CC BY
85
УДК 621.31:382.3
0 ТРЕБОВАНИЯХ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ К РЕЖИМУ РАБОТЫ РЕЛЕ УТЕЧКИ В ЭЛЕКТРОСЕТЯХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
1 9
А.И.Найденов1, Е.А.Дмитриев2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Электробезопасность персонала и сохранность горных машин во многом зависят от режима работы карьерных электрических сетей. В случае возникновения утечек тока в экскаваторных электросетях до 1000 В Правилами безопасности предписывается немедленное отключение аварийной сети. Внезапное обесточивание приводит к наложению аварийных тормозов, что является причиной механических перегрузок и аварий. В статье обосновывается необходимость изменения требований Правил. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: Правила безопасности; режим работы электросетей; реле утечки; защитное отключение.
ON SAFETY RULES REQUIREMENTS TO EARTH LEAKAGE RELAY OPERATION MODE IN POWER GRIDS OF MINING EXCAVATORS A.I. Naidenov, E.A. Dmitriev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Electrical safety of personnel and security of mining machinery is largely dependent on the operation mode of mining electrical networks. In the case of leakages in excavator power grids up to 1000V the Safety Rules require immediate cutout of the emergency network. An abrupt de-energizing activates emergency brakes that cause mechanical overloads and accidents. The article justifies the necessity to change the requirements of the Safety Rules.
1 figure. 3 tables. 3 sources.
Key words: safety rules; power grid operation mode; Earth leakage relay; residual current circuit breaker.
На всех карьерных электрических экскаваторах для электродвигателей вспомогательных приводов вентиляторов, компрессоров и других приняты электросистемы переменного тока 380 В с изолированной нейтралью, питаемые от трансформаторов 6/0,4 (10/04), установленных на поворотной платформе. Количество таких электросистем зависит от типа экс-
каватора и изменяется от 1 до 6 (табл. 1).
Для питания электродвигателей постоянного тока главных электроприводов (подъем, тяга (напор), поворот) приняты система «генератор-двигатель» (сокращенно система Г-Д) либо система «тиристорный преобразователь-двигатель» (сокращенно система ТП-Д).
Таблица 1
Количество электросистем переменного тока 380 В на карьерных экскаваторах
№ п/п Тип экскаватора Кол-во электросистем 380 В Трансформаторы
Кол-во и мощность, кВА Напряжение, кВ
1 ЭКГ 4.6, ЭКГ 5А 1 1х40 6/0,4
2 ЭКГ 8, ЭКГ 8И, ЭВГ 4И, ЭКГ 6.3У 1 1х100 6/0,4
3 ЭКГ 12.5, ЭКГ 15 1 1х160 6/0,4
4 ЭКГ 20 1 1х400 6/0,4
5 ЭВГ 35.65 1 1х400 6/0,4
6 ЭШ 6.45, ЭШ 6.60 1 1х160 6/0,4
7 ЭШ 10.60, ЭШ 10.70, ЭШ 13.50, ЭШ 13.70 1 1х250 6/0,4
8 ЭШ 15.90, ЭШ 20.90 2 2х400 6/0,4
9 ЭШ 25.100 2 2х400 6/0,4
10 ЭШ 40.85, ЭШ 40.100 4 4х400 10/0,4
11 ЭШ 65.100 6 6х400 10/0,4
1 Найденов Алексей Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: 618856.
Naidenov Aleksei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical systems, tel.: 618856.
2Дмитриев Евгений Алексеевич, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405101. Dmitriev Evgeny, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical systems, tel.: (3952) 405101.
Питание цепей управления и обмоток возбуждения двигателей главных приводов производится от генераторов постоянного тока (генераторов собственных нужд) напряжением 110 В, а также от статических диодных или тиристорных преобразователей.
Количество электросистем постоянного тока (табл. 2) зависит от типа экскаватора и изменяется от 4 до 10.
Таким образом, общее количество электросистем (табл. 3) в силовых сетях переменного и постоянного тока на одном экскаваторе находится в пределах от 6 до 17. В каждой электросистеме имеются свои реле защиты.
