(верхний привод)
(нижний привод)
СНТ-32
Исследованы процессы в электросети участка шахты после её отключения, обусловленные действием
ЭДС вращения группы двигателей в режиме выбега на параметры утечки тока на землю.
The processes in the mines local electric system after its switching-off, which have caused by
action of rotations EMF of an engines group in a free movement mode on a parameters of a currents
outflow to the ground are investigated.
Постановка проблемы и её связь с прикладными задачами
Одной из причин утечек тока на землю в электросети участка шахты является
прикосновение человека к токоведущей части, нормально находящейся под напряжением. Однако
автоматическое защитное отключение сети не достаточно для обеспечения электробезопасности её
эксплуатации, поскольку ранее работавшие асинхронные двигатели (АД) потребителей переходят в
режим свободного выбега и генерируют ЭДС вращения. Их общая мощность соразмерна с активной
мощностью трансформатора подстанции участка. На начальной стадии величина ЭДС вращения
соразмерна с величиной напряжения сети и достаточна для поддержания во включенном состоянии
пускателей потребителей участка. Опыт показывает, что их включенное состояние может
сохраняться при величине напряжения в сети, превышающей 0,4 от номинального значения.
Современные тенденции повышения мощности электропотребителей шахты и применение в связи с
этим более мощных двигателей обусловливают увеличение продолжительности существования высоких
уровней ЭДС вращения. Особенность процесса — совокупное действие различных ЭДС вращения,
амплитудно-фазовые параметры и экспоненты снижения которых обусловлены параметрами конкретных
генерирующих двигателей. Сложность и недостаточная изученность воздействия такой совокупности
ЭДС вращения на цепь утечки тока на землю в электросети обусловливают актуальность
исследования этого процесса.Анализ исследований и публикаций
Выполненные ранее исследования в области обеспечения электробезопасности
эксплуатации шахтной электросети касались, в основном, процессов, обусловленных возникновением
утечек тока на землю и эффективных способов выявления таких состояний [1-2]. Однако и в этих
работах отмечалось наличие электропоражающего фактора со стороны ЭДС вращения АД после
отключения сети со стороны трансформаторной подстанции. Преобладание двигателей малой и средней
мощности определяло относительно малые интервалы существования опасных уровней ЭДС вращения, а
относительно низкий уровень номинального линейного напряжения (380 В) обусловливал соответственно
низкий уровень этой ЭДС. Поэтому научно обоснованные технические решения в области подавления ЭДС
вращения не предпринимались. Положение кардинально изменилось с переводом шахтных участковых
электросетей на более высокие уровни номинальных линейных напряжений (660 В и 1140 В),
применением двигателей повышенных мощностей, широким применением длинных гибких кабелей
относительно большого сечения. Исследование процессов в системе "кабель — двигатель" при
защитном отключении сети дали основания полагать, что существует множество соотношений "длина
кабеля / сечение жилы", применительно к которым возникают опасные начальные токи утечки (более
25 мA), обусловленные действием ЭДС вращения двигателя [3]. Однако реальный процесс в сети
после её защитного отключения обусловлен общим воздействием на цепь утечки ЭДС вращения всех
ранее включенных двигателей. Он требует дополнительного изучения.Постановка задачи
Задачей исследований является установление характера протекания и
количественных параметров процессов, обусловленных совместным действием на цепь утечки
тока на землю со стороны ЭДС вращения группы двигателей технологического участка шахты в
режиме их свободного выбега.Основной материал и результаты исследования
В систему электроснабжения очистного участка входят трансформаторная
подстанция (ТСВП), автоматический выключатель (АВ), магистральный кабель, подключенный к
входам пускателей (контакторы КМi) с отходящими к двигателям (Мi)
потребителей гибкими кабелями. С целью исследования процессов средствами компьютерного
моделирования примем расчётную схему (рис.1) с параметрами (табл. 1).
