Зміст
Вступ
Застосування електроенергії у шахтах обумовлює низку небезпек (ураження обслговуючого персоналу струмом, пожежі, вибухи метану відкритими дугами, іскрами й струмами витоку), тому важливе значення має розробка різноманітних заходів та засобів забезпечення безпеки.
Розвиток вугільної промисловості обумовлює підвищення енерго озброєності гірничних машин, збільшення протягу та розгалуженості електричних мереж. Ускладнення рудничних систем електропостачання та електроустановок потребує використання більш точних методів научних досліджень процесів в електротехнічному комплексі шахти.
Ефективним засобом забезпечення безпеки при експлуатацйї рудничних електроустановок є застосування захисту від струмів витоку на землю, що здійснює захистне відключення електроенергії при відповідних аварійних режимах.
Але практика експлуатації показує, що одним із основних факторів електроураження є наявність зворотного енергетичного потоку від раніше ввімкненого асинхронного двигуна споживача після захистного відключення. Із збільшенням напруги електроприводів та протяжністю кабельних смуг така небезбека єбільшується. тому задача дослідження процесів, обумовлених дією зворотних енергетичних потоків при появі струмів витоку на землю є актуальною.
1. Ціль та задачі досліджень
Ціль цієї роботи є підвищення електробезпеки експлуатації устаткування технологічної ділянки шахти на основі обгрунтування параметрів автоматичного пристрою придушення зворотних ЕРС електродвигунів споживачів після захистного відключення мережі.
Задачі дослідження роботи такі:
1. Провести аналіз впливу зворотних енергетичних потоків на рівень електробезпеки, якщо людина доторкнулась до токоведучої частини кабеля;
2. Обгрунтувати математичну модель електротехнічного комплексу шахти враховуючи вплив зворотних енегретичних потоків;
3. Розробити функціональну та принципову схеми пристрою автоматичного придушення зворотної ЕРС двигуна .
2. Актуальність теми
Умови експлуатації електричних мереж дільниць шахт наводять підвищену небезпеку ураження персоналу електричним струмом, у зв`язку з цим розроблені та експлуатуються апарати захисту від витовів струму на землю. Їх використання є обов`язковим для схем електропостачання ділянок шахт. Але практика експлуатації показує, що після захистного відключення захист від урвження персоналу забезпечується не в повній мірі, так як зберігається дія зворотних енергетичних потоків асинхроних двигунів. Таким чином вивчення цих процесів й розробка відповідних пристроїв захисту є актуальними.
3. Практичні результати, що плануються
Розробка пристрою автоматичного придушення зворотньої ЕРС асинхроних двигунів після захистного відключення дільниці електричної мережі.
Під час підготовки матерілу будуть використовані результати досліджень, що були проведені на основі моделювання дільниці шахтної мережі та процесів, що відбуваються в ній у випадку аварії.
4.Критичний огляд відомих технічних рішень, що складають предмет прототипу та аналогоів пристрою, що розроблюється
У теперішній час у схемах розподільчих пристроїв низької напруги шахтних дільничних трансформаторних підстанціях використовують різноманітні типи апаратів захисту від витоків струму на землю: АЗПБ, АЗУР, РУ-1140 та інші. Окрім того для захисту від електоураження в мережах з напругою 127В використовують апарати зпрощеної схеми – УАКИ-127. Принцип дії останніх основан на створенні кола постійного оперативного струму Iоп у ланцюзі опорів ізоляції і витоку струму на землю та формуванні команди на захистне відключення електромережі, якщо величина цього оперативного струму буде більшою за задану припустиму (25мА). Вимірювальним та, в одночас, виконуючим пристроєм УАКI-127 є електромагнітне реле, що ввімкнене послідовно в ланку оперативного струму. Це виключає самоконтроль справності схеми апарата. компенсація ємнісних складових струму витоку на землю виконується не в повному обсязі, оскільки в схемі УАКИ-127 застосований статичний компенсатор з фіксованою величиною індуктивності.
Цих недоліків позбавлені схеми апаратів типу АЗПБ; АЗУР, принцип дії яких полягає у порівнянні оперативного струму Iоп з еталонним Iэт (що циркулює у внутрішньому ланцюзі апарата). В разі, якщо Iоп > Iэт, формується команда на відключення виконавчого реле (ВР) апарата захисту, яке, в свою чергу, відключає автоматичний вимикач РПНН дільничної трансформаторної підстанції.Це відповідає вимогам щодо самоконтролю справності схеми захисту від витоків струму на землю.
