ДонНТУ   Портал магістрів

Мартинюк Лілія Вікторівна

Факультет комп’ютерних наук та технологій

Кафедра “Гірнича електротехніка і автоматика імені Р. М. Лейбова”

Спеціальність “Автоматизоване управління технологічними процесами”

Дослідження впливу зворотного енергетичного потоку відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна на пошкоджений кабель і вдосконалення засобів автоматичного захисту

Науковий керівник: к. т. н., доцент Мареніч Костянтин Миколайович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• 1. Актуальність роботи
• 2. Мета роботи
• 3. Задачі дослідження
• 4. Передбачувана наукова новизна
• 5. Заплановані практичні результати
• 6. Основний зміст роботи
• Висновки
• Перелік посилань

1. Актуальність теми

Шахтний скребковий конвеєр є основним засобом транспорту гірської маси і доставки функціональних вузлів технологічного устаткування в очисному забої вугільної шахти. Специфіка конструкції його приводу (вживання не регульованого за швидкістю асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором і гідромуфти) зумовлює високоінтенсивний розгін скребкового ланцюга (з ривком на початку пуску) і виконання операцій доставок на високій (номінальній) швидкості. Все це представляє небезпеку травматизму персоналу і вимагає вдосконалення конструкції приводу.

Ефективним технічним рішенням в цьому напрямі треба вважати вживання двошвидкісних асинхронних двигунів, що мають синхронну швидкість 1500 об/хв і 500 об/хв. Проте особливість їх експлуатації полягає в тому, що при роботі двигуна в його відключеній обмотці створюється трансформаторна ЕРС, яка є потенційно небезпечна.

Враховуючи, що комплексні дослідження електровражаючиго чинника трансформаторної ЕРС у відключеній обмотці при роботі двигуна типу ЭДКВФ не проводилися, наукова і практична актуальність полягає в дослідженні параметрів трансформаторних ЕРС у відключених обмотках двошвидкісних двигунів в контексті можливості електропоразки людини.

2. Мета роботи

Метою роботи є підвищення безпеки експлуатації двошвидкісного асинхронного двигуна у складі електроприводу шахтного скребкового конвеєра на основі дослідження електровражаючої функції трансформаторної ЕРС у відключеній обмотці і обґрунтування структури технічних засобів забезпечення електробезпеки експлуатації.

3. Задачі досліджень

До основних задач відносяться наступні:

• виконати аналітичний огляд в області проблематики побудови і експлуатації електротехнічних комплексів технологічних ділянок шахт, включаючи способи і засоби захисту людини від електропоразки;
• розробити і досліджувати математичну модель дільничного електротехнічного комплексу з врахуванням параметрів трансформаторних ЕРС у відключених обмотках двошвидкісного асинхронного двигуна;
• обґрунтувати структуру і параметри технічних засобів забезпечення електробезпеки експлуатації двошвидкісних двигунів в умовах шахти;
• розробити принципову схему пристрою забезпечення електробезпеки експлуатації двошвидкісного двигуна і експлуатаційні вимоги до цього пристрою.

4. Передбачувана наукова новизна

Отримала подальший розвиток математична модель шахтного дільничного електротехнічного комплексу на основі вживання систем диференціальних рівнянь, що відрізняється обліком впливу трансформаторних ЕРС відключених обмоток двошвидкісних двигунів на параметри струму в активно-ємнісній провідності ізоляції силових кабельних приєднань.

Отримані функціональні залежності величини струму в ланцюзі витоку на землю від величини трансформаторною ЕРС відключеної обмотки двошвидкісного двигуна з врахуванням перетину і довжини кабелю електроживлення.

5. Заплановані практичні результати

Розроблено пристрій виявлення витоку в ланцюзі приєднання силового кабелю до відключеної обмотки статора двошвидкісного асинхронного двигуна і його захисного знеструмлення у автономному виконанні.

6. Основний зміст роботи

У першій главі міститься аналіз стану питання, сформульована мета і задачі дослідження. Електротехнічний комплекс (ЕТК) шахтної ділянки є найважливішою структурною складовою гірського підприємства. До основних елементів ЕТК ділянки шахти відносяться: дільнична трансформаторна підстанція, автоматичний вимикач, пускачі або станції управління, електродвигуни споживачів і кабельні лінії [1]. Автоматичні вимикачі призначені для оперативних включень і відключень напруги на низьковольтних розподільних пунктах технологічних ділянок шахти, а також автоматичного відключення напруги внаслідок короткого замикання, зникнення напруги в мережі, або по команді зовнішнього пристрою захисту [2, 3, 4]. Магнітні пускачі призначені для дистанційного включення і відключення асинхронних електродвигунів технологічних машин і установок шахт [5]. До дільничних споживачів електроенергії відносять конвеєр, комбайн, маслостанцію і інші механізми. Робоча напруга в шахті – 660 В, або 1140 В [6]. Характерною особливістю ЕТК шахти є обов’язкове дотримання режиму ізольованої нейтралі трансформатора. Завдяки цьому стає можливим вживання захисту людини від електропоразки при торканні до фази мережі.

