CC BY
84
© Г.М. Петров, Я.А. Жигарловский, 2006
УДК 621.316.176
Г.М. Петров, Я.А. Жигарловский
ВЛИЯНИЕ ТОКОВ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ КОНТАКТНОЙ СЕТИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ КАРЬЕРА
Семинар № 21
ирокое использование электрической энергии при всевозрастающих темпах развития открытых горных работ, дальнейший рост энерговооруженности производства, повсеместная механизация работ на карьерах определяют необходимость глубокого и всестороннего изучения работы электроустановок с точки зрения обеспечения безопасности и бесперебойности электроснабжения потребителей. При эксплуатации электрифицированного железнодорожного транспорта на карьерах работа контактной сети протекает в условиях воздействия на нее механических, метеорологических, химических и других факторов, вызывающих в некоторых случаях короткие замыкания. Особенностью работы электротяговой сети является возможность возникновения в ней коротких замыканий с большими токами короткого замыкания на землю (металлическое замыкание контактного провода на рельсы вблизи тяговой подстанции) и коротких замыканий с малыми токами, сравнимыми с токами нагрузки (касание ковшом экскаватора контактного провода, замыкание контактного провода на землю через горную массу в думпкаре, обрыв контактного провода и падение его на землю). Бесперебойность и безопасность работы карьерного электрифицированного транспорта зависит от надежной защиты тяговых сетей, как от больших токов, так и от малых токов короткого замыкания на землю.
Защита от коротких замыканий с большими токами удовлетворительно осуществляется максимальными токовыми защитами автоматических выключателей, но защита от малых токов сопряжена с рядом трудностей. До настоящего времени, несмотря на разнообразие методов, не существует универсальной и эффективной защиты, надежно работающей при коротких замыканиях с малыми токами замыкания на землю. При создании такой защиты следует обратить внимание на устройство заземления карьерного экскаватора, работающего на погрузке горной массы в думпкары электрифицированного железнодорожного транспорта.
Заземление экскаватора карьерной электрической сети осуществляется подсоединением к общему заземляющему устройству карьера, которое состоит из главного заземлителя, магистрали заземления, заземляющих проводников и местных заземлителей. Сопротивление общего заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. В качестве главных заземлителей должны использоваться заземлите-ли подстанций напряжением 35/10-6 кВ и естественные заземлители. Для питания электропотребителей карьера применяются электрические сети напряжением не выше 35 кВ с изолированной нейтралью трансформаторов или заземленной через высокоомные резисторы либо трансформаторы ста-билизации сети. Токи од-
нофазного замыкания на землю в данных сетях находятся в пределах до 10 А.
Питание электрифицированного карьерного железнодорожного транс-порта осуществляется от тяговых подстанций постоянного или переменного тока. Постоянный (выпрямленный) ток используется напряжением 1650 и 3300 В. В качестве переменного тока используется однофазный переменный ток промышленной частоты напряжением 10,5 и 27,5 кВ. В частности, на Лебединском ГОКе питание карьерного железнодорожного транспорта осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением 10,5 кВ с глухозаземленной нейтралью трансформатора. Токи однофазного замыкания на землю в данных сетях могут достигать больших величин (до 10000 А).
На корпусе карьерного экскаватора, работающего на погрузке горной массы в думпкары электрифицированного железнодорожного транспорта, вследствие касания ковшом экскаватора контактного провода, может оказаться ток на несколько порядков выше тока однофазного замыкания на землю карьерной электрической сети. Величина этого тока недопустима для заземляющей сети карьера и может вывести ее из строя (могут выйти из строя кабели, а также аппаратура управления и защиты). Вместе с этим возникают и другие дополнительные опасности:
- увеличивается напряжение прикосновения к корпусу экскаватора;
- создается напряжение прикосновения на всем оборудовании карьера за счет выноса потенциала по заземляющим проводам ЛЭП и кабелей 6 кВ;
- создается перенапряжение в низковольтной аппаратуре СЦБ и связи, приводящие к пробою изоляции и последующему ее выходу из строя.
Снижение опасности поражения электрическим током при касании ковшом экскаватора контактного провода
может быть достигнуто за счет мероприятий трех направлений [1]:
- исключение возможности касания ковшом экскаватора контактного провода, находящегося под рабочим напряжением;
- мгновенное отключение тяговой сети при касании ковшом экскаватора контактного провода;
- снижение опасных напряжений прикосновения и ограничение их распространения по общей сети заземления.
К мероприятиям первого направления относятся исключение возможности опасного приближения ковша экскаватора к контактному проводу или снятие рабочего напряжения с контактного провода во время погрузки полезного ископаемого или грунта экскаватором. В частности, здесь могут использоваться устройства, не допускающие непосредственного касания ковшом экскаватора контактного провода, использующие различные принципы построения защиты (например, емкостной).