В электросетях переменного трехфазного тока напряжением 380 В устанавливают реле утечки УАКИ-380, АЗАК-380, РУ-380 и другие, а в осветительных сетях напряжением 220 В устанавливают реле утечки УАКИ-127/220 или РУ-127/220 и другие. В электросетях постоянного тока систем Г-Д для защиты от замыкания полюсов на корпус устанавливают электромагнитные реле напряжения. Один конец катушки этого реле присоединен к средней точке делителя из резисторов, подключен на напряжение генератора системы Г-Д, второй конец катушки через диод подключен к корпусу экскаватора.
Условия работы реле защиты в электросетях регламентированы в «Единых правилах безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» (ПБ 03-498-02) п. 473 и в «Правилах безопасности при разработке угольных место-
рождений открытым способом» (ПБ 05-619-03) п. 499.
В ПБ записано: «Все передвижные электроустановки до 1000 В, получающие питание от трансформаторов с изолированной нейтралью, должны иметь быстродействующую защиту от утечек тока на землю (корпус) с автоматическим отключением электроустановки в случае возникновения в ней опасности поражения электрическим током. При этом общее время отключения не должно превышать 200 мс». Для выполнения этих требований размыкающие контакты реле защиты в сетях переменного тока и реле защиты в сетях систем Г-Д включены последовательно с отключающей катушкой контактора. Через силовые контакты контактора запитаны цепи управления всех систем Г-Д. При замыкании на корпус фазы сети 380 В или при снижении сопротивления ее изоляции до недопустимо низкого уровня, а также при замыкании на корпус в системах Г-Д реле защиты включаются и размыкающими контактами мгновенно (за время не более 0,2 с) отключают питание цепей управления главных приводов. При этом на все главные механизмы сразу же накладываются механические тормоза.
На наш взгляд, требования п. 473 ЕПБ [1] и п. 499 ПБ [2] об автоматическом отключении экскаваторов за время не более 0,2 с не только не повышают безопасность работы, а, наоборот, могут привести к тяжелым авариям и инцидентам. Быстрое наложение тормозов (0,2 с) на главные механизмы, обладающие большими инерционными массами и кинетической энергией, вызывает следующие последствия:
Таблица 2
Количество электросистем постоянного тока Г-Д
Подъем Тяга (напор) Поворот
№ п/п Тип экскаватора Кол-во Г-Д Кол-во генераторов Кол-во двигателей Кол-во Г-Д Кол-во генераторов Кол-во двигателей Кол-во Г-Д Кол-во генераторов Кол-во двигателей
1 ЭКГ 4.6, ЭКГ 5А 1 1 1 1 1 1 1 1 2
2 ЭКГ 8, ЭКГ 8И, ЭВГ 4И, ЭКГ 6.3У 1 1 1 1 1 1 1 1 2
3 ЭКГ 12.5, ЭКГ 15 1 1 2 1 1 1 1 1 2
4 ЭКГ 20 1 1 2 1 1 1 1 1 2
5 ЭВГ 35.65 1 1 2 1 1 2 1 1 4
6 ЭШ 6.45, ЭШ 6.60 1 1 2 1 1 2 1 1 2
7 ЭШ 10.60, ЭШ 10.70, ЭШ 13.50, ЭШ 13.70 1 1 2 1 1 2 1 1 2
8 ЭШ 15.90, ЭШ 20.90 1 1 2 1 1 2 1 1 2
9 ЭШ 25.100 1 1 2 1 1 2 1 1 4
10 ЭШ 40.85, ЭШ 40.100 3 3 6 2 2 4 2 2 4
11 ЭШ 65.100 4 4 8 3 3 6 3 3 6
Таблица 3
Общее количество электросистем на экскаваторах различных типов
№ п/п Тип Кол-во сетей 380 В Кол-во сетей Г- Кол-во сетей Всего
экскаватора Д 110 В электросетей
1 ЭКГ 4.6, 1 3 А 5
ЭКГ 5А 1
2 ЭКГ 8, ЭКГ 8И, 1 3 А 5
ЭВГ 4И, ЭКГ 6.3У 1
3 ЭКГ 12.5, ЭКГ 15 1 3 1 5
