CC BY
13Краткое сообщение / Short message УДК 658.382
DOI: https://doi.org/10.21285/2500-1582-2010-1-84-88
Повышение электробезопасности в карьерных распределительных сетях
© А.И. Сидоров, О.А. Ханжина
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск, Россия
Резюме: В статье рассматриваются карьерные распределительные электрические сети. Отмечается, что для таких сетей, работающих в режиме изолированной нейтрали, характерны малые величины емкостных токов однофазного замыкания на землю (до 10 А) и значительное число этих замыканий. Применительно к карьерным распределительным сетям показано, что отключение однофазного замыкания на землю не исключает протекание через место замыкания в течение 2-3 десятков с. тока, обусловленного ЭДС выбега высоковольтных машин, установленных на экскаваторах. Утверждается, что применение в карьерных распределительных сетях систем шунтирования поврежденной фазы может приводить к весьма тяжелым последствиям. Показано, что системы компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю могут успешно работать в разветвленных электрических сетях поверхностного комплекса, например, обогатительных фабрик. Предложено в карьерных распределительных сетях применять систему компенсации токов однофазного замыкания на землю, основанную на подключении к нейтрали сети источника дополнительного напряжения. Приводятся поясняющие рисунки, векторные диаграммы, условие точной компенсации.
Ключевые слова: карьерная распределительная сеть, однофазные замыкания на землю, система компенсации тока однофазного замыкания на землю
Информация о статье: Дата поступления 13 января 2020 г.; дата принятия к печати 17 февраля 2020 г.; дата онлайн-размещения 31 марта 2020 г.
Для цитирования: Сидоров А.И., Ханжина О.А. Повышение электробезопасности в карьерных распределительных сетях. XXI век. Техносферная безопасность. 2020;5(1):84-88. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-1-84-88
Improving electrical safety in quarry distribution circuits
Alexander I. Sidorov, Olga A. Khanzhina
South Ural state University (national research University), Chelyabinsk, Russia
Abstract: The article studies quarry power distribution systems. The circuits operating in the isolated neutral mode are characterized by small values (up to 10 A) of capacitive currents of single-phase earth faults and a significant number of these faults. It was shown that the disconnection of a single-phase earth fault does not exclude the flow through the fault location for 20-30 seconds of current caused by the EMF run-out of high-voltage machines installed on excavators. The use of damaged phase shunting systems can cause serious consequences. Systems of compensation of capacitive currents of single-phase earth faults can work in the branched electric circuits. The article suggested using a system of compensation of single-phase earth fault currents in quarry distribution circuits byn connecting an additional voltage source to the neutral circuit. Explanatory figures, vector diagrams, exact compensation conditions were presented.
Keywords: quarry distribution network, single-phase earth fault, single-phase earth fault current compensation system
Information about the article: Received January 13, 2020; accepted for publication February 17, 2020; available online March 31, 2020.
For citation: Sidorov AI, Khanzhina OA. Improving electrical safety in quarry distribution circuits. XXI century. Techno-sphere Safety. 2020;5(1):84-88. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-1-84-88
А.И. Сидоров, О.А. Ханжина. Повышение электробезопасности в карьерных распределительных сетях Alexander I. Sidorov, Olga A. Khanzhina Improving electrical safety in quarry distribution circuits
Карьерные распределительные сети (КРС) напряжением 6 кВ включают в себя воздушные и кабельные линии. Последние служат для подключения к сети электрифицированных горных машин.
Для КРС характерны малые токи однофазного замыкания на землю, как правило, не более 10 А1 [1]. Число же однофазных замыканий на землю в зависимости от объема добычи полезного ископаемого достигает нескольких сотен в год. При этом защита от однофазных замыканий на землю не всегда эффективна: ложные срабатывания; протекание через место замыкания тока, обусловленного ЭДС выбега машин, установленных на экскаваторах. Применяемые для защиты от этих токов системы шунтирования поврежденной фазы [2, 3] не получили широкого распространения ввиду серьезных последствий при ошибке в работе системы управления и еще ряда особенностей.
