Особенности устройства и расчета параметров сети заземления электроустановок карьеров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© Н.И. Чеботаев, 2003

УЛ К 621.316.99

Н.И. Чеботаев

ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СЕТИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК КАРЬЕРОВ

Характерной особенностью общих сетей заземления электроустановок горнодобывающих предприятий являются их непрерывность и близкое расположение к токоведущим каналам на всем их протяжении. На этом основании общую сеть заземления можно рассматривать как заземленный в нескольких точках экран.

Основная часть электромеханического оборудования (трансформаторы, бронированные и экранированные гибкие кабели, аппараты, электродвигатели) являются полностью экранированными от земли. На других участках (воздушные линии, гибкие кабели без экранов) - экранирование частичное. Эта особенность выполнения общей сети заземления снижает вероятность прямых замыканий токоведущих каналов на землю и обусловливает сравнительно малую долю участия проводимости токоведущих проводников относительно земли в создании тока однофазного замыкания. Повреждение изоляции электроустановок и кабелей приводит к однофазным замыканиям на общую сеть заземления.

При однофазных замыканиях на общую сеть заземления образуются две параллельные цепи тока (рисунок):

1) в первой цепи часть тока I' стекает по зазем-лителям в землю и оттуда протекает в две неповрежденные фазы через их проводимости относительно земли;

2) во второй цепи остальной ток I'' по сети заземления протекает непосредственно в две неповрежденные фазы через их проводимости относительно общей сети заземления.

Правила безопасности регламентируют только общее переходное сопротивление сети заземления и в них отсутствуют требования к переходным сопротивлениям отдельных заземлителей - центрального и местных заземляющих устройств. При периодических измерениях сопротивления сети заземления контролируется величина переходного сопротивления относительно земли только первой цепи тока.

До настоящего времени в проектной и учебной литературе расчет общего переходного сопротивления сети заземления рекомендуется вести с учетом только переходного сопротивления центрального заземляющего устройства (ЦЗУ) и сопротивления соединительных проводов сети заземления. Между тем, в ряде работ, выполненных на кафедре Электрификации горных предприятий МГИ-МГГУ было отмечено, что параллельное присоединение к общей сети заземления переходных сопротивлений опорных поверхностей передвижного электрооборудования благоприятствует достижению нормированного

Правилами общего сопротивления сети заземления. Результаты научных исследований позволяют ставить вопрос о введении в практику проектирования более точных методов расчета заземляющих устройств карьеров [4].

Переходное сопротивление опорных поверхностей электромеханического оборудования можно определить по формуле:

Г = -^~ ,

2 Дэк

где р - удельное сопротивление грунта Ом м; Дэ -диаметр круглой пластины с площадью, равной площади опорной базы, м; к - коэффициент, учитывающий неплотность соприкосновения опорной поверхности оборудования с грунтом. Величина коэффициента принимается к = 0,5 -0,7 - для мерзлых и скальных грунтов и к = 0,7 -0,9 - для мягких грунтов [4].

Нормированная ПБ величина сопротивления общего заземляющего устройства (4 Ома) была принята в предположении, что весь ток 10 однофазного замыкания стекает в землю через заземлители. В действительности в землю через заземлители стекает только меньшая часть I' этого тока. Вторая, большая часть тока I'' также влияет на напряжение прикосновения в точке однофазного замыкания. Отсюда следует, что для определения напряжений относительно земли и токов в сети заземления необходимо иметь раздельные значения проводимостей токоведущих каналов на отдельных участках относительно земли и относительно сети заземления.

В электрических сетях предприятий с малым числом электрооборудования величину однофазного заземления (А) определяют и л (351 к + 1В)

I о =-

350

(1)

где иЛ - линейное напряжение сети, кВ; Ьк, ^в

протяженность воздушных и кабельных линий, км.

Формула (1) проста и позволяет приближенно определить величину тока однофазного замыкания. Однако для условий карьеров эта формула дает существенную (более 40%) погрешность в расчетах, т.к. не учитывает проводимости большого количества энергоемкого оборудования (экскаваторы, буровые станки, трансформаторы и т.п.).

