В последнее время получила широкое применение схема электроснабжения шахт от подстанций глубокого ввода напряжением 110-220/6 кВ. Главная распределительная подстанция шахты по такой схеме находится на одной территории с подстанцией глубокого ввода, а питание распределительных подстанций, расположенных под землей, осуществляется бронированными кабелями напряжением 6кВ. Согласно требованиям «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах» металлические оболочки и броня кабелей должны присоединяться по концам к заземлителям питающей и приемной подстанций.

Питание электроприемников в шахте осуществляется, как правило, кабельными линиями, имеющими специальную заземляющую жилу, также присоединяемую по концам к заземлителю подстанции 6 кВ и корпусам электроприемников. Таким образом, корпуса шахтных электроприемников и металлоконструкций имеют металлическую связь с заземлителем подстанции глубокого ввода 110-120 кВ.

Такая схема электроснабжения шахт по условиям электробезопасности имеет свои особенности.В случае однофазного замыкания на землю в сети 110-220 кВ через заземлитель подстанции глубокого ввода протекает ток, достигающий в ряде случаев нескольких тысяч ампер. На заземлителе подстанции на 0,1-0,3 с (время действия защиты) в сети 110-220кВ появляется напряжение

где – ток однофазного короткого замыкания, А; R – сопротивление растеканию заземления подстанции с учетом отходящих кабельных линий и заземлений распределительных подстанций, Ом.

Напряжение на заземлителе подстанции глубокого ввода и вынесенный на корпуса электроприемников потенциал в общем случае зависят от ряда факторов: сопротивления растеканию заземляющего устройства подстанции 110-220/6 кВ, волнового сопротивления проводников (оболочки и брони кабелей, четвертого провода), связывающих корпуса электроприемников с заземлителем подстанции глубокого ввода, сопротивления главных и местных заземлителей общей сети заземления шахты.

По вопросу о выносе электрических потенциалов по металлическим оболочкам и броне силовых кабелей, проложенных в траншеях, имеется ряд работ и исследований [Л. 1-3] . Однако кабельные сети напряжением 6кВ для электроснабжения шахтных подземных электроприемников отличаются от поверхностных кабельных сетей как по конструктивному исполнению, так и по способу прокладки. Джутовое покрытие силовых кабелей с ленточной броней при прокладке в земле (в кабельных траншеях) практически не является изоляцией. В этом случае броня и оболочка кабеля имеют связь с землей по всей длине, что снижает общее сопротивление системы заземления и величину выноса потенциала.

Шахтные силовые кабели и кабели марки ЭВТ для горизонтальной прокладки имеют броню в виде пучка стальной проволоки, способной нести продольную нагрузку от массы кабеля, и наружную пластмассовую оболочку. Для таких кабелей растекание тока с оболочки и брони не происходит, что увеличивает (по сравнению с силовыми кабелями, прокладываемыми в земле) долю вынесенного потенциала по отношению к величине потенциала на заземлителе подстанции.

Приближенная оценка величины вынесенного потенциала по шахтным силовым кабелям может быть получена на основе применения методики для поверхностных кабелей в траншеях [Л.1] с учетом особенностей шахтных кабельных линий.

Рассмотрим вынос потенциала на примере схемы электроснабжения шахты им. М.И. Калинина производственного объединения Артемуголь. В качестве расчетных примем следующие параметры: сопротивление, растеканию заземлителя подстанции 110/6 кВ – 0,5 Ом; сопротивление общей сети заземления, состоящей из главных и местных заземлителей, – 2 Ом; ток однофазного замыкания на землю в сети 110 кВ – 10 кА (по данным энергосистем).

По результатам расчета при условии отсутствия стекания тока с оболочки и брони кабеля по его длине величины вынесенного потенциала на различных горизонтах шахты 520, 740, 850, 960 и 1070 м практически одинаковы и равны примерно 2,7 кВ, т.е. значительно превышают допустимые значения напряжения прикосновения, составляющие [Л.5] при времени действия 0,1 – 0,2 с соответственно 500 – 250 В. Столь высокий потенциал на металлоконструкциях и корпусах электрооборудования может привести к поражению людей в шахте в результате появления на время действия защиты напряжения прикосновения и шага, а также к возникновению взрыва и пожара в шахте.

