CC BY
23
УДК 621.311
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ КАРЬЕРОВ
Р.В. Клюев, В.И. Голик, И.И. Босиков, О.А. Гаврина
Приводятся результаты исследования состояния изоляции карьерных сетей напряжением выше 1000 В, являющегося обязательным требованием к периодическому осмотру всех электрических аппаратов и оборудования на горнодобывающих предприятиях для обеспечения электробезопасности. Разработана методика сравнительной оценки уровня изоляции карьерных сетей, в которую в качестве исходных данных включен ряд параметров, таких как, суммарная протяженность электрически связанных кабельных и воздушных линий, соответственно число экскаваторов, трансформаторных подстанций и переключательных пунктов в карьерной сети. Методика позволяет сравнивать среднюю полную проводимость отдельных, вновь вводимых элементов сети или среднюю полную проводимость измененной сети в целом с фактической проводимостью карьерной сети в целом, сложившейся в течение всего периода работы карьера. В работы приведены практические результаты исследования состояния изоляции отдельных участков сети 6 кВ карьера, позволяющие провести их сравнительный анализ с помощью точного метода, учитывающего все параметры электрической сети и упрощенного метода расчета с учетом допускаемой 10 % -ной погрешности определения эквивалентной длины кабельной сети. Полученные результаты могут быть использованы при анализе состояния изоляции электрической сети на различных предприятиях горной промышленности.
Ключевые слова: карьер, кабельная сеть, проводимость, сопротивление изоляции, нейтраль.
Введение
Повышение надежности электроснабжения и улучшение условий электробезопасности в карьерных сетях напряжением выше 1000 В в значительной степени зависит от уровня изоляции сети. Профилактические мероприятия по поддержанию высокого уровня изоляции могут оказаться наиболее эффективным средством борьбы с однофазными и многофазными замыканиями на землю, если они будут основываться на правилах технической эксплуатации электроустановок.
Для угольных и сланцевых шахт обязательным требованием является периодический осмотр всех электрических аппаратов и оборудования.
Карьерные сети различных горнодобывающих предприятий характеризуются своим определенным, сложившимся уровнем изоляции, зависящим от принятой схемы электроснабжения, местных климатических условий, уровня эксплуатации электрооборудования и др.
Абсолютные значения полной проводимости (сопротивления) изоляции карьерной сети относительно земли y(z) для всех карьеров различны и зависят от рабочего напряжения, количества электрооборудования, про-
тяженности кабельно-воздушной сети и других параметров карьерной сети.
Так как выбор схемы электроснабжения и параметров карьерной сети определяются требуемой производительностью карьера и планом горных работ, а не проводимостью изоляции карьерной сети, то значение у для разветвленной сети, естественно, будет выше, чем для сети меньшей протяженности. Однако из этого еще не следует, что уровень изоляции в первом случае ниже, чем во втором. Очевидно, что сравнение уровней изоляции по абсолютному значению у не может быть признано удовлетворительным и должно вестись по определенной относительной величине, основанной на фактической проводимости. Эта величина должна позволять сравнивать уровни изоляции как различных карьерных сетей, так и отдельных участков в пределах одной карьерной сети [1-8].
Сравнительная оценка уровня изоляции карьерных электрических
сетей напряжением выше 1000 В
Введем понятие эквивалентной длины кабельной сети карьера Ь кэ. При определении по разработанной методике определения полного тока однофазного замыкания на землю 10 в сети 6 кВ рудника была уточнена
известная эмпирическая формула, в которой введен множитель Я.
Применительно к элементам карьерной сети приведена формула
10 = ^ (у, + Ьвув + Nэкуэк + Nmpуmp + Nmуnn), (1)
где Ьк, Ьв - соответственно суммарная протяженность электрически связанных кабельных и воздушных линий, км; Ыэк, Ытп, Ыпп - соответственно число экскаваторов, трансформаторных подстанций и переключательных пунктов в карьерной сети, ед.; ук, ув - средние значения полной проводимости 1 км кабельной и воздушной сети, См/км; уэк, утр, упп - средние значения полной проводимости единичных экскаваторов, трансформаторных подстанций, и переключательных пунктов, См/ед.
Поскольку ток 10 определяется в основном полной проводимостью кабельной сети ук, то выражение (1) можно представить в виде
к
г
Х^Ь + Уэ^N + +
в эк тп пп
У к У к У к У к
1о л
Ук
(2)
у
1о =-13илук (Ьк + Ьк1 + Ьк2 + Ьк3 + ьк4 ) = ^илукькэ, (3) где Ьк1 = ^ Ьв; Ь^ = ^ Nэк; Ьк3 = ^ ^; К4 = ^ Nпп;
Ук У к Ук Ук
Ь =Ь+Ь,+Ь7+Ь3+Ь4.
