автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Методы и средства управления и защиты электротехнических комплексов и систем на открытых горных работах

•) л и-

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи

БУХТОЯРОВ Василий Федорович

УДК 621.316.176 : 621.316.9 :622.012.3

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Москва 1994

Работа выполнена в Научно-исследовательском и прсект-но-конструкторском институте по добыче полезных ископаемых открытым способом (ЙИИОГР) и Московском государственном горном университете.

Научный консультант

заслуженный деятель науки и техники РФ, докт. техн. наук, проф. ЩУЦКИЙ В. И.

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ,

докт. техн. наук, проф. ШЕВЧЕНКО В. В.,

докт. техн. наук, проф. АЛЕКСЕЕВ В. В., докт. техн. наук, проф. ЗАПАДИНСКИЙ А. Л.

Ведущее предприятие — АО «Магнезит» (г. Сатка).

Защита состоится « У!'. » М^ОЛЛ.^ ^ г

в . . . час. на заседании специализированного совета Д-053.12.04 при Московском государственном горно'м университете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6.,

'С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан « . » . . 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, проф. ДЬЯКОВ В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации кратко изложены, теоретически обобщены и проанализированы полученные и опубликованные в течение 1970-1993 гг. результаты исследований и разработок по ремению имеющей важное хозяйственное и социальное значение научной проблемы повышения безопасности и безаварийности эксплуатации карьерных распределительных сетей (КРС) напряжением 6-35 кВ, питающих передвижные электрифицированные машины и комплексы горных предприятий. Дана оценка практической значимости и использования в угольной и горнорудной промышленности научных результатов диссертационной работы.

Ажтуал^псуть пгсЯлпнч. Развитие наиболее экономичного открытого способа добычи полезных ископаемых характеризуется интенсификацией основных технологических процессов, ростом энерговооруженности труда и электропотребления и повышением единичной мощности горных машин и комплексов (ГМК). В этих условиях одним иэ путей обеспечения эффективности систем электроснабжения открытых горных работ (ОГР) является повышение напряжений электроприводов ГМК и питающих их КРС. Однако недостаточная надежность функционирования существующих систем зашиты и управления безопасностью и безаварийностью эксплуатации электроустановок напряжением выше 1000 Б, малая эффективность профилактических мероприятий по предупреждению случаев производственного электротравматиэма ОТ) и отказов электроустановок обуславливают достаточно частые аварийные отключения высокопроизводительных горных машин и электротехнических комплексов (ЭТК) и их значительные простои, а также потери людских ,и материальных ресурсов, что ухудшает технико-экономические показатели ОГР. В связи о этим особую актуальность приобретают вопросы обеспечения безопасности и безаварийности эксплуатации карьерных электроустановок (КЭУ) напряжением выше 1000 В.

Отсутствие систематизированных знаний об особенностях, структуре и свойствах КЭУ напряжением 6-35 кВ как объектов защиты, показателях процессов однофазных замыканий на землю (033) в КРС 6-35 кВ, закономерностях технической эволюции методов и средств зашиты от 033 и основных факторах, влияющих на ее селективность и устойчивость функционирования, на позволяло

выработать научно обоснованные пути решения возникшей проблемы и создать достаточно простую и селективную.защиту от 033 с более высоким уровней технического совершенства.

_ Вместе с тем, даже надежно функционирующая защита от 033 устраняет лишь возможные последствия аварий в электроустановках или прикосновений х их токоведущим частям людей и машин. Очевидно, что для предупреждения аварий и ЭТ необходимы дополнительные мероприятия, которые бы предотвращали или уменьшали до минимума саму возможность возникновения повреждений в ЗУ и электропоражений (ЭП) при их эксплуатации.

Отсутствие знаний о природе, причинах, системных взаимосвязях и основных закономерностях производственного ЭТ не позволяло определить стратегию борьбы с ним и выработать научные пути решения задачи обеспечения безопасной и безаварийной эксплуатации ЭТК и систем их питания. Решение данной задачи требует создания более совершенной системы управления, позволяющей снизить риск возникновения аварий в ЭУ и несчастных случаев при их обслуживании и ремонте.

В связи с изложенным обоснование методов и средств селективной защиты от 033 и систем управления, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации и безаварийности функционирования горных машин и электротехнических комплексов напряжением 6-35 кВ и соответственно повышение технико- зконрмических показателей горного производства на разрезах и карьерах, надежности электроснабжения, является актуальной научной проблемой, имеющей важное социальное и хозяйственное значение.

Связь твют пипгжвтачии с госгупярттгенними_научными—прогт

Г"*""АМН Актуальность данной работы подтверждается тем, что ока выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой 0.74.08 на 1986-1990 г.г. N14/529/269, целе-, вой комплексной программой, утвержденняй приказом Минвуза СССР- от С9.02.87 г. N101, целевой комплексной программой Ц010110 на 1981-1905 г.г., приказами и указаниями Минуглепрома СССР от 31.07.81 г. N11-27-25/602, 06.01.87 г. N8-35-23, 06.11.83 г. N517, отраслевой научно-технической программой на 1993 г.компании "Уголь России" Минтопэнерго РФ.

Палудо рябдты является установление комплекса системных взаимосвязей, процессов, Факторов,их характеристик, оказывающих негативное влияние на надежную и безопасную работу элект-

- 2 -

ротехнических комплексов и питающих их электрических сетей, как объектов повышенной опасности и разработка на этой основе новых методов построения систем управления и защиты, технических средств и мероприятий, что позволяет повысить эффективность и безопасность эксплуатации карьерных систем электроснабжения.

Илрп ряРотч состоит в том, что эффективная и безаварийная эксплуатация электротехнических комплексов и питающих их элементов в условиях ОГР достигается за счет применения комплекса мероприятий и средств селективной защиты от 033, интегрированных в единую •систему и направленных на снижение вероятности возникновения аварийных и опасных ситуаций (АОС) и повышение-надежности электроснабжения потребителей.

Натопч и рбуетргч идг-пелопи-м^. В работе использован комплекс методов, включающий: системный анализ и научное обобщение исследований производственного ЭТ и разработок систем управления и средств зашитьс электротехнических комплексов и питающих их электрических сетей; патентный поиск; методы экспертных оценок, теории релейных схем и электрических цепей, математической статистики, ранжирования признаков, системного и комплексного подхода; экспериментальные исследования параметров и характеристик устройств защиты (УЗ) на стендах и в реальных электрических сетях.

1. Причинно-статистические взаимосвязи элементов системы "человек-электроустановка-среда" (ЧЗС) и требований правил безопасности и эксплуатации электроустановок (ПБ, ПЭ), основанный на вероятностно-статистическом подходе к предотвращению аварийных и опасных ситуаций при эксплуатации электротехнических комплексов и систем открытых горных работ С2, 3, 6-10, 14, 16, 18-21, 28, 29, 31, 32, 34].

2. Метод идентификации и классификация основных причин аварийный и опасных ситуаций, возникающих при эксплуатации электротехнических комплексов и систем С13, 17, 19, 29, 32].

3. Принципы, структура и метод построения системы управления безопасностью при эксплуатации электротехнических комплексов и систем открытых горных работ на программно-целевом подходе к формированию системообразующих Факторов 17, 10, 15, 16, 19, 21, 28, 29, 31-34]

4. Метод системно-эволюционного анализа и концепция разработки рациональной защиты от 033 в карьерных распределительных сетях напряженней 6-35 кЕ» основанные на закономерностях технической эволюции способов и устройств защиты от 033 и основных факторов, влияющих на селективность и устойчивость ее Функционирования (1, 2, 4, 5, 8, 9, 11, 22, 23].

5. Методы повышения уровня технического совершенства централизованных токовых и автономных направленных защит от 033, основанные на закономерностях распределения естественных и искусственно созданных токов нулевой последовательности, использовании информативных признаков и характеристик, свойственных большинству видов и режимов 033 [2, 4, 5, 10-12, 24, 25, 30, 35-38, 40, 43, 45, 46, 48, 49. 513.

6. Методы обеспечения селехтивности и устойчивости функционирования токовой эаииты от 033, базирующиеся на использовании гибких Функциональных структур с элементами управления и опережающим контролем аварийных сигналов [2, 22, 24, 26, 27,

38, 39, 41, 42, 44, 47, 503. »

Обоснованность и достоверность научных положений, пмттлоп и ракоу^нпячиа подтверждаются: представительным объемом статистического материала; обработкой статистических данных исследований на ЭВМ; апробацией результатов исследований в процессе разработки нормативно-технических документов и при их использовании; сходимостью с точностью до 10-12% результатов теоретических расчетов с результатами экспериментов, испытаний и внедрения в электрических сетях новых устройств зашиты типов НЦЗ, "Селектор", "Индикатор", ЦЗТ и др.; работоспособностью и эффективностью новых устройств защиты в условиях эксплуатации.

Ндучнля ипшаня результатов цссляппваиий заключается в:

- установлении основных взаимосвязей и закономерностей возникновения аварий и опасных ситуаций при эксплуатации электротехнических комплексов 0ГР;

- разработке метода идентификации и классификации основных причин аварийности и возникновения опасных ситуаций;

- обосновании основ построения и определяющих функций (задач) системы управления безопасностью эксплуатации электротехнических комплексов;

- развитии основ системного подхода при разработке рациональной зашиты от 033 в сетях напряжением 6-35 кВ;

- 4 -

- разработке принципов построения централизованных токовых и токовых зашит от 033 с управляемыми характеристиками, обеспечивающими надежность Функционирования защиты независимо от вила и режима 033 и изменения в большом диапазоне параметров зачищаемой сети;

- разработке принципов построения направленных защит, реагирующих на признаки, свойственные большинству видов и режимов 033;

- разработке методов, обеспечивающих повышение технического совершенства и эффективности функционирования различных видов эаиит от 033, основанных на закономерностях распределения естественных и искусственно созданных токов нулевой последовательности;

- разработке алгоритмов функционирования новых защит от

033.

Научная новизна работы подтверждена 62 авторскими свидетельствами .

Научмпд пначен^а работы состоит в систематизации и обобщении явлений и факторов, оказывающих влияние на безаварийность работы и безопасные свойства электротехнических комплексов и систем; в разработке основ системы управления безопасностью при эксплуатации электроустановок; в установлении взаимосвязи между средствами управления и защиты КЭУ как элементами единой системы защиты от аварий и опасностей; в установлении свойств и особенностей (структуры, параметров) систем электроснабжения Э'ГК как объектов повышенной опасности и защиты; в систематизации методов и УЗ от 033; в обосновании важнейших параметров срабатывания зашиты от 033 и предъявляемых к ней требований; в установлении причин отказов функционирования УЗ от 033 в карьерных сетях напряжением 6-35 кВ; в разработке методологических основ создания высокоэффективных устройств защиты от 033 и метода выбора рациональных принципов ее построения .