Для разветвленных сетей напряжением 6 кВ, питающих потребители поверхностного комплекса, например, обогатительные фабрики, характерны токи однофазного замыкания на землю в несколько десятков ампер. И здесь для повышения надежности электроснабжения применяются системы компенсации емкостных токов однофазных замыканий на землю [4, 5].
Для КРС эти системы неприменимы в виду их недостаточного быстродействия. Кроме того, эти системы, как правило, предназначены для компенсации первой гармоники емкостного тока однофазного замыкания на землю.
Решение поставленного вопроса может быть достигнуто с помощью системы компенсации тока однофазного замыкания на землю, основанной на подключении к
Сидоров А.И. Теория и практика системного подхода к обеспечению электробезопасности на открытых горных работах: дис. ... докт. техн. наук. Челябинск. 1993. 433 с.
нейтрали сети источника дополнительного напряжения [6, 7].
На рис. 1 приведена схема, поясняющая данный способ.
При возникновении замыкания на землю одной из фаз сети к нейтрали трансформатора подключается цепочка, состоящая из последовательного соединения дополнительного источника, емкости Сд и активного сопротивления , с помощью которых в месте замыкания создается компенсирующий ток. Фаза напряжения дополнительного источника определяется, главным образом, поврежденной фазой сети, а величина указанного напряжения, превышающая фазное напряжение, зависит от значения емкостей Сд и С.
На рис. 2, а приведена упрощенная однофазная схема замещения, поясняющая способ компенсации, а на рис. 2, Ь -соответствующая ей векторная диаграмма. Их этих рисунков видно, что через место замыкания протекает ток однофазного замыкания на землю /3 (основная гармоника), определяемый напряжением иф и параметрами сети С и г/3. При подключении дополнительного источника напряжением «д>«ф с КС - цепочкой (элементы
, Сд) через место замыкания будет протекать компенсирующий ток /к, равный по величине /3 и противоположный по направлению. При правильном выборе параметров остаточный ток /0=/3+/к будет
равен нулю, т.е. обеспечивается полная компенсация основной гармоники тока замыкания на землю.
Необходимо отметить, что предварительно в нормальном режиме сети измеряют ее параметры относительно земли и устанавливают подключаемое напряжение в соответствии со следующим соотношением:
2020;5(1):84-88
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
PS
БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY
un
cn
Rr
C,
'A
w c,
в
гвМ C.
rc
Рис. 1. Схема замещения сети, учитывающая способ компенсации тока однофазного замыкания
на землю
Fig. 1. The circuit equivalent circuit taking into account the method of compensating the current
of a single-phase circuit to the ground
a b
Рис. 2. Упрощенная схема замещения (а) и соответствующая ей векторная схема (b) Fig. 2. Simplified equivalent circuit (a) and its corresponding vector scheme (b)
А.И. Сидоров, О.А. Ханжина. Повышение электробезопасности в карьерных распределительных сетях Alexander I. Sidorov, Olga A. Khanzhina Improving electrical safety in quarry distribution circuits
11Д — иф
+ Z„
■ +1
где йД - напряжение дополнительного источника; йф - питающее напряжение поврежденной фазы; гс - полное сопротивление сети относительно земли; - сопротивление цепочки, состоящей из элементов Сд и яд; % - сопротивление дополнительного источника.
Таким образом, предлагаемая система обеспечивает точную компенсацию тока однофазного замыкания на землю. Если замыкание сопровождалось образованием дуги, то ее гашение. Кроме того, она позволяет управлять восстановлением напряжения в сети, исключив повторные зажигания дуги. В целом же внедрение в практику эксплуатации карьерных распределительных сетей подобных систем позволит повысить уровень электробезопасности.
Библиографический список
1. Гладилин Л.В., Щуцкий В.И., Бацежев Ю.Г., Чебо-таев Н.И. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности. М.: Недра. 1977. 327 с.
