Cодержание
Введение
Применение электроэнергии в шахтах сопряжено с рядом опасностей (поражение обслуживающего персонала током, пожары, взрывы метана открытыми дугами, искрами и токами утечек), поэтому важное значение имеет разработка различных мероприятий и средств обеспечения безопасности.
Развитие угольной промышленности обусловливает повышение энерговооруженности горных машин, увеличение протяженности и разветвленности электрических сетей. Усложнение рудничных систем электроснабжения и электроустановок требует применения более точных методов научных исследований процессов в электротехническом участке шахты.
Эффективным средством обеспечения безопасности при эксплуатации рудничных электроустановок является применение защиты от токов утечек на землю, осуществляющей защитное отключение электроэнергии при соответствующих аварийных режимах.
Однако практика эксплуатации показывает, что сопутствующим опасным фактором электро поражения является наличие обратного энергетического потока от ранее включенных асинхронных двигателей потребителей после защитного отключения. С увеличением мощности электроприводов и протяженности кабельных линий такая опасность повышается. Поэтому задача исследования процессов, обуслвленных действием обратных энергетичесих потоков при возникновении токов утечки на землю является актуальной.
1. Цель и задачи исследований
Целью данной работы является повышение электробезопасности эксплуатации оборудования технологического участка шахты на основе обоснования параметров автоматического устройства подавления обратных ЭДС электродвигателей потребителей после защитного отключения сети.
Задачи исследования работы таковы:
1. Провести анализ влияния обратных энергетических потоков на уровень электробезопастности при касании человеком токоведущей части кабеля;
2. Обосновать математическую модель электротехнического комплекса шахты учитывая влияние обратных энегретических потоков;
3. Разработать функциональную и принципиальную схемы устройства автоматического подавления обратной ЭДС двигателя .
2. Актуальность темы
Условия эксплуатации электрических сетей участков шахт представляют повышенную опасность поражения персонала электрическим током, в связи с этим разработаны и эксплуатируются аппараты защиты от утечек тока на землю. Их применение является обязательным для схем электроснабжения участков шахт. Однако практика эксплуатации показывает, что после защитного отключения защита от поражения персонала обеспечивается не в полной мере, т.к. сохраняется действие обратных энергетических потоков асинхронных двигателей. Следовательно изучение этих процессов и разработка соответствующих устройств защиты является актуальным.
3. Планируемые практические результаты
Разработка устройства автоматического подавления обратной ЭДС асинхронных двигателей после защитного отключения участка электрической сети.
При подготовке материала будут использованы результаты исследований произведенных на основе моделирования участка шахтной сети и процессов происходящих в ней в аварийных случаях.
4. Критический обзор известных технических решений составляющих предмет прототипа и аналогов разрабатываемого устройства
В настоящее время в схемах распределительных устройств низкого напряжения шахтных участковых трансформаторных подстанций используют разные типы аппаратов зашиты от утечек тока на землю: АЗПБ, АЗУР, РУ-1140 и др. Кроме того для защиты от электропоражения в сетях с напряжением 127В используют аппараты упрощенной схемы – УАКИ-127. Принцип действия последних основан на образовании круга постоянного оперативного тока Iоп в цепи сопротивления изоляции и утечки на землю и формировании команды на защитное отключение электросети, если величина этого оперативного тока будет больше чем заданная допустимая (25мА). Измерительным и в то же время исполнительным устройством УАКI-12 является электромагнитное реле, которое включено в последовательную цепь оперативного тока. Это исключает самоконтроль исправности схемы аппарата. Компенсация емкостных составляющих тока утечки на землю выполняется не в полном объеме, т.к. в схеме УАКИ-127 использован статический компенсатор с фиксированной величиной индуктивности.
Этих недостатков лишены схемы аппаратов типа АЗПБ; АЗУР, принцип действия которых основан на сравнении оперативного тока Iоп с эталонным Iэт (который циркулирует во внутренней цепи аппарата). В случае если Iоп > Iэт формируется команда на отключение исполнительного реле (ИР) аппарата защиты, которое, в свою очередь, отключает автоматический выключатель РПНН участковой трансформаторной подстанции. До отключения ИР может также произойти его отключение, или нарушение целостности схемы аппарата защиты. Это отвечает требованиям самоконтроля исправности схемы защиты от утечек тока на землю.