кэ к к1 к2 к3 к4
Величины Ьк1 ... Ьк4 представляют собой условные длины кабельных линий, полученные путем приведения полных проводимостей элементов сети к средней полной проводимости 1 км кабеля. Таким образом, исполь-
зуя вышеприведенные формулы приведения для Ьк1Ьк4, проводимость основных элементов карьерной сети можно выразить через соответствующие длины кабелей и рассматривать сеть как чисто «кабельную». Средние значения соотношений средних проводимостей по карьерам Северного Кавказа приняты равными: ув / ук = 0,00286; уэк / ук = 0,00182; у /у = 0,05; у /у = 0,00333.
у тп у к у ? у пп у к '
Для дальнейшего рассмотрения вопроса сделаем следующие допущения:
а) предполагается, что полная проводимость изоляции сети и ее составляющие пропорциональны эквивалентной длине кабельной сети Ь кэ. Поскольку Ь кэ определяется, в основном, первыми двумя членами Ь к и Ьк1, то такое допущение возможно;
б) предполагается, что уровень профилактических мероприятий в карьерных сетях должен быть достаточно высоким, особенно в периоды повышенных осадков, когда наблюдается наибольшее количество повреждений в сети. Хорошо поставленная профилактика должна обеспечить снижение абсолютного числа повреждений в сети до некоторого минимального уровня Ы0, независящего от уровня профилактики и определяемого случайными причинами (перекрытие изоляции птицами, схлестывание проводов, механическое случайное повреждение линии и др.). В этом случае уровень изоляции может рассматриваться неизменным во времени, и требования к уровню изоляции могут предъявляться одинаковыми для всех периодов года.
Наиболее точным методом измерения полной проводимости изоляции карьерной сети является метод прямого замыкания одной из фаз сети на землю. В этом случае ток 10 определяется из выражения
10 = ифу. (4)
Приравняв выражения (3) и (4), получаем
ифу = ^илуЬкэ. (5)
Сделав приведение Пф размерностью В к размерности кВ, получим:
ифу = ^илу^кэ10~\ (6)
Отсюда
^/зUуL 10-3 г . ^ ^
у = П кэ-= уАэЮ-3, См. (7)
и Ф
Для каждого конкретного карьера, со сложившимся в процессе эксплуатации уровнем изоляции, в качестве фактической проводимости изоляции предлагается средняя полная проводимость изоляции на 1 км эквивалентной длины кабельной сети, определяемая из выражения:
ук =-^-г, См/км. (8)
к 3Ькэ10-3
Полученное выражение ук (8) наиболее точно характеризует фактическую проводимость изоляции конкретного карьера и может отличаться от значения 0,1 - обычно принимаемого в расчетах.
При изменении схемы электроснабжения меняются одна ил несколько величин Ьк, Ьв, Аэк, Ытп, Апп, за счет чего появляется дополнительная величина АЬкэ, определяемая формулами приведения. Новое, измененное значение
Ь = Ь ±АЬ . (9)
кэкэкэ V /
Новому значению Ькэ соответствует новое значение полной проводимости изоляции сети
У ' = У ±Ау , (10)
где Ау - дополнительная полная проводимость изоляции сети, соответствующая АЬ кэ.
Уровень изоляции сравниваемых карьерных сетей или их отдельных элементов при принятых ранее допущениях может оцениваться предлагаемой величиной относительной полной проводимости изоляции карьерной сети у*, определяемой для каждого конкретного случая одним из следующих выражений.
Если Ау для вновь вводимых элементов отдельной карьерной сети можно измерить методом прямого замыкания на землю одной из фаз сети (например, для нового карьерного фидера с соответствующим числом экскаваторов, ТП и др., при отключении от соответствующей секции шин других фидеров), то фактическая проводимость изоляции этих элементов определяется по выражению (8). Полагая: у=Ау и Ькэ=АЬкэ, получим
укА=-——3, См/км, (11)
кА 3АЬкэ 10-3
= ука = Ау3Ькэ10~3 = АуЬкэ (12)
ук у3А1кэ10~' у АЬкэ '
Если определение отдельной величины Ау по техническим или иным причинам невозможно, то измеряется величина полной проводимости сети у', определяется среднее значение у' к, используя выражения (8), (10):
ук = --г = ,у 3 , См/км. (13)
3(Ькэ ± АЬкэ)10-3 3Ькэ10-3 ' 7
Относительная проводимость
у» = у = ^Т. (14)
Ук у кэ
Таким образом, относительная полная проводимость сети у* позволяет сравнивать среднюю, полную проводимость отдельных, вновь вводимых элементов сети (12) или среднюю полную проводимость измененной
сети в целом (14) с фактической проводимостью карьерной сети в целом, сложившейся в течение всего периода работы карьера (8). Из выражений (12), (14) следуют практические выводы:
- у*=1 - уровень изоляции сравниваемых участков сети одинаков, и рекомендуемый для них уровень эксплуатации также равный;
- у*<1 - уровень изоляции вновь вводимого участка выше, чем у остальной части сети, в которой следует повысить уровень эксплуатации;
- у*>1 - уровень изоляции вновь вводимого участка сети ниже, чем у остальной части сети, и до ввода его в эксплуатацию необходимо путем профилактических мероприятий понизить среднюю полную проводимость этого участка укд.