2. А.с. № 832643, РФ. Способ шунтирования поврежденной фазы при однофазных замыканиях на землю и восстановления нормального режима работы сети с изолированной или компенсированной нейтралью и устройство для его осуществления / О.А. Петров, А.И. Сидоров. Заявл.: 14.01.1979. Опубл.: 23.05.1981.
3. Шуцкий В.И., Жидков В.О., Ильин Ю.Н. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1986. 153 с.
4. Петров А.О., Сидоров А.И., Ситчихин Ю.В., Медников В.П. Исследование условий электробезопас-
ности в компенсированной сети // Горный журнал. 1989. № 9. С. 46-47.
5. Петров О.А., Стасяк В.И., Валеев Г.С., Сидоров А.И., Семёнов В.В., Рыбак Б.М. Компенсация ёмкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях 6 кВ ССГОКа // Горный журнал. 1982. № 8. С. 51-53.
6. А.с. № 858170, РФ. Устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю / О.А. Петров, А.И. Сидоров. Заявл.: 27.03.1979. Опубл.: 23.08.1981.
7. А.с. № 1111225, РФ. Устройство для компенсации тока однофазного замыкания на землю / О.А. Петров, А.И. Сидоров. Заявл.: 20.05.1983. Опубл.: 30.08.1984.
References
1. Gladilin LV, Shchutskii VI, Batsezhev YuG, Chebo-taev NI. Electrical safety in the mining industry. Moscow: Nedra; 1977. 327 p. (In Russ.)
2. Petrov OA, Sidorov AI. Method of shunting a network damaged phase at single-phase earthings and restoring normal operating mode of network with insulated or compensated neutral wire, А.с. RF, no. 832643, 1981 (In Russ.)
3. Shutskii VI, Zhidkov VO, Il'in YuN. Protective shunting of single-phase damages of electrical installations. Moscow: Energoatomizdat; 1986. 153 p. (In Russ.)
4. Petrov AO, Sidorov AI, Sitchikhin YuV, Mednikov VP. Study of electrical safety conditions in the compensated
Критерии авторства
Сидоров А.И., Ханжина О.А. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
network. Gornyi zhurnal. 1989;9:46-47. (In Russ.)
5. Petrov OA, Stasyak VI, Valeev GS, Sidorov AI, Semenov VV, Rybak BM. Compensation of capacitive currents of single-phase earth faults in networks of 6 kV Sokolov- Sarbay mining and processing production Association. Gornyi zhurnal. 1982;8:51-53. (in Russ.)
6. Petrov OA, Sidorov AI. Device for compensating for single-phase earthing current in the electric circuit, A.c. RF, no. 858170, 1981 (In Russ.)
7. Petrov OA, Sidorov AI. Device for compensating for single-phase earthing current in the electric circuit, A.c. RF, no. 1111225, 1984 (In Russ.)
Contribution
Sidorov A.I., Khanzhina O.A. have equal authors' rights and responsibility for plagiarism.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Сведения об авторах Сидоров Александр Иванович,
заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности,
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), 454080, г Челябинск, пр. Ленина, 76, Россия, Н e-mail: sidorovai@susu.ru
Conflict of interests
The authors declare no conflict interests.
All authors have read and approved final manuscript.
Information about the authors Alexander I. Sidorov,
Head of Life Safety Department
South Ural State University
(national research university),
454080, Chelyabinsk, 76 Lenin Ave., Russia,
H e-mail: sidorovai@susu.ru
Ханжина Ольга Анатольевна,
доцент кафедры безопасность жизнедеятельности, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76, Россия, e-mail: khanzhinaoa@susu.ru
Olga A. Khanzhina,
Associate Professor of Life Safety Department, South Ural State University (national research university), 454080, Chelyabinsk, 76 Lenin Ave., Russia, e-mail: khanzhinaoa@susu.ru