К мероприятиям второго направления относится применение защит различного принципа действия. В частности, могут быть применены устройства защиты, реагирующие на резкое возрастание тягового тока (такие защиты должны обладать высоким быстродействием) или тока, протекающего по заземляющему контуру карьера. Принципиально возможно применение устройств, создающих искусственное замыкание тяговой сети с целью увеличения аварийного тока.
К мероприятиям третьего направления относится заземление каждого экскаватора на индивидуальный заземляющий контур или соединение корпуса экскаватора с рельсами в момент касания ковшом контактного провода.
тп
>1
от 11III
пп к.і|ч-сра
б)
І.........!
ТП
ік-ї'*.
от ГПП
ПП коркра
Рис. 1. Заземление экскаватора, работающего на погрузке горной массы, на общее заземляющее устройство (а) и на обособленный заземлитель, металлически связанный с рельсами железнодорожных путей (б)
Согласно ЕПБ [2] заземление экскаваторов (рис. 1), работающих на погрузке горной массы в забоях с контактными сетями электрифицированного транспорта, должно осуществляться:
- на общее заземляющее устройство (рис. 1, а) при оборудовании забойной контактной сети защитой, отключающей напряжение контактной сети при прикосновении ковша экскаватора к контактному проводу;
- на обособленный заземлитель (рис. 1, б), металлически не связанный с общей сетью заземления, но металлически связанный с рельсами железнодорожных путей горного участка, при отсутствии защиты, реагирующей на прикосновение ковша к контактному проводу.
Общее заземляющее устройство должно включать в себя заземляющую сеть карьерной электрической сети и заземляющую сеть электрифицированного железнодорожного транспорта, связанную с рельсами. В этом случае защита, отключающая напряжение контактной сети при прикосновении ковша экскаватора к контактному проводу, должна снять напря-
жение за малый промежуток времени, при котором бы ток однофазного замыкания на землю не нанес урон электрохозяйству карьерной электрической сети. В этом случае защита должна быть мгновенного действия.
При эксплуатации карьерных тяговых сетей ощущается необходимость в защите как мгновенного действия, реагирующей на токи замыкания, перегрузки и касания ковшом экскаватора контактного провода, так и от малых токов замыкания на землю с выдержкой времени. Задача последней защиты - отключение тяговой сети при замыканиях контактного провода на груз в думпкаре или при его падении на землю, что также небезопасно.
Данные виды защит используют различные принципы, в основе которых заключается отключение только токов замыкания на землю, но которые не реагируют на тяговые нагрузки контактной сети. На рисунке представлена структурная схема защиты от малых токов замыкания, которая отключает контактную электрическую сеть от
ит ->|фу| > УС _и£о^ УИ ^ СУ и,,,ы> ИО ---------------> увв На отклю-
^ ит,ин 1о И Гу чение
И “т--------------
н
Рис. 2. Структурная схема защиты от малых токов замыкания
чисто активного тока (ток замыкания) и не отключает от активноиндуктивного тока (тяговая нагрузка).
На схеме (рис. 2) представлены: ФУ
- фазосдвигающее устройство; УС -устройство совпадения; УИ - устройство интегрирования; СУ - сравнивающее устройство; ИО - исполнительной орган; УВВ - устройство ввода-вывода.
Напряжение Ит через фазосдвигающее устройство ФУ и напряжение Ин подаются на схему совпадения УС, определяющую время Г совпадения положительных полунапряжений Ит и Ин. На выходе УС получаются прямоугольные импульсы напряжения Исов продолжительностью Гс. С помощью интегрирующей схемы УИ получают напряжение Ис
- Гс. Полученное напряжение, пропорциональное Гс, сравнивается с эталонным Иэт - Г/ в устройстве СУ, на выходе которого появляется результирующее напряжение, подаваемое на исполнительный орган ИО. При Ис > Иэт ИО срабатывает. При Ис < Иэт ИО не срабатывает. Импульс на отключение подает-
1. Электрификация открытых горных работ: Учебник для вузов /С.А. Волотковский, В.И. Щуцкий, Н.И. Чеботаев и др. - М.: Недра, 1987.
ся с выдержкой времени, получаемой на элементе УВВ после срабатывания исполнительного органа.
Как показал анализ существующих защитных устройств от опасных последствий касания ковшом экскаватора контактного провода, защита от данного аварийного режима может быть построена на двух принципах: на предупреждении прикосновения ковша экскаватора к контактному проводу или на отключении тяговой сети при касании ковшом контактного провода. Наиболее эффективным представляется комплексное применение этих способов, т.к. при этом удается обеспечить как бесперебойность питания электровозного транспорта и экскаваторов, так и надежную защиту от последствий касания ковшом контактного провода.
Разработка комплексной защиты связана с созданием устройств, не допускающих приближения ковша экскаватора к контактному проводу, находящемуся под напряжением, и устройств, отключающих тяговую сети при касании.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. - М.: Госгортехнадзор России, 2003.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------
Петров Г.М., Жигарловский Я.А. - Московский государственный горный университет.
