Вплив комутаційного перехідного процесу на параметри спрацьовування засобу захисного знеструмлення електромережі шахтної дільниці

Встановлені закономірності впливу неодночасності пофазної комутації на амплітуду оперативного параметру автономного засобу визначення аварійного стану кабелю живлення асинхронного двигуна.

Ключові слова: електротехнічний комплекс, шахта, силове приєднання, несинхронна комутація, засіб захисту, хибне спрацьовування.

Проблема та її зв’язок з науковими та практичними задачами. Сучасні шахтні електротехнічні комплекси (ЕТК) відрізняються великою кількістю високопотужного пересувного електромеханічного устаткування і розгалуженою системою гнучких кабелів. Саме гнучкі кабелі є найбільш незахищеними від механічних ушкоджень, внаслідок чого при експлуатації дільничних електромереж виникає висока ймовірність міжфазних коротких замикань та електроураження людини. Відповідні захисні засоби обмежують свою функцію виключно відокремленням енергетичного потоку комплектної трансформаторної підстанції (КТП) живлення. Однак, захисне відключення не може вважатись достатньою функцією, оскільки у подальшому небезпечний стан мережі підтримується сукупністю впливу зворотних енергетичних потоків асинхронних двигунів (АД) споживачів. До останніх часів проблема автоматичного захисного їх відокремлення не була вирішена, незважаючи на чисельні спроби. Технічним рішенням, спроможним виконати швидкодіюче захисне знеструмлення мережі шляхом одночасного відокремлення зворотних енергетичних потоків, можна вважати схему автономного засобу визначення стану кабеля живлення АД на основі ємнісно-напівпровідникового кола між вводами статора двигуна та контуром земля. Ця схема дозволяє визначити стан однофазної підвищеної провідності між фазою кабеля та контуром земля [1]. Її дослідження довело працездатність і відсутність хибних спрацьовувань за умови одночасності пофазної комутації силового приєднання [2]. Однак, промислове запровадження потребує визначення характеру її реакції на можливі відхилення в одночасності пофазної комутації силового приєднання, що є характерним для роботи контактора пускача. Крім того, практичний інтерес являє питання поширення захисної функції на стан неповнофазного електроживлення АД споживача.

Аналіз досліджень і публікацій. Основні дослідження функціональних властивостей автономних засобів захисного відокремлення зворотних енергетичних потоків виконані в публікаціях [3, 4], однак, вони не стосуються проблематики впливу неодночасності пофазної комутації силових відгалужень на стійкість проти хибних спрацьовувань автономно діючих засобів захисного відокремлення зворотних енергетичних потоків АД.

Постановка задачі. Метою роботи є встановлення функціональної залежності величини оперативного параметру засобу захисного відокремлення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна від параметрів неодночасної пофазної комутації силового відгалуження.

Викладення матеріалу та результати досліджень. Розрахункова схема об’єкта дослідження представлена на рис. 1 і вміщує джерело трифазної напруги мережі (в умовах досліду прийнято U_ф = 660 В) з параметрами комплектної трансформаторної підстанції КТПВ-1000 (блок А0), передбачено наявність двох споживачів – АД з узагальненими активно-індуктивними опорами відповідно до параметрів електричних машин типу 2ЭДКОФВ250М4 (блок А3) та ЭДКОФВ315LB4 (блок А4). Комплексні опори силових відгалужень відповідають параметрам кабелів марки КГЕШ перерізом 50 мм² і довжиною 200 м. Цим же параметрам відповідають ємнісні провідності ізоляції, представлені на схемі конденсаторами С_із (блоки А1, А2). Активні опори ізоляції R_із кожного кабеля мають знаходитись в нормованих межах і в умовах досліду можуть становити 100 кОм/фазу для кожного кабелю. Засоби визначення аварійного стану кабеля з боку приєднань статора АД представлені блоками А5 та А6 з параметрами R1 = R2 = R3 = 30 кОм (R5 = R6 = R7 = 30 кОм); C1 = С3 = 10 мкФ; С2 = С4 = 10 мкФ. Оперативний параметр формується на резисторах R4 = R8 = 5 кОм і визначається напругами U₁₂ та U₃₄.

Припустимо, що має місце комутація (підключення) та подальше відключення АД М2 за умови, коли двигун М1 першого відгалуження є підключеним до мережі і знаходиться у рушійному стані. Відповідно до мети дослідження припустимо, що контакти К1 – К2 комутаційного апарату вмикаються та відключаються одночасно, а контакт К3 вмикається із затримкою t1, а відключається: з упередженням t₂; із запізненням t₃; відносно спрацьовування контактів К1 – К2.

Додатковим дослідницьким матеріалом слід вважати амплітуди оперативних параметрів U₁₂ і U₃₄ при одночасній комутації контактів К1 – К2 ввімкнення-відключення та відсутності комутаційної функції контакту К3. Результати дослідження представлені осцилограмою параметрів U₁₂ і U₃₄ (як приклад визначення функції впливу при неодночасній пофазній комутації відгалуження), а також узагальнені у вигляді діаграм амплітуди вищевказаних параметрів в залежності від факторів впливу (t₁, t₂, t₃) наведених у припущеннях, щодо досліду (рис. 2).

Аналіз діаграм дозволяє зробити висновки, щодо припустимого часового діапазону неодночасності комутації за критерієм дотримання стійкості проти хибних спрацьовувань засобу захисного відокремлення зворотного енергетичного потоку АД. Зокрема, у порівнянні з аварійним станом силового приєднання (утворення однофазного витоку струму на землю опором 1 кОм) величини оперативного параметру характеризуються напругою U₁₂ = U₃₄ = 60 В (рис. 3) на відміну від величини при неодночасній комутації U₁₂ = U₃₄ = 6 ÷ 20 В (рис. 3).

Крім цього, встановлена спроможність функціональних вузлів А5 – А6 реагувати на неповнофазне електроживлення асинхронного двигуна (рис. 4).

Висновки і напрями подальших досліджень. Дослідженням встановлений характер впливу неодночасної комутації на величину оперативного параметру засобу захисного відокремлення зворотного енергетичного потоку АД, визначені припустимі часові інтервали неодночасності комутації силового відгалуження і доведена можливість розширення функціональності захисного засобу на визначення процесу неповнофазного електроживлення силового приєднання.

Список літератури

1. Маренич К. М. Наукові основи впровадження автоматичного захисного двобічного знеструмлення шахтної дільничної електромережі: монографія / К. М. Маренич, І. В. Ковальова. – Донецьк: ДВНЗ ДонНТУ, 2012. – 125 с.
2. Маренич К.М. Удосконалення засобу відокремлення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна / К. М. Маренич, І. В. Ковальова // Наукові праці ДонНТУ. Випуск 1(12)–2(13), серія Електротехніка і енергетика. – Донецьк: ДонНТУ, 2012. – С. 166–171.
3. Ковальова І. В. Дослідження впливу комутаційних перехідних процесів на стійкість роботи засобу синхронного двобічного знеструмлення місця ушкодження кабелю в електромережі дільниці шахти / К. М. Маренич, І. В. Ковальова // Взрывозащищенное электрооборудование: сб. науч. трудов УкрНИИВЭ. – Донецк: ООО Юго-Восток, Лтд, 2011. – С. 201–211.
4. Маренич К. М. Дослідження процесів у дільничній електромережі шахти при застосуванні засобу синхронного двобічного знеструмлення місця пошкодження кабелю / К. М. Маренич, І. В. Ковальова // Гірнича електромеханіка та автоматика: науково-технічний збірник. – Дніпропетровськ: НГУ, 2010. – Вип. 85. – С.3–11.