[RUS ] [FR] [ENG] [ДонНТУ] [Портал магистров ДонНТУ]
Ансисс Закариа
Факультет: Компьютерных информационных технологий и автоматики (КИТА).
Кафедра: Горная электротехника и автоматика имени Р.М. Лейбова (ГЭА).
Специальность: Автоматизированное управление технологическими процессами (АУП).
Тема выпускной работы:
Исследование процессов в шахтном участковом
электротехническом комплексе при возникновении короткого замыкании и разработка
устройства автоматического отключения обратных энергетических потоков асинхронных двигателей.
Научный руководитель: доцент, кандидат технических наук Маренич Константин Николаевич.
Материалы по теме выпускной работы: [Об авторе] [Библиотека] [Ссылки] [Отчет о поиске] [Индивидуальный раздел]
Реферат по теме выпускной работы
Исследование процессов в шахтном участковом электротехническом комплексе при возникновении короткого замыкании и разработка устройства автоматического отключения обратных энергетических потоков асинхронных двигателей.
Актуальность темы.
Подавляющее большинство технологических процессов на горном предприятии выполняется на основе использования электроприводов. Поэтому электротехнический комплекс технологического участка шахты является важнейшим элементом, обеспечивающим функционирование всего предприятия. Современные рудничные электроустановки характеризуются средним и высоким уровнем мощностей и не стационарностью в процессе выполнения ряда технологических операций. Поэтому электропитание их приводных асинхронных двигателей осуществляют по гибким экранированным кабелям. По сути, такой кабель является единственным элементом электротехнического комплекса шахты., который не имеет средств взрывозащиты, наиболее уязвим в отношении повреждений как в следствие внешнего порыва оболочки, так и в связи со сдавливанием. В последнем случае будет иметь место внутреннее повреждение изоляции кабеля. В обоих случая возникнет междуфазное короткое замыкание, которое характеризуется крайне высокими токами и представляет опасность взрыва метано-воздушной смеси, возгорания оборудования.
Все известные максимальные токовые защиты обеспечивают выявление процесса короткого замыкания и отключение повреждённой сети от питающего трансформатора. Однако, это не прекращает протекание тока к.з. в цепи повреждения, поскольку будет иметь место подпитка повреждённой точки от обратного энергетического потока асинхронного двигателя.
Актуальность данной работы обусловлена, необходимостью автоматического выявления повреждения кабеля электропитания асинхронного двигателя и подавления его обратного энергетического потока коммутационными устройствами со стороны двигателя.
Целью исследований является изучение процессов в системе «пускатель – гибкий кабель – асинхронный двигатель» при возникновении междуфазного короткого замыкания в кабеле, обоснование корректного информационного параметра о повреждении кабеля и параметров устройства автоматического подавления обратных энергетических потоков двигателя в процессе его защитного отключения от сети.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- выполнить анализ устройства и особенностей эксплуатации шахтного участкового электротехнического комплекса;
- проанализировать технические возможности известных способов и устройств максимальной токовой защиты силовых участковых электроустановок;
- исследовать процессы в шахтном участковом электротехническом комплексе при повреждении гибкого силового кабеля электропитания асинхронного двигателя и выявить информационный параметр, приемлемый для реализации способа автоматического подавления обратного энергетического потока асинхронного двигателя в процессе защитного отключения участковой электросети;
- обосновать алгоритм управления устройством автоматического подавления обратного энергетического потока асинхронного двигателя в процессе защитного отключения участковой электросети;
- разработать структурную и принципиальную схемы устройства автоматического подавления обратного энергетического потока асинхронного двигателя в процессе защитного отключения участковой электросети;
Объектом исследования является электросеть участка шахты, предназначенная для передачи электроэнергии от участковой трансформаторной подстанции ко всем потребителям участка.
Предметом исследования являются процессы в элементах электротехнического комплекса участка шахты, обусловленные возникновением междуфазных коротких замыканий в кабеле электропитания асинхронного двигателя.
Методы исследований
Теоретические исследования основываются на классических положениях теоретических основ электротехники, теории электрических машин, электропривода, теории переходных процессов, теории математической статистики.
Научная новизна полученных результатов:
- получила дальнейшее развитие математическая модель шахтного участкового электротехнического комплекса, учитывающая влияние ЭДС вращения асинхронного двигателя на величину тока в цепи повреждения питающего силового кабеля;
- научно обоснован принцип выявления повреждения в питающем силовом кабеле и автоматического подавления обратного энергетического потока асинхронного двигателя.
