УДК 621.647.1:621.316.1
Принципы построения процессов в шахтной участковой электросети после защитного отключения.
Авторы: Бильдей Е.Е., Виляева Е.П. – студентки;
Научный руководитель – Маренич К.Н. к.т.н., доц.
(Донецкий национальный технический университет, Донецк, Украина)
Источник: X научно–техническая конференция аспирантов и студентов «Автоматизация технологических объектов и процессов. Пошук молодих. Сборник научных трудов». (Донецк 20–22 мая 2009г) – Донецьк, ДонНТУ, 2009. – 207 с.
Очистной участок шахты характеризуется наличием большого количества нестационарного (перемещаемого в процессе работы) технологического оборудования, в составе которого, как правило, эксплуатируются асинхронные электродвигатели (АД). Это обстоятельство определяет наличие разветвленной сети гибких кабелей. Однако в условиях шахты гибкие кабели наиболее подвержены повреждениям, что обусловливает высокую опасность электротравматизма и вероятность возникновения междуфазных коротких замыканий. Существующая аппаратура защиты от утечек тока на землю (аппаратура серии АЗУР), а также токовые защиты автоматических выключателей и пускателей позволяют с высоким быстродействием выявить, соответственно, утечку тока на землю (вследствие прикосновения человека к элементу электросети); короткое замыкание [1]. Однако после защитного отключения аварийное состояние электросети не устраняется. Причиной является наличие обратных энергетических потоков от ранее включенных АД потребителей, находящихся в состоянии свободного выбега. Учитывая, что активная мощность АД совокупности потребителей участка сопоставима с полной мощностью питающей трансформаторной подстанции, опасность электропоражающего фактора и воспламенения точки короткого замыкания вследствие действия этих токов очевидна. В связи с этим представляется актуальным моделирование процессов в участковой электросети шахты, обусловленных действием обратных энергетических АД после защитного отключения.
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.
Моделирование переходного процесса короткого замыкания в цени питания одного из двигателей производится замыканием контакта К1 в цепи нагрузки выпрямителя VC1. Такая схема позволяет получить абсолютную симметрию фазных токов короткого замыкания в аварийной точке (исключается влияние разных сопротивлений контактов и их дребезг при использовании трехфазного короткозамыкателя).
Для случая короткого замыкания следует учитывать величины активных и индуктивных (Rк;Xк) сопротивлений кабелей.
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 стохастически.
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».
Характер экспоненты снижения ЭДС АД обусловлен постоянной времени Та, которая зависит от собственных параметров электродвигателя и сопротивления гибкого кабеля присоединения.
где Хк, rк – индуктивное и активное сопротивление цепи короткого замыкания.
Если же 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.
Приведенная структура схемы замещения и допущения позволяют разработать структуру компьютерной модели ЭТК участка шахты после защитного отключения электропитания вследствие возникновения короткого замыкания или утечки тока на землю в кабельном присоединении i-го потребителя.
Библиографические ссылки
1. Справочник энергетика угольной шахты/[Дзюбан В.С., Ширнин М.Г., Ванеев Б.К., Гостищев В.М.]; под общ. ред. Б.Н.Ванееа – [2-е изд.] – Донецк, ООО «Юго-Восток Ltd.», 2001, - Т1. – с. 339-411;
2. Маренич К.М. Аналіз енергетичних співвідношень у електротехнічному комплексі дільниці шахти під час групового вибігу електродвигунів споживачів/Маренич К.М., Василець С.В. – Донецк, ООО «Юго-Восток Ltd.», 2007. – с.137-142.(Взрывозащищенное электрооборудование)(Труды УкрНИИВЭ)