ДонНТУ   Портал магістрів

Панфілов Олександр Юрійович

Факультет комп'ютерних наук і технологій

Кафедра гірничої електротехніки і автоматики

Спеціальність Автоматизація технологічних процесів і виробництв

Дослідження процесів в електромережі дільниці шахти при виникненні короткого замикання і розробка швидкодіючої автоматичного захисту

Науковий керівник: доцент Ковальова Інна Володимирівна

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• Аналіз об'єкта дослідження
• 1. Загальні принципи побудови електротехнічного
• 1.1 Комплектні трансформаторні підстанції
• Висновки і цілі
• Список джерел

Вступ

Гірниче виробництво являє собою комплекс взаємопов'язаних енергоємних технологічних процесів і припускає застосування потужного електромеханічного обладнання в умовах потенційної небезпеки виникнення пожежі, вибуху метано-повітряної суміші або вугільного пилу. Фактори небезпеки доповнюються високим ступенем ймовірності механічного пошкодження гнучких кабелів дільничних електромереж, які застосовуються для підведення електроенергії від дільничних розподільні пункти до електродвигунів споживачів. В результаті таких пошкоджень можуть виникати стану міждуфазних коротких замикань, сопроваждается займання електрообладнання; небезпека електропоразки людини при торканні фазного провідника, що знаходиться під напругу

Ці обставини зумовлюють необхідність застосування цілого комплексу заходів по захисному знеструмлення рудничних електротехнічних комплексів при виникненні аварійних або опсних станів, що реалізується відповідними автоматичними засобами захисту.

Аналіз об'єкта дослідження

1. Загальні принципи побудови електротехнічного комплексу

Процес видобутку вугілля на сучасному гірському підприємстві відбувається за умови функціонування численних технологічних установок: очисних і підготовчих комплексів, конвеєрного і локомотивного транспорту, водовідливу, вентиляції, шахтного підйому та ін. Всі ці установки оснащені електроприводами, як правило, середньої або великої потужності. Отже, електротехнічні комплекси технологічних ділянок і установок шахти є її найважливішими об'єктами, що забезпечують виконання всіх виробничих процесів.

Структура електротехнічного комплексу видобувної дільниці шахти, вказана на малюнку 1.2, будується відповідно до положень нормативних документів і містить джерело живлення - комплектну трансформаторну підстанцію, розподільний пункт ділянки і асинхронні електродвигуни (М) споживачів. У свою чергу, дільничний розподільний пункт повинен бути представлений сукупністю магнітних пускачів (П), від яких по радіальної схемою в асинхронних двигунів відповідних споживачів відходить наявність розгалуженої мережі гнучких кабелів (ГК). [1]

Груповий автоматичний вимикач застосовується на введенні дільничного розподільного пункту з метою подачі (зняття) напруги на розподільному пункті вручну і відключення його в автоматичному режимі при зникненні напруги в мережі, виникнення короткого замикання в відгалуженні, або при наявності команди зовнішнього технологічного захисту (наприклад, газовий захист ). Подача напруги від дільничної підстанції на введення групового автоматичного вимикача розподільного пункту відбувається по магістральному кабелю, в якості якого приймають броньовані або напівгнучкі екрановані кабелі.

Поряд з використанням магнітних пускачів, вся сукупність силових комутаційних апаратів розподільчого пункту ділянки може бути розташована в комплектному розподільчому пристрої - станції управління згідно з рисунком 1.3.

Сучасні тенденції застосування енерготехнічного устаткування підвищеної потужності обумовлюють необхідність електроживлення таких споживачів напругою підвищеного номінального рівня (1140 В). Як правило, особливістю пристрою схем електропостачання шахтних ділянок є те, що харчування таким напругою застосовують тільки для потужних струмоприймачів (комбайн, конвеєр), а інші малопотужні споживачі підключають до джерела лінійного напруги 660 В згідно з рисунком 1.4

Згідно з рисунком 1.3 узагальнена структурна схема станції управління СУВ-350А складається з наступних деталей:

1. БП - блок живлення;
2. БГУ - блок дистанційного керування;
3. БКІ - Блок контролю ізоляції
4. БСЗ - блок струмового захисту
5. ДС1- ДСЗ - датчики струму;
6. QS - роз'єднувач;
7. QF - автоматичний вимикач;
8. FA1 - електромагнітний расцепитель;
9. FV- нульовий расцепитель;
10. YАТ- незалежний расцепитель;
11. К1-К7 - контактори приєднань, що відходять

Отже, джерелом електроживлення споживачів технологічного ділянки є комплектна трансформаторна підстанція, зазначена на малюнку 1.5, яка виконує функцію перетворення напруги високого рівня (6 кВ) в напругу, узгоджену за рівнем з величиною номінальної напруги споживачів ділянки (660 В або 1140 В). Режим нейтрали дільничної електромережі шахти є ізольованим. Функція захисного відключення напруги з силового приєднання виходу трансформаторної підстанції реалізується автоматичним вимикачем 8А, що входить до складу її розподільного пристрою низької напруги і спрацьовує по команді максимального струмового захисту; апарату захисного знеструмлення кола витоку струму на землю, інших зовнішніх захистів. Основним призначенням автоматичного захисту є визначення стану витоку струму на землю в дільничній електромережі (внаслідок пошкодження ізоляції, або торкання людиною фазного провідника, що знаходяться під напругою) і формування команди на захисне знеструмлення мережі. [2]

1.1 Комплектні трансформаторні підстанції

Трансформатори напруги застосовують для перетворення напруги змінного струму одного рівня в напругу змінного струму іншого рівня тієї ж частоти.

Для електропостачання шахт застосовують двохобмотувальні трансформатори з первинним напругою 35 - 115 кВ і вторинним 6.3 - 6.6 кВ, з охолодженням природним масляним або з дуттям і природною циркуляцією масла. Трансформатори можуть бути обладнані пристроями для регулювання напруги під навантаженням. Для електропостачання низьковольтних споживачів застосовують двохобмотувальні трансформатори з масляним охолодженням, з вищою напругою 6 кВ і нижчим 0.23; 0.4; 0.69 кВ потужністю від 25 кВА до 1600 кВА. Для шахт з відокремленим живленням застосовують трёхобмоточние трансформатори з масляним охолодженням і регулюванням напруги під навантаженням потужністю від 10000 кВА до 40000 кВА, зображеними на малюнку 6.1. Вторинну обмотку трёхобмоточного трансформатора ТДТНШ напругою 6.3 кВ використовують для живлення споживачів поверхні, а обмотку напругою 6.6 кВ - для живлення підземних споживачів. Застосування трёхобмоточних трансформаторів в складі головних поверхневих підстанцій шахт дозволяє гальванічно розділити мережі поверхневого і підземного електропостачання. В результаті, ці мережі можуть мати різний режим нейтралі. Опору ізоляції поверхневої і підземної електромережі гальванически не пов'язані між собою і не впливають один на одного (як паралельне з'єднання опорів). Різного роду перенапруження, що виникають в електромережі поверхні, в меншій мірі впливають на параметри підземної електромережі шахти.

В даний час в схемі головних поверхневих підстанцій шахт, обладнаних спочатку двообмоткових трансформаторами, з метою гальванічної розв'язки підземних і поверхневих електромереж додатково передбачають розділові двохобмотувальні трансформатори з коефіцієнтом трансформації 1: 1 ТМШ, потужністю від 2500 до 4000 кВА.

Трансформатори з масляним охолодженням забезпечуються газовими реле для захисту від надмірного підвищення температури всередині трансформатора і витоку масла, а так само термосифонного фільтрами 5 для безперервної регенерації масла.

Для електропостачання переміщуються електроустановок, а також для електропостачання електроустановок з обмеженою тривалістю використання застосовують комплектні трансформаторні підстанції напругою 35/6 кВ потужністю 1000 ... 6300 кВА. Вони можуть бути блочного типу і перевозяться. Для електропостачання низьковольтних споживачів виготовляють комплексні трансформаторні підстанції внутрішньої і зовнішньої установки. Комплексні трансформаторні підстанції забезпечують прийом, перетворення і розподіл електричної енергії. Комплексні трансформаторні підстанції складається, зображена на малюнку 6.2 з вступного комплектного розподільного пристрою вищої напруги 1, трансформатора 2 і розподільного пристрою нижчої напруги 3.

