Автореферат
Одним из основных средств обеспечения электробезопасности в угольных шахтах есть защитное отключение с устройством компенсации токов емкостей, который позволяет снимать напряжение с человека, который оказался под напряжением, а также снижать ток к нормируемому ГОСТ 22929-78 значению.
Актуальность данного исследования заключается в том, что применение упомянутых устройств может оказаться недостаточным в результате появления обратной ЕДС вращения двигателей, значение которой может оказаться опасным с точки зрения поражения человека электрическим током.[2]
Причина заключается в особенностях основных электропотребителей участка - это, как правило, асинхронные двигатели повода разных машин. После отключения напряжения питательной сети роторы АД продолжают вращаться, что обусловлено запасом кинетической энергии, генерируя в сеть ЭДС вращение. Эта ЭДС, во-первых, поддерживает во включенном состоянии контакторы пускателей, а во-вторых, питает аварийную точку, которая негативно влияет на параметры электробезопасности.[3] Таким образом, цель моего исследования - разработать систему, с помощью которой можно снизить вероятность электротравматизма и аварий.
Технологический процесс как объект автоматизации.
Для электрификации шахт применяются трехфазные СЭС переменного тока из изолированной нейтралью трансформатора. Безопасность эксплуатации таких СЭС, в отличие от сетей с заземленной нейтралью определяется не только вероятностью прикосновения человека к элементам электрооборудования, которое находится под опасным напряжением, но и состоянием их изоляции, относительно земли. Под токами утечки понимают токи, которые проходят между элементами электрооборудования, электрически связанными с фазами сети и землей. В частности, это ток через тело человека, который дотронулся, к элементу электрооборудования, которое находится под напряжением. С увеличением Rиз фаз сети относительно земли токи истока и, следовательно, опасность поражения электрическим током, вероятность возникновения пожаров и взрывов рудничной атмосферы, вызванных токами истока, уменьшаются.[5] Это обстоятельство позволяет обеспечить безопасность эксплуатации шахтных СЕС с помощью аппаратур защиты от токов истока, который беспрестанно контролирует их Rиз относительно земли и производящей защитной отключений сетей в случае возникновения опасных токов истока. Электроприемники на участках шахт питаются от РП, что состоят из комплекта пусковой и защитной аппаратур, по кабелям ограниченной длины (обычно не больше 300...400 м). Поэтому проводимость изоляции фаз сети относительно земли (активная и емкостная) может быть представлена как сумма проводимостей изоляции отдельных ответвлений относительно земли (активная и емкостная) может быть представлена как сумма проводимостей изоляции отдельных ответвлений относительно небольшой длины. Учитывая, однако, что количество электрооборудования, присоединенного к одной КТП, может достигать 100, а общая длина кабельной сети - нескольких километров, суммарная емкость шахтных участковых электрических сетей НН относительно земли может быть достаточно значительной и, как правило, колеблется в пределах 0,3...3 мкф, то есть 0,1...1 мкф на фазу. Поэтому, если не принять меры по снижению емкостных составных токов истока, эти токи будут обусловлены именно емкостью сети, а не активным Rиз. Эквивалентная схема шахтной участковой сети совместно с заземляющим контуром приведена на рис. 1. Она содержит эквивалентный трехфазный источник Е, который моделирует участковую подстанцию с учетом внутреннего сопротивления трансформатора, продольного Zl0 и поперечного Zu0 сопротивлений кабеля, который повъъязуе подстанцию с участковым распределительным пунктом (УРП). Также аналогично моделируются продольные (Zl1, Zl2) и поперечные (Zu1, Zu2) опоры кабелей, соединяющих УРП с наиболее мощными.
Анимированный рисунок 1 - Эквивалентная схема шахтной участковой сети.
(Анимация GIF, 20 кадров, 1 fps. MP Gif Animation)
На схеме рис. 1 индексы токов отвечают номеру ветви исследуемой цепи, номера сопротивлений – токам всех ветвей по фазам А, В, С. Токи заземляющего контура, которые нельзя отнести к какой-либо конкретной фазе, представленные вектором Iz с индексацией согласно схеме черт. 1. Как основной вариант аварийной ситуации принят замыкание на корпус первого механизма фазы А, а на корпус второго механизма – фазы Из источника питания.[4] На рис. 1. это имитируется токами I5 и I6, которые отвечают токам Ia1 и IС2. Вероятность поражения человека электрическим током определяется значением тока и длительностью его протекания. Ток, прошедший через человека, зависит от активного Rиз и емкости сети относительно земли. Необходимое значение активного Rиз сети обеспечивается профилактическими мероприятиями и контролируется аппаратами защиты от истоков.[6] Емкость сети снижена быть не может, потому что определяется общей длиной кабельной сети. Снижение влияния ее на токи истока достигается компенсацией емкостных токов. Время протекания опасного тока истока равняется сумме времен срабатывания защитных апаратур, отключения, ею сети и снижения напряжения в сети, поддерживаемого обратной ЭДС оборотных по инерции АД. Последнее слагаемое зависит от мощности, нагрузки и параметров АД, и может достигать 3...5 с, а сумма первых и вторых слагаемых не должна превышать 0,2 с в сетях с линейным напряжением до 660 В и 0,12 из с напряжением 1140 В.
Рассмотрим причины возникновения и виды утечек.