Практическое значение полученных результатов состоит в разработке технического решения, позволяющего существенно повысить безопасность эксплуатации участкового электротехнического комплекса в условиях шахты на основе сокращения времени существования тока короткого замыкания в силовом кабеле электропитания асинхронного двигателя потребителя.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Во введении обоснована актуальность темы магистерской работы, приведены основные положения, которые определяют научное и практическое значение результатов исследований
В первом разделе рассматривается электрическая сеть технологического участка шахты как объект исследования. Анализируются особенности устройства участкового электротехнического комплекса. Функциональные возможности применяемого оборудования, включая специфические для горной промышленности средства защиты человека от электропоражения при касании к элементам электросети, нормально находящимся под напряжением.
Детально проанализированы известные научные работы, в области теории коротких замыканий и средств максимальной токовой защиты. Установлено, что применительно к промышленным участковым электросетям, включая шахтные электросети, отсутствуют технические средства автоматического подавления действия обратных энергетических потоков. На основании этого обоснована цель и задачи исследования.
Рисунок 1- Типовые схемы шахтных участковых электросетей, на основе: а – пускателей; б – станции управления; в – станции управления и пускателей
Во втором разделе обоснована математическая модель короткого замыкания в шахтном участковом электротехническом комплексе с учетом воздействия обратного энергетического потока асинхронного двигателя и специфики проявления аварийного процесса в зависимости от числа фаз, находящихся в режиме замыкания.
Установлено, что процесс к.з. может быть представлен совокупностью сменяющих друг друга состояний:
- возникновение к.з. и протекание тока к точке замыкания от трансформатора;
- продолжение подпитки точки к.з. от трансформатора и протекание тока к точке к.з. от статора АД аварийного присоединения (процесс продолжается до момента защитного отключения электропитания со стороны трансформатора);
- появление уравнительных токов, обусловленных обратными ЭДС АД после защитного отключения питания;
- подпитка точки к.з. только от АД аварийного присоединения (процесс протекает после отключения контакторов пускателей смежных присоединений).
Исследование процесса может быть осуществлено на основе использования расчётных схем соответствующих состояний электротехнического комплекса участка шахты. В качестве базовой примем схему замещения ЭТК в состоянии трёхфазного замыкания между источником электропитания и АД потребителя (рис. 2) [2].
До момента защитного отключения АВ потери напряжения в трансформаторе 
, магистральном кабеле 
определяются совокупностью токов в соответствующих функциональных узлах, включая ток к.з. Потеря напряжения в гибком кабеле 
цепи электропитания точки к.з. определяется током к.з. 
аварийного присоединения:
где 
- коэффициент мощности электросети участка в режиме короткого замыкания в присоединении;
- соответственно, активные и индуктивные сопротивления трансформатора, магистрального и гибкого кабеля (с учетом длины последнего до точки к.з.);
- коэффициент мощности аварийного присоединения;
- мощность короткого замыкания в присоединении;
- сумма номинальных мощностей смежных потребителей;
- номинальные коэффициенты мощности соответствующих смежных (остальных потребителей).
Уравнение напряжения фазы короткозамкнутого участка имеет вид:
где 
- результирующая индуктивность фазы с учётом влияния двух других фаз [2];
Решение данного уравнения можно представить:
где 
– полное сопротивление цепи к.з.;
– угол сдвига тока относительно напряжения в этой цепи;
– фаза включения к.з;
- постоянная времени цепи к.з. – параметр скорости затухания экспоненты свободной составляющей тока к.з. от трансформатора.
Начиная с момента возникновения к.з. АД аварийного присоединения прекращает получать электропитание и выполняет функции электроэнергетической установки, генерирующей экспоненциально убывающую обратную ЭДС в «зашунтированный» участок сети к точке к.з. В этом участке процессы описываются выражением:
где 
- результирующая индуктивность фазы с учетом влияния двух других фаз;
Решение данного уравнения относительно тока:
является свободным и затухает с постоянной времени:
Таким образом, полный ток в точке к.з. на интервале от начала процесса до отключения сети автоматическим выключателем состоит из следующих составляющих:
или
При этом, обратный энергетический поток асинхронного двигателя может быть выражен его ЭДС вращения:
где P – число пар магнитных полюсов АД;
– токи статора и ротора;
– индуктивность главного магнитного поля в расчете на фазу АД;
А – индекс фазы «А».
