CC BY
33
альнейшая интенсификация горных работ на основе повышения мощности, надежности и производительности горного оборудования осуществима путем применения регулирования частоты вращения исполнительных органов горных машин и установок. При этом наиболее рационально использование частотно-
регулируемого электропривода (ЧРЭП), включающего преобразователь частоты (ПЧ) того или иного типа и простой, дешевый и надежный в эксплуатации асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором. [1]. Однако шахтные сети, таемые ПЧ, обладают рядом специфических особенностей. В результате экспериментальных исследований новлено, что эти особенности с одной стороны существенно увеличивают опасность поражения электрическим ком обслуживающего персонала [2], а с другой - приводят к отказам в таких сетях серийно выпускаемых ленных устройств защитного отключения (УЗО), предназначенных для шахтных электрических сетей переменного тока промышленной частоты [3]. В связи с этим в данной работе были установлены характер и степень влияния транзисторного ПЧ с широтно-импульс-ной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения на работоспособность УЗО, разработанных ранее специально для шахтных участковых электрических сетей, питаемых ПЧ, и использующих в качестве оперативного переменный синусоидальный ток изменяющейся частоты [4].
Исследование условий работы УЗО в сети с ШИМ-ПЧ, работающей в режиме изолированной нейтрали питающего трансформатора проводилась на экспериментальном стенде, предоставляющем имитацию варианта шахтной участковой сети, в которой длины ее участка от питающего трансформатора до ПЧ и звена постоянного тока ПЧ и двигательной нагрузкой. Стенд включает: разделительный 3-х-фазный трансформатор 380/380 В, работающий в режиме изолированной нейтрали вторичной обмотки; транзисторный ШИМ-ПЧ типа “Триол АТО4/5,5”; АД с короткозамкнутым ротором мощностью 5,5 кВт; генератор постоянного тока, работающий на активную нагрузку; силовой кабель типа ГРШЭ; цифровой запоминающий осциллограф РСБ641 фирмы УеПешап.
При подключении УЗО на УИЧ условия его работы определяются прежде всего величиной и формой напряжения присоединения ипр, т.е. напряжения между точками подключения УЗО к защищаемой сети, которые обусловлены, в свою очередь, величиной, формой и частотой выходного напряжения преобразователя ивь1х ПЧ, а также ЭДС помех Е0, наводимых в заземляющей жиле силового кабеля. В связи с этим были определены экспериментально:
- характер изменения, величина и спектральный состав ипр и Е0 в диапазоне частот ПЧ от 10 до 50 Гц при различных режимах нагрузки и различной длине кабеля на УИЧ, имитируемой магазинами сопротивлений и емкостей;
- спектральный состав фазного напряжения ивы1х ПЧ в том же диапазоне частот ПЧ, при тех же режимах нагрузки и параметрах кабеля;
- характер изменения и величина тока однофазной утечки через активное сопротивление 1 кОм при ее возникновении на УИЧ в том же диапазоне частот ПЧ и при тех же режимах нагрузки и параметрах кабеля.