Псагтииескда значение работы заключается в разработке комплекса способов, средств и мероприятий по повышению безаварийности и безопасности эксплуатации электротехнических комплексов 0ГР, включая структуру системы управления их безопасностью; нормативно-технических и методических документов по устройству и эксплуатации электроустановок; комплекса новых

- 5 -

устройств для автономной направленной и централизованной управляемой защиты с переменной структурой;, методов повышения технического совершенства и эффективности Функционирования централизованных и автономных защит от 033 и технических средств их реализации.

Ркдлимпия цх»пудьтдтпв рабппл. Результаты работы использованы при разработке отраслевых нормативно-технических и методических документов (Положения о единой типовой системе профилактических работ по технике безопасности и производственной санитарии на разрезах Министерства угольной промышленности СССР; Рекомендаций по обеспечению безопасности труда на раэрё-зах; Нормативов обязательного наличия противоаварийных средств и средств связи на разрезах для планирования на уровне предприятия; Материалов к программированному обучению правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок разрезов; Единых форм технической учетно-контрольной документации энергомеханических служб разрезов; Типовой инструкции по устройству и эксплуатации передвижных воздушных линий электропередачи напряжением до и выше 1000 В на угольных разрезах; Типовых инструкций по охране труда для электротехнических профессий; технических условий на соединительную муфту для гибких кабелей ; новой редакции Правил технической эксплуатации при разработке угольных месторождений открытым способом (раздел "Электроустановки" ) и др.; технического задания на устройство селективной защиты от 033 для разветвленных электрических сетей 6-35 кВ; устройств централизованной зашиты от 033 типов "Индикатор", "Селектор", ЦЗТ и др.; устройств автономной направленной защиты типа НЦЭ-1 и др.; устройств блокировки защиты от низкочастотных субгармонических колебаний типов УБ-1, УБ-2.

Абсолютное большинство разработанных нормативно-технических и методических документов утверждены Минуглепромом СССР и введены в действие на разрезах.

Разработанные УЗ от 033 внедрены в КРС напряжением 6 кВ АО "Магнезит" и охватывают 36 отходящих от подстанций присоединений. Опыт эксплуатации предложенных устройств подтвердил их работоспособность и достаточно высокую эффективность функционирования. Годовой экономический эффект от внедрения УЗ от 033 составил более.30 млн.руб. (в ценах 1993 г.)

Ачооб^.уия гд^'Ш!. Основные положения и результаты работы - 6 -

докладывались и получили одобрение на Республиканской научно-технической конференции по вопросам разработки, проектирования и эксплуатации устройств компенсации емкостных токов и сигнализации замыканий на землю в компенсированных сетях (Жданов, 1970); научно-технической конференции "Повышение эффективности работы, надежности, электробеэопасности механизмов и комплексов на горных предприятиях" (Свердловск, 1975); Всесоюзных научно-технических конференциях "Электробеэопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР" (Орджоникидзе, Днепропетровской обл., 1975, 1982); научно-технической конференции "Проблемы организации охрани труда в промышленности и сельском хозяйстве" (Курган, 197S); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Повышение надежно тн и электробеэопасности систем электроснабжения горнорудных предприятий" (Качканар, 1979); Всесоюзной научно-технической конференции "Обеспечение электробезопасности на производстве" (Севастополь, 1983); Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы электробеэопасности в народном хозяйстве" (Челябинск, 1991).

Публикации, Основное содержание диссертации опубликовано в 164 научных работах, из них основополагающими являются - 51, в том числе: две монографии, один учебник, одна брошюра (обзор) и 17 авторских свидетельств на изобретения.

Автор выражает искреннюю признательность заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, проф., докт.техн.наук В.И.Шуцкому за научные консультации и методическую помощь при подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СО ДЕРМ МЕ РАБОТО

1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПГЕЦОТБРАЯШННЯ АВАРИЯ И СЛУЧАЕВ

ЭЛЕГГРОТРАШИРОВАНИЯ ПРИ ГЖСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

1.1. Вероятностно - статистический подход к

предотвращению аварийных п опасных ситуаций при эксплуатации ЭТК и систем.

' Анализом случаев ЭТ и аварийных отключений элементов м ■ 6-35 кВ установлено [2, 3, 6-8, 20, 283, что зксплутячич

- 7 -

электротехнических комплексов и систем (ЭТКС) в условиях ОГР связана с повышенным риском возникновения ,ЭП и отказов в работе ЭУ. Наибольшее <до 40-50%) количество ЭП имеет место при аварийных ремонтах и устранении неисправностей в электроустановках. Из-за неправильных действий пострадавших произошло более 80% всех ЭП на разрезах [21].

На основании многолетних исследований (12-15 лет) установлено [16, 19, 21, 26]. что ЗТ при эксплуатации ЭТК - довольно сложное и многоаспектное явление, возникающее в системе "человек-электроустановка-среда" вследствие нарушения пространственно-временных и функциональных взаимосвязей элементов данной системы, средств завиты от замыканий на землю и требований общеэлектротехнических и отраслевых правил безопасности и правил эксплуатации электроустановок. ЭТ формируется под влиянием большого числа разнородных Факторов и обстоятельств, образующих в совокупности опосредствованные причины, имеющие случайный характер своего проявления и являющиеся следствием

действия многих других причин и Факторов. Такой характер при-«

чин ЭТ обусловлен неправильными действиями людей, отказами в работе ЭУ и средств защиты. Непосредственной основной причиной в большинстве случаев является несоблюдение требований ПБ [16, 19, 21, 29]. К опосредствованным косвенным причинам относятся: недостаточная надежность и безопасность применяемых КЭУ 6-35 кВ; отсутствие эффективной защиты людей от поражения электрическим током; несовершенство схем электроснабжения ЭТК; недостаточная обучекность персонала; несовершенство организации управления безопасностью и безаварийностью эксплуатации и т.д.

На основе анализа установлено [19, 21, 2в, 34], что электропоражения являются реализацией случайного процесса, который характеризуется ординарностью, отсутствием последействия и стационарностью. Приближенно ЭТ можно представить в виде потока: редких событий, появляющихся в случайные моменты времени и распределенных по закону Пуассона

Рн = Л* е-Ч/к! (1.1)

где Рк - вероятность того, что за единицу времени появится к

- 8 -

электротравм; Л. - параметр распределения (среднее число к появления электротравм в единицу времени); X ± к = 0,76 - для принятой единицы времени.

Из анализа выражения (1.1) следует, что вероятность Рн=о отсутствия несчастных случаев за время t при ^ = к = 0,76 равняется 0,47 т.е. Pit=o = 0,47. Тогда вероятность хотя бы одного несчастного случая Pkjío за время t равна Picjto = 1-Р*=о = 0,53. Очевидно, что Рм=.о 1 при Pinio + 0 и ^ = к 0, т.е. снижение вероятности несчастных случаев за промежуток времени t увеличивает вероятность работы без травм за этот же промежуток времени и снижает интенсивность А .

Из изложенного сделан вывод, что производственный ЭТ на разрезах имеет в определенном смысле вероятностный характер и стратегия борьбы с ним должна базироваться на снижении вероятности несчастных случаев.

Из анализа ЭТ на разрезах следует, что ЭП происходят в условиях ряда повторяющихся ДОС, которые характеризуются нарушениями условий безопасного взаимодействия человека с элементами системы ЧЗС и связаны с повышенным риском попадания человека под воздействие электрического тока(дуги) [28].

Считая каждую ситуацию, при которой может произойти прикосновение (попадание под напряжение), эа испытание, каждое прикосновение к находящимся под напряжением частям за событие, вероятность прикосновения определяется по формуле

а

Р(П) = J^PíCiVPC П/С!>, (1.2)

где P(Ci) - вероятность появления ситуаций, образующих группу несовместных событий, i= 1, 2 .... n; P{n/Ci} - условная вероятность прикосновения при появлении i-ой ситуации.

Вероятность появления ситуации

P(Ci)*ti/T, (1.3)

где ti. - длительность 1-ой ситуации; Т - заданный промежуток времени.

Уменьшение вероятности прикосновения и, следовательно, повышение электробезопасности ОБ) целесообразно осуществлять

- 9 -

предложенными методами и средствами, обеспечивающими устранение объективных Факторов возникновения аварийных и опасных ситуаций, и таким путем сокращение числа и времени их существования [3, 6, 8, 14, 16, 20, 28, 31]. Важнейшим, а в ряде случаев практически единственным средством обеспечения безопасности и безаварийности эксплуатации. ЭТКС напряжением 6-35 кВ является защита от 033, благодаря которой риск попадания человека под напряжение прикосновения или шага снижается приблизительно на 10£ С2, 18].

Условная вероятность прикосновения

РСП/С*.} * а/Ь, (1.4)

где а - число неправильных действий, допущенных Ь лицами в течение .определенного промежутка времени.

Эффективными способами уменьшения числа ошибок являются повышение уровня обучения персонала, контроля знаний ПБ и алгоритмов безопасного выполнения работ на основе применения современных методов и средств обучения; профотбор; обеспечение персонала нормативно-техническими и методическими документами.

1.2. Метод идентификации и классификация основных причин аварийных и опасных ситуаций, возникающих при эксплуатации ЗТК и систем.

отановлено [ 19], что АОС возникают при появлении в системе ЧЭС отклонений от требований нормативно-технических документов, регламентирующих условия безопасного взаимодействия человека с ЭУ и окружающей средой.

.Для более полного и достоверного выявления причин и условий возникновения АОС и порождающих их причинно-следственных деревьев событий, а также для оценки правильности действий управляющей системы и человека в моменты формирования случаев ЭП был предложен метод [17], основанный на наложении процесса поведения человека и совершаемых им действий на технологический процесс основной работы, при выполнении которой произошел неочастный случай, и дополнительной работы, связанной с выполнением регламентированных ПБ мероприятий по обеспечению безопасности производства основной работы. Метод отличается от известных, например графоаналитических, методов тем, что причины

- 10 -

возникновения и развития АОС, приводящих к ЭТ людей и авариям в ЭУ, выявляются путем сравнения фактических действий персонала с алгоритмом безопасного выполнения работы и установления на этой основе отклонений от требований ЭБ. Данный метод обеспечивает более полное и достоверное определение причин АОС и ЭТ, а такке позволяет идентифицировать возможные потенциальные опасности производственной среды.

Для определения важности причин возникновения АОС , порождающих ЭТ, и эффективности разрабатываемых мероприятий целесообразно использовать метод экспертных оценок С29], позволяющий оценить эффективность системы обеспечения ЭБ и выработать обоснованные решения по управлению безопасностью системы

чэс.

