CC BY
20
Г.М. Петров, А.Г. Кутепов
АНАЛИЗ СЛУЧАЕВ ПРИКОСНОВЕНИЯ К АВАРИЙНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ В СИСТЕМЕ TN ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ
Обогатительные фабрики РФ относятся к опасным производственным объектам, электроприемники низкого напряжения которых должны получать питание от электрических сетей с изолированной нейтралью источника тока. В существующих правилах безопасности при дроблении, сортировке, обогащении полезных ископаемых и окусковании руд и концентратов в вопросах электроснабжения потребителей обогатительных фабрик существуют различные толкования - к использованию рекомендованы электрические сети напряжением до 1 кВ с различными режимами нейтрали. Рассмотрены различные случаи прикосновения к аварийному оборудованию в электрической сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ, для которых получены аналитические зависимости. Ключевые слова: обогатительные фабрики, короткое замыкание, электрическая сеть с изолированной нейтралью, электрическая сеть с глухозаземленной нейтралью, системы заземления, зануление.
Введение
Обогатительная фабрика является предприятием горного профиля, которое осуществляет переработку твердых полезных ископаемых для получения технически значимых продуктов, пригодных для промышленного использования. Часто обогатительная фабрика входит в состав горнодобывающего предприятия.
На обогатительных фабриках перерабатываются и обогащаются руды цветных металлов, руды черных металлов, неметаллические полезные ископаемые и уголь. В зависимости от взаимного расположения «добывающее предприятие — фабрика» различают обогатительные фабрики:
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 6. С. 89-98. © 2016. Г.М. Петров, А.Г. Кутепов.
УДК 622.862.7
• индивидуальные — для обогащения полезных ископаемых, поступающих только с одного добывающего предприятия, которые, как правило, располагаются на одной с этим предприятием промышленной площадке;
• групповые и центральные — для обогащения полезных ископаемых нескольких добывающих предприятий, расположенных отдельно от добывающих предприятий.
В соответствии с классификацией профессора А.А. Абрамова [1], в зависимости от применяемых технологических процессов различают обогатительные фабрики:
• гравитационные, на которых наиболее часто подвергают обогащению руды редких металлов, марганцевые руды и угли;
• флотационные, на которых обогащают главным образом руды цветных металлов и редких металлов, апатитовые и калийные руды, неметаллические полезные ископаемые;
• магнитообогатительные, на которых подвергают обогащению в основном магнетитовые и титаномагнетитовые руды;
• промывочные, предназначенные для обогащения окисленных железных, марганцевых руд и фосфоритов;
• дробильно-сортировочные, на которых осуществляют дробление и грохочение богатых железных руд и известняков, сортировку горючих сланцев и углей, дробление, грохочение и классификацию строительных горных пород с получением различных видов и сортов строительных материалов.
Обогатительная фабрика включает в себя технологическое оборудование транспортировки полезного ископаемого в обогатительную установку, оборудование обогащения полезного ископаемого, оборудование классификации концентрата и погрузки в железнодорожные вагоны, оборудование вагонных электротолкателей и контактной сети, а также вспомогательное оборудование отопления, вентиляции и аспирации.
В соответствии с технологическим назначением оборудование обогатительной фабрики делится на следующие технологические комплексы:
• ТК транспортировки полезного ископаемого — комплекс технологического и вспомогательного оборудования для транспортировки полезного ископаемого в обогатительную установку, а также для складирования шлама, отсева и т.п.;
• ТК обогащения — комплекс технологического и вспомогательного оборудования по обогащению полезного ископаемого, а также складирования породы;
• ТК погрузки — комплекс технологического и вспомогательного оборудования для складирования сортового концентрата, погрузки сортового концентрата в железнодорожные вагоны со склада или напрямую из обогатительной установки;
• ТК электротолкателей — комплекс технологического и вспомогательного оборудования обеспечивающего работу вагонных электротолкателей.
