ДонНТУ   Портал магистров

Панфилов Александр Юрьевич

Факультет компьютерных наук и технологий

Кафедра горной электротехники и автоматики

Специальность Автоматизация технологических процессов и производств

Исследование процессов в электросети участка шахты при возникновении короткого замыкания и разработка быстродействующей автоматической защиты

Научный руководитель: доцент Ковалева Инна Владимировна

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• Анализ объекта исследования
• 1. Общие принципы построения электротехнического
• 1.1 Комплектные трансформаторные подстанции
• Выводы и цели
• Список источников

Введение

Горное производство представляет собой комплекс взаимосвязанных энергоемких технологических процессов и предпологает применение высокомощного электромеханического оборудования в условиях потенциальной опасности возникновения пожара, взрыва метано-воздушной смеси или угольной пыли. Факторы опасности дополняются высокой степенью вероятности механического повреждения гибких кабелей участковых электросетей, которые применяются для подвода электроэнергии от участковых распредпунктов к электродвигателям потребителей. В результате таких повреждений могут возникать состояния миждуфазных коротких замыканий, сопроваждаемые воспламенениями электрооборудования; опасность электропоражения человека при касании фазного проводника, находящегося под напряжение

Эти обстоятельства обуславливают необходимость применения целого комплекса мер по защитному обесточиванию рудничных электротехнических комплексов при возникновении аварийных или опсных состояний, что реализуется соответствующими автоматическими средствами защиты.

Анализ объекта исследования

1. Общие принципы построения электротехнического комплекса

Процесс добычи угля на современном горном предприятии происходит при условии функционирования многочисленных технологических установок: очистных и подготовительных комплексов, конвейерного и локомотивного транспорта, водоотлива, вентиляции, шахтного подъема и др. Все эти установки оснащены электроприводами, как правило, средней или большой мощности. Итак, электротехнические комплексы технологических участков и установок шахты является ее важнейшими объектами, обеспечивающими выполнение всех производственных процессов.

Структура электротехнического комплекса добычного участка шахты, указана на рисунке 1.2, строится в соответствии с положениями нормативных документов и содержит источник питания - комплектную трансформаторную подстанцию, распределительный пункт участки и асинхронные электродвигатели (М) потребителей. В свою очередь, участковый распределительный пункт должен быть представлен совокупностью магнитных пускателей (П), от которых по радиальной схеме в асинхронных двигателей соответствующих потребителей отходит разветвленная сеть гибких кабелей (ГК). [1]

Групповой автоматический выключатель применяется на вводе участкового распределительного пункта с целью подачи (снятия) напряжения на распределительном пункте вручную и отключения его в автоматическом режиме при исчезновении напряжения в сети, возникновения короткого замыкания в ответвлении, или при наличии команды внешнего технологической защиты (например, газовый защита). Подача напряжения от участковой подстанции на ввод группового автоматического выключателя распределительного пункта происходит по магистральному кабелю, в качестве которого принимают бронированные или полугибкие экранированные кабели.

Наряду с использованием магнитных пускателей, вся совокупность силовых коммутационных аппаратов распределительного пункта участка может быть расположена в комплектном распределительном устройстве - станции управления в соответствии с рисунком 1.3.

Современные тенденции применения энерготехнического оборудования повышенной мощности обусловливают необходимость электропитания таких потребителей напряжением повышенного номинального уровня (1140 В). Как правило, особенностью устройства схем электроснабжения шахтных участков является то, что питание таким напряжением применяют только для мощных токоприемников (комбайн, конвейер), а другие маломощные потребители подключают к источнику линейного напряжения 660 В в соответствии с рисунком 1.4

В соответствии с рисунком 1.3 обобщенная структурная схема станции управления СУВ-350А состоит из следующих деталей:

1. БП - блок питания;
2. БГУ - блок дистанционного управления;
3. БКИ - Блок контроля изоляции
4. БСЗ - блок токовой защиты
5. ДС1- ГСЗ - датчики тока;
6. QS - разъединитель;
7. QF - автоматический выключатель;
8. FA1 - электромагнитный расцепитель;
9. FV- нулевой расцепитель;
10. YАТ- независимый расцепитель:
11. К1-К7 - контакторы отходящих присоединений

Итак, источником электропитания потребителей технологического участка является комплектная трансформаторная подстанция, указанная на рисунке 1.5, которая выполняет функцию преобразования напряжения высокого уровня (6 кВ) в напряжение, согласованную по уровню с величиной номинального напряжения потребителей участки (660 В или 1140 В). Режим нейтрали участковой электросети шахты является изолированным. Функция защитного отключения напряжения с силового присоединения выхода трансформаторной подстанции реализуется автоматическим выключателем 8А, входящей в состав ее распределительного устройства низкого напряжения и срабатывает по команде максимальной токовой защиты; аппарата защитного обесточивания круга утечки тока на землю, других внешних защит. Основным назначением автоматической защиты является определение состояния утечки тока на землю в участковой электросети (вследствие повреждения изоляции, или касания человеком фазного проводника, находящихся под напряжением) и формирование команды на защитное обесточивание сети. [2]

1.1 Комплектные трансформаторные подстанции

Трансформаторы напряжения применяют для преобразования напряжения переменного тока одного уровня в напряжение переменного тока другого уровня той же частоты.

Для электроснабжения шахт применяют двухобмоточные трансформаторы с первичным напряжением 35 – 115 кВ и вторичным 6.3 – 6.6 кВ, с охлаждением естественным масляным или с дутьём и естественной циркуляцией масла. Трансформаторы могут быть оборудованы устройствами для регулирования напряжения под нагрузкой. Для электроснабжения низковольтных потребителей применяют двухобмоточные трансформаторы с масляным охлаждением, с высшим напряжением 6 кВ и низшим 0.23; 0.4; 0.69 кВ мощностью от 25 кВА до 1600 кВА. Для шахт с обособленным питанием применяют трёхобмоточные трансформаторы с масляным охлаждением и регулированием напряжения под нагрузкой мощностью от 10000 кВА до 40000 кВА, изображенными на рисунке 6.1. Вторичную обмотку трёхобмоточного трансформатора ТДТНШ напряжением 6.3 кВ используют для питания потребителей поверхности, а обмотку напряжением 6.6 кВ – для питания подземных потребителей. Применение трёхобмоточных трансформаторов в составе главных поверхностных подстанций шахт позволяет гальванически разделить сети поверхностного и подземного электроснабжения. В результате, эти сети могут иметь различный режим нейтрали. Сопротивления изоляции поверхностной и подземной электросети гальванически не связаны между собой и не оказывают влияние друг на друга (как параллельное соединение сопротивлений). Различного рода перенапряжения, возникающие в электросети поверхности, в меньшей степени оказывают влияние на параметры подземной электросети шахты.

В настоящее время в схеме главных поверхностных подстанций шахт, оборудованных изначально двухобмоточными трансформаторами, с целью гальванической развязки подземных и поверхностных электросетей дополнительно предусматривают разделительные двухобмоточные трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:1 ТМШ, мощностью от 2500 до 4000 кВА.

Трансформаторы с масляным охлаждением снабжаются газовыми реле для защиты от чрезмерного повышения температуры внутри трансформатора и утечки масла, а так же термосифонными фильтрами 5 для непрерывной регенерации масла.

Для электроснабжения перемещаемых электроустановок, а также для электроснабжения электроустановок с ограниченной продолжительностью использования применяют комплектные трансформаторные подстанции напряжением 35/6 кВ мощностью 1000…6300 кВА. Они могут быть блочного типа и перевозимые. Для электроснабжения низковольтных потребителей изготовляют комплексные трансформаторные подстанции внутренней и наружной установки. Комплексные трансформаторные подстанции обеспечивают приём, преобразование и распределение электрической энергии. Комплексные трансформаторные подстанции состоит, изображенная на рисунке 6.2 из вводного комплектного распределительного устройства высшего напряжения 1, трансформатора 2 и распределительного устройства низшего напряжения 3.

