CC BY
27
2004
УДК 621.316.9
В.В. Корейский, А.В. Юрченко
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ УЗО В ЭЛЕКТРОВОЗНОЙ ОТКАТКЕ
Семинар № 18
А нализ принципиальных возможностей
./л. средств защитного отключения, базирующихся на различных методах контроля утечек тока, и опыт их реализации при серийном производстве и внедрении в контактных сетях рудных и угольных шахт показал - несмотря на функциональные различия средств защитного отключения, всем им присуще одно общее качество: низкая реализуемость.
В работах, посвященных рассматриваемой проблеме, этот факт находит качественную оценку в выражениях типа "ввиду очевидной сложности", "в силу трудности реализации" и т.д. Очевидно, что для создания эффективных средств защитного отключения шахтных контактных сетей, необходимо конкретизировать качественные оценки и показатели, определить причины их вызывающие, оценить их количественно для минимизации результирующей сложности (стоимости) комплекса технических средств, разработки рациональных алгоритмов диагностики контактных сетей и методов построения средств защитного отключения.
На наш взгляд, из методов контроля утечек тока заслуживают внимания те, которые реализуют частотное и временное разделение каналов оперативного и рабочего токов.
Попробуем осуществить качественный анализ сложности реализации средств защитного отключения. Общая стоимость средств защитного отключения определяется суммой затрат на их проектирование и изготовление, монтаж и эксплуатацию, которая, в свою очередь, определяется затратами на обслуживание, ремонт и воздействием на другие технологические системы.
Защитное отключение - управление комплексом электрического оборудования электровозной откатки с помощью специальных устройств по данным измерений в контактной сети и определение случаев возникновения опасных утечек с последующим отключением. Такое представление процедуры защитного от-
ключения кроме смыслового соответствия оправданно еще и тем, что в ряде реализаций отдельные составляющие силового комплекса одновременно являются функциональными звеньями средств защитного отключения.
В защитах, реализующих временное разделение каналов оперативного и рабочего токов, тяговый преобразователь формирует оперативные паузы для измерений в контактной сети (рис. 1). В качестве исполнительного органа средств защитного отключения используется контактная и бесконтактная коммутирующая аппаратура, входящая в комплекс технических средств электровозной откатки.
Таким образом, использование средств защитного отключения предполагает взаимодействие силового и вспомогательного оборудования. При таком взаимодействии кроме основных (технологических) связей между элементами комплекса возникают дополнительные связи и взаимодействия.
Осуществляются измерения в контактной сети и информационная обработка сигнала, прерывание питающего напряжения (тока), заграждение силовых цепей электровозов, вырабатываются команды на отключение контактной цепи.
Прерывания питающего напряжения (тока) вызывают .отрицательное влияние на функционирование силового оборудования. Так, трансформатор перегружается| !высочочрстотными
Рис. 1. Форма напряжения зондирующих импульсов КС
составляющими тягового тока, ухудшаются условия работы тяговых двигателей, чувствительных к пульсациям тока, сокращается срок службы управляемых вентилей, работающих в режиме циклической коммутации тягового тока, появляется необходимость в установке на электровозах специальных заградителей и т.д. Дополнительные связи и взаимодействия порождают вторичные эффекты, затрудняющие функционирование электротехнических систем и служб. Высокочастотные составляющие электромагнитного поля, создаваемого в пространстве горных выработок при протекании по контактному проводу пульсирующего тока, ухудшают работу связи и телемеханики. Частые повреждения электровозных заградителей, ухудшение условий работы коммутирующей аппаратуры тяговых двигателей и трансформатора увеличивают затраты на обслуживание этих средств и эксплуатацию электровозного транспорта в целом.
При временном разделении каналов рабочего и оперативного токов преобладающими являются потери, обусловленные влиянием на системы связи и телемеханики; энергетические потери и потери, обусловленные снижением надежности тягового преобразователя из-за работы тиристоров в режиме форсированной циклической коммутации больших токов.
Реальным путем уменьшения потерь, обусловленных влиянием на системы связи и телемеханики, может быть сужение спектра гармонических составляющих питающего напряжения и тягового тока за счет увеличения оперативной паузы. Это утверждение базируется на известном из теории спектров положении: чем шире импульс, тем уже его спектр. В частности, модуль спектральной плотности прямоугольного импульса:
F (ja)\ = Ет
sin-
тт
ат 2
(1)
где Е - амплитуда импульса; т - длительность импульса.
Основная часть энергии импульса содержится в диапазоне частот 0 <а< 2л 1т.
Следовательно, увеличивая г, можно сузить энергетически значимую часть спектра до нужных пределов. Однако при этом ухудшаются энергетические показатели тяговой откатки.
При фиксированной частоте коммутаций, а, следовательно, фиксированном периоде цикла Т, увеличение длительности оперативной паузы приводит к уменьшению среднего значения
питающего напряжения в пропорции —______^.
Т
Чтобы не допустить ухудшения тяговых характеристик электровозов, необходимо увеличить амплитуду питающих импульсов. Это вызывает необходимость ужесточения требований к параметрам устройств защитного отключения, так как чувствительность и быстродействие последних определяются величиной максимального значения питающего напряжения.