4 ЭКГ 20 1 3 1 5
5 ЭВГ 35.65 1 3 1 5
6 ЭШ 6.45, ЭШ 6.60 1 3 1 5
7 ЭШ 10.60, ЭШ 10.70, ЭШ 13.50, 1 3 А 5
ЭШ 13.70 1
8 ЭШ 15.90, ЭШ 20.90 2 3 1 6
9 ЭШ 25.100 2 3 1 6
10 ЭШ 40.85, ЭШ 40.100 4 7 1 12
11 ЭШ 65.100 6 10 1 17
1. Механические перенапряжения в металлоконструкциях, канатах и узлах кинематической цепи механизмов. Особенно опасно такое экстренное торможение для крупных экскаваторов драглайнов типа ЭШ 15.90, ЭШ 20.90, ЭШ 25.100, ЭШ 40.85, ЭШ 60.100 при повороте стрелы к отвалу на полной скорости с груженым ковшом, когда ковш находится в головной части стрелы. Например, на экскаваторе ЭШ 65.100 с длиной стрелы 100 м масса груженого ковша составляет 250 тонн, а линейная скорость 36,7 м/с (132 км/ч). При резком торможении может возникнуть большой изгибающий момент и появиться вероятность поломки стрелы.
2. При экстренном торможении механизма и остановке связанного с ним двигателя противоЭДС двигателя исчезает быстрее, чем происходит гашение магнитного поля генератора, вращающегося с номинальной скоростью синхронного двигателя, в результате генератор и двигатель системы Г-Д работают в режиме короткого замыкания. Это приводит к круговому огню по коллектору, подгоранию щеток и коллекторных пластин.
3. На крупных экскаваторах мехлопатах типа ЭКГ 12.5, ЭКГ 15, ЭКГ 20, работающих на погрузке карьерных автосамосвалов грузоподъемностью 40, 80, 120, 180 и в перспективе 320 тонн, в момент срабатывания реле и отключения питания цепей управления системы Г-Д возможен пронос груженого ковша и удар им по кабине автосамосвала, в которой находится водитель. Такие случаи неоднократно имели место на карьерах «Юбилейный», «Удачный» АК АЛРОСА (рисунок), что изложено в актах расследования инцидентов.
Для примера приведем материалы акта технического расследования причин инцидента на карьере «Юбилейный» Айхальского ГОКа на экскаваторе ЭКГ-15 №7.
Время возникновения инцидента 17 мая 2003 года в 21 час 20 мин. Обстоятельства инцидента: производилась погрузка горной массы в автомобиль Белаз 75125 хоз. №118. В момент, когда полный ковш двигался в сторону кузова и одновременно опускался,
произошло отключение фидерного автомата сети 380 В по причине срабатывания реле контроля изоляции УАКИ-380. При этом автоматически отключились цепи управления экскаватором и мгновенно произошло наложение тормозов на все двигатели главных приводов. Но стрела экскаватора еще повернулась на угол в пределах допустимого, а ковш продолжал медленно опускаться, так как наложение тормоза лебедки подъема не может мгновенно погасить инерцию массы груженого ковша. Из-за того, что машинист экскаватора был лишен возможности остановить ковш над кузовом, инерция поворота стрелы расположила ковш над защитным козырьком автомобиля. А так как ковш по инерции шел вниз, то произошел удар о передний край защитного козырька, в результате чего металл козырька был порван и под действием тяжести ковша прогнулся вниз. Так же были повреждены ограждающие перила и частично палуба автомобиля.
Председатель комиссии - главный инженер карьера, члены комиссии - заместитель главного инженера по ОТ, ТБ и ПБ, главный энергетик и главный механик карьера.