Указанные зависимости являются базовыми для построения компьютерной модели процесса. Исследование этой модели позволило получить информационный параметр о возникновении трёхфазного короткого замыкания , которым является процесс кратковременного интенсивного снижения тока в цепи статора асинхронного двигателя с последующим интенсивным повышением этого тока.
Рассматривая АД потребителей в качестве генерирующих электроэнергетических установок, следует учитывать индивидуальный характер экспонент снижения обратных ЭДС, обусловленный соответствующими постоянными времени двигателей. Однако, на интервале включенного состояния контакторов КМ1 – КМn пускателей (рис.2) все АД генерируют обратные ЭДС на общую короткозамкнутую сеть (рис.4). Этим вызвано существование в ней уравнительных токов, которые обусловлены общей обратной ЭДС АД. Модель и аналитическое выражение последней получены в исследовании [6] и должны быть адаптированы к параметрам нагрузки, представляющей собой активно-индуктивные сопротивления кабелей от АД до точки к.з.
На интервале после отключения контакторов магнитных пускателей электропитание точки к.з. осуществляется обратной ЭДС асинхронного двигателя аварийного присоединения, что учитывается соответствующей составляющей выражения (9).
В третьем разделе выполнена алгоритмизация устройства автоматического подавления обратного энергетического потока асинхронного двигателя при возникновении короткого замыкания в силовом кабеле его электропитания в процессе защитного отключения. разработаны схемные решения устройства. Приведены эксплуатационные требования к разработанному устройству и обоснованы факторы экономической эффективности.
Выводы и направление дальнейших исследований.
При обосновании структуры модели процесса короткого замыкания в силовом присоединении электротехнического комплекса технологического участка шахты учтены значимые факторы влияния. К их числу относятся совместно действующие обратные ЭДС асинхронных двигателей смежных потребителей, формирующие обратные энергетические потоки электропитания точки к.з.
Полученные составляющие модели применительно к обоснованной последовательности характерных состояний процесса позволяют получить диаграммы изменения тока в точке к.з. в течение всего интервала его существования, что и является предметом дальнейшего исследования. В перспективе модель процесса может быть скорректирована для исследования характера изменения тока двухфазного к.з. в силовом присоединении ЭТК участка шахты.
Таким образом, в результате выполненных исследований решена поставленная задача изучения процессов в системе «пускатель – гибкий кабель – асинхронный двигатедь» при возникновении междуфазного короткого замыкания в кабеле, обоснован корректный информационный параметр о повреждении кабеля и параметры устройства автоматического подавления обратных энергетических потоков двигателя в процессе его защитного отключения от сети.
Это позволяет существенно повысить безопасность эксплуатации силового участкового электротехнического комплекса в условиях угольной шахты.
Примечание
При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Перечень ссылок
- Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт. – М.: Недра, 1977.- 206 с.
- Перехідні процеси в системах електропостачання: Підручник для вузів / Півняк Г.Г., Винославський В.М., Рибалко А.Я., Несен Л.І. / За ред. академіка НАН Украйни, Півняка Г.Г. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2002.- 579 с.
- Справочник енергетика угольной шахты. Т. 2 / Дзюбан В.С., Ширнин И.Г., Ванеев Б.Н., Гостищев В.М., Под общ. ред. Ванеева Б.Н.- Донецк: Юго-Восток Ltd., 2001.- С.580
- Маренич К.М. Питання стійкості систем «тиристорний комутаційний апарат - асинхронний мотор» під час фазавого регулювання напруги / Теорія та моделі пристороїв вимірювальної техніки. Збірник наукових праць. – К.: Інститут електродинаміки АН України, 1993. – с.35-39.
- Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. – Л.: Госэнергоиздат, 1963.- 744 с.
- Маренич К.Н., Василец С.В. Исследование процессов в участковой электросети при групповом выбеге асинхронных двигателей / Гірнича електротехніка і автоматика. Вип.. 74. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2005. – с.30-36.
- 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.
- Маренич К.Н. Проблематика электробезопасности системы "кабель — двигатель" участка шахты. / Наукові праці Донецького державного технічного університету. Вип. 27, серія гірничо-електромеханічна. — Донецьк: ДонДТУ, 2001. — С. 270-277.
[ДонНТУ] [Портал магистров ДонНТУ] [Об авторе] | [Библиотека] [Ссылки] [Отчет о поиске] [Индивидуальный раздел]