Электроснабжение технологических комплексов обогатительной фабрики осуществляется от трансформаторных подстанций. Для приема электроэнергии от сети энергосистемы и распределения ее между цехами по территории предприятия сооружают одну или несколько главных понизительных подстанций (ГПП) или осуществляют глубокий ввод. В последнем случае напряжение поступает на несколько промежуточных подстанций, понижающих напряжение до 6—10 кВ и обслуживающих группу цехов и механизмов. От шин ГПП и ПГВ электрическая энергия поступает непосредственно к крупным механизмам (дробилкам, мельницам, эксгаустерам и др.) и к трансформаторам цеховых подстанций.
Цеховые подстанции (ТП) и распределительные устройства (РУ) 6—10 кВ, как правило, пристраиваются к корпусу цеха или встраиваются в него. Питание подстанций осуществляется чаще всего кабельными линиями; питание РУ — по кабельным линиям и шинопроводам.
Электроэнергию внутри производственных корпусов и между соседними корпусами, получающих электроэнергию от одной подстанции, распределяют с помощью распределительных линий (РЛ). Распределительные линии могут быть радиальными, магистральными и комбинированными.
Трехфазные электроприемники обогатительных фабрик в основном питаются напряжением 0,38; 0,66; 6 или 10 кВ; однофазные электроприемники — напряжением 0,22 кВ частотой 50 Гц.
В отношении надежности электроснабжения все электропотребители согласно ПУЭ (7-е изд.) [2] делятся на три категории. На углеобогатительных, рудообогатительных и агломерационных фабриках к потребителям первой категории относятся сравнительно небольшое число электроприемников, такие, как сгустители, вращающие печи, насосы смазки агло-эксгаустеров, противопожарные насосы, насосы для перекачки хвостов, если не предусмотрен аварийный сброс их, а перерыв в электроснабжении может вызвать затопление фабрики. К электропотребителям второй категории на обогатительных
фабриках относятся все основные электроприемники — дробилки, мельницы, сепараторы, вентиляторы, осадочные машины и т.п. К электропотребителям третьей категории относится большинство электроприемников вспомогательных цехов обогатительных и агломерационных фабрик, таких, как склады, механические мастерские, прибороразделочные отделения, химическая лаборатория, административный быткомбинат и другие помещения.
В соответствии с ПБ 03-571-03 «Единые правила безопасности при дроблении, сортировке, обогащении полезных ископаемых и окусковании руд и концентратов» [3] объекты, на которых ведутся работы по обогащению полезных ископаемых, в соответствии с Федеральным законом Российской Федерации «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [4] отнесены к опасным производственным объектам. Обогащение полезных ископаемых включает в себя технологические процессы дробления, сортировки и переработки полезных ископаемых, окускование руд и концентратов полезных ископаемых.
Обычно для электроснабжения опасных производственных объектов горнодобывающей отрасли используется электрическая сеть с изолированной нейтралью источника тока (подземные и открытые горные работы). На обогатительных же фабриках есть различные толкования. Так согласно п. 793 ПБ 05-58003 [5] в электроустановках стационарного типа напряжением до 1 кВ на действующих объектах, как правило, используется глухозаземленная нейтраль, а для вновь проектируемых объектов обогатительных фабрик рекомендуется применение изолированной нейтрали. Согласно п. 354 ПБ 03-571-03 [3] для осветительных сетей обогатительных фабрик должна применяться электрическая схема с изолированной нейтралью при линейном напряжении не выше 220 В. Как должны питаться силовые электроприемники в данном нормативном документе вообще не прописано. Поэтому в данной статье была поставлена задача анализа применения различных систем заземления в электрических сетях напряжением до 1 кВ с различными режимами нейтрали источника тока.
Основная часть
В настоящее время на обогатительных фабриках в электрической сети напряжением до 1 кВ нашла применение система заземления ТЫ", при которой корпуса электроприемников
имеют металлическую связь с нулевой точкой источника питания. При анализе данной системы заземления рассмотрим различные случаи короткого замыкания.
На рис. 1 приведена схема замыкания фазы на корпус в электрической сети напряжением до 1 кВ с системой заземления ТЫ".