Полученный порядок величины потенциала свидетельствует об актуальности задачи исследования и разработки достаточно точной методики расчета выноса и распределения потенциалов в шахтах, а также разработки технических средств эксплуатационного контроля и обеспечения условий электробезопасности.

В настоящее время более точные данные о выносе потенциалов и величине напряжения прикосновения и шага в штатах могут быть получены измерениями непосредственно в натуральных условиях по известному способу [Л.4]. По этому способу на заземлитель подстанции 110/6 кВ от трансформатора собственных нужд подстанции подается кратковременно (порядка 0,1 с) напряжение 220 В относительно специального токового электрода, расположенного в зоне нулевого потенциала. Подача напряжения осуществляется с помощью электронного короткозамыкателя, позволяющего коммутировать токи до 500 А . Величина тока замыкания выбирается с таким расчетом, чтобы потенциал на заземлителе подстанции 110-220/6 кВ был на порядок выше величин постоянно присутствующих на заземлителях наведенных напряжений. При этом величина потенциала на заземлителе, его длительность и период повторения выбираются исходя из условий обеспечения безопасности людей, находящихся в зоне растекания тока с заземлителей.

Многократность повторения подачи напряжения на заземлитель позволяет производить измерения распределения потенциалов в большом количестве точек. Измерения величин потенциалов на заземлителях и их распределение по поверхности с целью определения напряжений прикосновения и шага выполняются с помощью высокоомного импульсного вольтметра. Измеренные значения напряжений приводятся к расчетным значениям токов однофазных замыканий на землю в сети 110-220 кВ. Пересчет величины напряжения прикосновения выполняется по формуле

где Uпр – напряжение прикосновения при однофазном замыкании в сети 110 кВ, В; Uпр.изм – измеренное значение напряжения прикосновения при токе измерения, В; Iо.к.з – ток однофазного короткого замыкания на землю в сети 110 кВ, заданный системой, А; Iизм – ток измерения, А.

ВЫВОДЫ

1. При электроснабжении шахтных электроприемников от подстанции глубокого ввода напряжением 110-220 кВ в случае однофазных коротких замыканий возможен вынос значительных электрических потенциалов по металлическим оболочкам и броне кабелей на корпуса и металлоконструкции шахтного электрооборудования. Это может представлять собой опасность поражения людей и возникновения взрывов и пожаров в шахтах.

2. Представляется необходимым включить в планы работ научно-исследовательских и проектных институтов проведение исследований по вопросу о выносе потенциалов на корпуса подземного электрооборудования и металлоконструкции угольных шахт при о.к.з. в сетях 110-220 кВ, разработку средств эксплуатационного контроля выноса и распределения потенциалов и практических рекомендаций по обеспечению безопасности в шахтах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

     1. Найфельд М.Р., Куприянович Ю.М. О выносе потенциалов оболочками кабелей при однофазных замыканиях в сетях 110-220 кВ. – «Промышленная энергетика», 1970, №7.

     2. Трусова Р.И. Измерение потенциала, вынесенного кабелями связи с контура заземления энергоустановок. – «Труды ВНИИЭ», 1963, вып. 32.

     3. Максименко Н.Н., Чуманов В.П. Однофазные замыкания на землю в сетях 35-110 кВ Крайнего Севера. – «Электрические станции», 1965, №9.

     4. Найфельд М.Р., Гончарик Е.П., Куприянович Ю.М. Способ измерения распределения потенциалов, напряжений прикосновения и шага. А. С. №455287. Опубл. В бюлл. «Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товарные знаки», 1974, №48.

     5. Долин П.А., Сибаров У.Г. О проекте временных норм допустимых напряжений прикосновения и токов через тело человека. – «Промышленная энергетика», 1974, №9.