Для исключения возможности взрыва рудничной атмосферы электрической дугой или искрой[1], что возникают при нормальной работе или повреждении электрооборудования, его элементы помещают в специальные взрывозащищённые оболочки, которые защищают также обслуживающий персонал от случайного прикосновения к токоведущим частям. Поэтому при неповреждённом электрооборудовании и выполнении инструкций из его безопасного обслуживания людей может касаться только элементов, которые не находятся под напряжением (непрямой контакт). Эти элементы оказываются под напряжением лишь в результате повреждения изоляционных деталей. Однако, при нарушении инструкций или повреждении электрооборудования может произойти и прямой контакт человека с токоведущими частями электрооборудования. Таким образом, основными причинами возникновения токов истоки являются снижение активного Rиз элементов электрооборудование, механическое повреждение или электрический пробой изоляционных деталей, и прямой контакт человека с токоведущими элементами. В зависимости от числа фаз со сниженным Rиз относительно земли истока разделяются на три вида: однофазная, двухфазная и трехфазная, когда поврежденная изоляция соответственно одной, двух или трех фаз сети. В отношении опасности поражения электрическим током различают сопротивление изоляции и сопротивление трехфазного истока. Под первым понимают сопротивление фаз сети относительно земли, составленное из параллельно включенных сопротивлений множества исправных изоляционных деталей, а под вторым - опоры поврежденных изоляционных деталей, которые определяют сосредоточенные в них токи истока. Токи утечки по их значению разделяют на два вида:
- длительные слабые токи, которые не вызывают срабатывания защитных аппаратур, и потому протекают в течение неограниченного времени;
- кратковременные большие токи, которые приводят к срабатыванию аппаратов защиты от токов истока и отключению сетей, которые защищают ими;
Время протекания этого тока определяется временами отключение сети аппаратом защиты и временами снижения обратной ЕРС двигателей, присоединенных к этой сети.[2] Время отключения электрической сети - это время от момента возникновения опасного тока истока к полному разрыву цепи питания сети от силового трансформатора или КТП. Оно состоит из времени срабатывания аппарата защиты от токов истока, то есть подачи команды на отключение сети, и времени срабатывания коммутационного аппарата (автоматического выключателя) с учетом времени гашения дуги на его контактах.
Алгоритм работы блока памяти и индикации
Рисунок 1 — Алгоритм работы блока памяти и индикации.
Микропроцессорный блок Микропроцессорный блок является одноплатным микроконтроллером. Принципиальная схема МПБ.
Рисунок 2 — Принципиальная схема Микропроцессорного блока.
Контроллер состоит из однокристального микропроцессора D6 фирмы Atmel типа АТ90s853. Контроллера клавиатуры D7, генератора тактовой частоты, на микросхеме D8, микросхем последовательного интерфейса Rs232 и Rs485 микросхемы D1 и D2, программатор системы D3.[7] Кроме этого, одноплатный контроллер позволяет программировать микропроцессоры типа АТ90s1200 и АТ90s4433. Напряжение сдвига нейтрали поступает на один из портов однокристального микропроцессора через разъём Х5 (цепь 3, порт Pa0). Сигнал руководитель источником оперативного напряжения снимается из порта PD. Одноплатный микроконтроллер включается в локальную сеть с помощью последовательного интерфейса Rs485 разъем Х1. Принципиальная схема управляемого источника оперативного напряжения Управляемым источником оперативного напряжения является импульсный преобразователь постоянного напряжения в управляемое напряжение с двумя дискретными уровнями (+200В и -200В). Принципиальная схема управляемого источника оперативного напряжения приведена на рис. 3.
Рисунок 3 — Принципиальная схема управляемого источника оперативного напряжения.
Литература
- Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт. М.: Недра, 1977. — 206с.
- Справочник энергетика угольной шахты: В 2 т. / В.С.Дзюбан, И.Г.Ширнин, Б.Н.Ванеев, В.М.Гостищев; Под общ. ред. канд. техн. наук Б.Н. Ванеева. — Изд. 2-е доп. и перераб. — Донецк: ООО "Юго-Восток, Лтд", 2001. 447 с.
- Щуцкий В.И., Волощенко Н.И., Плащанский Л.А. Электрификация подземных горных работ: Учебник для вузов — М.: Недра, 1986. — 364 с.
- Груба В.И., Калинин В.В., Макаров М.И. Монтаж и эксплуатация электроустановок: Учеб. для вузов. — М.: Недра, 1991. — 239 с.: ил.
- Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. ДНАП1.1.30-01-96: Утв. Гос. Комитетом по наблюдению за охраной труда 18.01.96/ Гос. Комитет по наблюдению за охраной труда. – К, 1996, – 421с.
- Дзюбан В.С., Риман Я.С. Об электромагнитной постоянной времени затухания обратной э.д.с. шахтных электродвигате-лей. - В кн. Взрывобезопасное электрооборудование. Вып. 6 М., Энергия, 1969.
- Панфилов Д.И. и др. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. Т1. Электротехника.- М.: ДОДЭКА, 1999.- 304 с.
- http://www.gaw.ru/ - рынок микроэлектроники
- http://www.elecab.ru/ - справочник электрика и енергетика
- http://ukrniive.com.ua/ - офіціальний сайт Український науково-дослідний, проектно-конструкторський і технологічний інститут вибухозахищеного та рудничного електрообладнання з дослідно-експериментальним виробництвом (УкрНДІВЕ)