началу статьи |