Послідовно в ланці оперативного струму Iоп підключений дросель автокомпенсатора ємнісних струмів витоку на землю. Схема апарата захисту постійно вимірює ємність ізоляції мережі і зміною струму в обмотці підмагнічування дроселя автокомпенсатора підлаштовує індуктивність останнтого відповідно до ємності ізоляції мережі.
Крім того, ефекктивним рішенням щодо підвищення рівня електробезпеки є закорочення на землю фази мережі , в якій виник небезпечний витік струму на землю. Це застосовано в схемі апарату типу РУ-1140.
Періодичну перевірку працездатності апаратів захисту здійснюють перед початком кожної зміни замиканням фази мережі на додатковий заземлювач через перевірочний резистор кнопкою перевірки.
Додатковий заземлювач розташовують на відстані не менше 5м від місцевого і приєднують до схеми апарата захисту через затиск, ізольований від корпуса. Така схема дозволяє також контролювати справність заземлювача.
Апарати серій АЗПБ; АЗУР можуть бути використані автономно. Цьому застосуванню відповідає рудникове виконвння апаратів у вибухонебезпечній оболонці. В цьому випадку апарат захисту повинен впливати на груповий автоматичний вимикач АВ, що з`єднуються із силовим трансфрматором електроживлення кабелем довжиною не більше 10м.
5.Краткий виклад особистих результатів, що маються на момент завершення роботи над авторефератом
На сьогоднішний день досліджені принципи будування процесів у шахтній дільничній електромережі після захистного відключення та досліджені особливості впливу зворотних енергетичних потоків на аварійні процеси в електротехнічному комплексі
Для дослідження процесів у дільничній електромережі шахти після її захистного відключення доцільно використовувати схему заміщення, що представлена на рис.1. Ця схема передбачає урахування всіх параметрів асинхроних двигунів (M1 – Mn) споживачів, таких як активні та індуктивні опори статорів (Rс;Xс); приведені активні та індуктивні опори роторів (R’r; X’r ); індуктивні опори ланцюгу намагнічування (Xо); ЕРС обертання (евр), що індуктуються на статорі кожного АД полем токів ротора, що обертається.
Рисунок 1 – Схема заміщення електротехнічної дільниці шахти для дослідження процесів витоку струму на землю та короткого замикання після захистного відключення
Для випадку виникнення витоку струму на землю передбачено ввімкненя опору витоку (Rут =1кОм) контактом К2 й урачування активних та ємкісних опорів ізоляції кабелів (Rиз;Xиз).
Таким чином, ввімкнений стан контакторів дає змогу впливати на аварійну крапку з боку сукупності АД споживачів.
Особливістю використання пускачів є те, що їхні схеми,коли отримують живлення від ЕРС обертання (евр) АД, утримують контактори КМ у ввімкненому стані деякий час після відключення напруги живлення мережі. Будемо вважати, що напруга відключення кожного контактору знаходиться в межах 0,4-0,6 від номінальної напруги мережі, та відключення контакторів відбувається стахостично.
де р – число пар магнітних полюсів АД; is и ir – струми статору й ротору; - індуктивність головного магнітного поля у розрахунку на фазу АД; А – індекс фази «А».
Якщо відбувається виток струму, то ЕРС експоненціально знижується з постійною Tp затухання вільного струму ротора:
де Lm - індуктивність головного потоку АД; Lp, w0 и s - повна індуктивність, синхронна частота обертання та ковзання ротора; Io і rp - струм холостого ходу і активний опір ротора АД; Uф - фазна напруга статора у режимі холостого ходу; Кн = 1 - 1,1 - коефіцієнт насичення АД.
У випадку розглянення недопустимого стану ЕТК дільниці шахти, обумовленого існуванням низького опору витоку струму на землю схема (рис.1) повинна бути сповнена складовими, що імітують активно-індуктивні опори робочих жил кабелів (Rk;Xk), активні опори й ємності ізоляції кабелів відносно землі (Rиз;Сиз) й активні опори витоку струму на землю (Rут) на участь між контакторами, напрклад, КМn і відповідним двигуном Мn (рис.2).