В целях периодического контроля уровня изоляции для карьерных сетей с неизменной схемой электроснабжения предлагается сезонное (месячное) измерение полной проводимости изоляции отдельных участков Ду путем отключения части фидеров с последующим определением у* (12, 14). Требуемое значение у* равно: у* <1.
Сравнение уровней изоляции электрических сетей карьеров А и В различных районах страны может производиться по выражению
у, = ^, (15)
укВ
где у А/ у В - показатель уровня эксплуатации.
Для уменьшения объема расчетов рекомендуется проводить предварительную оценку уровней изоляции. Путем упрощения выражения (14) проверяется значение у* по выражению
у, = < 1,2, (16)
10 Ьк
где I 0, 10 - измеренные значения тока однофазного замыкания на землю всей сети и сравниваемого участка сети, А; Ь к, Ь' к - протяженности кабельных линий всей сети и сравниваемого участка сети, км.
При у *>1,2 уровень изоляции сравниваемого участка следует повысить путем проведения профилактических мероприятий. При у*<1,2 уточнение ведется по величине Ь кэ.
Так, погрешность конечных расчетов Ь кэ не превысит 10 %, если при расчете Ькэ пренебречь рядом слагаемых, удовлетворяющих условиям:
а) в схему входят все параметры сети. Любым из параметров можно пренебречь, если
'Ьв < 0,87Ьк; Мэк < 1,37Ьк; Хр < 0,5Ьк; Мпп < 0,75Ьк, ( )
б) один из параметров сети отсутствует, аналогично ГЬ = 0; N < 1,65Ь ; N < 0,6Ь ; N < 0,9Ь ;
в ' эк ' к' тр ' к' пп ' к'
Аэк = 0; Ьв < 1,05Ьк; Атр < 0,6Ьк; Апп < 0,9Ьк; Атр = 0; Ьв < 1,05Ьк; Атр < 1,65ЬК; Апп < 0,9Ьк; N = 0; Ь < 1,05Ь ; N < 0,6Ь ; N < 1,65Ь ,
пп в к тр к пп к
в) два параметра сети отсутствуют, аналогично получаем
ГЬ = 0; N = 0; N < 1,0Ь ; N < 1,5Ь ;
в ' эк ' тр ' к' пп ' к'
Ь = 0; N = 0; N < 2,75Ь ; N < 1,5Ь ;
в тр эк к пп к
Ь = 0; N = 0; N < 2,75Ь ; N < 1,0Ь ;
в пп эк к тр к
N = 0; N = 0; Ь < 1,75Ь ; N < 1,5Ь ;
эк тр в к пп к
(19)
N
(20)
... 0; Nпп = 0; Ье < 1,754; Nn^p < 1,0Ьк; Nnn = 0; Nтp = 0; Ье < 1,75Ьк; Nэк < 2,75Ьк, г) три параметра сети отсутствуют, получаем: гЬк = 0; Nж = 0; Nmp = 0; Nnn < 3Ьк;
Ья = 0; Nж = 0; Nnn = 0; Nmp < 2Ьк; Ь = 0; N = 0; N = 0; N < 5,5Ь ;'
тр пп эк к
N = 0; N = 0; N = 0; Ь < 3,5Ь .
тр эк пп в к
Из изложенного выше видно, что оценка уровня изоляции карьерных сетей по величине у* является наиболее точным с точки зрения измерения методом. Однако область применения этого метода ограничена величиной критической полной проводимости сети укр, соответствующей требованию правил устройства электроустановок (ПУЭ) по компенсации критических емкостных токов однофазного замыкания на землю:
I,
у кр
0 кр
ил
См,
(21)
где 10кр - критический, предельно допустимый ток однофазного замыкания на землю для электрических сетей с изолированной нейтралью, А.
В соответствии с ПУЭ для электрических станций и подстанций величины 10кр для ил=6, 10, 35 кВ соответственно составляют 30, 20, 10 А. При токах 10>10кр предполагается установка дугогасящих катушек и перевод режима нейтрали сети с изолированного на компенсированный.
Рассмотрим возможность нормирования проводимости и оценки уровня изоляции сети по составляющим полной проводимости изоляции сети в сети с изолированной и компенсированной нейтралью.
Сеть с изолированной нейтралью (10<10кр)
у = £ + ] Ь, (22)
]Ьср = , См/км. (26)
где g = gк+gв+gэк+gтп+gпп - суммарная активная проводимость всех элементов карьерной сети, См; /Ь = /-Ьк+/-Ьв+/-Ьэк+/'-Ьтп+/'-Ь пп - суммарная емкостная проводимость всех элементов карьерной сети, См.
Токи через суммарные проводимости:
- активная составляющая 10а полного тока замыкания на землю
1о в = иф g, А; (23)
- реактивная составляющая
Iо с = иф]Ь, А. (24)
Определение составляющих 10а и Iос, соответствующих проводимо-стей может проводиться по известному методу прямого замыкания на землю.