С учетом структуры системы ЧЭС и природы причинно-следственных связей а ней разработана классификация ТОУЛС [13], включающая пять основных групп причин: техническая Т, организационная О, учебная У, личностный Фактор (психофизиологическая) Л и фактор окружающей (производственной) среды С. Данная классификация наиболее полно охватьтвает основные компоненты системы ЧЭС и в наибольшей степени удовлетворяет целям и задачам исследований [29].

На основании чсследсваний производственного ЭТ, выполненных с использованием метода экспертных оценок, разработанных метода наложения и классификации ТОУЛС установлено, что наибольшую значимость (в баллах) имеют группы причин Л, О и Т (25,1; 23,5 и 20,1 соответственно). Значимость групп причин У и С составляет 17,8 и 13,5 баллов.

Согласованность суждений экспертов о значимости причин ЭТ оценивалась коэффициентом конкордации Я, статистическая значимость которого проверялась с помощью критерия х2 при выбранном уровне значимости Результаты оценки! Ц = 0,204;

*2р«оч.=336,276; хгт.бл.= 73,4 при « = IX. Суждения экспертов согласованы статистически значимо, так как хгр»оч.> *гт»вл..

Анализ причин тяжести ЭП показал С32], что наибольшая влияние на безопасность Функционирования системы ЧЭС окаэыьаюг организационные причины, определяемые насовершенством и ошиЬ ками системы контроля и управления безопасностью эксплуатчипи ЭУ, а также технические причины, связанные о недостаточной на дежностью используемого электрооборудования и средств защити

- 11 -

Отсюда были сделаны соответствующие выводы по достижению наибольшего эффекта при профилактике производственного ЭТ, по повышению эффективности функционирования управляющей системы, играющей роль обратной связи в системе ЧЭС.

Исследования значимости причин ЭТ методом экспертных оценок [29] позволили с помощью теории качественных признаков установить наличие статистически значимых взаимосвязей между отдельными группами причин: положительной - между организационными причинами и личностным Фактором; отрицательных - между техническими причинами и личностным Фактором (между техническими и организационными причинами электротравматизма).

Характер взаимосвязей между группами причин определялся с помощью коэффициентов корреляции г., связи в и взаимосвязанности (коллигации ) Т , значения которых получились равными г - -0,41, ц = 0,80, V = 0,47 - при положительной взаимосвязи; г = -0,44 (-0,40), 8 = -0,60 (-0,75),V = - 0,50 (-0,45) - при отрицательных взаимосвязях. Надежность этих коэффициентов проверялась по условию )г|>збх. , )в|>3бв, | >3б; б,., бв, б^. -среднеквадратические ошибки коэффициентов г, в, X, составившие: бг = 0,072(0,0-19), бв =0,095 (0,097), 6Г = 0,097(0,095) -папа>кит£гН>г<ой и при •'отрицательных взаимосвязях.

На основе выявленных взаимосвязей сделаны выводы о возможности воздействия (при положительной взаимосвязи) на причины одной группы мероприятиями, направленными на снижение действия другой группы причин, и о необходимости решения проблемы безопасности на стадии раэрабртки и проектирования электрооборудования (при отрицательных взаимосвязях).

Поскольку отсутствует специальная защита людей от ЭП прп случайном прикосновении к токоведушим частям ЭУ и большинство случаев ЭП происходит по одним и тем же причинам, преимущественно организационным, сделан вывод о недостаточной эффективности проводимых мероприятий по предупреждению травматизма и аварийности и о необходимости совершенствования системы управления безопасностью эксплуатации (СУБЭ) электротехнических комплексов на основе программно-целевого метода, позволяющего на базе системного полхода разрабатывать комплексные мероприятия, ориентированные на достижение заданной цели [31, 33].

Показано, что заданная цель может быть достигнута, если управляющая система будет: обладать не меньшим разнообразие!»

- 12 -

управляющих возможностей, чем управляемая система ЧЭС; иметь достаточную надежность Функционирования; оперативно получать необходимую информацию о Фактическом состояниии управляемой системы и результатах управления. Тем самым, управление является важнейшим способом обеспечения безопасной работы ЭТКС, позволяющим на основе полученной информации о состоянии системы ЧЭС (отклонениях от требований программы управления) вырабатывать управляющие воздействия (решения), направленные на корректирование состояния и поведения системы ЧЭС. Для определения отклонений от установленных требований (критериев) безопасности целесообразно использовать измерительные, регистрационные, экспертные и статистические методы [28].

1.3. Принципы, структура и метод построения системы управления безопасностью эксплуатации ЭТКС.

Показано [15], что при построении СУБЭ должны использоваться принципы, обеспечивающие надежность, оперативность п экономичность решения задач управления, возможность совместного Функционирования с другими системами управления, минимальные затраты на создание и обслуживание. Важнейшими принципами является; иерархии управления, предусматривающий распределение Функций (задач) между уровнями управления, организационную подчиненность по вертикали и повышение ответсвенности за принимаемые ^гчаения (при переходе от низшего уровня к высшему); компенсации отклонений. предполагающий управление безопасностью и безавирийностью эксплуатации ЭТКС осуществлять на основе обратной связи по информации об отклонениях от требований ПБ и ПЭ; автоматизации решаемых задач; опережающего реагирования на потенциально возможные опасности и аварии.

В соответствии с вероятностной концепцией эликтротравма- -тиэма и принятой стратегией борьбы с ним основная цель СУБЭ состоит в уменьшении по возможного минимума вероятности поражения человека электрическим током путем предупреждения ДОС и неправильных действий персонала [20].

Для реализации укрт>анной цели СУЕЭ должна бит г. ыоигдоек» по функционально-целевому признаку и состоять из тагих подсистем 'и элементов, к. -срыч обеспечивают достижение о^ида^ми;. частных результатов (подцелей) [31-33]. С учетом этого пред.ю-

- 13 -

жена Функциональная структура СУБЭ, содержащая следующие основное подсистемы: предупреждения АОС и достояний электроустановок и контроля за их работой; уменьшения вероятности неправильных действий эксплуатацинного персонала; статистического регулирования безопасности, учета и анализа ЭТ; контроля эа "работой функционального комплекса; оперативно-диспетчерского управления электрохозяйством.

Показано С15 ], что СУБЭ является составной частью общей системы обеспечения безопасности, в которую входит зашита от 033. Поэтому СУБЭ должна проектироваться как единый комплекс интегрированных в одну систему организационно-технических мероприятий, способов и технических средств зашиты людей от поражения электрическим током. Одновременно СУБЭ должна входить в общую систему управления электрохозяйством, являющуюся составной частью системы управления карьера (разреза) в целом.

Предложенная СУБЭ отличается от известных, аналогичных систем управления безопасностью при эксплуатации электроустановок тем, что она построена по функционально-целевому признаку и содержит взаимосвязанные подсистемы, объединенные общей заданной целью и нормативной правовой концепцией. Такое построение обеспечивает повышение " эффективности Функционирования СУБЭ эа счет: установления Функциональных обязанностей лиц электротехнического, технологического и другого персонала, порядка их взаимодействия и ответственности эа несоблюдение требовании безопасности и эксплуатации; упорядочения структуры организационно-профилактических работ (задач управления) по предотвращению аварий и случаев ЭП и по контролю за соответствием состояния системы ЧЭС требованиям^ЭБ.

Поскольку СУБЭ является составной частью общей системы профилактических работ по предупреждению производственного 'травматизма, и отказов в рейоте оборудования, основные принципы и подходы к построению СУБЭ использованы при разработке единой типовой системы профилактических работ по технике безопасности и производственной санитарии на разрезах Минуглепрома СССР, а также рекомендаций по обеспечению безопасности труда на разрезах, которые внедрены на всех предприятиях отрасли.

На основании экспертных оценок установлено, что использование разработанной системы управления позволяет снизить риск возникновения случаев Э"Г и аварий на 18-20%.

- 1-1 -

Показано [15], что дальнейшее повышение безопасности и производительности труда прй эксплуатации ЭУ возможно за счет внедрения автоматизированных систем управления безопасностью труда.

2. НОШЕ ИЕТОДЦ И СТЕДСТВЛ З/ЛЗГГЫ ОТ ЗА12ШШИЯ НА ЗЕМЛИ КАРЬЕРНЫХ РАСПРЕЕЕЛИТЕЯЬШХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИИ! 6-35 кВ

2.1. Метод системно-эволюционного анализа и концепция разработки рациональной защиты от 033

Современное состояние защити сетей напряжением 6-35 кВ от 033 характеризуется многообразием способов, принципов, устройств, видов, структур и параметров защиты [2].

Техническая эволюция способов и устройств различных видов защиты (автономных, централизованных, комплексных и др.) характеризуется изменениями во времени структурных и квалиметри-ческих параметров, определяющих соответственно фукиционалыше структуры и основные свойства зашиты, от которых зависит ее техническое совершенство и эффективность функционирования. Абсолютное большинство созданных устройств защиты от 033 имеет жесткую структуру, выполнено с использованием параметров установившегося процесса 033 и предназначено, в основном, для сетей с неизменной в процессе эксплуатации топологией (структурой ).

Обшее развитие УЗ от 033 связано с их непрерывным совершенствованием и созданием новых поколений образцов защиты на основе аналоговых и цифровых микросхем и микропроцессоров.

Развитие методов и средств каждого вида УЗ от 033 происходит по определенным эволюционным схемами ОС), отражающим хронологически упорядоченную последовательность жизненных циклов отдельных образцов различных видов защити; На рис. 2.1 приведена ЭС развития устройств централизованной защиты от 033, разработанных автором в течение 1966-1991 гг. Схема представляет собой дендровидные графи с ветвлениями.

Как показывает анализ ЭС развития и опыт создания иогин образцов защиты от 033, характерным признаком технической эво лкиш|1 УЗ является то, что у каждого нового устройства, щчшм лежащего к тому или иному виду зашиты, имеется свой прототип.

- 15 -

а в будущем может появиться и свой преемник - новый образец с более высоким уровнем технического совершенства. Развитие получают, как правило, те УЗ, которые имеют более высокие показатели функционирования и в наибольшей степени приспособлены к информационному взаимодействию с объектом защиты.

На основе установленных закономерностей и особенностей технической эволюции УЗ был разработан алгоритм работ по созданию новых методов и средств защиты (рис. 2.2).

Формирование концепции разработки новых способов и УЗ и обоснование их параметров целесообразно осуществлять на основе: дерева целей разработки методов и средств защиты от 033 (рис. 2.3), отражающего программно-целевой подход к созданию объектов техники; оценки уровня новизны, всестороннего анализа наиболее близких по своей технической сущности устройств-прототипов и определения основных тенденций и направлений их со-вершенстввования и развития; установления условий и факторов, "оказывающих отрицательное влияние на качество функционирования защиты (рис. 2.4); учета свойств, структуры, параметров и особенностей объекта защиты и его окружающей среды; оценки всей совокупности требований к свойствам защиты, обеспечивающим ее правильное функционирование; результатов исследований переходных и установившихся процессов 033; результатов исследований погрешностей трансформаторов тока (фильтров) нулевой последо--вательности (ТТНП, ФТНП). , .