Последовательно в цепи оперативного тока Iоп подключен дроссель автокомпенсатора емкостных токов утечки на землю. Схема аппарата защиты постоянно измеряет емкость изоляции сети и изменением тока в обмотке подмагничивания дросселя автокомпенсатора подстраивает индуктивность последнего соответственно емкости изоляции сети.
Кроме того эффективным решением на счет повышения уровня электробезопасности является закорачивание на землю фазы сети, в которой возникла опасная утечка тока на землю. Это принцип использован в схеме аппарата типа РУ-1140.
Периодическую проверку работоспособности аппаратов защиты осуществляют перед началом каждой смены замыканием фазы сети на дополнительный заземлитель через проверочный резистор кнопкой проверки.
Дополнительный заземлитель располагают на расстоянии не меньше 5м от местного и присоединяют к схеме аппарата защиты через зажим, изолированный от корпуса. Такая схема позволяет также контролировать исправность заземлителя.
Аппараты серий АЗПБ; АЗУР могут быть использованы автономно. Этому применению соответствует рудничное исполнение указанных аппаратов во взрывобезопасной оболочке. В этом случае аппарат защиты должен влиять на групповой автоматический выключатель АВ, которые соединяются с силовым трансформатором электропитания кабелем длинной не больше 10м.[1]
5. Краткое изложение собственных результатов, имеющихся к моменту завершения работы над авторефератом
В настоящее время исследованы принципы построения процессов в шахтной участковой электросети после защитного отключения и исследованы особенности влияния обратных энергетических потоков на аварийные процессы в электротехническом комплексе шахты.
Для исследования процессов в участковой электросети шахты после её защитного отключения целесообразно использовать схему замещения представленную на рис.1. Эта схема предусматривает учет всех параметров асинхронных двигателей (M1 – Mn) потребителей, таких как активные и индуктивные сопротивления статоров (Rс;Xс); приведенные активные и индуктивные сопротивления роторов (R’r; X’r ); индуктивные сопротивления цепи намагничивания (Xо); ЭДС вращения (евр), индуктируемые на статоре каждого АД вращающимся полем токов ротора.
Рисунок 1 – Схема замещения электротехнического участка шахты для исследования процессов утечки тока на землю и короткого замыкания после защитного отключения
Для случая возникновения утечки тока на землю предусмотрено включение сопротивления утечки (Rут =1кОм) контактом К2 и учет активных и емкостных сопротивлений изоляции кабелей (Rиз;Xиз).
Таким образом, включенное состояние контакторов позволяет воздействовать на аварийную точку со стороны совокупности АД потребителей.
Особенностью применения пускателей является то, что их схемы, получая питание от ЭДС вращения (евр) АД, удерживают контакторы КМ во включенном состоянии некоторое время после отключения напряжения питания сети. Будем полагать, что напряжение отключения каждого контактора находится в пределах 0,4-0,6 от номинального напряжения сети, и отключение контакторов происходит стахостически.
где р – число пар магнитных полюсов АД; is и ir – токи статора и ротора; - индуктивность главного магнитного поля в расчете на фазу АД; А – индекс фазы «А».
Если происходит утечка тока, то ЭДС экспоненциально снижается с постоянной Tp затухания свободного тока ротора:
где Lm - индуктивность главного потока АД; Lp, w0 и s - полная индуктивность, синхронная частота вращения и скольжение ротора; Io и rp - ток холостого хода и активное сопротивление ротора АД; Uф - фазное напряжение статора в режиме холостого хода; Кн = 1 - 1,1 - коэффициент насыщения АД.
В случае рассмотрения недопустимого состояния ЭТК участка шахты, обусловленного наличием низкого сопротивления утечки тока на землю схема должна быть заполнена составляющими, имитирующими активно-индуктивные сопротивления рабочих жил кабелей (Rk;Xk), активные сопротивления и ёмкости изоляции кабелей относительно земли (Rиз;Сиз) и активные сопротивления утечки тока на землю (Rут) на участие между контакторами, например, КМn и соответствующим двигателем Мn (рис.2).