Відповідно малюнку 1.5 функціональна схема комплектної трансформаторної підстанції складається з наступних компонентів:

1. РУВН, РУНН - розподільні пристрої високої та низької напруги;
2. QS - роз'єднувач;
3. TV1 - силовий трансформатор;
4. TV2 - трансформатор власних потреб;
5. ДС - датчики струму;
6. ДТ - датчик температури [4]

Сухі вибухобезпечні трансформатори серій 2ТСВ і ТСВ застосовують для електропостачання споживачів працюють в підземних виробках шахт небезпечних за газом або пилом. Трансформатор складається з активної частини, що розміщується в кожусі з ходовою візком. З торцевих сторін кожуха розміщені вступні коробки вищої і нижчої напруги. Кожух трансформатора в залежності від потужності має кругле, овальне або грушоподібні перетин, оребрені або гофровану поверхню. Обмотка вищої напруги має відводи для регулювання напруги на ± 5% щодо номінального. Доступ до панелі регулювальних відводів здійснюється через люк 5, відповідно до малюнком 6.3, а), розміщений на боковій стінці кожуха. Вступні пристрої нижчої напруги трансформаторів потужністю 100 ... 400 кВА допускають можливість з'єднання обмотки за схемою зірки або трикутника.

При необхідності здійснення відокремленого живлення споживачів в системі підземного електропостачання застосовують розділовий трансформатор ТСВР-630 / 6-6. З метою компенсації втрат напруги в трансформаторі коефіцієнт трансформації прийнятий рівним 0.96 в режимі номінального навантаження. Тому вторинна обмотка має напругу х.х. 6270 В. Для приєднання високовольтного апарата захисту від витікання струму вторинна обмотка з'єднана в зірку з виведеною нульовою точкою.

Для електропостачання підземних споживачів напругою 380 В, 660 В і 1140 В широко застосовують комплектні трансформаторні підстанції серій ТСВП і КТПВ. Застосування комплектних трансформаторних підстанцій дозволяє наблизити напругу 6 кВ можливо ближче до споживачів, забезпечити високу мобільність переміщення, полегшити монтаж і переміщення електрообладнання. Комплектна трансформаторна підстанція складається з наступних основних елементів, відповідно до малюнком 6.3: трансформатора 3, розподільного пристрою вищої напруги 2, розподільного пристрою нижчої напруги 4 і ходової частини 1. У складі комплектної трансформаторної підстанції використовують трансформатори 2ТСВ відповідних потужностей. У конструкції підстанцій використані внутрішні розвантажувальні пристрої (УРГ-1; УРГ-2). Вони виконують функцію клапана, і в разі вибуху метано-повітряної суміші в одному з відсіків трансформаторної підстанції, відкривають доступ продуктам вибуху (при їх надмірному тиску) в суміжний відсік (охолоджуючи при цьому продукти вибуху до безпечної температури). Це дозволило знизити розрахунковий надлишковий тиск і знизити товщину оболонок комплектної трансформаторної підстанції. Для спуску конденсату в нижній частині кожуха встановлені вибухонепроникні пробки, заповнені подрібненим кварцитом або склокульок.