В результате обработки и анализа экспериментальных данных установлено следующее:
1. амплитуды высших гармоник в спектре ивы1х ПЧ ШИМ-ПЧ, близких к его основной гармонике (5я, 7я, 11я) существенно (в 3-4 раза) меньше амплитуд этих же гармоник выходного напряжения тиристорного ПЧ. При этом амплитуда 5-й гармоники не превышает 6%, 7-й - 4%, 11-й - 1,5% от амплитуды 1-й гармоники спектра ивых ПЧ. Это делает условия функционирования УЗО в сети с ШИМ-ПЧ более благоприятными;
I© В. Г. Куниикий, В.И. Шуикий,
Г.И. Бабокин, С.Б. Малков, 2003
УЛК 621.316.726:
B.Г. Куниикий, В.И. Шуикий, Г.И. Бабокин,
C.Б. Малков
ИССЛЕЛОВАНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЗАШИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В УЧАСТКОВОЙ СЕТИ С ШИМ - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
2. в спектре ивых пч присутствуют высшие гармоники с частотой ШИМ ^ИМ и кратными ей гармониками 2^ИМ, 3^ИМ, и т.д. Они имеют значительную амплитуду, изменяющуюся с изменением частоты ПЧ и параметров кабеля и могут быть источником мощных помех, наводимых в заземляющей жиле кабеля;
3. на рис. 1. приведены графики зависимости относительных (по отношению к амплитуде гармоники с частотой ШИМ - ^ИМ) амплитуд гармоник спектра ипр от частоты ПЧ ^Ч, которые показывают, что ипр имеет сложный гармонический состав. В нем помимо основной гармоники ивь1х пч и его высших гармоник, близких к основной, присутствуют и гармоники с частотой ШИМ и кратными ей, т.е. ^ИМ, 2^]^, 3^ИМ и т.д. Кроме того в ипр можно выделить импульсы, повторяющиеся с частотой 150 Гц, т.е. утроенной промышленной частотой. Амплитуда ипр достигает 240 В, уменьшается при увеличении ^1Ч и резко падает при увеличении емкости кабеля, т.е. его протяженности;
4. на рис. 2. приведены графики зависимости тока однофазной утечки через сопротивление 1 кОм при ее возникновении на УИЧ от емкости кабеля при двух значениях частоты ПЧ. Как видно из рисунка, ток однофазной утечки при ^Ч > 40 Гц и емкости кабеля СК < 0,5 мкФ/фазу превышает максимально допустимое значение [5], что требует обязательной компенсации емкостной составляющей тока утечки для обеспечения необходимого уровня безопасности при эксплуатации сетей с ШИМ-ПЧ.
Таким образом по результатам проведенных исследований можно сделать следующие основные выводы:
1. наличие гармоник с частотой ШИМ и кратных ей, удельный вес которых в спектре ивы1х ПЧ и ипр очень высок, требует экспериментальной и теоретической проверки работоспособности специального УЗО в сетях с транзисторным ШИМ-ПЧ;
2. увеличение протяженности кабеля значительно уменьшают величину ипр и улучшает его спектральный состав, но при этом увеличивается ток утечки, превышая максимально допустимое его значение. Это требует компенсации емкостной составляющей, что в настоящее время трудно осуществимо практически;
3. из-за наличия высокочастотных гармонических составляющих в спектре ив1а1х ПЧ при проведении теоретических исследований характера изменения, закономерностей формирование и величины токов утечки, схема замещения тела человека, прикоснувшегося к сети, должна учитывать не только активную, но и емкостную его проводимость.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. А.С.1356102, СССР, МКИ Н 02 Н3/16. Устройство для защиты от утечек тока в электрической сети переменного тока / Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Колесников Е.Б., Куницкий В.Г. - №4019783; Заяв. 6.02.86; Опубл. 30.11.87, Бюл. №44.
5. Технические требования к рудничному взрывозащищенному электрооборудованию с силовыми полупроводниковыми приборами напряжением до 1140 В. Вост НИИ, Кемерово, 1988.
4. - с. 31-41.
1. Бабокин Г.И, Щуцкий В.И, Серов В.И. Частотнорегулируемый электропривод горных машин и установок. М.: Издательский центр РхТУ. - 1998. - 239 с.
2. Щуцкий В.И, Бабокин Г.И, Куницкий В.Г. Исследование токов утечки в шахтной электрической сети с частотно-регулируемым электроприводом // Эл-безопасность. 1995. - №2. - с. 5-11.
3. Щуцкий В.И, Бабокин Г.И, Лазарев А.И. Экспериментальное исследование условий работы УЗО в сети с преобразователем частоты // Эл-безопасность. 1996. - №3-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Куницкий Виталий Григорьевич -кандидат технических наук, доцент, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева. Щуцкий Виталий Иванович -профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Бабокин Генадий Иванович - профессор, доктор технических наук, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Малков Сергей Борисович - инженер, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева.