Для упрощения исследование схемы зануления в трехфазной электрической сети согласно [6] допускается проводить как для однофазной. В работах [7] и [8] рассматривается замыкание фазы на корпус без участия человека. Рассмотрим различные случаи прикосновения человека к оборудованию, оказавшегося под напряжением.
На рис. 2 представлена общая схема замещения процесса короткого замыкания в однофазной электрической сети при прикосновении человека к аварийному электрооборудованию.
При анализе данной схемы рассмотрим три случая: • прикосновение к аварийному оборудованию в случае отсутствия повторного заземлителя;
Рис. 1. Схема замыкания фазы на корпус в системе TN: IV — силовой трансформатор (источник питания); QF, QF2 — автоматические выключатели; Ь1, Ь2, Ь3 — фазы силовой питающей сети; РЕИ — совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник; Дчел — сопротивление тела человека, Ом; г0 — сопротивление заземления нейтрали, Ом; ДПЗ — сопротивление повторного заземлителя, Ом; г ^ф, — полные сопротивления соответственно линии № 1 и линии № 2, Ом; РЕ1 — защитный проводник от нулевой точки источника питания до аварийного электроприемника; РЕ2 — защитный проводник от корпуса аварийного электроприемника до магистрального защитного проводника; РЕ3 — защитный проводник от аварийного электроприемника до повторного заземлителя; 1КЗ — ток короткого замыкания, А; /ел — часть тока КЗ, проходящего через тело человека, А; /РЕ1, /рЕ2, 1рЕ3 — части тока КЗ, проходящие соответственно через защитные проводники РЕ1, РЕ2 и РЕ3, А; 10 — часть тока КЗ, проходящая через заземление нейтрали, А
Рис. 2. Общая схема замещения: zт — полное сопротивление трансформатора, Ом; гк — сопротивление контакта в месте замыкания, Ом; Я
+Я, - - п
= Я +
п
переходное сопротивление в месте замыкания, Ом; Я — сопро-
тивление пола, Ом; Я — сопротивление обуви, Ом
• прикосновение к аварийному оборудованию, расположенному от повторного заземлителя на определенном расстоянии;
• прикосновение к аварийному оборудованию, расположенному непосредственно у повторного заземлителя.
1-й случай.
На рис. 3 представлена схема замещения электрической сети для первого случая.
Схема рис. 3 описывается уравнениями:
где г = ■
I = 1
13
иф = ^ • г +1 • г
1 • (г, + 2к) = 1
• г-
з
(1) (2) (3)
СФ1
сф 2
' гРЕ2 ; г3 = Г0
+ я
пер
Рис. 3. Схема замещения сети в случае прикосновения человека к аварийному оборудованию при отсутствии повторного заземлителя
Решая эти уравнения, получим:
иФ (2э + 22 + 2к)
I =
12 =
1э =
21 • 22 + ^ 22 • ■2э + ■2э • 21 + 21 • 2к - 2Э ' '2к
иФ • 2Э
21 • 22 - ^ 22 • 2Э + "2э • 21 + 21 • 2к " + 2Э • 2к
иф Л 22 + 2к )
21 " 22 + 22 ' 2Э + 2Э ' 21 + 21 ' 2к + 2Э ' 2к
(5)
(6)
Напряжение прикосновения будет равно:
ипр = К • 2 + 1э •(Ячел + Япер). (7)
Подставляя соответствующие значения из выражений (4) и (6), получим:
(22 + 2к ) (Кчел + Кпер )
^пр = ^ф
21 • 22 + 22 • 23 + 2Э • 21 + 21 • 2к + 23 • 2к
(8)
2-й случай
На рис. 4 представлена схема замещения электрической сети для второго случая. Рассмотрим ожидаемую величину напряжения прикосновения при R = 0 и R = 0.