Главная особенность предложенных методов системно-эволюционного анализа и концепции разработки рациональной защиты от 033 в сетях с часто изменяющимися в процессе эксплуатации параметрами заключается в том, что вопросы анализа и синтеза УЗ, их разработки и создания решаются с учетом всего комплекса действующих факторов и условий эксплуатации (состояний, свойств, структуры, параметров объекта защити и окружающей среды), а также закономерностей развития защити от 033.

Для обоснования требований к свойствам зашиты от 033 и ее технических параметров, выбора рационального принципа построения и разработки структур УЗ потребовалось систематизировать основные свойства и параметры КРС напряжением 6-35 кВ как. объектов зашиты. Исследования показали [1. 2], что КРС являются нестационарными динамическими системами с изменяющимися^ во времени к пространстве структурой, параметрами и факторами, со

специфическими особенностями: наличие на ответвлениях от ВЛ постоянно подключенных трансформаторов напряжения нулевой последовательности (ТННП) типа НТМИ с заземленной первичной обмоткой, оказывающих компенсирующее влияние на величину и Фазу полного тока 033; высокая частота коммутаций в сети и пусков электродвигателей экскаваторов и других машин и механизмов, обуславливающих появление значительных сигналов небаланса и помех на выходах ГТНП; большой разброс величин собственных емкостных токов отдельных линий; возможность нахождения в работе одной линии или минимального количества экскаваторных кабелей с наибольшим емкостным током; возможность возникновения в сети кратковременных субгармонических колебаний напряжения и токов нулевой последовательности (ННП, ТИП) и др.

Процессы 033 в наиболее распространенных карьерных сетях характеризуются показателями, приведенными в табл. 2.1 С2].

На основании результатов экспериментальных исследований и многолетнего опыта эксплуатации наиболее распространенных видов защиты от 033 (простой токовой и токовой направленной) определены и систематизированы причины отказов функционирования этих защит (рис. 2.4). Установлено, что одна из основных причин недостаточной надежности и эффективности функционирования применяемых УЗ - построение их на принципах, при которых не обеспечивается инвариантность основных свойств зашиты к различным видам и режимам 033, а также к изменениям конфигурации (топологии! схем сети и ее параметров относительно земли.

Как показывают исследования [23], вновь создаваемые УЗ от 033 для сетей с нестационарными параметрами должны отвечать как общим требованиям, так и ряду специфических требований.

Показано [2, 223, что при выборе минимального тока срабатывания измерительных органов защиты и оценке ее чувствительности следует исходить из реальных значений величин естественного тока 033 в существующих сетях и диапазона их изменения, учитывать требования простоты схемного решения, надежности и помехостойкости. Минимальный ток срабатывания защиты рекомендуется иметь порядка 0,2-0,3 А. Когда естественный тот 033 недостаточен для устойчивого срабатывания защиты, целесообразно наложение небольшого активного тока.

• Установлено, что время срабатывания защиты достаточно иметь на порядок меньше собственного времени отключения выклгс-

- 17 -

чателеи.

.Безопасность человека от поражения электрическим -током в случае его однофазного прикосновения к находящимся под напряжением частям ЭУ при времени отключения выключателя 0,1с и белее предложено обеспечивать- путем быстродействующего автоматического замыкания на. гемлю фазы, к которой прикоснулся человек [14].

Быстродействие защиты головных участков линий электропередачи, питающих передвижные электроустановки, предложено обеспечивать путем применения телеблокировки (телеотключения) защит питающей подстанции (при наличии каналов связи); установки на головных участках питающих линий устройств автоматического повторного включения в сочетании с быстродействующей защитой; замены в приключательных пунктах (на ответвлениях) масляных выключателей на быстродействующих вакуумные.

Основополагающими документами, регламентирующими выполнение релейной зашиты от 033 в сетях напряжением 6-35 кВ с нестационарными электроустановками, являются Правила устройства электроустановок и Единые правила безопасности при разработке полезных ископаемых открытым способом. Однако нет единого мнения о выборе оптимального принципа для создания такой защиты и о специфических требованиях, которым она должна удовлетворять. Поэтому задача заключалась в том, чтобы, во-первых, более обоснованно сформулировать конкретные требования к защите; во-вт*рых, из всего многообразия известных решений, в том числе и предложенных автором, выбрать такие, использование которых позволило бы наилучшим образом удовлетворить эти требования.

Для решения этой довольно сложной технической задачи на начальном этапе исследования был использован метод экспертных оценок, позволяющий находить более правильные решения [2, 23]. С этс>й целью были разработаны и разосланы специалистам в данной области анкеты, содержащие перечень возможных требований к защите от 033 и известных принципов ее построения.

Перечень требований, предъявляемых к защите, включал: селективность (1), чувствительность (2), быстроту срабатывания (3), надежность (4), контроль исправности или самоконтроль (5), независимость действия от режима заземления нейтрали и ог изменения в широком диапазоне параметров сети относительно

- 18 -

земли (6), реагирование яа установившиеся эамыканнп на землю (7), реагирование на кратковременные замыкания на землю (8), наличие опережающего контроля сопротивления изоляции отключенного участка сети (9), самонастройку уставки срабатывания (10), помехостойкость (11), повторность (непрерывность) действия при устойчивых замыканиях на землю (12), резервирование (13), автоматический контроль изоляции защищаемой сети (14), простоту обслуживания и наладки (15).

Для математической обработки ответы формализовались в виде матриц баллов ЦФиЦ и рангов ЦИиЦ, 1 = 1, .... т, Л = 1, ..., п, где т - число экспертов; п - число требований; Фи - балльная оценка, проставленная ¿-му требованию 1-м экспертом: Еи - ранг оценки 1-м экспертом веса ¿-го требования. Результаты обработки анкет приведены в табл. 2.2.

!

Таблица 2.2.

Приведенные нормированные веса и ранги экспертных оценок требований

1 1 | Реэуль-| |'ты рас-| Номер тр е б о в а н и я 1

|ранжи- 1 |ровка 1 1 | 1- III 1 1 1 1 1 1 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |10 |11 Л 1 1 1111111 1 12 | 13 1 ' 1 1 1 14 |15 | 1 1 | |

1 1 | Вес, | | V.) -10-з| 10, 11! 1111111 III 1111111 719,516,9110,9|4,1|7,3|9,0|4,7|3,3| 4,5| 6,8 1 1 8,2|4,9 ( 1 1 1 1 3,6|6,6| | |

1 1 | Ранг | I 1 2 III 1111111 | 3 | 7 | 1 | 12| 6 | 4 | 11| 15| 14| 8 | | • | 111111* J-- 1 5 | 10 1 1 1 13| 9 | | '

Во второй строке табл.2.2 записаны значения приведенных нормированных весов требований, которые рассчитывались по формуле

Чл - Фо + (5л-3о)1'5!.-5'о)/(3«-3о) (2.1)

- 19 -

вес наименее важного требования

f m п

Vo = 1/m фоц/Е

— t

Ф» - вес наиболее важного требования

4>'ш = l/m P.^-i-í/P.Via;

m

Si - суммарный .ранг J-го требования ( >; So -суммар-

ный ранг наименее важного требования;

S. - суммарный ранг наиболее важного требования-Наименьший ранг присваивался балльным оценкам, имеющим наибольший вес. При равенстве весов ранг определялся как среднее значение из суммы натурального ряда чисел.

Оценка'согласованности мнений экспертов об относительной важности требований к защите производилась с помощью коэффициента конкордаиин W, статистическая значимость которого проверялась по критерию Пирсона [23]. В результате выполненных расчетов определены значения: W = 0,64; хгР«оч. = 108. Расчетное значение хгР«оч. оказалось больше табличного х2т«вл. (*2т»бя.= 29,14) для соответствующего числа степеней свободы f = п-1 и принятого уровня значимости С = 0,01. Это позволяет с доверительной вероятностью Р ^ 1 - СС=0,99 утверждать о том, что имеется неслучайная согласованность во мнениях экспертов относительно значимости каждого требования, предъявляемого к защите. В результате проверки гипотезы о равномерном распределении значимости требований по критерию х3р»оч. Пирсона установлено, что убывание значимости (возрастание суммарных рангов) не носит случайный характер, и действительное распределение есть неравномерное.

Выбор наиболее предпочтительного принципа построения защиты производился путем нахождения min {Mi, Мг..... Мч>

.. . ,Mic), где Mi, Нг, ..., Ма, ...,Mjt - результирующие взвешенные оценки каждого принципа.

Результирующая взвешенная оценка каждого принципа определялась следующим образом [2]

>х .

И.» = ££ V.1 Roa (2.2)

j i l'l

где Еле- ранг оценки веса, назначенного i-м экспертом q-му принципу по каждому отдельно взятому J-му требованию.

Из (2.2) сделан вывод, что выбор оптимального принципа построения УЗ возможен на основе четко сформулироваицх требований и зависит 111'йжде всего от того, какой совокупности требований должна удовлетворять разрабатываемая защита.

Наилучшими видами защит, по мнению экспертов, являются централизованные токовые, реагирующие на наибольший ток 033; токовые направленные, реагирующие на мощность нулевой последовательности (МНП) в установившемся режиме; защиты, основанные на сравнении направлений ТНП каждого присоединения данных шин (секций); защиты, выполненные с использованием наложенных ак-

)

тивного тока и тока непромышленной частоты,

2.2. Принципы построения и методы повышения уровня технического совершенства устройств защиты 033

2.2.1. Централизованная токовая зашита (ЦЗ).

В отличие от автономных токовых эадит ЦЗ основаны на использовании более полной и обширной информации о параметрах и характеристиках контролируемых величин и их распределении во времени и в пространстве.

Показано •{2, 45], что для ЦЗ от 033 в ÍCPC 6-35 кВ с нестационарными установками могут быть использованы амплитудные или средние (действующие) значения токов нулевой последовательности переходных и установившихся процессов 033, их направления (знаки) и т.д. В зависимости от вида используемых составляющих сравниваемых токов ЦЗ могут применяться В сетях с изолированной и компенсированной нейтралью. Алгоритм функционирования 113 от 033, основанных на принципе сравнения абсолютюных значений параметров 033, можно представить следующим образом 14]

yj-(xpSo)/\ (U>IJy); (2.3)

л

xj^max (xi. хг, ..., х»); (2.4)

XI- kjli, Х2 — k:»Iz, .... (2.5)

где yj - выходной сигнал защиты в предположении, что хо имеет

л

максимальное (наибольшее) значение (xj); xi, хг, ..., х« - абсолютные величины сигналов на входах измерительного органа зашиты; U - абсолютная величина сигнала напряжения нулевой последовательности; Uy - уставка по напряжению; £0 - некоторая, наперед заданная величина (порог срабатывания) в предположении; что защита имеет одну, общую на все присоединения уставку ; 11, ..., In - абсолютные величины первичных токов нулевой последовательности отдельных линий; ki, kz, ..., kn - коэффициенты преобразователей токов.

