CC BY
22
номии 2672 т у. т. при производстве электроэнергии.
Таким образом, микроГЭС и ВЭУ могут стать надежными, экологически чистыми, компактными, быстроокупаемыми источ-
никами электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, водонапорных станций, небольших производств, особенно в от-
даленных, труднодоступных районах, где эксплуатация линий электропередач связана с большими затратами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бляшко Я.П. Опыт МНТО ИНСЭТ по созданию и эксплуатации оборудования для микро- и малых ГЭС. /Теплоэнергетика, 1999, №2. - С.26-29.
2.Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. - М.: Микхис, 1999. - 228 с.
3.Шпильрак Э.Э. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. - М.: Энергия: экономика, техника экология, 1997, № 5. - С. 7 - 14.
4.Безруких П.П., Безруких П.П. (мл.) Что может дать энергия ветра. - М.: Энергия: экономика, техника экология, 2000, № 2. - С. 13 - 24.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Бабокин Геннадий Иванович -профессор, доктор технических наук, НИ РХТУ, кафедра «Электротехника», проректор по научной арботе.
Лазарев Андрей Иванович- доцент, кандидат технических наук, НИ РХТУ, кафедра «Электротехника».
© В.Г. Куниикий, В.И. Шуикий,
Г.И. Бабокин, С.Б. Малков, 2003
УАК 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
а!Йшая интенсификация гор-эа бот на основе повышения ости, 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, питаемые
ПЧ, обладают рядом специфических особенностей. В результате экспериментальных исследова -ний установлено, что эти особенности с одной стороны существенно увеличивают опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала [2], а с другой - приводят к отказам в таких сетях серийно выпускаемых промышленных 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 широтноимпульсной 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 ивых ПЧ, а также ЭДС по-
мех 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 ивых 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 ивых ПЧ ШИМ-ПЧ, близких к его основной гармонике (5я, 7я, 11я) существен-но (в 34 раза) меньше амплитуд этих же
гармоник выходного напряжения тиристорного ПЧ. При этом амплитуда 5-ой гармоники не превышает 6%, 7-ой - 4%, 11-ой
- 1,5% от амплитуды 1-ой гармоники спектра ивых ПЧ. Это делает условия функционирования УЗО в сети с ШИМ-ПЧ более благоприятными;
2. В спектре Свых ПЧ присутствуют высшие гармоники с частотой ШИМ ¡0ИМ 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 - ¡0ИМ) амплитуд гармоник спектра ипр от частоты ПЧ ¡пч, которые показывают, что Спр имеет сложный гармонический состав. В нем помимо основной гармоники ивых ПЧ и его высших гармоник, близких к основной, присутствуют и гармоники с частотой ШИМ и кратными ей,
т.е. ¡шим, 2^им, 3^им и т.д. Кроме того в ипр можно выделить импульсы, повторяющиеся с частотой 150 Гц, т.е. утроенной промышленной частотой. Амплитуда Спр достигает 240 В, уменьшается при увеличении ¡пч 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 ¡пч > 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 Свых ПЧ и ипр очень высок, требует экспериментальной и теоретической проверки работоспособности специального УЗО в сетях с транзисторным ШИМ-ПЧ;
2. Увеличение протя-жен-ности кабеля значительно уменьшают величину Спр 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 Свых 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
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. -№3-4. - с. 31-41.
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.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------------------------------
Куницкий Виталий Григорьевич - доцент, кандидат технических наук, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Новомосковск.
Щуцкий Виталий Иванович- профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Бабокин Генадий Иванович - профессор, доктор технических наук, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Малков Сергей Борисович- инженер, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева
