CC BY
121
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Юдин А. В., Фомин В. И., Кошев Г. Я. Отвальный перегрузочный комплекс сухой очистки известняка на Чаньвинском карьере.'/ Изв. вузов. Горный журн&л. 1996. №7. С. 91-96.
2. Юдин А. В., Бурмнсгренко А. В., Кошев Г. Я. и др. Моделирование транспортно-перегрузочной системы при сопряжении цикличных видов <арьерного транспорта // Изв. вузов. Горный журнал. 1998. № 11-12. С. 29 - 35.
3. Юдин А. В. Определение емкости бункера перегрузочного узла с виброгрохотом П Труды ИГ Д. Вып. 17. Свердловск. 1967. С. 114-121.
4. Юдин А. В. Перегрузочные системы комбинированного транспорт» в карьерах: Учеб. Пособие. Екатеринбург: Изд-во УГТТА. 1993. 116 с. (с приложениями)
5. Акулиннчев В.М., Кудрявцев А.Н. Математические методы в эксплуатации железных дорог.-М : Транспорт. 1981. 223 с.
УДК 622.012.3:621.311
В. А. Голубев, С. Н. Башмаков, А. А. Комаров, Н. И. Тархова
НОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Увеличение объемов добычи руд черных и цветных металлов, угля, строительных материалов и других видов минерального сырья с применением новой геотехники большой единичной мощности, а также постоянное усложнение и ухудшение горнотехнических и горногеологических условий разработки месторождений полезных ископаемых с ростом глубины карьеров требуют создания и внедрения нового электрооборудования и элсктросстевых устройств с улучшенными техническими и энергетическими характеристиками.
Совместными усилиями научно-исследовательских институтов и горнодобывающих предприятий за последние пять лет создано, освоено в производстве и широко внедряется в промышленную эксплуатацию на горных предприятиях большое количество новых видов прогрессивного и эффективного электрооборудования и электросетевых устройств, способов и средств защиты, контроля и управления. Однако, многие виды нового электрооборудования недостаточно освещены в периодической и научно-технической литературе и поэтому не известны широкому кругу научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных организаций, горнодобывающих предприятий и высших учебных заведений. Настоящая статья имеет целью ознакомление широкой научно-технической общественности с новейшими разработками в области создания и внедрения электротехнических комплексов для электроснабжения открытых горных работ.
Особенностью электроснабжения открытых горных работ является рассредоточение электроустановок по всей территории и глубине карьеров.
Для распределения электроэнергии по усту пам карьеров наиболее рациональными и эффективными являются схемы электроснабжения с использованием карьерных передвижных распределительных пунктов (КРП) с вакуумными коммутационными аппаратами (выключателями, контакторами) с различной компоновкой встраиваемого электрооборудования. КРП можно быстро перемещать с одного уступа на другой и, следовательно, повышать мобильность и маневренность системы электроснабжения, сокращать протяженность снутрикарьерных линий электропередачи напряжением 6 кВ. Применение КРП напряжением 6-10 кВ сокращает также объем строительных и монтажных работ и сроки их сооружения.
В 1999 г. разработан, освоен в производстве и прошел промышленные испытания в усло-■вх Восточной Сибири КРП на базе комплектных распредустройств типа УКРУ-б(Ю) УХЛ2 в Пшбильном контейнерном исполнении с элементами транспортирования, внешнего освещения и ргплоизоляции. Упомянутые КРП выгодно отличаются от ранее применявшихся и имеют следующее технические характеристики:
Номинальное напряжение, кВ 6
Номинальный ток главных цепей, А 630
Номинальный ток отключения выключателя, кА 10
Ток термической стойкости 3 с, кА 10
Ток электродинамической стойкости главных цепей. кА 25 Вид изоляции воздушная
Выключатель вакуумный
Питание КРП предусмотрено как одностороннее, гак и двухстороннее.
КРП с односторонним питанием имеет одну ячейку ввода, одну ячейку трансформатора собственных нужд, одну ячейку граноформатора напряжения и не болег шести ячеек отходящих лший.
КРП с двухсторонним питанием состоит из двух ячеек ввода, из двух ячеек трансформатора собственных нужд, из двух ячеек трансформатора напряжения, из одной ячейки секционирования и не более одиннадцати ячеек отходящих линий.
По результатам промышленной эксплуатации установлено, что применение схемы внут-реннего электроснабжения карьеров с использованием КРП с вакуумными выключателями обеспечивает снижение продолжительности отказов системы электроснабжения горного участка в 4 раза, что, в свою очередь, снижает простои экскаваторов и буровых станков в 8 раз. Применение в схемах электроснабжения карьеров КРП с вакуумными выключателями снижает затраты на техническое обслуживание и ремонт одной ячейки в 12 раз. затраты на устранение отказов - в 4 раза, затраты, связанные с вынужденными простоями - в 7 раз. В целом суммарные эксплуатационные затраты на обслуживание одной ячейки КРП снижаются в 7.5 раз.
В настоящее время с использованием тех же упомянутых выше комплектных распредустройств УКРУ-б(Ю) УХЛ2 подготовлено производство контейнерных распределительных устройств типа БКРУ-6(10)УХЛ1, предназначенных для питания буровых установок, выпускавшихся ранее и изготавливаемых в настоящее время ОАО "Уралмашзавод" и АОЗТ "Волгоградский завод буровой техники".
Встраиваемые в БКРУ шкафы одностороннего обслуживания типа УКРУ-6(10)УХЛ2 имеют значительно меньший вес и габариты по сравнению со шкафами К-59. укомплектовываются однотипными вакуумными коммутационными аппаратами исполнения УХЛ на вводе и на линиях, отходящих к двигателям, каждый из этих аппаратов имеет индивидуальную защиту подсоединяемого оборудоопння от коммутационных перенапряжений при помощи ограничителей перенапряжения 011Н. В отличие от шкафов К-59 применена традиционная стационарная установка основного высоковольтного электрооборудования, исключающая выкагные элементы, закрывающие проход в коридоре обслуживания при отключении одной из отходящих линий.
Применение тяжелых выкатных элементов для малообслуживасмых вакуумных высоковольтных аппаратов излишне, а "высокая" безопасность обслуживания шкафов с выкатными элементами и шторочными механизмами в условиях производства буровы> работ сомнительна из-за того, что зачастую шторочный механизм, закрывающий досгуп к розеткам втычных контактов, находящихся под напряжением и расположенных непосредственно перед оператором, открывается им принудительно для выяснения причин отказа втычных контактов выкатного элемента без снятия напряжения. Как правило, это ведет к электротравматизму.
КРП типа БКРУ-6(10)УХЛ1, в отличие от ранее выпускавшихся Бакинским заводом высоковольтного электрооборудования комплектных распредустройств типа КРУНБ-6(10)У 1, поставляются в контейнерах-блоках, которые по заказу изготавливаются с теплоизоляцией.
Внутри контейнера предусмотрен отсек для установки силового трансформатора для собственных нужд мощностью до 630 кВА.
Общая масса БКРУ меньше шкафов К-59 приблизительно в два раза при равнозначных схемах первичных соединений.
Для контроля за состоянием вакуумных дугогасительных камер (ВДК) высоковольтных вакуумных выключателей и контакторов разработан и освоен в производстве индикатор высокого напряжения ИВН-6(10). Индикатор обеспечивает визуальную световую индикацию наличия высокого напряжения на шинах электроустановок с линейным напряжением 6 и 10 кВ и частотой 50 Гц. Индикаторы могут работать с емкостными датчиками двух типов: ДВНК-10 - керамический для передачи сигнала на расстояние более 3 м, ДВНП-10 - проводниковый для передачи сигнала на расстояние до 3 м. Датчики индикатора могут устанавливаться на шинах электрических подстанций, комплектных распределительных устройств внутренней (КРУ) или наружной (КРУН) установки, коммутационных аппаратах, трансформаторах и другом оборудовании. Блок индикации выдает световой сигнал при наличии на оборудовании напряжения не менее чем 50 % от номинального значения. Величина тока, проходящего по шинам, не влияет на его показания. Индикатор не требует дополнительных источников питания.
Индикаторы целесообразно применять для получения информации о наличии или отсутствии напряжения на участках высоковольтных линий после выполнения коммутационных операции выключателями, разъединителями, контакторами. При этом блок индикации может размешаться на фасадных панелях шкафов, КРУ, КРУН, КСО, на выкатных тележках выключателей, на дверях отсеков с высоковольтным оборудованием. При установке блока индикации на диспетчерских пультах управления длина соединительных проводов не должна превышать 30 м.
Индикатор имеет следующие технические характеристики:
Номинальное напряжение (линейное), кВ 6-10 Испытательное напряжение высоковольтных
цепей 50 Гц (по ГОСТ 1516.1), одноминутное, кВ 42
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69 УХЛ2
Верхнее и нижнее значение рабочей температуры +55
окружающей среды, °С -60 Окружающая среда невзрывоопасная Диапазон устойчивой индикации, % от
номинального напряжения 50-200 Расстояние и сектор однозначного
визуального восприятия информации 2 м, 30 ° Степень электрической защиты блока
индикации по ГОСТ 14254-80 IР41 Наибольшее расстояние установки блока индикации, м
с датчиком ДВНК 20
с датчиком ДВНП 3
Срок службы индикатора, лет 25
Наработка индикаторных элементов, не менее 5000 ч Габаритные размеры, мм
датчика 30x70x6
блока индикации 120x50x40
Масса, кг 0,3
Принцип работы индикатора основан на использовании емкостного тока, протекающею через цепь, образованную емкостью датчика относительно шииопровода, разрядные элементы и элемент индикации. Разрядные элементы предназначены для аккумулирования электрической энергии на датчиках и работают в импульсном режиме. Они имеют выводы в корпус индикаюра. Напряжение в индикаторном блоке в нормальном режиме достигает 600-800 В при линейном напряжении 10 кВ и 340-460 В при 6 кВ. Протекающий емкостной ток не превышает 100 мкА.
Для подключения карьерных элсктроприемников к карьерным электрораспределительным сетям (КРС) применяются специальные комплектные распредустройства (КРУ), называемые при-ключательными пунктами (ПП). На большинстве горных предприятий применяются ПП устаревшей конструкции с масляными выключателями.
Исследованиями ИГД УрО РАН установлено, что эти IUI имеют низкую эксплуатапион-шю надежность, не обеспечивают надлежащую безопасность при обслуживании и эксплуатации. Эксплуатационная надежность приключательных пунктов типа ЯКНО характеризуется слс-Ьдощи.ми показателями: наработка на отказ составляет 3990 ч, параметр потока отказов U \ 10 1 l/ч, вероятность безотказной работы за 2000 ч составляет 0.806. Основной причиной 1шхода из строя ГШ с масляным выключателем является повреждение масляного выключателя, на [■гторый в среднем приходится 38.3-42.4 % отказов от общего их количества по приключательно-[■?г пункт>'.
Эксплуатационная надежность масляных выключателей характеризуется следующими ио-Ьеателями: наработка на отказ составлнет 8151 ч, параметр потока отказов - 1,22 х 10"4 l/ч. среднее время восстановления - 1,75 ч.
Основными недостатками масляных выключателей являются:
- значительные электрокоррозийные разрушения контактов под действием больших то-■пл r масляной среде;
- окисление и загрязнение масла;
- взрывоопасность и пожароопасность масла:
- неодновременность замыкания контактов и т. а.
Использование масла в качестве дугогасящей и изолирующей среды отрицательно сказывается на надежность выключателей и безопасность их обслуживания.
Перечисленные недостатки масляных выключа елей носят принципиальный характер и аозволяют характеризовать масляный выключатель как ненадежный элемент эриключательного гтункта и требующий больших эксплуа~ационных затра" на поддержание его работоспособности. Эксплуатационные характеристики ПП значительно могут быть улучшены п\тем замены в них масляных выключателей вакуумными.
Вакуумные выключатели обладают следующими достоинствами:
а) быстрое восстановление электрической прочности:
б) погашение дуги при первом переходе тока через нуль;
в) не требуется уход за контактами;
г) нетоксичность, взрыво- и пожаробсзопасность;
д) широкий диапазон температуры окружающей среды от +50 °С до -50 "С;
с) большой срок службы без ревизии и ремонтов;
ж) высокая надежность;
з) низкие эксплуатационные затраты.
Существенные недостатки имеются также в конструкции самих 1111. Существующие конструкции ПП не отвечают требованиям условий эксплуатации. Оболочки ПП не обеспечивают надежной защиты встроенной в них аппаратуры от воздействия окружающей среды, вследствие чего около 25 % отказов ПП происходит по причине перекрытия загрязненных изоляционных конструкций. Существующие ПП имеют недостаточную жссткость и механическую прочность, что приводит к их частым поломкам.
ПП не оборудованы штепсельными разъемами для подсоединения вводных и выводных концов гибких кабелей, что существенно влияет на надежность системы электроснабжения и условиях горных работ. Па концевые заделки кабелей, применяемые в настоящее время, приходится значительное число повреждений (30-50 %) по ПП. Для выпускаемых ПП характерно также несовершенство схем и отсутствие надежных средств защиты и автоматики, что является причиной значительных перерывов r электроснабжении горных машин R скячи с гугим ночннкла необходимость разработки и освоения в производстве 1111 с вакуумными выключателями.
В 1995-1999 гг. разработаны, освоены в производстве и поставляются на горные прелпри-ятия одиночные приключательные пункты типа ЯКПО-ЮУ1В с новыми komiioi овочными и схсм-но-режимными решениями восьми типоисполнений в зависимости от назначения:
- ириключательный пункт в исполнении I. Ш. IV. VII предназначается для присоединения к электрораспределительным сетям различных электропотребителей;
- ириключательный пункт в исполнении П предназначается для присоединения к электрораспределительным сетям роторных комплексов и карьерных экскаваторов:
- ириключательный пункт исполнения V и VI предназначен для секционирования электрораспределительных сетей карьеров:
- приключатсльный пункт исполнения VIII предназначен для обеспечения питания электроосветительных сетей карьеров с совмещением основных функций присоединения и защиты элсктропотрсбитслсй.
По типу встроенного высоковольтного выключателя и трансформатора одиночный при-ключательный пункт ЯКНО-ЮУ1В выпускается в следующих модификациях:
- ЯКНО-6У1В-ЭВ и ЯКНСЫОУ1В-ЭВ - приключатсльный пункт с вакуумным выключателем ВВТЭ-10-20/630УXJ12 на напряжение 6 и 10 кВ (исполнение I, П, IV, V, VI и VII);
- ЯКНО-6У1В и ЯКНО-ЮУ1В-В - приключательный пункт с вакуумным выключателем BB/TEL-10(6)-8/630yXJ12.1 и ВВЛГЕЬ-10(6)-12.5/630УХЛ2.1 на напряжение 6 и 10 кВ (исполнение I, II, III, V, VI, VII);
- ЯКНО-6У1-ЭТ и ЯКНО-ЮУ 1-ЭТ - приключагельный пункт с маслозаполненным силовым трансформатором ТМ-25 и ТМ-40 мощностью 25 и 40 кВА на напряжение 10(6)/0,23 (0,4) кВ.
В горнодобывающей промышленности за последние годы находят все более широкое применение высоковольтные коммутационные аппараты, основанные на принципе гашения электрической дуги в глубоком вакууме, постепенно вытесняя эансс применявшиеся небезопасные и ненадежные маломасляные выключатели. Это обусловлено рядом преимуществ, которыми обладают вакуумные коммутационные аппараты. Это, прежде вс;го, их высокая коммутационная способность, полная пожаро- и взрывобсзопасность, высокое быстродействие и бесшумность в работе, быстрое восстановление последуговой прочности, простота в эксплуатации и удобство обслуживания. низкие эксплуатационные затраты, виброударная стойкость, малая масса и небольшие габаритные размеры, отсутствие вредного влияния на скруж*иощую среду.
Быстродействие вакуумного выключателя позволяет применять его в схемах автоматического повторного включения (АЛВ) и аварийного включения резерва АВР ответственных потребителей горного производства. Последнее особенно важно на открытых горных работах, где имеют место ложные срабатывания защит вследствие низкою качества изоляции электрических сетей.
Вакуумные выключатели и контакторы обладают высоким коммутационным ресурсом, составляющим 25000-100000 циклов "включения-отключения" при номинальном токе от 400 до 1600 А и поэтому могут применяться для частых коммутационных операций, а также для пуска и отключения асинхронных двигателей с короткозам кнуты м или фазным ротором, для торможения этих двигателей противотоком и отключения медленно вращающихся двигателей.
В настоящее время освоено производство вакуумных выключателей типа ВБЭК-10-20/1600УХЛ, встраиваемых в ячейки КРУ типа К-59 и К-104, а также используемых для реконструкции ячеек типа К-12, К-13, К-37, КВЭ-10 и др. Выключатель рассчитан на класс напряжения 10 кВ, номинальный ток 1600 А. номинальный ток отключения 20 кА, собственное время включения выключателя не более 0,1 с, а время отключения не более 0,03 с, ресурс по коммутационной стойкости при токе нагрузки 1600 А составляет 25СОО циклов "включение-отключение", срок службы до списания 25 лет.
Выключатель смонтирован на выкатном элементе, имеющем в своем составе аварийные расцепитсли максимального тока, работающие по методу де шунтирован и я и минимального напряжения. Предусмотрено также ручное включение и отключение выключателя в положении "проверка" и при выкатывании его из КРУ.