Из (2.3) и (2.4) следует, что селективность срабатывания ЦЗ, выполненных на относительном сравнении амплитудных или средних (действующих) значений ТНП на всех отходящих присоединениях подстанции, обеспечивается при их числе не менее трех и отсутствии в сети источников дополнительного тока.

Условия селективности предложено характеризовать коэффициентом селективности к», который определяется по уравнению

А Л s -

k. = xj- х* > О (2.6)

или

ж* * S, (2.7)

где Хк. - второй по величине наибольший входной сигнал, причем

А /Ч е

xj>xx; О - разрешающая способность схемы сравнения зашиты.

,С учетом (2.5) уравнение (2.6) можно записать следующим образом:

к. = kafj - kulie >5. (2.8)

Так как в общем случае коэффициенты kl, ка, .... кг» не

равны между собой, то минимально допустимая по условиям селек-

л

тивности защиты кратность токов поврежденного СIа > и непов-

Л 1

режденного (I*) присоединений

АЛ Л

Ij/Iic кя/кл+0/кл1я (2.9)

может оказаться значительной даже при высокой разрешающей способности схемы сравнения, т.е. при

Если в (2.9) принять 3=0, то будем иметь ' 22 -

bk^Ukw. (2.10)

Введя коэффициенты отстройки, учитывающие отклонения значений коэффициентов kl, кг, --., к„ и токов в присоединениях, выражение (2.10) запишем в вида

Ijkjk4>To>iuki.kö-rQ. (2.11)

С учетом (2.10) и (2.11) минимальную расчетную кратность токов поврежденного J-ro и неповрежденного k-го присоединений, при которой обеспечивается устойчивость функционирования, можно найуи по формуле

kjjc=Ij/ii.>ki.koro/kj, (2.12)

РД6 кото- кото /к' ото.

Из выражений (2.9) и (2.12) следует, что устойчивость Функционирования ЦЗ можно обеспечить путем применения преобразователей входных токов в выпрямленные напряжения с регулируемыми коэффициентами преобразования и схем сравнения с минимальным значением разрешающей способности, а также за счет обеспечения точности трансформации используемых токов.

С учетом (2.3) и (2.5) условие чувствительности можно определить выражением

kjkÖToljmln/Eo^XJmlnkiTo/Eo^kM (2.13)

или

(lormin — )/1о»>кч, (2.14)

где кч - -коэффициент чувствительности кч^2, lex "»in наименьшее реально возможное значение суммарного емкостного тока сети; Icm«.»» - наибольшее реально возможное значение емкостного тока защищаемого присоединения; 1о.». - ток срабатывания защиты.

Выражение (2.14) может бытъ представлено следующим образом -.

кчМ К-L/К ) < I о mln/Ioi), (2.15)

где К - коэффициент кратности (К = Ioz mjn/Ic™.*) .

Первичный ток защиты может быть определен по формуле

Io. = kKI,.e, <2.16)

где кн - коэффициент надежности, км = 1,1-1.2; Ins - ток небаланса, который может быть рассчитан, исходя из погрешности ТТНП, равной 0,1, и наибольшего реально возможного значения собственного емкостного тока защищаемого присоединения, т.е. Хне. 7 file U14X .

С учетом (2.16) выражение ^2.15) примет вид:

к«< С К- 5;/K„f 1. (2.17)

или

KikukHfi +1 (2.18)

Подставив в (2.18) значения коэффициентов кч, кн и fi, получим К = 1,18.

Таким образом, правильное функционирование ЦЗ может быть достигнуто при К = 1,18, с то врем- как для правильного функционирования автономных токовых защит знвченне данного коэффициента должно быть не менее 8. Вследствие этого практически невозможно обеспечить высокую ''увствительность автономных токовых. защит при малых значениях тока замыкания на землю и эффективность их несрабатывания при внешних 033.

Несрабатывание 113 при внешних 033 и появлении на любом из входов измерительного органа сигналов помех может быть обеспечено использованием [2, 5, 30]: одного общего на все присоединения органа направления мощности (OHM), подключаемого автоматически к каналу защиты, который соответствует присоединению с наибольшим ТНП; сумматоров переменных и постоянных

г

(выпрямленных) напряжений, соответствующих первичным ТНП присоединений подстанции.

При применении одного общего на все присоединения OHM алгоритм Функционирования имеет вид:

_ ^ Уз = (xj> Eo)A(U>Uy)A(xjU-xjU), (2.19)

где x.i, О и хj, V- направления (знаки) наибольшего ТНП и ННП соотвественно от шин и к шинам подстанции.

При использовании сумматоров переменных напряжений алгоритм функционирования имеет вид

Л ч .

хл=тах(х1, хг, . .., х«, х^;

|Х1.+ Х2 + ... +Хп| ^

где | Х1+ хг + . . . +х*>| - абсолютное значение суммы мгновенных значений переменных сигналов (величин) XI, хг, .... Хп.

При использовании сумматоров постоянных напряжений алгоритм Функционирования зашиты записывается следующим образом:

Ул = (£о'хл<х£)Л(и>Оу); (2.23)

х = 0,5 (хи- хг + ... +хп). (2.24)

На базе предложенных алгоритмов функционирования разработаны схемные решения, реализованные на различной элементной базе. В частности, предложены структуры устройств ЦЗ, работающих в режимах последовательного, параллельного и параллельно-дискретного (импульсного) сравнения абсолютных значений электрических величин [2, 4, 10-12, 30, 35-39, 42].

Отличительная особенность 'устройств ЦЗ, работающих в режиме параллельно-дискретного сравнения, состоит в том [2], что операции запоминания (фиксации) и сравнения амплитудных значений сигналов' поврежденного и неповрежденных присоединений осуществляются во времени раздельно и независимо друг от друга. Таким способом исключается возможность неправильного срабатывания ЦЗ из-за несинхронности и несинфазности сраьниваемых сигналов, поскольку частоты и фазы переходных ТНП в поврежденном и неповрежденных присоединениях могут различаться между собой .

Для исключения возможности потэри избирательности устройств ЦЗ", выполненных с использованием усилителей постоянного ■ тока [4], предложено [36] использовать логарифмические преобразователи входных токов в амплитуды выходных сигналов (т.е. V«и« = 1п1шк), обеспечивающие "сжатие" входных величин. Благодаря наличию этих преобразователей появляется возможность применения рассматриваемых /3 в сетях с широким динамическим диапазоном изменения токов 033.

(2.20) (2.21) (2.22)

Когда токи Е поврежденном или неповрежденных присоединениях соизмеримы по величине, селективность ЦЗ предложено [2, 4, 22, 27, 37] обеспечивать путем наложения на защищаемую сеть небольшого дополнительного тока - емкостного или активного, а также путем подмагничивания ТГНП. Для исключения ложной работы устройств ЦЗ при воздействии на их входы кратковременных сигналов предложены способы, которые обеспечивают защите свойства непрерывности функционирования в дискретном режиме (с периодическим срабатыванием и возвратом в исходное состояние) [2, 38, 39,42, 47, 60].

Селективность несрабатывания устройств ЦЗ в послеаварий-ном режиме 033 предложено обеспечивать применением: реле частоты, блокирующих работу защиты при появлении ННП с частотой менее 50 Гц [50]; схемных решений, запрещающих действие зашиты после ее срабатывания и отключения поврежденных присоединений до исчезновения ННП [37, 42, 47].

На базе предложенных алгоритмов, структур и принципов были созданы устройства ЦЗ типа "Индикатор" - с параллельной индикацией наибольшей амплитуды тока и типа ЗЗВИ - с параллельной индикацией наибольшего вектора тока[2, 5, 30].

При создании ЦЗ от 033, основанных на принципе сравнения абсолютных значений ТНГ1, возникает трудность обеспечения эффективности их функционирования в сетях с широким диапазоном изменения переходных и установившихся токов 033. Одним из способов преодоления этой трудности является использование предложенного принципа опережающего реагирования нч наибольший ТИП [2]. На основа .данного принципа сопдан ь.эяый класс устройств ТУЗ о повышенным уровнем технического совершенства ['.., 22, 24, 26, 27, 41] и положено начало новому нащ^влтшгу исследований - созданию универсальных ЦЗ от 033 с гибкими ст; у.*.ту( ими и управляемыми характеристиками.

Алгоритм Функционирования ТУЗ можно представить в следующем виде:

2.2.2. Токовая управлямр.я зашита (ТУЗ).

у о - (£)> ^ УчинЫ ;

(2.25)

(2.26)

Ьа - £<к»2), .... = ¿(к.п); (2.27)

к»1 = Х1/ео, к»2=Х2/£о,..., кап = Хп/ £о, (2.20)

где уз— выходной сигнал защиты в предположении, что переменная

V

времени Ъ.) имеет минимальное (наименьшее) значение 1 л; tг, ...» - текущие значения времени; Тл - время срабатыва-

ния, (порог времени); и - абсолютная величина сигнала ННП; IV -уставка по напряжению; к»1, кт2> .... к»п - кратности входных

величин; XI, хг..... х» - абсолютные величины сигналов на

входах измерительного органа защиты; £о - некоторая, наперед заданная величина (уставка).

Как следует из (2.28), практическая реализация предложенного принципа построения ГУЗ (с управляемыми характеристиками) может осуществляться двумя способами: соответствующим преобразованием входных сигналов [2, 27, 44, 47, 50, 51]; автомати-'' ческим регулированием уставки срабатывания [2, 24, 26, 41, 47].

Преобразование входных сигналов может производиться как до срабатывания, так и после срабатывания исполнительных органов [2, 24, 50].

Предложены ТУЗ, работающие в режимах однократного [2, 26, 37, 41] и многократного (непрерывного) действия [2, 24, 27, 42].

В устройствах ТУЗ с преобразованием входных сигналов величина £0 является постоянной и общей для всех подключаемых к защите присоединений сети, а в устройствах ТУЗ с автоматическим регулированием уставки срабатывания указанная величина изменяется по заданному закону (экспоненциальному, линейному и др. ) .

Значение времени срабатывания Тл находится в пределах:

для защит с преобразованием входных сигналов

| 0, если к»л=°° ;

"Тл- ! (2.29)

* т, если к»л<1 ;

для защит с автоматическим регулированием уставки сраба- , тывания

I 0, если к»л>1 ; Т., г { (2.30)

к»л=0 ;

ооли

Из (2.29) и (2.30) следует, что' 0 < Тл < го. Фактическое значение Тл® для ТУЗ с преобразованием входной величины, например, по экспоненциальному закону

КЗ (t) = jejid-e-fi:)

определяется по формуле

Tj® =Т 1п[к.л-1)], (2.31)

а для ТУЗ с автоматическим регулированием уставки срабатывания, изменяющейся по закону E(t) = Eme-6''1', рассчитывается по формуле

Tj» =tln(l/k»j .«.), (2.32)

где X - постоянная времени, принимаемая одинаковой для всех присоединений.