Средняя активная проводимость изоляции сети на 1 км эквивалентной длины кабельной сети:
gср = ~т, См/км. (25)
^кэ
Средняя емкостная проводимость изоляции на 1 км
/
Уровень изоляции по составляющим полной проводимости по аналогии с выражениями (12), (14)
Лg Л/Ь
g* =; А ; (27)
^ ср J ср
g*=^; А = /г; (28)
gср J ср
g* = ^; А = ^. (29)
gсрВ JЬ срВ
Сеть с компенсированной нейтралью (10>10кр).
Предполагается, что в сети установлена дугогасящая катушка, настроенная в резонанс с емкостью сети, и этот режим автоматически поддерживается при изменении схемы электроснабжения карьера. При принятой для карьерной сети расстройке дугогасящей катушки в сторону перекомпенсации или недокомпенсации и автоматическом поддержании этого режима суть рассматриваемого вопроса не меняется.
Токи через суммарные проводимости
1оа = иф •(g + gдк ) , (30)
I о с = иф (/Ь), (31)
1оь = иф (-/Ь), (32)
где gдк - активная проводимость дугогасящей катушки, См; -/Ь - индуктивная проводимость дугогасящей катушки, См.
При резонансной настройке /0с= -/0Ь полный ток замыкания на землю
/0 = /0а + /0с - /0^ = /0а = иф (% + 8дк ) • (33)
Из выражения (33) следует, что в сетях с компенсированной нейтралью при поддержании автоматической компенсации фактическая проводимость и оценка уровня изоляции могут производиться только по величинам %ср и %*.
Для смешанных кабельно-воздушных карьерных сетей %</-Ь и зависимость абсолютных значений у, %, _/-Ь от Ькэ для сети с изолированной и компенсированной нейтралью приведена на рис. 1.
1у1, ии> ь I
/0кр, укр
/0 /0а
0
Ь
кэ.кр
сеть с изолированной нейтралью
Ьк
сеть с компенси-
рованной нейтралью
Рис. 1. Зависимость абсолютных значений у, g, ]-Ь от Ькэ для сети с изолированной и компенсированной нейтралью
Из уравнения прямых получаем
У = kЛL ; /Ь = кЬ ; % = кХ ,
у у кэ ? ^ Ь кэ? о д кэ?
где угловые коэффициенты
ку = а у; кь = *8аь; кд = *8ад •
Из вышеприведённых выражений следует, что tgaу > tgаb > tgад, и для получения одного и того же достоверного отчета при измерении тока
10 и последующих расчетов изменения ЛЬ уэ, ЛЬЬэ, ЛЬдэ должны быть различны.
Так, если для приборов визуального отсчета принять достоверным разность между отсчетом а 1 и а0 в п делений шкалы прибора (п>1, п<1), то наиболее простым и предпочтительным методом оценки уровня изоляции для сети с изолированной нейтралью является у*. Как видно из графика (см. рис. 1), при этом методе возможна оценка минимальных изменений в сети (ЛЬуэ<ЛЬЬэ<ЛЬдэ). При оценке уровня изоляции по составляющим полной проводимости изоляции сети g*,/-Ь*, минимальные значения ЛЬЬэ и ЛЬ дэ будут равны:
ЛЬьэ =ЛЬдЭ ^; (34)
tgaь
ЛЬдэ = ЛЬуэ ^. (35)
^ а д
Расчет по выражению (35) является единственным для сети с изолированной нейтралью.
В зависимости от схемы измерения тока 10 минимальные значения Ла уэ, определяющие достоверность отсчета, будут различны.
Прямое включение амперметра в заземляемую фазу
Если минимальный достоверный отсчет между показаниями а1 и а 0 составляет п делений шкалы, что соответствует минимальной разнице между токами I' 0-10, т.е.: I' 0-10=а 1-а 0=п, то исходя из выражения (8) можно получить: !0 - = п = у[3илукЛЬуэ. Откуда:
п
ЛЬуэ =-¡=-, км. (36)
уЭ ^>илук
Включение миллиамперметра через измерительный трансформатор тока
Зависимость между первичным и вторичным током определяется по кривой намагничивания трансформатора тока или по коэффициенту трансформации кт, при работе в ненасыщенной части характеристики. Соотношения между первичными токами I' 0-!0, А и вторичными I' 02-!02=п, мА определяются выражением !0 - Ц = кт (!02 - 102 )10-3 =, откуда
!0 -10 = к п10-3 =у[ъ - и у ЛЬ :
0 0 т * лУ к уэ
ЛЬэ = ЧЦ-' км- <37)
Из сравнения выражений (36) и (37) следует, что при измерении токов через трансформатор тока «чувствительность» схемы повышается в
3
кт10 раз.
Пользуясь формулами приведения можно определить минимальные значения Ьк, Ьв, Ыэк, Атр, Апп, при которых возможно сравнение уровней изоляции по у *. В тех случаях, когда фактическое значение АЬ уэ меньше минимального расчетного значения по выражениям (36, 37), то рекомендуется проведение периодического контроля путем деления карьерной сети на отдельные участки с последующей оценкой у*.