В соответствии рисунку 1.5 функциональная схема комплектной трансформаторной подстанции состоит из следующих компонентов:

1. РУВН, РУНН - распределительные устройства высокого и низкого напряжения;
2. QS - разъединитель;
3. TV1 - силовой трансформатор;
4. TV2 - трансформатор собственных нужд;
5. ДС - датчики тока;
6. ДТ - датчик температуры [4]

Сухие взрывобезопасные трансформаторы серий 2ТСВ и ТСВ применяют для электроснабжения потребителей работающих в подземных выработках шахт опасных по газу или пыли. Трансформатор состоит из активной части, размещаемой в кожухе с ходовой тележкой. С торцовых сторон кожуха размещены вводные коробки высшего и низшего напряжения. Кожух трансформатора в зависимости от мощности имеет круглое, овальное или грушеобразное сечение, оребрённую или гофрированную поверхность. Обмотка высшего напряжения имеет отводы для регулирования напряжения на ±5 % относительно номинального. Доступ к панели регулировочных отводов осуществляется через люк 5, в соответствии с рисунком 6.3, а), размещённый на боковой стенке кожуха. Вводные устройства низшего напряжения трансформаторов мощностью 100…400 кВА допускают возможность соединения обмотки по схеме звезды или треугольника.

При необходимости осуществления обособленного питания потребителей в системе подземного электроснабжения применяют разделительный трансформатор ТСВР-630/6-6. С целью компенсации потерь напряжения в трансформаторе коэффициент трансформации принят равным 0.96 в режиме номинальной нагрузки. Поэтому вторичная обмотка имеет напряжение х.х. 6270 В. Для присоединения высоковольтного аппарата защиты от утечек тока вторичная обмотка соединена в звезду с выведенной нулевой точкой.

Для электроснабжения подземных потребителей напряжением 380 В, 660 В и 1140 В широко применяют комплектные трансформаторные подстанции серий ТСВП и КТПВ. Применение комплектных трансформаторных подстанций позволяет приблизить напряжение 6 кВ возможно ближе к потребителям, обеспечить высокую мобильность перемещения, облегчить монтаж и перемещение электрооборудования. Комплектная трансформаторная подстанция состоит из следующих основных элементов, в соответствии с рисунком 6.3: трансформатора 3, распределительного устройства высшего напряжения 2, распределительного устройства низшего напряжения 4 и ходовой части 1. В составе комплектной трансформаторной подстанции используют трансформаторы 2ТСВ соответствующих мощностей. В конструкции подстанций использованы внутренние разгрузочные устройства (УРГ-1; УРГ-2). Они выполняют функцию клапана, и в случае взрыва метано-воздушной смеси в одном из отсеков трансформаторной подстанции, открывают доступ продуктам взрыва (при их избыточном давлении) в смежный отсек (охлаждая при этом продукты взрыва до безопасной температуры). Это позволило снизить расчётное избыточное давление и снизить толщину оболочек комплектной трансформаторной подстанции. Для спуска конденсата в нижней части кожуха установлены взрывонепроницаемые пробки, заполненные дроблёным кварцитом или стеклошариками.