Розподільний пристрій високої напруги розміщується у взривонепроніцаємой оболонці, яка за допомогою фланцевого з'єднання кріпиться до кожуха трансформатора. У верхній частині розподільчого пристрою високої напруги передбачена вступна коробка, а в торцевій частині - відкидна кришка. В оболонку вбудований триполюсні роз'єднувач - вимикач навантаження (QS) з ручним приводом, здатний відключати струм навантаженого трансформатора. Його рукоятка 2 розташована на боковій стінці оболонки розподільного пристрою високої напруги, відповідно до малюнком 6.4. Для контролю видимого розриву контактів роз'єднувача в оболонці є оглядові вікна 1. З метою недопущення швидкого зносу контактних груп роз'єднувача встановлена ??блокування, що не дозволяє використовувати його для відключення комплектної трансформаторної підстанції під навантаженням. Це блокування передбачена між роз'єднувачем розподільником пристрою високої напруги і автоматичним вимикачем розподільним пристроєм низької напруги. Вона забезпечує попереднє відключення автоматичного вимикача розподільного пристрою низької напруги відповідної кнопкою, штовхач 5, показаний на малюнку 6.4, якої виведений на зовнішню сторону оболонки розподільного пристрою високої напруги поблизу рукоятки 2 роз'єднувача. Тільки при натиснутому штовхачі з'являється можливість повороту цієї рукоятки і роз'єднання силового ланцюга комплектної трансформаторної підстанції з боку введення її трансформатора.

На рисунку 6.4 зображені наступні фрагменти оболонки розподільного пристрою високої напруги комплектної трансформаторної підстанції:

1. оглядове вікно
2. рукоятка роз'єднувача
3. штовхач кнопки відключення автоматичного вимикача розподільного пристрою низької напруги

Висновки і цілі

Електротехнічний комплекс складається з наступних компонентів:

1. Комплексної трансформаторної підстанції. Їх застосовують для перетворення напруги змінного струму одного рівня в напругу змінного струму іншого рівня тієї ж частоти. Для електропостачання шахт застосовують двохобмотувальні трансформатори з первинним напругою 35 - 115 кВ і вторинним 6.3 - 6.6 кВ, з охолодженням природним масляним або з дуттям і природною циркуляцією масла.
2. Автоматичний вимикач. Він забезпечує моментальне включення і відключення апарату зі швидкістю, що не залежить від оператора, роду і маси приводу; виключає можливість утримання контактів апарату у включеному положенні при спрацьовуванні захистів.
3. Пускачі та станції управління. Вони призначені для дистанційного підключення, відключення і реверсування асинхронних двигунів технологічних машин і установок ділянки шахти.
4. Кабелі

Таким чином, технічні засоби дільничних електротехнічних комплексів шахти являють собою сукупність створення, силовий комутації, розподілу і споживання електроенергії.

Ймовірними аварійними і небезпечними станами шахтної дільничної електромережі слід вважати:

1. міжфазні короткі замикання;
2. міжфазні дугообразованіе;
3. освіту кола підвищеної провідності між фазою і землею в результаті торкання фазного провідника людиною (кола джерел струму на землю);
4. струмові перевантаження електрообладнання;
5. неповно фазное електроживлення асинхронних двигунів.

Виникнення зазначених станів повинно викликати автоматичне захисне швидкодіючий знеструмлення мережі.

Метою роботи є підвищення ефективності експлуатації дільничного електротехнічного комплексу шахти за рахунок обґрунтування і розробки максимального струмового захисту підвищеної швидкодії.

Для вирішення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

1. критичний огляд існуючих технічних рішень
2. Розробка та дослідження математичної моделі електротехнічного комплексу дільниці шахти в стані міжфазного короткого замикання з метою обґрунтування принципу виявлення цього режиму на початковому етапі його існування;
3. технічна реалізація максимального струмового захисту підвищеної швидкодії [1]

Список джерел

1. Автоматичний захист електрообладнання шахт від аварійних станів і небезпек: навчальний посібник для вищого навчального закладу / К. М. Маренич, І.В. Ковальова. - Донецьк: ДВНЗ ДонНТУ, 2013. - 209 с.
2. Дзюбан В.С. Апарати захисту від струмів витоку в шахтних електричок мережах / В.С. Дзюбан. - М .: Недра, 1982. - 152 с.
3. Дзюбан В.С. Вибухозахисні апарати низької напруги / В.С. Дзюбан. - М .: Вища школа, 1993. - 240
4. Барієв Н.А. Захисне заземлення шахтного елетрооборудованія / Н.А. Барієв. - М .: Недра, 1965. - 76 с.