Инциденты на этом же карьере происходили 14.10.2003 г. на экскаваторе ЭКГ-12,5 №2, 30.01.2004 г на ЭКГ-15 №5, 24.08.2004 г. на ЭКГ-15 №12.
Аналогичные инциденты имели место на экскаваторах ЭКГ-5У №23, ЭШ 20.90 №39 разреза «Черемхо-вуголь».
Зная о таких возможных последствиях, машинисты экскаваторов иногда вообще отключают реле защиты, в результате чего электросистемы остаются без контроля. Работа с неконтролируемыми системами повышает опасность поражения электрическим током персонала при случайном касании фазы сети 380 В или полюса генератора системы Г-Д, у которого другой полюс замкнут на корпус. Возможна также потеря управляемости привода.
Возникает вопрос, как обеспечить безопасность электросистем от поражения электрическим током и избежать аварий и инцидентов с главными механизмами? Анализ работы карьерных экскаваторов пока-
Удар ковшом экскаватора ЭКГ 12,5 по кабине карьерного автосамосвала БелАЗ при срабатывании реле утечки
зывает, что такое решение возможно. Для этого необходимо изменить требования п. 473 ЕПБ и п. 499 ПБ и установить новое устройство контроля. Это устройство контроля должно удовлетворять следующим основным требованиям:
1. При повреждении изоляции или замыкании фазы или полюса на корпус в какой-либо электросистеме должна следовать подача светового и звукового сигнала, предупреждающая об опасности, с указанием поврежденной электросистемы.
2. Отключение цепей управления главных приводов и наложение тормозов на главные механизмы следует производить только при полной их остановке, когда завершится полный цикл экскавации.
3. Когда экскаватор находится в ремонте и главные приводы остановлены, при повреждении изоляции в сети 380 В время отключения питания, как и в шахтных сетях, должно составлять не более 0,2 с.
Требование действующих ЕПБ п. 473 отключать питание за время не более 0,2 с при работающем экскаваторе было введено по аналогии работы реле утечки в шахтных сетях, где эффективность защитно-отключающих устройств оценивается тем выше, чем меньше время отключения сети с поврежденной изоляцией, исходя из соображений возможного поражения человека электрическим током, возникновения пожара или взрыва рудничной атмосферы.
На карьерных же экскаваторах совсем другая ситуация и требования должны быть другими. Во-первых, обслуживающий персонал на экскаваторе не
находится в постоянном контакте с электрооборудованием, как это имеет место при подземной разработке. Там персонал постоянно контактирует с металлоконструкциями угольных комбайнов, конвейеров, электрических погрузочных машин и другого электрооборудования, находящегося на влажном токопроводя-щем грунте, при прикосновении к которому высока вероятность поражения человека электрическим током.
Во-вторых, на экскаваторах электрооборудование находится на металлической платформе и при повреждении изоляции и прикосновении к металлическому корпусу человек оказывается под одинаковым потенциалом, следовательно, нет угрозы электротравмы.
Следует заметить, что до 1973 года на карьерных экскаваторах по ЕПБ не требовалась установка реле утечки и многие экскаваторы длительное время (до нескольких месяцев) работали с поврежденной изоляцией или с пробитыми пробивными предохранителями [3]. Многолетняя практика показывает, что нет необходимости мгновенного (0,2 с) отключения питания, которое может привести к авариям и инцидентам с главными механизмами.
Таким образом, замена требований п. 473 ЕПБ и п. 422 Правил безопасности о мгновенном (за 0,2 с) отключении питания экскаватора при повреждении изоляции или замыкании на корпус на предлагаемые меры не снижает уровень электробезопасности. Наоборот, безопасность, а вместе с тем и сохранность оборудования, многократно повышаются.
Библиографический список
1. Единые правила безопасности при разработке месторож- рождений открытым способом (ПБ 05-619-03).
дений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03- 3. Вопросы безопасности, вентиляции и борьбы с производ-498-02). ственной пылью // Труды ИПИ. Иркутск, 1973. С. 247-254.
2. Правила безопасности при разработке угольных место-
