Источник: Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых Сб. науч. трудов 5-й Всеукр. МНТК. Донецк, Дон НТУ, 16-19.05. 2005г. С. 26-28.
Комбинированная низковольтная электрическая сеть участка шахты представляет собой протяженные разветвленные системы гибких кабелей, характеризующиеся наличием общей низковольтной трансформаторной подстанции, автоматических выключателей и совокупностью пускателей по числу электрических потребителей. В качестве электропотребителей обычно применяются асинхронные двигатели (АД) с фазными и короткозамкнутыми роторами.
С целью улучшения эксплуатационных параметров электроприводов в настоящее время широкое распространение получают тиристорные регуляторы напряжения (ТРН), применяемые в качестве устройств плавного пуска асинхронного двигателя. Достоинством ТРН является простота силовой схемы и системы двигателя. Схема ТРН отличается малым количеством основных элементов коммутации – силовых тиристоров. Это позволяет упростить систему охлаждения тиристоров в корпусе рудничного взрывобезопастного исполнения и делает предпочтительным использование ТРН в качестве пускового устройства рудничного электропривода.
Функционирование ТРН сопряжено с реализацией принципа фазового регулирования напряжения на нагрузке. На рис.1 представлены диаграммы параметров системы импульсно-фазового управления (СИФУ) «вертикального» принципа действия. Из диаграмм следует, что достигается полный диапазон изменения напряжения на нагрузке при использовании ТРН.
Рисунок 1 – Диаграммы напряжений канала СИФУ
Учитывая это, следует изменить подход к расчету уставок максимальной токовой защиты в низковольтной шахтной электросети. В частности, в соответствии с требованиями нормативной документации уставка УМЗ должна превышать 1,2 от номинального пускового тока двигателя нагрузки и быть меньше двухфазного тока к.з. (на нагрузке) более, чем в 1,5 раза.
При глубоком регулировании выходного напряжения ТРН ток к.з. на нагрузке может оказаться ниже по своей величине, чем номинальный пусковой ток АД. Это приведет к несрабатыванию защиты.
Зависимость изменения тока к.з. от параметров электрической сети (до места к.з.) и угла отпирания тиристоров ТРН установлена в исследованиях [1] и свидетельствует о существенном снижении тока к.з. с увеличением угла отпирания тиристоров и длины кабеля (рис.2). Это требует разработки дополнительных технических решений с целью корректировки чувствительности максимальной токовой защиты (МТЗ).
Рисунок 2 – Зависимость тока замыкания от угла отпирания и расстояния до распредпункта
Однако, этими исследованиями не учтены процессы, характерные для электросети с работающим АД. Кроме указанных выше факторов на параметры тока к.з. существенное влияние будет оказывать ЭДС вращения, индуктируемая в статоре вращающимся полем токов ротора.
где еuk - ЭДС вращения к-й фазы;s, r - индексы, соответственно, статора и ротора АД; L0 - индуктивность рассеянья АД.
Таким образом, с целью исследования рассматриваемого процесса предлагается расчетная схема (рис.3), учитывающая не только активные и индуктивные параметры АД, но и фазные ЭДС вращения, а также параметры коммутации ТРН, активно-индуктивные параметры кабельной сети, питающего трехфазного трансформатора. Схема позволяет имитировать любые комбинации междуфазных коротких замыканий и пригодна для компьютерного моделирования процессов.
Рисунок 3 – Схема замещения системы ТРН-АД для исследования процессов при к.з., учитывающая влияние ЭДС вращения АД (еB )