Коэффициент селективности ТУЗ определяется по формуле

ka = tic - t3> At, (2.33)

V

где tk - второе по величине наименьшее значение времени, при-

V V д

чем tk >tj ; £11- разрешающая способность измерительного органа защиты по времени. Значение

At находится по формулам, полученным с учетом (2.31) и (2.32),

At < X 1пСка^ф-(к»л.Ф -l)/k»j. <к»к -1)3; (2.34)

At <Х 1п(к-л/к«!с). (2.35)

Сопоставительный анализ выражений (2.25)-(2.33), характеризующих алгоритм функционирования ТУЗ, и выражений (2.3)-(2.16), характеризующих алгоритм функционирования ЦЗ, показывает, что ТУЗ по своим свойствам имеют много общего с простыми U3. '

- ¿Éf. -

Основное преимущество ТУЗ по сравнению с простыми ЦЗ состоит в обеспечении инвариантности основных свойств управляемой защиты в широком диапазоне входных величин. К достоинствам ТУЗ относятся также возможность реализации на базе типовых элементов и узлов, простота схем и структур.Применение в ТУЗ интегральных микросхем и микроэлектронных процессоров позволяет значительно увеличить точность их работы. Устройства просты в обслуживании и наладке.

Конструктивно ТУЗ могут выполняться в виде централизованных или автономных устройств в сочетании с общими Для всей подстанции элементами. Однако по своей технической сути ТУЗ ближе к ЦЗ с гибкой переменной структурой. Поэтому предложенные методы регулирования входных величин и уставок срабатывания могут успешно применяться и при построении простых ЦЗ, обеспечивая существенное улучшение их свойств и показателей функционирования [42, 43, 46, 50, 51].

На базе предложенных принципов, структур и алгоритмов созданы и внедрены в производство устройтва ТУЗ типов "Интегратор -1Ц", "Индикатор -2УП" (с преобразованием входных сигналов) [50, 51], "Селектор", "ЦЗТ" (с автоматическим регулированием уставки срабатывания) [24, 44] и др. Коэффициент правильных действий (отключений) ТУЗ составил порядка 0,90-0,97 (в зависимости от типа используемых ТТНП).

2.2.3. Токовая направленная защита (ТНЗ).

На основании проведенных исследований предложен ряд устройств ТНЗ, в которых использованы различные принципы их построения [14, 24, 25, 40, 48, 49]. Экспериментальные исследования образцов ТНЗ показали, что наилучшими показателями эффективности Функционирования обладают зашиты, выполненные с использованием для распознавания поврежденного присоединения признаков процессов 033, характерных для большинства видов и режимов 033 [43, 48, 49]. В качестве таких признаков предложено использовать фазы (знаки, направления) ТНП и ННП.

Алгоритм Функционирования направленной защиты от замыкания на землю имеет следующий вид: 1

- 29 -

y(t)=yl(t)VУ2(t) = tdUlЛil(tJкyl(t)]V[dUгЛi2(t)vyг(t)] ; (2.36)

Ли) = и1(2)(Ь)Си1.(г>(Ъ -¿к)]; (2.37)

¡::

1, если Ну-;

1Ь<2>и) . < (2.38)

если (71с2> () ^ 13у;

II, если 1хсЗ>(Ъ)^11г;

1иа>(Ь) = / (2.39)

\0, если 1х с 2 >(£)^1у *

где у(Ъ), ух<а>(0 - выходные сигналы защиты в данный момент времени; ихса>(Ъ), 1хса>(Ъ) - значения входных сигналов в данный момент времени, обусловленных положительными (X) и отрицательными (2) полуволнами КНП и ТНП; икг>(Ъ - ¿и.) - значения входных сигналов в предыдущий момент, времени; с1 -оператор переходов; сЮх<з>- импульсный сигнал, вызванный изменением сигнала 11хс2>(Ы с логического О на логическую I; Цу и 1 у - некоторые, наперед заданные величины (уставки по ННП и ТНП).

Из (2.36)-(2.39) следует, что выходной сигнал ТНП форми-руегоя в момент появления сигнала ТННП. При всех других состояниях входов выдача выходного (ложного)сигнала исключена. Устройство срабатывает в том случае,когда ТНП опережает по фазе ННП.

В соответствии с предложенным алгоритмом разработано и внедрено в эксплуатацию устройство защиты типа НЦЗ-1.

В отличие от ранее созданных устройств ТНЗ [2, 25, 40], срабатывающих при поступлении на входы двух и более импульсов, данное устройство приходит в действие от первого входного импульса , что в несколько раз повышает быстродействие защиты.

Помехостойкость защиты обеспечивается формированием на входе исполнительного органа прерывистого сигнала, который периодически появляется и исчезает в каждый из полупериодов ННП.

Как показывает анализ выражений (2.36-2.39), чувствительность разработанной защиты практически не зависит от угла сдвига между ТНП и ННП, что позволяет обеспечить ее работоспо-

- 30 -

собность и устойчивость срабатывания (защитоспособность) при всех возможных видах 033 и режимах сети с минимальными уровнями ТНП и ННП.

Практическая реализация УЗ типа НЦЗ-1 осуществляется на базе цифровых интегральных микросхем. Коэффициент правильных срабатываний защиты составляет порядка 0,83.

Перспективны защиты, основанные на сравнении направлений ТНП в присоединениях, отходящих от шин подстанций [45], в том числе с использованием' искусственно созданного емкостного тока [2, 40].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований разработаны основные положения, совокупность которых является новым достижением' в области разработки эффективных систем защиты и управления карьерных электроустановок напряжением выше 1000 В, обеспечивающих повышение надежной и безопасной работы электротехнических комплексов и систем горных предприятий, и вкладом в решение имеющей важное хозяйственное и социальное значение научной проблемы - повышение гехнико-экономнческих показателей горного производства.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.1

1. Показано, что поток аварийных и опасных ситуаций, возникающих в системе ЧЭС и приводящих к электропоражениям персонала, порождается отклонениями от требований правил безопасности и эксплуатации электроустановок и описывается распределением Пуассона.

Анализ условий возникновения опасностей для персонала и электроустановок на 0ГР позволил обосновать методы и средства, обеспечивающие устранение объективны;« факторов возникнования А0С при эксплуатации электротехнических комплексов и систем и сокращение таким путем их числа и длительности. Анализ также показал, что одним из важнейших средств обеспечения безаварийной и безопасной работы электроустановок напряжением 6-35 кВ является защита от 033.

2. Исследования, проведенные на основе предложенной классификации основных причин аварийны:! и опасных ситуаций и раз" 31

работанного метода их выявления, позволили установить, что для обеспечения безаварийной и безопасной эксплуатации электроустановок на ОГР требуются комлексныэ, охватывающие все компоненты системы ЧЭС мероприятия, объединенные общей идеей в единую управляющую систему и направленные на снижение вероятности возникновения аварий в электроустановках и опасностей для персонала. Проведенные исследования позволили установить наличие довольно устойчивых и статистически значимых взаимосвязей между отдельными группами причин: положительной - между организационными причинами и личностным фактором; отрицательной -между техническими причинами и личностным фактором и иежду техническими и организационными причинами.

3. Обоснованы основные требования, принципы и метод построения системы управления безопасностью эксплуатации электро-техничесих комплексов и систем, являющейся составной частью общей системы обеспечения безопасности и одновременно подсистемой единой системы профилактических работ по предупреждению аварий и травматизма на разрезах. Разработана функциональная структура СУБЭ, состоящая из взаимосвязанных подсистем, объединенных общей системной целью и нормативной правовой концепцией. Такое построение структуры обеспечивает повышение эффективности Функционирования системы управления за счет упорядочения ее основных функций и придания дополнительных фукнций.

4. Обоснованы метод системно-эволюционного анализа и концепция разработки рациональной зашиты от 033, позвляющие на основе учета влияния на эффективность функционирования рассматриваемой защиты взаимосвязанных факторов и условий эксплуатации электротехнических комплексов и систем, закономерностей технической эволюции методов и средств различных видов защиты от 033 и сформулированных к ней требований создавать устройстве! защиты с повышенным уровнем технического совершенства.

Осуществлено обобщение всего многообразия решений по проблеме защиты от 033 сетей 6-35 кВ. Выполнен системный анализ причин отказов Функционирования применяемых на ОГР устройств защиты от 033 и определены основные факторы, снижающие эффективность их функционирования.

5. Обоснованы требования к защите от 033 и предложен метод выбора рационального принципа ее построения, базирующийся на оценках каждого принципа в зависимости от той или иной со- 32 -.

вокупности требований, которой должна удовлетворять разрабатываемая защита.

Установлено, что для существующих распределительных сетей и подстанций, питающих передвижные электроустановки ОГР, рациональными являются централизованные токовые защиты от 033, реагирующие на наибольшую величину контролируемого сигнала, а для одиночных линий (ответвлений) - направленные, реагирующие на фазу ТИП и ННГ1, или специальные токовые защиты.

Доказано, что лучшими показателями эффективности функционирования обладают централизованные токовые зашиты от 033 с управляемыми характеристиками, построенные на принципе опережающего реагирования на наибольший сигнал.

6. Разработаны методы и средства повышения уровня технического совершенства централизованных токовых и токовых управляемых защит от 033, обеспечивающие надежность их функционирования независимо от видов и режимов 033, величины диапазона изменения контролируемых величин, действия помех и субгармонических колебаний токов и напряжений нулевой последовательности и др.

Предложены принципы и алгоритмы функционирования централизованных, и управляемых токовых защит от 033, а также автономных направленных защит.

7. На основе предложенных методов создан и внедрен в эксплуатацию ряд конкретных устройств автономной направленной зашиты (НЦЗ-1 и др.) и централизованной токовой зашиты с управляемыми характеристиками ("Селектор", "Индикатор", ЦЗТ и др.), имеющих коэффициент правильных срабатываний, близкий к единице. Устройства выполнены на современной элементной базе и в блоч-но-модульном исполнении.

Годовой экономический эффект от внедрения этих устройств составил более 30 млн. руб. (в ценах 1993 г.).

Применение устройств защиты позволяет снизить риск возникновения опасных ситуаций при эксплуатации электротехнических комплексов и систем приблизительно на 10%.