Практические рекомендации по сравнительной оценке уровня изоляции отдельных участков карьерных электрических сетей
напряжением выше 1000 В
Для оценки уровней изоляции отдельных участков карьерных электрических сетей напряжением выше 1000 В разработана следующая методика.
1. По существующей схеме электроснабжения подсчитываются значения параметров сети Ьк, км; Ьв, км; Ытр, шт; Ыэк, шт; Ыпп, шт.
2. Производится предварительная оценка параметров сети на 10 % погрешность при расчете Ь кэ.
3. Определяются длины оставшихся условных кабельных линий по выражениям
Ь, = Ь ; Ь2 = N ; Ь3 = ^N ; Ь 4 = N ; (38)
к1 в ' к2 эк ? к3 тп? к4 пп? V /
У к Ук Ук Ук
Ь, = 0,00286Ь ; Ь7 = 0,00182А ; Ь3 = 0,05А ; Ь4 = 0,00333А .
к1 ' в ? к2 ' эк ? к3 ' тп ? к4 ' пп
4. Вычисляется эквивалентная длина Ькэ по выражению
Ькэ = Ьк + Ьк1 + Ьк2 + Ьк3 + Ьк4 , км. (39)
5. Производится однофазное замыкание на землю и измеряется ток
/0, а.
нию:
6. Определяется полная проводимость изоляции сети по выраже-
у =10, См, (40)
и
и 103
где и = —^--фазное напряжение сети, В.
л/3
7. Вычисляется фактическая проводимость 1 км эквивалентной длины электрической сети по выражению (8).
8. Для вновь вводимого участка сети, определяются аналогичные величины по пп. 1 - 7 при выполнении п.5, все фидера, питающиеся от той же секции шин должны быть отключены. Определяется укА по выражению (11).
9. Определяется относительная проводимость у * по выражению
10. При у*>1,1, вновь вводимый участок имеет пониженный уровень изоляции и требует проведения профилактических мероприятий по повышению уровня изоляции.
11. Для проверки уровня изоляции отдельных участков сети, от секции шин отключается часть фидеров. Для оставшегося в работе участка сети определяется величина у' к по выражению (13), где ькэ = Ькэ -ЛЬкэ) - эквивалентная длина оставшегося в работе участка сети, км.
12. Определяется у* по выражению (14) при g*>1,1.
13. Аналогично производится проверка уровня изоляции отключенных фидеров, подключая их к секции шин, и отключая фидера с проверенным уровнем изоляции.
Сравнения уровней изоляции по разработанной методике
Карьерная сеть задана следующими параметрами:
ин= 6 кВ; Ьк=8 км; Ьв=6 км; N«=10 шт; Лгтр=7 шт; Агпп=14 шт; !0=6,8
А.
После отключения части фидеров (деления сети), в работе остался участок сети карьера с параметрами: ин= 6 кВ; Ь'к=3,8 км; Ь'в=2,5 км; N эк=4 шт; N тр=5 шт; N пп=6 шт; I' 0=4 А.
Определим уровень изоляции этого участка сети.
Проверяем значение у* по упрощенному выражению (16):
у = = = 124
* Iо Ь[ 6,8- 3,8 '
Так как у*>1,2, то на оставшемся в работе участке сети необходимо проведение профилактических мероприятий по повышению уровня изоляции.
Рассмотрим точный и приближенный методы расчета.
Точный метод расчета (с учетом всех параметров сети)
1. Определяем длины условных кабельных линий:
- карьерная сеть в целом
Ьк1 = 0,00286 - 6 = 0,0173 км; Ьк2 = 0,00182 -10 = 0,0182 км;
Ьк3 = 0,05 - 7 = 0,35 км; Ьк4 = 0,00333 -14 = 0,0465 км.
Ь = Ь + Ь, + Ь7 + Ь3 + Ь4 = 8,432, км.
кэ к к, к2 к3 к4 ' 5
- участок карьерной сети
Ь'к1 = 0,00286 - 2,5 = 0,00715 км; Ь'к2 = 0,00182 - 4 = 0,00726 км;
Ь 3 = 0,05 - 5 = 0,25 км; Ь 4 = 0,00333 - 6 = 0,02 км.
к 3 ' ' 'к 4 ' '
Ь'к4 = 3,8 + 0,28441 = 4,08441, км.
2. Определяем полную проводимость:
- карьерная сеть в целом:
т до у =10 =-= 1,96 - Ю-3 См;
' и 6 -103/л/3
- участок сети
у = То =-4—= 1,155-10-3 См.
и 6-103/л/3
3. Вычисляем фактическую проводимость:
- карьерная сеть в целом:
\-3
Л = _ _3 = —:-- = 0,0775 См/км;
у'к = _3 ^ _3 = 0,0943 См/км.
у_= 1,96 -10"
3LJ0_3 = 3 - 8,432 -10"
- участок сети у__= 1,155 -10_3
3^кэ10_3 = 3 - 4,08441 -10" 4. Определяем относительную проводимость (уровень изоляции) по выражению (14):
= X = 00943 = 1 > lL * у,, 0,0775
Вывод: участок имеет пониженный уровень изоляции по сравнению с изоляцией карьерной сети в целом и требуется принять дополнительные меры профилактики для его повышения.