г г пер чел
Схема рис. 4 описывается уравнениями:
где 21 = — + 2,
ф1 + 2ф2 + 2РЕ2 ' 22 = 2РЕ1 ' 2Э = '0 1 КПЗ 1 2РЕЭ '
I = I + I ;
иФ =1 • 24 + 4 • 2э ;
К2 • 22 = КЭ • 2Э ,
2РЕ2 ; 22 = 2РЕ1 ; 2Э = 'о + КП
(9) (10) (11)
2
24 = 21 + 2к
I 0-
РШЫ 0—
гл1Ъ
>
''и
"О
Ят П>ЕЗ --1}
Рис. 4. Схема замещения сети для второго случая
I-!
Решая эти уравнения, получим:
I _ Цф (¿2 + ¿РЕ3 + Г0 + ЯПЗ ) . (12)
1 ¿2 (¿1 + + Г0 + ЯПЗ + ¿РЕ3 ) + (Г0 + ЯПЗ + ¿РЕЗ^> (¿1 + ^ ) ;
I _ Цф (2РЕ3 + Г0 + ЯПЗ) . (13)
2 ¿2 (¿1 + ^ + Г0 + ЯПЗ + ¿РЕ3 ) + (Г> + ЯПЗ + ¿РЕЗ^> (¿1 + ) '
13 _—---^^-----г . (14)
Цф •
¿2 (¿1 + ^ + Г0 + ЯПЗ + ¿РЕ3 ) + (г0 + ЯПЗ + ¿РЕ3> (¿1 + )
Напряжение прикосновения будет равно:
ЦпР _ К ■ РЕ3 + 1 • ЯПЗ . (15)
Подставляя соответствующие значения из выражений (12) и (14), получим:
_гРЕ3 (¿2 + ¿РЕ3 + Г0 + ЯПЗ ) + ЯПЗ ' ¿2_
¿2 (¿1 + + Г0 + ЯПЗ + ¿РЕ3 ) + + ЯПЗ + гРЕ3> (¿1 + 2к )
(16)
Цпр _ Цф
3-й случай
На рис. 5 представлена схема замещения электрической сети для третьего случая. Отличие от схемы рис. 4: гРЕ3 = 0. Схема рис. 5 описывается уравнениями:
1 _ Ь + 1з; (17)
Цф _ 1 ■ ¿4 + 1з ■ ¿з; (18)
1 ■ ¿2 _ 1з ■ ¿3 , (19)
где ¿1 _ -3 + ¿ф1 + ¿ф2 + ¿ре2; 22 _ гРЕ1; ¿3 _ г0 + ЯПЗ ; ¿4 _ г1 + гк.
Рис. 5. Схема замещения сети для третьего случая
Решая эти уравнения, получим:
I = , . Л(!2 +ЕпзL . ,; (20)
¿2 (¿1 + + Г° + КПЗ ) + + -Япз ) (¿1 + )
иф (г° - + КПЗ )
¿2 (¿1 + + Г° + Кпз ) + (г° + -Япз ) ( ¿1 + )
иФ • ¿2
I = ——:-:—. Г \ . / „ ч/—:—т; (21)
13 =-^^-. (22)
¿2 (¿1 + + Г° + КПЗ ) + (Г° + КПЗ ) (¿1 + )
Напряжение прикосновения будет равно:
К = 1з • Кпз . (23)
Подставляя соответствующие значения из выражений (12) и (14), получим:
и = иф-Кпз ' ¿2--(24)
"Р Ф ¿2 (¿1 + + Г° + КПЗ ) + (Г° + КПЗ ) (¿1 + )
Выводы
Полученные аналитические выражения позволят в дальнейшем получить зависимости для типового участка обогатительной фабрики для различных систем заземления с разными режимами нейтрали источника тока.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамов А. А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых: Учебник для вузов. Т. 2. Технология обогащения полезных ископаемых. — М.: Изд-во МГГУ, 2004. — 510 с.
2. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. — М.: ЗАО «Энергосервис», 2002.
3. ПБ 03-571-03 Единые правила безопасности при дроблении, сортировке, обогащении полезных ископаемых и окусковании руд и концентратов, 2003.
4. Федеральный закон № 116-ФЗ от 15.03.2013 г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», 2013.