Кроме того, увеличение г при Т = const приводит к изменению соотношения между действующим и средним значениями питающего напряжения в сторону увеличения действующего
U I T .
Up \T-т
Так как потери энергии определяются действующим значением питающего напряжения, это решение приводит к увеличению энергетических затрат.
Увеличивать длительность цикла Т нельзя по условиям безопасности. Она должна быть не более допустимого времени воздействия электрического тока на организм человека при наихудших условиях электротравмы.
При напряжении питания контактной сети 275 В
Тсраб. < 0,2 с.
И принятые значения являются близкими к оптимальным, а улучшение характеристик устройств защитного отключения при изменении этих соотношений не представляется возможным.
Для частотного разделения каналов рабочего и оперативного тока энергетика тяговой откатки остается практически неизменной. Устраняется влияние на системы связи и телемеханики при рациональном выборе параметров оперативного напряжения. Поэтому соответствующие составляющие эксплуатационных затрат исключаются. Основным недостатком такого рода устройств является необходимость оборудования электровозов громоздкими заградителями (рис. 2).
Пассивными заградителями являются дроссели, настроенные в резонанс на частоте близкой к частоте оперативного напряжения и обеспечивающие высокое и стабильное сопротивление оперативному току.
Они должны быть хорошо экранированы, чтобы не происходило изменение параметров контура. Дроссель имеет ограничения по нагреву протекающим тяговым током, так как меняются сопротивление потерь и параметры образованного дросселем контура. Эти ограничения удается выполнить при намотке дросселя проводом типа "литцендрат". Сечение провода определяется величиной тягового тока электровоза, он является дорогим и дефицитным, что, в основном, определяет величину эксплуатационных затрат при применении пассивных заградителей.
Активные заградители содержат два дросселя и источник напряжения (рис. 3). В отличие от пассивного заградителя здесь к дросселям не предъявляется особенно высоких требований по метрологии и конструкции, а обусловленные ими эксплуатационные затраты сравнительно невелики.
Основным недостатком является необходимость установки на электровозе электронных устройств, выполняющих функции источника заграждающего напряжения. С учетом условий эксплуатации электровозов и уровня квалификации обслуживающего персонала обеспечение надежной работы прецизионных электронных устройств является дорогим.
Рис. 3. Схема частотной защиты типа А 43-10-275
Рис. 2. Схема защиты от утечек тока РУКС-Д
Общим недостатком устройств, реализующих частотное разделение каналов, является не полная достоверность измерительной информации, так как утечки постоянного тока контролируются переменным током частотой (5+15) кГц. Достоверность последнего утверждения иллюстрируется следующим примером. Если на постоянном токе I м сопротивление провода с радиусом а и проводимостью у составит
«0 - —,
2жау
то на переменном токе частотой 5-10 кГц этот провод будет обладать как активным
А 2^0^
так и реактивным сопротивлением -Д-450 >
2яауг\
где ца - абсолютная магнитная проницаемость материала провода; ь, и Д, - модуль и аргумент, соответствующий функции Бесселя нулевого порядка первого рода.
Процедура защитного отключения включает три этапа: измерение, принятие решения и
Я =■
X =-
-Д - 450
его исполнение. На первом и третьем этапах неопределенностей нет: современная измерительная и коммутирующая аппаратура позволяют осуществить измерение и отключение в достаточно короткий промежуток времени и с необходимыми показателями надежности. Второй этап: принятие решения - является значительно более сложным и неопределенным. Он предполагает способность технических средств установить сам факт возникновения ситуации опасной по поражению человека электрическим током на основании результатов измерения параметров электрической цепи, анализа их изменений по степени опасности в со-
1. Колосюк В.П., Трач А.И Электроснабжение шахтных контактных электровозов: Справочное пособ. -М.: Недра, 1992. - 256 с.: ил.
— Коротко об авторах ------------------
Корейский В.В., Юрченко А.В. - МПТИ(ф) ЯГУ.
ответствии с принятыми критериями безопасности.
Очевидно, что реализуемость, сложность и стоимость этих технических средств зависят от объема информации, необходимой для принятия решения при отключении электрической установки. Этот вывод основывается на теории информации, в одном из постулатов которой сказано, что "если объект просто устроен, то для его описания достаточно небольшого количества информации, если же он сложен, то его описание должно содержать много информации". Является верным и обратное заключение: чем большим объемом информации описывается объект, тем он сложнее.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Трач А.Н Исследование и разработка аппаратуры контроля утечек тока в контактных сетях на открытых горных работах. - Днепропетровск: 1972. Диссертация канд. техн. наук.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГТУ)
ЕЛЕКОЕВА Инга Каурбековна Охрана окружающей среды интенсификацией природного выщелачивания металлов (на примере Садонского месторождения) 25.00.36 к.т.н.
ХУБАЕВА Галина Петровна Использование отходов молибденошеелита в керамическом производстве и вовлечение подотвальных земель в биологический оборот г. Владикавказа 25.00.36 к.т.н.