Упрощенный расчет с учетом допускаемой 10 %-ной погрешности определения Lкэ
1. Так как все параметры сети присутствуют, то проверку осуществляем по выражениям (17).
- карьерная сеть в целом
L < 0,87 - L = 0,87 - 8 = 6,96 км, так как L^6 км < 6,96 км, то вели-
в f к f ' 5 13 5 5
чиной LKl = 0,00286 - Le пренебрегаем;
N < 1,37 - L = 1,37 - 8 = 11 шт. так как N-^=10 шт. < 11 шт, то вели-
эк ' к ' Jb- '
чиной Lk2 = 0,00182N3K пренебрегаем;
N < 0,5LK = 0,5 - 8 = 4 шт. так как N^=7 шт. > 4 шт, то учитываем Lk3 = 0,05^р = 0,05 - 7 = 0,35 км;
Nпп < 0,75LK = 0,75 - 8 = 6 шт. так как Nnn=14 шт. > 6 шт., то учитываем Ld = 0,00333N = 0,00333 -14 = 0,0465 км;
к4 ' пп ' ' '
L = L + L 3 + L 4 = 8,4 км;
кэ к к3 к4 ' ?
- участок сети
L[ < 0,87 - L'K = 0,87 - 3,8 = 3,3 > 2,5, то L N'K < 1,37 - LK = 1,37 - 3,8 = 5,2 > 4, то L'к2=0; N'mp < 0,5 - L'K= 0,5 - 3,8 = 1,9 < 5, то L'кз=0,25 км; N' < 0,75 - LK = 0,75 - 3,8 = 2,85 < 6, то L'к4=0,02 км;
= t , -3 = 0,095 См/км.
L' = L' + L' 3 + L' 4 = 4,07 км.
кэ к к3 к 4 '
2. Токи /0 остаются прежними, как и проводимости: у = 1,96 • 10-3 См и у' = 1,155 •Ю-3 См.
3. Фактические проводимости:
- по карьеру в целом
У = 1,96 •10 = 0,0778 См/км;
к 3 • 8,4 • 10-3
- по участку сети 1,155 •Ю-3
к 3 • 4,07 • 10
4. Уровень изоляции
0,095 1,21 -1,22
у* =-= 1,22 ; ДуА =--100 = 0,8 %.
* 0,0778 * 1,22
Вывод аналогичен результатам точного расчета.
5. Если расчет проводить только по выражению (16) с учетом Lj^ и L' к, то ук=0,816; у' к=1,01; у*=1,25,
1,25 -1,22
Ду* = ——--100 = 2,4 %, что свидетельствует о том, что основную роль при оценке уровня изоляции играет Lj^ и /0.
Результаты исследования состояния изоляции отдельных участков
сети 6 кВ карьера
В работе приведены результаты сравнения уровня изоляции электрических сетей карьеров №1 и №2.
Примем обозначения параметров сети, относящихся к карьеру №1, с индексом А, а параметры сети, относящиеся к карьеру №2 - с индексом В. Согласно разработанной методики, для сравнения уровней изоляции электрических сетей карьеров А и В различных районов страны, воспользуемся выражением (1.15): уф = .
укВ
Фактическая проводимость сети карьера №1
укА =-уа—- См/км.
3LK3A10~'
Полная проводимость изоляции уА
уА = /°А =-= 0,346 •Ю-3 См.
U 6-103/л/3
Определяем длину условных кабельных линий: LKlA = 0,00286 • 5,7 = 0,0153 км; Lk2A = 0,00182 • 9 = 0,01638 км; L3A = 0,05 • 9 = 0,45 км; L4A = 0,00333 • 12 = 0,0396 км; LkA = 1,60228 км.
Тогда фактическая проводимость
0,346 -10-3 3 -1,60228 -10"
Аналогичные расчеты в той же последовательности проводим для карьера №2:
укА =-'■-"3 = 0,0722 См/км.
Т 4 92
уВ = = 4'9% = 1,42 -10-3 См.
Ув и 6 -103 / л/3
Ьк1В = 0,00286 -16,62 = 0,0475 км; Ьк2В = 0,00182 -10 = 0,0182 км; ЬкЗВ = 0,05 - 8 = 0,4 км; Ьк4В = 0,00333 -14 = 0,0465 км; ЬкэВ = 3,9122 км.
1,42 -10-3 3 - 3,9122 -10 Относительная проводимость
уВ = о о'гм^ 1/ч-3 = 0,121 См/км.
= укА = 00722 = 0,596 < 1.
Ув 0,121
Уровень изоляции электрических сетей карьера №1 выше, чем электрических сетей карьера №2.