| № | Тип потребителя | Номинальные параметры АД | Параметры гибких кабелей | ||||
| мощность, кВт | ток, А | |
сечение жилы, мм2 | длина, м | удельная емкость изоляции, мкФ/фазу/км | ||
| 1 | Комбайн | 210 | 231 | 0,855 | 70 | 300 | 0,87 |
| 2 | Конвейер лавы (верхний привод) |
110 | 121,6 | 0,85 | 25 | 300 | 0,424 |
| 3 | Конвейер лавы (нижний привод) |
110 | 121,6 | 0,85 | 25 | 50 | 0,424 |
| 4 | Конвейер штрека | 2х110 | 243,2 | 0,85 | 70 | 50 | 0,87 |
| 5 | Маслостанция СНТ-32 |
55 | 62,5 | 0,86 | 16 | 50 | 0,363 |
| 6 | Станция орошения | 30 | 35,1 | 0,84 | 10 | 50 | 0,345 |
Принятые допущения:
трёхфазной сети (частоты 50 Гц) — 660 В;
;
=1(кОм) возникла в
кабеле электропитания комбайна (М1) в момент времени 
;
;
(
);
) одинаковы в
каждой из трех фаз и соответствуют удельным параметрам кабеля 
-го потребителя с учётом
его длины;
) одинаковы
в каждой из трёх фаз соответствующего (-го) кабеля,
одинаковы применительно к кабелю каждого потребителя и составляют 
кОм для всей сети.
Рисунок 1 — Расчетная схема электросети участка шахты
ЭДС вращения АД, индуктируемая в статоре вращающимся полем токов ротора, определяется из соотношения [3]:
 , |
(1) |
где 
— индуктивность главного потока АД;
— полная индуктивность ротора; 
и 
—
скольжение и синхронная частота вращения ротора.
Постоянная затухания свободного тока ротора, обусловливает характер снижения ЭДС вращения АД и определяется выражением:
 |
(2) |
где 
— активное сопротивление обмотки ротора АД;
— фазное напряжение статора двигателя в режиме
холостого хода; 
(для АД с воздушным охлаждением) —
коэффициент, учитывающий насыщение магнитной системы АД; 
— ток холостого хода АД.
В то же время, на продолжительность снижения скорости ротора АД
существенно влияет приведенный момент инерции 
привода
и статический момент сопротивления 
[5]:
 , |
(3) |
где 
— частота вращения ротора
двигателя при 
.
Из допущения, что синхронно с АВ отключаются контакторы всех
пускателей (в момент времени 
), с учетом зависимостей
(1) — (3), следует, что мгновенные значения ЭДС вращения роторов разных по мощности АД по
мере своего снижения могут принимать значения, различные по амплитуде, частоте и знаку (рис. 2).
Этим они могут формировать условия поддержания в двигательном режиме отдельных АД в течение
ограниченных повторяющихся интервалов времени в случае, если бы контакторы пускателей КМ1-КМ6
оставались включенными. В состоянии режима выбега в этом случае двигатели потребителей участка
совместно создают в отключенной сети экспоненциально снижающуюся систему трехфазных напряжений.
Рисунок 2 — Диаграммы моделирования ЭДС вращения двигателей (для одной фазы) разомкнутой сети
Средствами компьютерного моделирования установлен характер изменения
напряжения на сопротивлении утечки, обусловленного воздействием системы ЭДС вращения
двигателей участка (рис. 3). Установлено, что с момента (
)
отключения контакторов вследствие прекращения взаимного воздействия ЭДС вращения на цепи статоров
АД увеличивается интенсивность замедления двигателей (рис. 4).
Рисунок 3 — Диаграмма изменения напряжения
на однофазной утечке
Рисунок 4 — Диаграмма изменения частоты вращения двигателей М1-М6 в режиме выбега при принятых допущениях
— поддерживает пускатели во включенном
состоянии и двигательный режим работы отдельных двигателей потребителей;
— обусловливает протекание тока в цепи
однофазной утечки на землю, чем негативно влияет на уровень электробезопасности.
2. Предложенная расчетная схема и обоснованные допущения позволяют построить компьютерную модель процесса и определить его количественные параметры.
Полученные результаты представляют собой основу для дальнейших комплексных исследований процессов в шахтной участковой электросети при ее защитном отключении, а именно: определение параметров токов утечки, токов короткого замыкания, обусловленных действием ЭДС вращения группы двигателей в режиме выбега в зависимости от конфигурации электросети.
| Повернутися до бібліотеки | На початок статті |
| Вернуться в библиотеку | К началу статьи |