Рисунок 2 – Заступна схема дільниці i-го кабеля при виникненні витоку струму на землю через тіло людини: а – загальна; б – розрахункова
(Анімація: обсяг - 52,43КБ; розмір - 976x463; кількість кадрів - 17; затримка між кадрами - 5000мc; затримка між останнім та першим кадрами - 5000мc; кількість циклів повторення - нескінченна)
Враховуючи, що вільний витік двигунів, що працюють на опір витоку (Rут) буде більш довгим, ніж при роботі на точку к.з., інтервали ввімкнених станів контакторів будуть також збільшені. При цьому, слід ввести в допущення про стахостичний характер відключення контакторів КМ1 – КМn при зниженні зворотних ЕРС АД (M1 – Mn) до рівня 0,35 – 0,4 від номінальної напруги мережі.
Приведені структури заступних схем і допущення можна використати для розробки структури комп`ютерної моделі ЕРК дільниці шахти після захистного вцдключення електроживлення внаслідок виникнення витоку струму на землю у кабельному з`єднанні i-го споживача.
Розвиток цієї теорії повязаний з дослідженням застосування попередньо розрядженої ємкості у якості засобу придушення зворотних енергетичних потоків асинхронних двигунів приведене у статті 1 із списку бібліотеки.
Висновок
Теперышный стан вугільної промисловості характеризується тенденцією використання більш потужних електродвигунів, розгалужених кабельних мереж та переходом на більш високу номінальну напругу. У зв`язку з цим підвищується рівень небезпеки електротравматизму, який представляють зворотні енергетичні потоки електродвигунів дільничних споживачів після захистного відключення мережі.
В цій роботі виконан аналітичний огляд відомих технічних рішень за виявом та відключенням витоків струму на землю, обгрунтована задача дослідження процесів, що обумовлені зворотними енергетичними потоками та обгрунтовані схеми пристрою автоматичного їх придушення. Обгрунтована та досліджена математична модель процесу, розроблене технічне рішення за виявом інформаційного параметру , а також розроблена схема пристрою автоматичного відключення ланцюгу зворотного енергетичного потоку від асинхронного двигуна, коли з`являється струм витоку та зачистне відключення.
Список використаної літератури
1. Маренич К.Н., Калінін В.В., Товстик Ю.В., Лізан И.Я, Коломієць В.В. електрообладнання технологічних установок гірничих підприємств. Підручник. – Донецьк: ДонНТУ, Харків: УІПА, 2009 – 372с.
2. Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт. – М.: Недра, 1977. - 206 с.
3. Дзюбан В.С., Риман Я.С. Об электромагнитной постоянной времени затухания обратной э.д.с. шахтных электродвигателей. – В кн. Взрывобезопасное электрооборудование. Вып. 6 М., Энергия, 1969
4. Лейбов Р.М., Озерной М.И. Электрификация подземных горных работ. – М.: Недра, 1972.
5. 14. Василец С.В., Маренич К.Н. Об особенностях компьютерного моделирования процессов короткого замыкания в низковольтной участковой шахтной сети / Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць IV Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 11-14 травня 2004р.- Донецьк: ДонНТУ, 2004. – С.50-55.
6. Сивокобыленко В .Ф., Лебедев В.К., Кукуй К.А. Математическое моделирование асинхронной нагрузки в режимах группового выбега и самозапуска. – Сб. научн. трудов ДонНТУ. Серия: электротехника и энергетика, вып. 41: – Донецк : ДонНТУ, 2002. – с . 28-34.
7. Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей напряжением до 1200 В. Общие технические условия. ГОСТ 22929-78, М. Изд-во стандартов, 1978, 16 с.
8. Ковач К.П., Рац. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. – М.–Л.: Госэнергоиздат, 1963.- 744 с.
9. Автоматизация процессов подземных горных работ/ под ред. А.А. Иванова. – Киев – Донецк: «Выща школа», 1987. – 328с
10. Груба В.И., Никулин Э.К., Оголобченко А.С. «Технические средства автоматизации в горной промышленности». – Киев: ИСМО, 1998. – 374с
11.http://www.laborant.ru
12. http://www.gaw.ru
|