Начат серийный выпуск малогабаритного вакуумного выключателя ВБЭМ-10-12.5/800УХЛ2 на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток нагрузки 800 А и номинальный ток отключения 12,5 кА. Масса выключателя всего 50 кг. Коммутационный ресурс выключателя при токе нагрузки 800 А составляет 50000 циклов "включение-отключение". Выключатель оснащен аварийными расцепителями максимального тока и минимального напряжения.
Освоены в серийном производстве вакуумные контакторы типа КВТ-10 на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 400 А, номинальный ток отключения 4 кА. Полное время отключения контактора не более 0,1 с и рассчитаны они для работы при температуре окружающей среды от +40 °С до -45 °С, относительной влажности окружающей среды при температуре 25 °С -100 %, группе условий эксплуатации М13 для сииусоидгльной вибрации и М19 для механического удара многократного действия.
На базе этих контакторов созданы высоковольтные реверсоры, предназначенные для реверсирования вращения мощных двигателей, где необходимо переключение двух фаз источника питания.
Наряду с высоковольтными вакуумными контакторами разработаны и освоены в произ-ггве и низковольтные вакуумные контакторы типа КВТ-1,14-2.5/250УЗ и КВГ-1.14-4/400УЗ на инальное напряжение 1140 В. номинальный ток нагрузки 250 и 400 А и номинальный гок ог-•чения 2.5 или 4 кА. Коммутационный ресурс этих контакторов превышает 1.6 10' циклов почение-отключение".
Создание новых и совершенствование существующих вакуумных коммутационных аппа->в базируется на новейших разработках основного конструктивного их узла - вакуумных дуго-гтельных камер (ВДК). Поэтому на сегодняшний день уже разработано пятое поколение мало-битных и высокоэффективных ВДК серии КДВА на напряжение 10 кВ и номинальный ток »узки 630; 800; 1000; 1600;2500 и 3200 А. Эти ВДК характеризуются следующими данными:
- средняя скорость подвижного контакта камеры 0.5-0.9 м/сек при включении на послед-4 мм перед замыканием контактов;
- средняя скорость подвижного контакта камеры 1,0-1.9 м/сек при отключении на расстоянии 4 мм от замкнутого положения:
- дополнительное контактное нажатие не менее 1200 Н;
- время дребезга контактов камеры при включении не более 0.002 с;
- выбег и возврат подвижного контакта при отключении не более 2 мм;
- ход подвижного контакта 8 мм.
Упомянутые ВДК рассчитаны для работы при температуре воздуха от +55 С до - 60 'С. относительной влажности воздуха 80 % при +20 °С. вибрационных нагрузках а диапазоне частот от 0,5 до 100 Гц.
Технический прогресс в горной электроэнергетике продолжается. Институтом горного дела УрО РАН совместно с другими научно-исследовательскими организациями и горнодобывающими предприятиями подготовлены тематические карточки (ТК) и технико-экономические требования (ТЭТ) на создание и освоение в производстве целого ряда принципиально нового электрооборудования и электросетевых устройств, обеспечивающих повышение надежности и безопасности энергообеспечения открытых горных работ и снижение себестоимости добычи минерального сырья.
УДК 622.271.5; 621.31; 658.382.3
В. С. Стариков, X. Б. Ю ну со в
БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПО СИСТЕМЕ ТП-Д В УСЛОВИЯХ МНОГОЧЕРПАКОВЫХ ДРАГ
Вопросы электробезопасности при эксплуатации электроприводов постоянного тока на драгах до сих пор мало изучены. Вместе с гем на драгах для привода черпаковой цепи (ЧЦ) и лебедок носовых канатов (ЛНК) все более широкое применение находят элсктроппиводы постоянного тока по системе тиристорный преобразователь - двигатель (ТП-Д). Поэтому исследования параметров изоляции и условий безопасности эксплуатации электроприводов постоянного тока на драгах являются актуальными.
Периодические измерения сопротивления изоляции электрических сетей драг в настоящее время проводятся в соответствии с ПЭЭП (1] при снятом рабочем напряжении с сети. При этом отключаются электроприемники, аппараты, приборы и т. п. С помощью наиболее часто применяемых для измерений приборов (таких,как мегомметр М1101) можно определить сопротивление изоляции лишь отдельных участков сети. Сопротивление изоляции всей сети в целом при этом не может быть определено. Кроме того, при использовании мегомметров кабельные сети подвергаются испытаниям повышенным напряжением 1000...2500 В.