Рисунок 2 – Схемы замещения участка i-го кабеля при возникновении утечки на землю через тело человека: а – общая; б – расчетная
(Анимация: объём - 52,43; размер - 976x463; колличество кадров - 17; задержка между кадрами - 5000мc; задержка между последним и первым кадрами - 5000мc; колличество циклов повторения - бесконечное)
(Коротко об анимации: в следствии возникновения утечки тока на землю после защитного отключения сети автоматическим выключателем асинхронный двигатель еще какое-то время вращается, тем самым подпитывая точку утечки в силу возникновения обратных энергетических потоков.)
Учитывая, что свободный выбег двигателей, работающих на сопротивление утечки (Rут) будет более продолжительными, чем при работе на точку к.з., интервалы включенных состояний контакторов будут так же увеличены. При этом, следует ввести в допущения о стохастическом характере отключения контакторов КМ1 – КМn при снижение обратных ЭДС АД (M1 – Mn) до уровня 0,35 – 0,4 от номинального напряжения сети.
Приведенные структуры схем замещения и допущения можно использовать для разработки структуры компьютерной модели ЭТК участка шахты после защитного отключения электропитания вследствие возникновения утечки тока на землю в кабельном присоединении i-го потребителя.
Развитие этой теории связанное с исследованием применения предварительно разряженной емкости в качестве средства подавления обратных энергетических потоков асинхронных двигателей показано в статье 1 из списка библиотеки.
Заключение
Современное состояние угольной промышленности характеризуется тенденцией применения более мощных этектроприводов, разветвлённых кабельных сетей и переходом на более высокие наминальные напряжения. В связи с этим повышается уровень опасности электротравматизма представляет обратные энергетические потоки электродвигателей участковых потребителей после защитного отключения сети.
В настоящей работе выполнен аналитический обзор известных технических решений по выявлению и отключению утечек тока на землю, обоснована задача исследования процессов, обусловленных обратными энергетическими потоками и обоснованы схемы устройства автоматического их подавления. Обоснована и исследована математическая модель процесса, разработано техническое решение по выявленю информационного параметра, а также разработана схема устройства автоматического отключения цепи обратного энергетического потока от асинхронного двигателя при возникновении тока утечки и защитного отключения.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2010 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.
Список использованной литературы
1. Маренич К.Н., Калінін В.В., Товстик Ю.В., Лізан И.Я, Коломієць В.В. електрообладнання технологічних установок гірничих підприємств. Підручник. – Донецьк: ДонНТУ, Харків: УІПА, 2009 – 372с.
2. Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт. – М.: Недра, 1977. - 206 с.
3. Дзюбан В.С., Риман Я.С. Об электромагнитной постоянной времени затухания обратной э.д.с. шахтных электродвигателей. – В кн. Взрывобезопасное электрооборудование. Вып. 6 М., Энергия, 1969
4. Лейбов Р.М., Озерной М.И. Электрификация подземных горных работ. – М.: Недра, 1972.
5. 14. Василец С.В., Маренич К.Н. Об особенностях компьютерного моделирования процессов короткого замыкания в низковольтной участковой шахтной сети / Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць IV Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 11-14 травня 2004р.- Донецьк: ДонНТУ, 2004. – С.50-55.
6. Сивокобыленко В .Ф., Лебедев В.К., Кукуй К.А. Математическое моделирование асинхронной нагрузки в режимах группового выбега и самозапуска. – Сб. научн. трудов ДонНТУ. Серия: электротехника и энергетика, вып. 41: – Донецк : ДонНТУ, 2002. – с . 28-34.
7. Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей напряжением до 1200 В. Общие технические условия. ГОСТ 22929-78, М. Изд-во стандартов, 1978, 16 с.
8. Ковач К.П., Рац. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. – М.–Л.: Госэнергоиздат, 1963.- 744 с.
9. Автоматизация процессов подземных горных работ/ под ред. А.А. Иванова. – Киев – Донецк: «Выща школа», 1987. – 328с
10. Груба В.И., Никулин Э.К., Оголобченко А.С. «Технические средства автоматизации в горной промышленности». – Киев: ИСМО, 1998. – 374с
11.Центр комплектации «СпецТехРесурс» - http://www.laborant.ru
12. Рынок микроэлектроники - http://www.gaw.ru
|