В работе [1] предложена уточненная формула для

определения тока 10 однофазного замыкания:

(

I о = и Л

Ьв + Ьк + Nэ V кв к

+ -

кЭ к Б

+

N

кт

\

(2)

к "-э БС "Г У

количество экскаваторов, буровых станков, трансформаторов; ил - линейное напряжение сети, кВ; кВ, кк - коэффициенты для воздушных и кабельных линий, кОм км; кБС , кТ - коэффици-

енты для буровых станков и трансформаторных подстанций, кОм ед.

Эмпирические коэффициенты сопротивления могут быть получены расчетным путем или экспериментально измерением токов утечки отдельных элементов конкретной карьерной сети.

Для надежной работы защиты от однофазных замыканий требуется более точная оценка величины емкостных токов отдельных ответвлений, которые можно определить по формуле, предложенной в [2]:

10 = 3 иФа{СВТВ + СКТК + СдпД + СТпт ), (3)

где СВ, СК - емкость на фазу по отношению к земле 1км воздушных и кабельных линий; Сд , СТ - емкость на фазу экскаваторов и трансформаторных подстанций, мкФ 10-3 /ед; Пд ,пт - число электродвигателей экскаваторов и подстанций. Величины удельных емкостей отдельных элементов системы электроснабжения карьеров приведены в [2].

С учетом того, что ток однофазного замыкания на сеть заземления растекается по двум ветвям и слагается из двух токов, его определение производят по формуле:

10 = I' + I'' = 4ьи л

Е¥фо+Е¥фз 1 1

(4)

где I' - часть тока, стекающего в землю через заземлители и протекающего в две неповрежденные фазы через их проводимости относительно земли; I'' - вторая часть тока однофазного замыкания, протекающая по заземляющей сети и далее протекающая в две неповрежденные фазы через их проводимости относительно сети заземления; ил - лип

нейное напряжение сети, кВ; ^Уф3 - суммарная

1

проводимость всех линий электрической сети отно-

п

сительно земли, См; Ё У^ - суммарная проводи-

1

мость всех линий относительно сети заземления, См.

Схема замещения сети заземления карьера

Полная проводимость всех элементов электрической сети карьера относительно сети заземления выразится формулой:

Ё =

1

Ё к +Уо +Уо +Уо +Уо 1 , (5)

1 ^ ВЛ КЛ ТП ПП э у

Полная проводимость всех линий электрической сети карьера относительно земли определится формулой:

где У,

V

0 > А0 -ВЛ КЛ

У

ЁYфз:

1

У У -

00

ПП э

Ёф

1 ВЛ

(6)

полная проводимость со-

ответственно воздушной, кабельной линий, трансформаторных подстанций, приключательных пунктов, экскаваторов относительно сети заземления, См; Уф - полная проводимость воздушной линии от-

ВЛ

носительно земли, См.

Суммарная проводимость определяется через емкости токоведущих каналов всех указанных элементов электрической сети относительно сети заземления и относительно земли:

З10-

(7)

Уфо = 2пСфо 10 ; Уфз = 2цСфз>

где / - частота тока в сети.

Поскольку воздушные линии карьеров представляют собой систему из трех силовых токоведущих и одного заземляющего проводников и обладают частичными емкостями по отношению друг к другу, к заземляющему проводу и по отношению к земле, среднюю емкость единицы длины воздушной линии относительно земли (СФЗ) и относительно сети заземления (Сфо) можно определить через потенциальные коэффициенты по формулам, предложенным в [3, 4]. На основании изложенного выше, полный ток однофазного замыкания определится по выражению:

I,

0

Яи Л

где

Т IV + V

(8)

КЛ

протяженность воздушных и кабельных линий, км; Ыэ,ЫТП,NПП -соответственно количество экскаваторов, трансформаторных подстанций, приключательных пунктов, ед.;

У У У У

1 0 КЛ

0

ТП

1 0 ПП

соответственно, полные про-

водимости относительно сети заземления единицы длины кабельных линий, единичных экскаваторов, подстанций, приключательных пунктов, См/км; См/ед.