Распределительное устройство высокого напряжения размещается во взрывонепроницаемой оболочке, которая с помощью фланцевого соединения крепится к кожуху трансформатора. В верхней части распределительного устройства высокого напряжения предусмотрена вводная коробка, а в торцевой части – откидная крышка. В оболочку встроен трёхполюсный разъединитель – выключатель нагрузки (QS) с ручным приводом, способный отключать ток нагруженного трансформатора. Его рукоятка 2 расположена на боковой стенке оболочки распределительного устройства высокого напряжения, в соответствии с рисунком 6.4. Для контроля видимого разрыва контактов разъединителя в оболочке имеются смотровые окна 1. С целью недопущения быстрого износа контактных групп разъединителя установлена блокировка, не позволяющая использовать его для отключения комплектной трансформаторной подстанции под нагрузкой. Это блокировка предусмотрена между разъединителем распределителем устройства высокого напряжения и автоматическим выключателем распределительным устройством низкого напряжения. Она обеспечивает предварительное отключение автоматического выключателя распределительного устройства низкого напряжения соответствующей кнопкой, толкатель 5, показан на рисунке 6.4, которой выведен на внешнюю сторону оболочки распределительного устройства высокого напряжения вблизи рукоятки 2 разъединителя. Только при нажатом толкателе появляется возможность поворота этой рукоятки и разъединения силовой цепи комплектной трансформаторной подстанции со стороны ввода её трансформатора.

На рисунке 6.4 изображены следующие фрагменты оболочки распределительного устройства высокого напряжения комплектной трансформаторной подстанции:

1. смотровое окно
2. рукоятка разъединителя
3. толкатель кнопки отключения автоматического выключателя распределительного устройства низкого напряжения

Выводы и цели

Электротехнический комплекс состоит из следующих компонентов:

1. Комплексной трансформаторной подстанции. Их применяют для преобразования напряжения переменного тока одного уровня в напряжение переменного тока другого уровня той же частоты. Для электроснабжения шахт применяют двухобмоточные трансформаторы с первичным напряжением 35 – 115 кВ и вторичным 6.3 – 6.6 кВ, с охлаждением естественным масляным или с дутьём и естественной циркуляцией масла.
2. Автоматический выключатель. Он обеспечивает моментальное включение и отключение аппарата со скоростью, не зависящей от оператора, рода и массы привода; исключает возможность удержания контактов аппарата во включенном положении при срабатывании защит.
3. Пускатели и станции управления. Они предназначены для дистанционного подключения, отключения и реверсирования асинхронных двигателей технологических машин и установок участка шахты.
4. Кабели

Таким образом, технические средства участковых электротехнических комплексов шахты представляют собой совокупность создания, силовой коммутации, распределения и потребления электроэнергии.

Вероятными аварийными и опасными состояниями шахтной участковой электросети следует считать:

1. межфазные короткие замыкания;
2. межфазные дугообразование;
3. образование круга повышенной проводимости между фазой и землей в результате касания фазного проводника человеком (круги истоков тока на землю);
4. токовые перегрузки электрооборудования;
5. неполно фазное электропитание асинхронных двигателей.

Возникновение указанных состояний должно вызывать автоматическое защитное быстродействующее обесточивания сети.

Целью работы является повышение эффективности эксплуатации участкового электротехнического комплекса шахты за счет обоснования и разработки максимальной токовой защиты повышенного быстродействия.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. критический обзор существующих технических решений
2. разработка и исследование математической модели электротехнического комплекса участка шахты в состоянии междуфазного короткого замыкания с целью обоснования принципа выявления этого режима на начальном этапе его существования;
3. техническая реализация максимальной токовой защиты повышенного быстродействия [1]

Список источников

1. Автоматическая защита электрооборудования шахт от аварийных состояний и опасностей: учебное пособие для высшего учебного заведения / К. Н. Маренич, И.В. Ковалева. - Донецк: ДВНЗ ДонНТУ , 2013. - 209 с.
2. Дзюбан В.С. Аппараты защиты от токов утечки в шахтных электричеких сетях/ В.С. Дзюбан. - М.: Недра, 1982. - 152 с.
3. Дзюбан В.С. Взрывозащитные аппараты низкого напряжения / В.С. Дзюбан. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 240
4. Бариев Н.А. Защитное заземление шахтного элетрооборудования / Н.А. Бариев. - М.: Недра, 1965. - 76 с.