Існуючі апарати захисту функціонують на основі порівняння постійного оперативного струму, що подається в мережу, з еталонним струмом. За умови, що оперативний струм стає вищим еталонного, формуються команди на захисне відключення мережі.

Специфічною особливістю шахтної кабельної мережі є наявність ємнісної провідності ізоляції. Це створює додаткову дорогу струму через людину при торканні до фази мережі. З метою підвищення електробезпеки сучасні засоби захисту від витоку струму на землю вміщують автоматичні компенсатори (апарат АЗУР-1 і АЗУР-1м) або статичні компенсатори (РУВ-1140, АЗУР-4), які налаштовані на ємність мережі 0,5 мкФ/фазу. При цьому прискорення знеструмлення людини досягається за рахунок створення штучного замикання на землю фази, якої він торкнувся.

Виходячи з викладеного, можна зробити висновок, що існуючий захист від витоків струму на землю в повному обсязі дозволяє запобігти електропоразці людини, яка зумовлена дією енергетичного потоку трансформаторної підстанції.

Характерною особливістю сучасного ЕТК шахти є усе більш широке вживання двошвидкісних двигунів. Основний об’єкт використання таких двигунів – шахтний скребковий конвеєр (СК). В той же час проблемним питанням залишається забезпечення електробезпеки людини в умовах дії на нього зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна (АД) на інтервалі виникнення витоку і, у тому числі, після відключення електромережі. Розрахункова схема електромережі ділянки шахти приведена на рисунку 1 [7].

Операції доставок здійснюються на номінальній швидкості, яка безпосередньо залежить від типу СК і знаходиться в межах 1,08–1,2 м/с. У зв’язку з цим, нормативами, що діють, відносно приводів СК встановлено обов’язкове використання швидкості доставки, яка не повинна перевищувати 1/3 від номінальної швидкості. З цією метою Первомайським електромеханічним заводом ім. К. Маркса почався випуск двошвидкісних асинхронних електродвигунів серії ЭДКВФ (рис.2) [8, 9].

Конструктивно такі двигуни мають дві обмотки статорів з різним числом пар полюсів (наприклад, 4 і 12). Залежно від того яка обмотка статора знаходиться в роботі двигун здатний створювати синхронну швидкість 1500 і 500 об/хв [10].

Для дистанційної комутації двошвидкісного АД передбачається наявність спеціального комплектного пристрою управління, яке має два відокремлених контактора, до виходів яких за допомогою гнучких кабелів приєднуються відповідні обмотки статорів (рис.3) [5].

Наявність двох статорних обмоток з різним числом полюсів на одному магнітопроводі АД створює передумови появи трансформаторного ефекту при включенні однієї з обмоток, що створює потенційно небезпечні стани.

В умовах лабораторного стенду осцилографуванням виявлені параметри ЕРС у відключеній обмотці статора при підключенні до мережі іншої обмотки статора (рис. 4) [11]. Так при роботі АД з номінальною швидкістю в обмотці зниженої швидкості генерується трифазна ЕРС частотою 1650 Гц, а при підключенні до мережі обмотки зниженої швидкості, в обмотці номінальної швидкості генерується ЕРС частотою 650Гц.

Оскільки експлуатація двошвидкісного АД пов’язана з наявністю активних і ємнісних провідностей ізоляції гнучкого кабелю, то створюється небезпека електротравматизму при торканні людиною фази мережі з ізольованою нейтраллю. Інтерес полягає у вивченні процесу формування ЕРС у відключеній обмотці статора при вживанні найбільш поширених марок кабелю з врахуванням їх довжини, перетину і можливих активних опорів ізоляції. Ємнісні опори ізоляції в даному випадку визначаються перетином і довжиною конкретного кабелю [12].

Розглянемо ситуацію, коли СК працює на номінальній швидкості, прийнята марка кабелю КГЕШ перетином 25–70 мм² і завдовжки 10–300 м. Активні опори ізоляції: 100 кОм/фазу, 50 кОм/фазу і 31 кОм/фазу (граничний допустимий опір ізоляції в мережі 660 В).

Виходячи з аналізу форми ЕРС (рис. 4), процес формування трифазної ЕРС відключеної обмотки статора може бути представлений у вигляді послідовного функціонування відповідних фазних джерел електроживлення з різною частотою. Цим моделюється дія на процес зубцевої ЕРС ротора. Приймемо активний опір витоку струму 1 кОм [13]. Структурна схема комп'ютерної моделі представлена на рис. 5.