Выводы
1. Фактической проводимостью (сопротивлением) изоляции карьерных сетей напряжением выше 1000 В относительно земли является:
а) средняя полная проводимость (сопротивление) изоляции на 1 км эквивалентной длины кабельной сети с изолированной нейтралью;
б) средняя активная составляющая полной проводимости (сопротивление) изоляции на 1 км эквивалентной длины кабельной сети с компенсированной нейтралью.
2. Уровень изоляции отдельных элементов карьерной сети или карьерных сетей в целом может оцениваться величиной относительно полной (у *) или активной составляющей ^ *) проводимости изоляции относительно земли и должен отвечать соотношениям: у*<1,1 (г*>1,1); ^*<1,1 (Я *>1,1).
3. Периодический контроль изоляции, основанный на методе прямого замыкания на землю одной из фаз сети, позволит повысить эффективность профилактических мероприятий, улучшить надежность электроснабжения и условия электробезопасности.
4. Приведены практические результаты исследования состояния изоляции отдельных участков сети 6 кВ карьера, позволяющие провести их сравнительный анализ с помощью точного метода, учитывающего все параметры электрической сети и упрощенного метода расчета с учетом допускаемой 10%-ной погрешности определения эквивалентной длины кабельной сети.
5. Полученные результаты могут быть использованы при анализе состояния изоляции электрической сети на различных предприятиях горной промышленности, и вносят вклад в развитие методов обеспечения электробезопасности и надежности систем электроснабжения [9 - 16].
Список литературы
1. Array management using ore processing tailings / V.I. Golik, K.H. Hadzimurzovich, S.S. Georgievich, K.Z. Muratovna, S.L. Petrovich // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 6. P. 1223-1228.
2. Повышение полноты использования недр путем глубокой утилизации отходов обогащения угля / В.И. Голик, В.И. Комащенко, С.Г. Стра-данченко, С.А. Масленников // Горный журнал. 2012. № 9. С. 91-95.
3. Litvinenko V. S. Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector. Natural Resources Research. 2019. doi:10.1007/s11053-019-09568-4.
4. Zhukovskiy Y., Batueva D., Buldysko A., Shabalov M. Motivation towards energy saving by means of IoT personal energy manager platform. Paper presented at the Journal of Physics: Conference Series, 1333(6) 2019. doi:10.1088/1742-6596/1333/6/062033.
5. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development / V.I. Golik, O.Z. Gabaraev, S.A. Maslennikov, Z.M. Khasheva, L.P. Shulgaty // The Social Sciences (Pakistan). 2016. Т. 11. № 18. С. 4348-4351.
6. Клюев Р.В., Гаврина О.А., Михальченко С.Н. Анализ удельного потребления электроэнергии обогатительной фабрики // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 1. С. 433447.
7. Анализ состояния изоляции электрооборудования горнометаллургических комбинатов / Р.В. Клюев, И.И. Босиков, О.А. Гаврина, К.С. Крысанов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 2. С. 201-215.
8. Performance evaluation of functioning of natural-industrial system of mining-processing complex with help of analytical and mathematical models / I. I. Bosikov, R. V. Klyuev, V. Ch. Revazov, D. E. Pilieva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 327 022013.
9. Heylen E., Deconinck G., Hertem D. Review and classification of reliability indicators for power systems with a high share of renewable energy sources // Renewable and Sustainable Energy Reviews 97. 2018. Р.554-568. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.08.032.
10. Rexhepi V. An analysis of power transformer outages and reliability monitoring // Energy Procedia 141. 2018. Р. 418-422.
11. Davidov S., Pantos M. Optimization model for charging infrastructure planning with electric power system reliability check Energy 166. 2019. Р. 886-894.
12. Afzali P., Keynia F., Rashidinejad M. A new model for reliability-centered maintenance prioritisation of distribution feeders Energy 171. 2019. Р. 701-709.
13. Rebello S., Yu H., Ma L. An integrated approach for system functional reliability assessment using dynamic bayesian network and hidden markov model Reliability Engineering & System Safety 180. 2018. Р. 124-135.
14. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of technological damage at 110 kV substations in JSC IDGC of the North Caucasus- «Sev-kavkazenergo» Int. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) (Vladivostok) Inspec Accession Number 19229305. 2019. DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934076.
15. Yssaad B., Abene A. Rational Reliability Centered Maintenance Optimization for power distribution systems Int. Journal of Electrical Power & Energy Systems 73. 2015. Р.350-360 https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2015.05.015.
16. Heylen E., Ovaere M., Proost S., Deconinck G., Hertem D. A multidimensional analysis of reliability criteria: From deterministic N-1 to a probabilistic approach Electric Power Systems Research 167. 2019. Р.290-300. https ://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.11.001.