8. Основные научные и практические результаты исследований нашли отражение в ряде утвержденных Минуглепромом СССР и введенных в действие нормативно-технических и методических доку ментов (отраслевых положениях, инструкциях, рекомендациях), которые используются при эксплуатации электротехнических комплексов и систем электроснабжения разрезов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Маврицын A.M., Бухтояров В.Ф. Защита от однофаного замыкания на землю в карьерах. - М.: Недра , 1968. - 62 с.

2. Бухтояров В.Ф. , Маврицын A.M. Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров. - М.: Недра, 1986. 184 с.

3. Самохин Ф.И., Маврицын A.M., Бухтояров В.Ф.Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ. - М.: Недра, 1988. - 367 с.

4. Бухтояров В.Ф. Новые устройства для защит от замыканий на землю в электрических сетях разрезов. - М.: ЦНИЭИуголь.

- 1976. - 30 с.

5. Поляков В.Е., Бухтояров В.Ф. Централизованная защита от замыканий на землю с параллельной индикацией наибольшего вектора тока (ЗЗВИ) //Энергетика... (Изв.высш.учеб.заБедений).

- 1969. - N6. - С. 15-20

6. Бухтояров В.Ф., Маврицын A.M., Луценко В.Н. Некоторые вопросы электроснабжения карьерных потребителей //Промышленная энергетика. - 1970. - Мб. - С. 31-34,7. Бухтояров В.Ф., Маврицын A.M. Анализ причин травмирования от электроустановок на разреэах//Уголь. - 1974. - N11. С. 52-53.

В. Бухтояров В.Ф. Электробезопасность основных элементов электрической сети на разрезах//Уголь. - 1976. - N4.-С. 60-63.

9. Бухтояров В.Ф., Панова Е.Д. Зашита от замыканий на землю в распределительных сетях горных предприятий // Промышленная энергетика. - 1976. - N7. - С. 35-37.

10. Бухтояров В.Ф. Устройство для централизованной зашиты от замыканий на землю в карьерных распределительных сетях 6-10 кВ// Электромеханика ... (Изв.высш.учеб.заведений). - 1976. -N7. - С. 808-811.

11. Бухтояров В.Ф. Устройство для централизованной защиты от замыканий на землю в сетях с малым током замыкания //Промышленная энергетика. - 1976. - N11. - С. 38-41.

12. Бухтояров В.Ф. Устройство защиты от замыканий на землю //Электрические станции. - 1978.- N9. - С. 77-78.

13. Бухтояров В.Ф., Круглов Г.А. Классификация причин производственного травматизма//Безопасность труда в промышленности,- 1978. - N6. - С. 44-46.

14. Бухтояров В.Ф. Комплексное устройство для сетей 6-35 кВ с самоконтролем исправности // Электромеханика (Изв.высш.учеб.заведений).-1979.-N9.-С. 840-842.

15. Бухтояров В.Ф. Автоматизированная система защиты от поражения электрическим током //Уголь.-1979.-N4.-С.23-24.

16. Бухтояров В.Ф. Электротравматизм на разреэах//Безо-пасность труда в промышленности. - 1982..-N3. - С. 56-57.

17. Круглов Г.А., Бухтояров В.Ф. Выявление причин травмирования методом наложения //Безопасность труда в промышленности. - 1983. - N2. -С. 57-58.

18. Бухтояров В.Ф. Защита от однофазного замыкания на землю //Безопасность труда в промышленности. - 1983. - N4.-С. 55-56.

19. Бухтояров В.Ф. Причины и закономерности электротрав-матиэма //Безопасность труда в промышленности. - 1983. - N8. -С. 51-53.

20. Бухтояров В.Ф. Повышение уровня электробезопасности при эксплуатации гибких экскаваторных кабелей//Уголь.-1983.-N6. - С. 51-52.

21. Бухтояров В.Ф. 0 природе электро^равматизма на разре-

эах //Уголь. - 1984. - N8. - С. 45.

22. Бухтояров В.Ф. Создание селективной защиты от замыкания на землю в сетях напряжением 6-10 кВ //Уголь. - 1985.' -N1- С. 36-38.

23. Бухтояров В.Ф., Поляков В.Е. Обоснование требований и выбор принципа построения защиты от замыканий на землю //Энергетика ... (Изв. высш.учеб.заведений). -1985.-N10. - С. 34-37.

24. Бухтояров В.Ф. Устройства селективной защиты от одноФазных замыканий на землю для сетей 6-35 кВ//Уголь.-1986.-N3.-С. 42-45.

25. Бухтояров В.Ф., Поляков В.Е. Устройство для токовой направленной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью//Электромеханика ... (Изв.высш.учеб. заведений). - 1987.-N5. - С.119-122.

26. Бухтояров В.Ф. Поляков В.Е. Устройство токовой защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью //Энергетика ...(Изв.высш.учеб.заведений).-1988.-N10.

С. 40-41.

27. Бухтояров В.Ф. Поляков В.Е. Устройство токовой защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейт-ралью//Промышленная энергетика.-1988. - N6. - С. 11-13. )

28. Бухтояров В.Ф. О вероятностно-статистическом подходе к исследованию злектротравматизма и разработке мер по его пре-дупреждению//Сб.научн.труяов. Безопасное ведение работ на разрезах /УкрНИИпроект. - 1978.-С. 18-26.

29. Бухтояров В.Ф., Круглое Г.А., Пчелкин Ю.В. Исследование производственного травматизма методом экспертных оце-нок//Безопаснов ведение работ и рекультивация нарушенных земель на разрезах: Сб.науч.трудов /УкрНИИпроект. -Киев,

1978.-С. 37-42.

30. Бухтояров В.Ф. Устройства защиты от замыканий на землю для сетей напряжением 6-10 кВ угольных разрезов//Безопасное ведение работ на разрезах: Сб.науч.трудов/УкрНИИпроект.

1979. - С. 15-20.

31. Бухтояров! В.Ф. Система обеспечения электробеэопаснос-ти при эксплуатации электроустановок разрезов //Безопасное ведение работ на разрезах: Сб.науч. трудов/УкрНШпроект. - 1981. - С. 43-48.

32. Бухтояров В.Ф., Круглов Г.А. Исследование взаимосвязей в системе "человек-машина-среда" при формировании несчастного случая //Безопасное ведение работ на разрезах: Сб.науч. трудов /УкрНИИпроект.-Киев, 1982. - С. 3-7.

33. Бухтояров В.Ф. К вопросу обоснования программно-целевого планирования и управления безопасностью работающих в электроустановках //Безопасное ведение работ на разрезах: Сб..науч.Трудов /УкрНИИпроект.-Киев, 1983. - С. 7-10.

34. Бухтояров В.Ф. , Круглов Г.А. Исследование некоторых закономерностей производственного злектротравматизма на угольных раэреэах//Беэопасное ведение работ на разрезах: Сб.науч. трудов /УкрНИИпроект.-Киев, 1963.-С. 19-23.

35. А.с.736249 (СССР). Устройство для централизованной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной и компенсированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.-Опубл. в Б.И.,1980, N19.

36. А.с.838864 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И.,1981, N22.

37. А.с.1129686 (СССР). Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.I.Бухтояров.-Опубл. в Б.И., 1983, N46.

38. A.c.1394315 (СССР). Устройство для зашиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В. Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1988, N17.

39. A.c.1504710 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.«-.Бухтояров.-Опубл. в Б.И., 19В9, N32.

40. A.c.1483542 (СССР). Устройство для зашиты от одноФазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /Б.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1989, N20.

41. A.c.1582251 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И.,1990, N28.

42. А.с.1651335 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1991, N19.

43. А.с.1660093 (СССР). Устройство для зашиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1991, N24.

44. А.с.1697169 (СССР). Устройство для зашиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1991, N45.

45. А.с.1737599 (СССР). Устройство для зашиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1992, N20.

46. A.c.1721690 (СССР). Устройство для зашиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1992, N11.

47. A.c.1734160 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1992, N18.

48. A.c.1737598 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1992, N20.

49. A.c.1707685 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров,- Опубл. в Б.И., 1992, N3.

50. A.c.1707684 (СССР). Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И., 1993, N3.

51. A.c.1821867 (СССР). Устройство для централизованной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров.- Опубл. в Б.И.. 1993, N22.

Подписано в печать 01.06.94 формат 60x90/16

Об-ьем 2 п.л.+5 вкл. Тираж 100 экз. Заказ

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский пр., 6

возбудителем СД пря различных структурах возбудителя.

Доказано, что на заверявшем этапе сатозаггуска СД - етяглгз-гаге е синхронизм - решающем яЕглегся утловое положение ротора б момент е^лючишя напряяешя возбуждения.

Рис. 13. Зоны синхронизация

Предложена методика расчета зон синхронизации СД (рпс.13), определяйте ыоменты включения возбуждения в зависимости от утла 0 и ско-шгешш. Методика учитывает: способ управления возбудителем прг разгоне до синхронизация; все составляющие асинхронного тмекта СД; конечную скорость нарастания тока Еозбукде-шш после включения налрякения. Указанные зош получены в результате численного реаешя на ЭШ уравнений Парка-ГореЕа для электромеханических процессов СД.

Шестая глава диссертации посвящена разработке способов и средств повшения устойчивости ответственной нагрузки в системах эдектроснабаения промышленных предприятий.

Разработано, исследовано и внедрено в промышленную эксплуатации устройство каскадного БШВ по уровш восстанавливающегося напряжения сета. ЕАПВ обладает достаточно высокой надекностью е позволяет максимально расширить условную пусковую мощность источника питания в реяиме самозапуска при пассивном способе воздействия на якоря контакторов (Ш) д бестоковую паузу.

Создана устройство осуществляющее активное воздейст-

вие на якорь контактора (Ш) в бестоковую паузу за счет энергии предварительно заряженного конденсатора. Устройство позволяет резко снизить потребление модности катушкой управления МП, т.к. в устройстве расходуется только активная мощность и только на покрытие тепловых потерь в катупке и схеме устройства, кото_рые незначительны. Потребляемый ток уменьшается от 20 до 50 раз в зависимости от габаритов коммутационного аппарата.

Разработано устройство тксимально-токовой защити ловышен-ного быстродействия кабельных линий напряжением вше I кВ. Защита обладает, по сравнению с известными вариантами, распиренными функциональными возможностями. Благодаря введению узла автоматического изменения уставки возможно выполнение защиты мгновенного действия при КЗ, а также максвдально-гокоЕой с ввдеракой времени на одном пороговом токовом элементе.

Изготовлен- и продел промышхенщт апробацию при исследовании режимов самозапуска пусковой орган АВР и ресинхронизации СД. Принцип его действия основан на сравнении двух электрических величин по фазе, при этом одна из величин синусоидальная, другая - преобразуется из синусоиды в импульс. Сравнение фаз осуществляется на тиристоре, на анод-катод которого подается напряжение от резервирующей секции, а на управлявшей электрод поступают

мдульси напряжения секции", ггогерянпеП ията;п;е.