+ КЛ *0

+ Nэ У„ + N ТП У„

+ N пп У„

На основании экспериментальных исследований ряда авторов, проведенных в условиях горнодобывающих предприятий, рекомендуются следующие обобщенные значения проводимостей элементов карьерного электрооборудования, необходимые для более точного расчета тока однофазного замыкания [5]:

YВЛ = 0,0015 - 0,0030 См/км; УКЛ = 0,09 - 0,16 См/км; Уэ = 0,003 -0,01 См/ед;

^ТП = 0,001 - 0.004 См/ед; УПП = 0,003 См/ед.

Нижние пределы проводимостей воздушных линий соответствуют максимальным расстояниям подвеса фазных проводов над землей и максимальным расстояниям между заземляющим проводом и фазными проводами малого сечения.

Верхние пределы проводимостей соответствуют минимально допустимым расстояниям между фазными и заземляющими проводниками и минимальным расстояниям фазных проводов от земли. Нижний предел проводимостей кабелей соответствует

гибким кабелям сечением 3х35 мм , а верхний -кабелям сечением 3х95, 3х120 мм2. Верхняя граница проводимостей оборудования соответствует мощным экскаваторам (ЭКГ-8И, ЭШ-14/75 и т.п.) нижняя граница - экскаваторам малой мощности (ЭКГ-4,6).

Верхний предел рекомендуемых значений проводимостей трансформаторных подстанций соответствует большим мощностям (400 кВА), нижний - меньшим мощностям (100-160 кВА). Для применяемых на карьерах приключательных пунктов ПКРН-6, ЯКНО-6, ЯКН0-10 рекомендуется одно значение проводимости.

Выводы:

1. Основную роль в обеспечении электробезопасности играет непрерывная сеть заземления, состоящая из магистральных проводников и заземляющих жил гибких кабелей, так как основная часть тока однофазного замыкания, определяемого суммарной проводимостью относительно земли и относительно сети заземления всех электрически соединенных токоведущих каналов, протекает в две неповрежденные фазы через их проводимости относительно сети заземления.

2. Непрерывность сети заземления должна быть обеспечена устройством автоматического контроля, отключающего потребителя при обрывах в сети заземления. Расчет сети заземления необходимо выполнять с учетом переходных сопротивлений опорных поверхностей передвижного электрооборудования. [4].

CПИCOK ЛИTEPATYPЫ

1. Меньшов Б.Г Расчет тока замыкания на землю в карьерных электрических сетях. «Горные машины и автоматика», Ш4, 1970.

2. Маврицын А.М., Петров О.А. Электроснабжение угольных разрезов - М., «Недра», 1977.

3. Иноятов М.Б. Определение тока однофазного замыкания на землю в карьерных воздушных линиях электропередач. «Горный журнал», □6, 1972.

4. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности Гладилин Л.В., Щуцкий В.И., Бацежев

Ю.Г., Чеботаев Н.И., - М., «Недра», 1977.

5. Якуба Ю.Ф. Исследование защитного действия заземления электроустановок карьеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, - М., МГИ, 1976.

KOPOTKO ОБ ABTOPAX

Чеботаев Н.И. - Московский государственный горный университет.

© Г.М. Пeтрoв, B.B. Aeлoв, 2003

YA K 621.3

Г.М. Пeтрoв/ B.B. Aeлoв ПРИМЕНЕНИЕ TEXHИЧECKИX CPEACTB YПPABЛEHИЯ AЛЯ KOHTPOЛЯ CKPIITUX PAБOT B ГOPOAC KOМ ПOAЗEМHOМ CTPOИTEЛЬCTBE

иях реформ рыночной эко-:и решение проблемы конку-оспособности отечественных

строительных фирм по отношению к иностранным, в первую очередь,

сводится к решению проблемы качества строительных продукций.

Получение высококачественной горно-строительной продукции является особенно сложной проблемой из-за влияния скрытых условий строительства. Стало привычным делом считать, что скрытые условия подземного строительства и существования рисковой ситуации оправдывают значительное несовпадение фактического и проектного сроков строительства, низкое качество строительства. Однако в условиях