5. ПБ 05-580-03 «Правила безопасности при обогащении и брикетировании углей (сланцев), 2003.
6. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. 5-е изд., перераб. и доб. — Л.: Энергоатомиздат, 1991. — 480 с.
7. Петров Г. М., Кутепов А. Г., Саркисян Р. М. Анализ заземляющей системы в электрической сети с глухозаземленной нейтралью источника питания // Горный информационный аналитический бюллетень. - 2012. - № 6. - С. 270-275.
8. Кутепов А. Г., Петров Г. М. Исследование заземляющей сети машин и оборудования горной промышленности // Научный вестник МГГУ. - 2012. -№ 5. - С. 50-58. ЕИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Петров Геннадий Михайлович1 — кандидат технических наук, доцент, профессор, e-mail: petrovgm@mail.ru,
Кутепов Антон Григорьевич1 — аспирант, e-mail: antkut@mail.ru, 1 МГИ НИТУ «МИСиС».
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 6, pp. 89-98.
UDC 622.862.7 G.M. Petrov, A.G. Kutepov
ANALYSIS OF THE TOUCHING INCIDENTS TO EMERGENCY EQUIPMENT IN TN ELECTRICAL NETWORK SYSTEM WITH DEADLY EARTHED NEUTRAL UP TO 1 kV
Processing plants in Russian Federation are related to hazardous production facilities. Low voltage electrical receivers of such facilities must be powered from electric power networks with insulated neutral current source. However, there are plenty of different interpreting of existing safety rules by crushing, sorting, mineral dressing and agglomeration of ores and concentrates regarding to electric power supply to processing plant consumers - electric network voltage up to 1 kV with different modes of neutral are recommended to usage. This article describes different touching incidents to emergency equipment in electrical network system with deadly earthed neutral up to 1 kV. Resulting analytic dependence are provided.
Key words: processing plants, short circuit, electrical network system with isolated neutral, electrical network system with deadly earthed neutral, grounding system.
AUTHORS
Petrov G.M.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Professor, e-mail: petrovgm@mail.ru,
Kutepov A.G.1, Graduate Student, e-mail: antkut@mail.ru, 1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Abramov A. A. Pererabotka, obogashchenie i kompleksnoe ispol'zovanie tver-dykh poleznykh iskopaemykh: Uchebnik dlya vuzov. T. 2. Tekhnologiya obogashcheniya poleznykh iskopaemykh (Processing, dressing and multipurpose utilization of solid minerals: textbook for high schools, \fol. 2. Technology of dressing of minerals), Moscow, Izd-vo MGGU, 2004, 510 p.
2. Pravila ustroystva elektroustanovok, 7-e izd. (Regulations for electrical installation, 7th edition), Moscow, ZAO «Energoservis», 2002.
3. Edinyepravila bezopasnostipri droblenii, sortirovke, obogashcheniipoleznykh iskopaemykh i okuskovaniirudikontsentratov PB 03-571-03 (Unified safety rules for crushing, sorting, dressing of minerals and agglomeration of ores and concentrates SR 03-571-03), 2003.
4. Federal'nyy zakon no 116-FZot 15.03.2013 «Opromyshlennoy bezopasnosti opasnykh proizvodstvennykh ob"ektov» (Federal Law no 116-FZ of 03.15.2013, «On industrial safety of hazardous production facilities»), 2013.
5. Pravila bezopasnosti pri obogashchenii i briketirovanii ugley (slantsev) PB 05-580-03 (Safety rules for dressing and briquetting of coal (shale) SR 05-580-03), 2003.
6. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. 5-е изд. (Fundamentals of electrical safety, 5th edition), Leningrad, Energoatomizdat, 1991, 480 p.
7. Petrov G. M., Kutepov A. G., Sarkisyan R. M. Gornyy informatsionnyy analiticheskiy byulleten'. 2012, no 6, pp. 270—275.
8. Kutepov A. G., Petrov G. M. Nauchnyy vestnik MGGU. 2012, no 5, pp. 50-58.