Клюев Роман Владимирович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, kluev-roman@rambler. ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет); Московский политехнический университет,
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., v.i.golikamail.ru, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Босиков Игорь Иванович, канд. техн. наук, доц., igor.boss. [email protected] , Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Гаврина Оксана Александровна, канд. техн. наук, доц., Gavrina-Oksana'a yandex. ru , Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
DEVELOPMENT OF METHODS FOR ENSURING ELECTRICAL SAFETY OF ELECTRIC
NETWORKS OF QUARRIES
R. V. Klyuev, V.I. Golik, I.I. Bosikov, O.A. Gavrina
The paper presents the results of a study of the state of isolation of quarry networks with a voltage higher than 1000 V, which is a mandatory requirement for periodic inspection of all electrical devices and equipment at mining enterprises to ensure electrical safety. A
method of comparative assessment of the isolation level of quarry networks has been developed, which includes a number of parameters as input data, such as the total length of electrically connected cable and overhead lines, respectively, the number of excavators, transformer substations and switch points in the quarry network. The method allows you to compare the average total conductivity of individual, newly introduced network elements or the average total conductivity of the modified network as a whole with the actual conductivity of the quarry network as a whole, developed over the entire period of operation of the quarry. The paper presents practical results of the study of the state of isolation of individual sections of the 6 kV network of the quarry, allowing for their comparative analysis using an accurate method that takes into account all the parameters of the electrical network and a simplified calculation method, taking into account the allowed 10% error in determining the equivalent length of the cable network. The obtained results can be used in the analysis of insulation condition of the electrical network at the various enterprises of the mining industry.
Key words: quarry, cable network, conductivity, insulation resistance, neutral.
Klyuev Roman Vladimirovich, doctor of technical sciences, full professor, head ofchair, kluev-roman@rambler. ru , Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University); Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v. i. golik@,mail. ru, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),
Bosikov Igor Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, igor.boss. 777 @,mail.ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),
Gavrina Oksana Alexandrovna, candidate of technical sciences, docent, Gavrina-Oksana@yandex. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University)
Reference
1. Array management using ore processing tailings / V. I. Golik, K. H. Hadzimur-zovich, S. S. Georgievich, K. Z. Muratovna, S. L. Petrovich // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11, no. 6. P. 1223-1228.
2. Increasing the completeness of subsurface use by deep utilization of coal enrichment waste / V. I. Golik, V. I. Komashchenko, S. G. Stradanchenko, S. A. Maslennikov // Gorny Zhurnal. 2012. no. 9. Pp. 91-95.
3. Litvinenko V. S. Digital economy as a factor in the technological de-velopment of the mineral sector. Natural Resources Research. 2019. doi:10.1007/s11053-019-09568-4.
4. Zhukovskiy Y., Batueva D., Buldysko A., Shabalov M. Motivation towards energy saving by means of IoT personal energy manager platform. Pa-per presented at the Journal of Physics: Conference Series, 1333(6) 2019. doi:10.1088/1742-6596/1333/6/062033.
5. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development / V.I. Golik, O.Z. Gabaraev, S.A. Maslennikov, Z.M. Khasheva, L P. Shulgaty // The Social Sci-ences (Pakistan). 2016. Vol. 11. No. 18. Pp. 43484351.
6. Klyuyev R. V., Gavrina O. A., Mikhalchenko S. N. Analysis of specific electricity consumption of the concentrating plant // News of Tula state University. earth science. 2020. Issue 1. Pp. 433-447.
7. Analysis of the state of isolation of electrical equipment of mining and metallurgical plants / R. V. Klyuyev, I. I. Bosikov, O. A. Gavrina, K. S. Krysanov // News of Tula state University. earth science. 2020. Vol. 2. Pp. 201-215.
8. Performance evaluation of functioning of natural-industrial system of mining-processing complex with help of analytical and mathematical models / I. I. Bosikov, R. V. Klyuev, V. Ch. Revazov, D. E. Pilieva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 327 022013.
9. Heylen E., Deconinck G., Hertem D. Review and classification of re-liability indicators for power systems with a high share of renewable energy sources Renewable and Sustainable Energy Reviews 97. 2018. Pp. 554-568. https://doi.org/10.1016Zj.rser.2018.08.032.
10. Rexhepi V. An analysis of power transformer outages and reliability monitoring Energy Process 141. 2018. P. 418-422
11. Davidov S., Pantos M. Optimization model for charging infrastructure planning with electric power system reliability check Energy 166. 2019. P. 886-894.
12. Afzali P., Keynia F., Rashidinejad M. A new model for reliability-centered maintenance prioritization of distribution feeders Energy 171. 2019. P. 701-709.
13. Rebello S., Yu H., Ma L. An integrated approach for system func-tional reliability assessment using dynamic bayesian network and hidden mar-kov model Reliability Engineering & System Safety 180. 2018. Pp. 124-135.
14. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of technological damage at 110 kV substances in JSC IDGC of the North Caucasus- "Sevkavkazenergo" Int. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) (Vladivostok) Inspec Accession Number 19229305. 2019. DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934076.
15. Yssaad B., Abene A. Rational Reliability Centered Maintenance Optimization for power distribution systems Int. Journal of Electrical Power & Energy Systems 73. 2015. Pp. 350-360 https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2015.05.015.
16. Heylen E., Ovaere M., Proost S., Deconinck G., Hertem D. a multi-dimensional analysis of reliability criteria: From deterministic N-1 to a probabilistic approach Electric Power Systems Research 167. 2019.P. 290-300. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.11.001.