В результаті моделювання процесів у відключеному приєднанні двошвидкісного АД отримана осцилограма трансформаторної ЕРС в обмотці статора (рис. 6).

Ця ЕРС складається з двох складових: частоти, що несе, і частоти заповнення. Вимірюючи параметри з осцилограми (рис. 4), вносимо їх до структури моделі і отримуємо наступні узагальнені дані (рис. 7) [12].

Аналіз результатів моделювання дозволяє зробити висновок про небезпеку електропоразки людини при торканні до фази відключеної обмотки зниженої швидкості працюючого двошвидкісного АД, а апарат захисту будь-якого типа не реагує на виток струму непідключеної обмотки статора (рис. 8). Це вимагає введення відповідних захисних пристроїв.

Список джерел

1. К. Маренич, С. Карась, Є. Ковальов, С. Василець, В. Ставицький, С. Дубінін, І. Ковальова, О. Бурлака, Р. Єшан, С. Руссіян, Л. Локтіонова. Звіт з науково-дослідницької держтеми № Н 8–04, Наукове обґрунтування раціональних способів експлуатації низьковольтних електротехнічних комплексів гірничих підприємств (завершальний) / К. Маренич, С. Карась, Є. Ковальов, С. Василець, В. Ставицький, С. Дубінін, І. Ковальова, О. Бурлака, Р. Єшан, С. Руссіян, Л. Локтіонова, 2008. – 166 с.
2. В.А. Чумаков, М.С. Глухов, Э.Р. Осипов. Руководство по ревизии наладке и испытанию подземных электроустановок шахт / Под ред. В.В. Дегтярёва, Л.В. Седакова. 2-е изд.,–М.: Недра, 1989. – 614 с.
3. Дзюбан В.С. Взрывозащищённые аппараты низкого напряжения / Дзюбан В.С. – М. Энергоатомиздат, 1993. – 240 c.
4. В.С. Дзюбан, И.Г. Ширнин, Б.Н. Ванеев, В.М. Гостищев. Справочник энергетика угольной шахты / Под общ. Ред. Б.Н. Ванеева. – 2-е изд. – Донецк, ООО «Юго-Восток Ltd.», 2001 – Т2, 440 с.
5. К. Маренич, В. Калинин, В. Ставицкий, К. Староверов, С. Дубинин, А. Бурлака, Р. Ешан, Г. Чекавский, С. Руссиян. Отчет о научно-исследовательской гостеме № Н 2–2001, Научное обоснование параметров шахтной участковой электрической сети повышенного уровня эксплуатационной безопасности и разработка технических решений их реализации (заключительный) / К. Маренич, В. Калинин, В. Ставицкий, К. Староверов, С. Дубинин, А. Бурлака, Р. Ешан, Г. Чекавский, С. Руссиян, 2003. – 169 с.
6. Щуцкий В.И., Волощенко Н.И., Плащанский Л.А. Электрификация подземных горных работ: Учебник для вузов / Щуцкий В.И., Волощенко Н.И., Плащанский Л.А. – М.: Недра, 1986. – 364 с.
7. Маренич К.Н., Василец С.В. Наукові праці ДонНТУ Випуск 20 (182). Статья: Исследование влияния ЭДС вращения группы двигателей в режиме выбега на величину тока утечки в электросети участка шахты.
8. Номенклатурный справочник продукции АО «Первомайский электромеханический завод имени Карла Маркса». – Донецк, 2003.
9. Электродвигатель асинхронный типа ЭКВФ355L12/4. Руководство по эксплуатации ВГИЕ. 526726.002 РЭ.
10. Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІ науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 17–20 травня 2011 р. – Донецьк, ДонНТУ, 2011.–306 с. Статья Мартынюк Л.В., студент; Маренич К.Н. Моделирование обратных энергетических потоков в отключенной обмотке статора двухскоростного двигателя с целью совершенствования защиты от утечек тока на землю.
11. К.М. Маренич, Ю.В. Товстик, В.В. Турупалов, С.В. Василець, І.Я. Лізан. Автоматизований електропривод машин і установок шахт і рудників: навч. посібник для вузів / Під загальною редакцією К.М. Маренича. – Донецьк: ДонНТУ, Харків: УІПА, 2011. – 244 с.
12. Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІІ науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 17–20 травня 2012 р. – Донецьк, ДонНТУ, 2012. – 300 с. Статья Мартынюк Л.В., студент; Маренич К.Н. Исследование возможности электропоражающего фактора отключенной обмотки двухскоростного асинхронного двигателя при его эксплуатации в шахтной электросети.
13. Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей до 1200 В. Общие технические условия. ГОСТ 22929-78, 16 с.

---