Электротехнический комплекс участка шахты как потребитель представляет собой активно-индуктивную нагрузку. Схема его представляет собой совокупность кабельных линий, асинхронных двигателей (АД), коммутационной аппаратуры и участковой трансформаторной подстанции.
Условия эксплуатации электрооборудования участка отличаются: ограниченностью размеров выработок; высокой влажностью; значительным содержанием в атмосфере угольной пыли; подверженностью электроустановок и кабелей механическим воздействиям. Это способствует повреждению гибких кабелей, а, следовательно, создаёт опасность возникновения короткого замыкания (к.з.).
Процесс к.з. является одним из наиболее опасных состояний низковольтной электросети участка шахты. Существующие устройства максимальной токовой защиты позволяют выявить к.з. и произвести защитное отключение электропитания. Однако действие их не распространяется на подавление последующего процесса, обусловленного реверсом энергетических потоков в сторону точки к.з. от статоров ранее включенных асинхронных двигателей потребителей.
Существующая тенденция к повышению мощности технологических установок предопределяет рост мощности их электродвигателей, разветвление участковой электросети, применение более протяженных кабелей, увеличения их сечения, перевод электросети на повышенные уровни напряжения. В результате снижаются токоограничивающие свойства электросети, повышаются мощности и продолжительность подпитки точки к.з. со стороны статоров АД.
Рисунок 1 – Схема вероятных энергетических потоков к точке к.з. после защитного отключения участковой электросети
Общий подход к математическому описанию переходных процессов при возникновении к.з. представлен в исследовании [1]. Он предполагает учет ударного тока к.з. как совместное проявление его апериодической и периодической составляющих. В исследовании [2] рассмотрены особенности изменения энергетических потоков при возникновении к.з. Однако рассмотрена локальная электросеть, не учитывается подпитка точки к.з. со стороны двигателей смежных потребителей, не учитывается состояние самих этих двигателей (возможное торможение коротким замыканием).
Актуальным представляется исследование особенностей воздействия обратных энергетических потоков на точку к.з. с целью обоснования приемлемого технического решения в области ограничения параметров указанного аварийного процесса после защитного отключения электросети.
Рассмотрим процесс возникновения и последующего протекания к.з. в гибком кабеле (ГК) присоединения разветвленной шахтной участковой электросети, содержащей совокуп-ность (n) асинхронных двигателей (М) потребителей. Схема такой электросети представлена на рис. 1.
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).
Практический интерес представляет рассмотрение третьего состояния процесса к.з.
После защитного отключения питающего напряжения АД потребителей прекращают получать электропитания и выполняют функции электроэнергетических установок, генерирующих экспоненциально убывающую обратную ЭДС к точке к.з. Асинхронные двигатели переходят в режим свободного выбега. Здесь имеет место одиночный выбег каждого электродвигателя. Следовательно, источником питания становятся потребители участка шахты, и в течение определенного времени подпитывают точку к.з. Однако ЭДС вращения гасятся значительно быстрее, так как сопротивление короткозамкнутого участка аварийной электросети обусловлено только гибким кабелем. При этом полный ток в точке к.з. будет состоять из суммы токов, создаваемых каждым электродвигателем:
 |
(1) |
На рис.2 представлена схема замещения цепи j-го потребителя для одной фазы:
Рисунок 2 - Схема замещения цепи j-го потребителя
На этой схеме введены следующие обозначения: Lкj, Rкj соответственно индуктивное и активное сопротивление фазы гибкого кабеля ГКj длиной lкj, обратная ЭДС асинхрон-ного двигателя потребителя. Остальные обозначения являются общепринятыми для Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя. Для полученной схемы замещения асинхронной машины запишем известные уравнения [3]:
 |
(2) |
Упрощенная структурная схема для полученных уравнений представлена на рис.3:
Рисунок 3 – Упрощённая структурная схема модели
Ток в точке отключения источника фактически является уравнительным током всех ЭДС вращения, которые генерируются в статорах АД потребителей. В данном случае необходимо учитывать индивидуальный характер экспонент снижения обратных ЭДС, обусловленный соответствующими постоянными времени двигателей. Однако до момента отключения контакторов КМ1-КМn пускателей (рис. 1) все АД генерируют обратные ЭДС на общую короткозамкнутую сеть. Необходимо учесть параметры нагрузки, представляющей собой активно-индуктивные сопротивления гибких кабелей от АД до точки к.з.
После снижения ЭДС вращения и отключения контакторов магнитных пускателей в точке к.з. действует только ЭДС вращения аварийного присоединения, соответственно, ток в месте к.з. определяется только собственным током аварийной цепи.
Таким образом, при описании модели процесса протекания короткого замыкания в присоединении электротехнического комплекса участка шахты после защитного отключения должны быть учтены такие факторы влияния как обратные ЭДС асинхронных двигателей потребителей, формирующие обратные энергетические потоки электропитания точки к.з.
Библиографические ссылки- Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт. – М.: Недра, 1977.- 206 с.
- Перехідні процеси в системах електропостачання: Підручник для вузів / Г.Г. Півняк, В.М.Винославський, А.Я. Рибалко, Л.І. Несен / За ред. академіка НАН України Г.Г. Півняка. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2002.- 579 с.
- Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. – Л.: Госэнергоиздат, 1963.- 744 с.
Вернуться в библиотеку
Вернуться к началу статьи