Для внедрения усгройсгз самозаяусха См, способстэук:;.":;; псп:;-егазз асгппрокчого момента в. областа подсЕнхротсс скояьгенз!!, со-дано устройстпэ бесконтактного пзмерегаи угла О . Устролстгс гло-.02 измерять угол В только в переходща реглд-.ах раоотн сянхрон-:ой иагзш с пулеигл скольясниеп. Погрсяпосгь измерений не прови->ает Ъ$. Такая точность обеспечивается введением периодической юррехцип утла, а такзе учетом завксгмостз сопротивления расссякая |бмсгхк возбуг-пдешля от Еелдчины тока е ней. '/стро/ютво проало про-шшлезнув апрсошгго з схемах самозапуска ТСД под нагрузкой, кксо-зк входной моглент нпхе ноглдпальксга.

Разработан к внедрен пусковой орган (БО) йюрспрсвкд дозбудде-пня, которая конгролкруег статический злектроаахияттс! момент СД, юредеягеай по зяаче.'пэтл лпбьк ддуд Зазннх гщрявекзй а токов. [р:г:ед, пел горг:озяз£г£ эдехгромапзкзгем кеггипгз подается команда :а гддедде поля 03, а ярд усдорзддз'л вшейте» а течение времен:: зозраатаддя вяутреянего угла СД до значения, соотдетстдуддсго пре-

статической уечтайдвостд днагагеля, возбуждение СД форсирует-:я до своего поголо-таого значения. Для пзхлэченея неселсзтивной работа ПО форслрсЕкг дозбуддеддя в песвоначалзннЗ: мелеет возняккове-дп КЗ предуслатргЕаедся отстройка от апериодической оостаЕлядгдей элел тро.\: апз: тного :! о:.; енга.

Оснодтн;е рсзул5?ч?к пяботт; у бк?одк:

Тсареппестгле д здепер'длентадънне доследования, вшолненкве з ддсоертаддонкод работе, позволила подучить сдедуднде вовне результата:

I. Ссздакк научные основы построения системы формирования требегандй к элементам электроснабжения га условий сохранения ус-тойтевостз технолога» проглыдленнкх предгодятЕй ярд ЗКПЭО, чго дк-рзздл^е* т- :.д:од:д;;: определения критического вреыенг дерерида злеагеро-снабкендя ответственных технологических агретатов с учетом огранл-чендд, накладываемых глеханпчеекдкд, токобькз и момектнкглд фактора-.'лд, стргхакшцх предельнее веег'о.дностд отдельных электроприводов;

- методики расчета рс-'.дзлед группового саглозалусха электродвигателей ответственных технологических механизмов;

- сетевых: ксделе£ группового самозапуска электродвигателей, учигивазЕЕПз: требодандя хрдтлческого времена аерзрква пдтакдя,

парсаотрд оотд, характер доЛстезд сствзой автоагаз с еозвослэ-кяе определить алгориг,: дх управлыс,«

2, Бшвлену закояоморноатг неразризЕьЕ связей сзисгег глс::тро-скабаения п алгкгроправода в ррсах группового самозавуска, вцра-ггадхбся во ззаикозавгсюгосгп уцрагший от ступеш алекграскабке-кея и характера повреждений.

3» Получены новые глетодн каЕсиигльной загрузка источников петанхР условной пусковой иодаостьл ответственной нагрузит в решках группового самозапуска электродвигателей при шшшх остатстаных капрякештос.

4„ Реиеш вопросы взаимодействуя элеятргческЕХ сетей с электродвигателей с устранение:* огранзчевгй по фактору токов включения

5. Разработан новый правил управлеЕЯ форсировкой возбукде-каг СД в оушпрш элшгароаагнзашого ьшензга.

6. Создана новая гсоркя оптимального гааенля слехтрсжюсяно-го соля рогорои СД, оборудованных стапгчашпйт возбудателяз.::;, в реякмах группового. самозапусва электродвигателей.

7.Установлен теоретический предел необходимой мощности источника шхтанЕЛ прл синтезировании возбузшгвля СД , обеспечдваэдгй максиаадгное гошшкхе асшосронкого комешга и позводяадпй пополь-зованге нового метода санхроназащи СД под проакзлвнной загрузвой,

8. На основе предложенных еовш: шгодов п способов ^созданы сродства группового самозааусаа электродвигателей напрягешгеа до я вще I кБ, отвечайте требовании в системам глехтроснабкенея в условиях, непрерывных технологических- производств, нрнткчнш; к нарушениям питания электрооборудования. Созданные устройства выполнены на современной элементной базе к защищены авторскими свидетельствами.

3. Выполненная работа позволила реиить крупкув научно-техническую проблему обеспечения непрерывности технологических процессов проашпашшх предприятий прд внезапных кратковременных перерывах электроснабжения, выезщую вакное народнохозяйственное значение:

Результаты работы внедрены на ряде промышленных предприятий Кузбасса о годовю.? экономическим. эффектом, составляете около I млн рублей е ценах 1288 года. При волной реализация результатов по стране эффект будет увеличен многократно.*

с

Основное положения дггссергагпги огранены в следузцпх rryd"r-здяях автора:

1. Носов К.Б., Дворак Н.Н. Способн и средства-обеспечения глозапусяа электродвигателей.- И,, Энергоатогляздаг,- 1993.

2. Носов К.Б;, Дворак Н.М. Средства я способн сеыозалуска теятродаигагелвй,- Кемерово: Кемеровское ян. лзд-до.- IS85.-2Й с.

3.Носов К.Б. Упрощенная схема быстродействующего АБР ка эдгчесазз предприятиях с огветсгзеншг.я элеятропр2смтяа!.;я // ромшленная энергетика.- 1973.- i? I.- С.30-32. .

4. Носов К.Б. Исследование реяямоа самозапуска насосов // гектрофикацая шахт и разрезов: Сб.науч.трудов КузПИ. - й 51. -змероЕО, 1973. - С.Г70-173.

5. Носов К„Б.; Исследование яадезнооти электродвигателей

i яреддрлятшсс с непрернЕнвш гехйолопгческЕгяЕ процессам // неятрофикацая угольных: Eaxr н разрезов: Сб. лауч. трудов КузПИ.-51.- Кемерово, 1973,- С„159-164. .

6. Артемов А.И., Носов К.Б. Устройство-АДВ элентродвигате-эй напрязенаем низе 1000 В // Злентрсфгкацшг угольных: шахг % срезов: Сб.науч.трудов КузПИ.- ft 74,- Кемерова, 1ЭТ5,-

, II5-II9. .

7. Артемов A.JT., Носов К.Б." Требования к системам возбуа-зшш синхронннх двигателей в решле самозапуска // Электрсф!-зция угольных шахЕ- ж разрезов: Сб.научн.трудов КузПИ.- № 74;-змврово, 1975.- С. 97-101»

8. Артемов- А.И., Носов К.Б. К вопросу повышения быетродей-рвия высоковольтных вшашаталей, применяемая в схемах самоза-гска // Электрофпсация угольных шахзг и разрезов: Сб.научн.тру-m КузПИ.- S 74,- Кемерово, 1975,- С.' 7-II;

9. Муравьев В.Н., Носов К.Б. Самозапуск синхронных элеят->двигателей // Сб.научн.трудов МЭИ. - Москва, 1975%. - й 183. -, 90-93.

10. Особенности гашения электромагнитного пола синхронных эигателей о тирисгорнш возбуждением- при самозапусне / Разгиль-зев Г.И., Носов К.Б; , Брагинский В.И; и др. // Промышленная гергетика.- 1979,- № 6. - С. 23-25;

11. Пусковой орган схш АВР и ресинхронизации в схемах элея-»снабжения / Носов К.Б., Бурцев D.E., Брагинский В.И. а др. // 1равление электромеханическими объектами в горной превлыпшенно-

сш: ИеяЕузовскяй сб. науч.трудов,- Кемерово, 1560.-С. 92-95.

12. Тирлогоркый блок регулирования характеристик асинхронного двигателя / Носов К.Б., СудакоЕ В.И., Бакенов В.П., и др. // Управление электромеханическим:; объекта.*,а: в горной промкллеккосг: 1.1е:5ЕузоЕскш1 сб.науч.трудов.- Кемерово, 1980,- С. 96-100.

13 . Средства аэвшеяия надеяюстт: тпристорных преобразователей частоты на заводах химического волокна / Носов К.Б., Дно рак Ц..М., Брагинский З.й. и др. // Й!ггекс;фжацкя процессов " совершенствование оборудования гг.гдезых :: хнгягчбсжпх производств Куз-басса:-Сб.науч.трудов.- М.: Ж!32,- 1981.- С. 173-179.

14. дворак Н.М., Носов К.Б. 0 повиаенив врааагцего момента синхронных двигателей при самозапуске // Иеханззаякя и автоматизация ручных п груяоеиюс операций в промызленносгк Кузбасса: Тезисы докл.научн.докф, - Кеиерово, 1932,-С. 177-179,

15. Носое К.Б., ДЕорак Н.'Л., ШопорСЕ А.М. Самозапуск приво— доэ компрессоров холодильных установок // Механизация и автоматизация ручных к трудоемких операций в промышленности Кузбасса: Тезисы докл.яаучя.конй. - Кемерово, 1982.-- С. 171-172.

16. Критическое время перерыва электроснабжения - ренаю^гй фактор повьпенпя интенсификации технологических процессов / Носов К.Б., Дворах Н„;л,, Шоиорез А<Л, и др. // Современные технологические процессы и оборудование пищевой. и химической промышленности Кузбасса: Сб.научн.трудов.- Г;.: ШЖЕЬ- 1983.- С. 132-139.

17» Носов К.Б. К вопросу условной пусковой мощности источника писания при самозалуске электродвигателей: // Современные технологические процессы и оборудование пищевой и химической промышленности Кузбасса: Сб.научн.трудов.- М,: МТИШ1.- 1333,- С. 126-132.

28. Носов К.Б., Дворак Н.М. 0 синхронизации синхронного двигателя при самозапуске с номинальной нагрузкой // Изв.вузов СССР: Электротехника,- 1984.- й. 12,- С. 71-76.

19 . Носов К.Б., Дворак Н.Ы,, Лебедев Г.М. Влияние статических конденсаторов и сопротивления линии на самозапуск.' низковольтных асинхронных двигателей // Промышленная энергетика.- 1985,-.'5 б.й С. 26-28.

20.. Носов К.Б., Дворак Н.ГЛ. Оптимальное управление возбузде-нием синхронных двигателей при групповом самозапуске // Изе.вузов СССР: Энергетика.- 1985,- № Э.-С. 48-51. -

21'. Медведев А.И,, Носов К.Е., Дворак Н.М. Управление форси-■ ровкой синхронного, двигателя в гункции электромагнитного момента

коротких зависаниях в сети // Промылленная энергетика 5 10.- С.45-46.

22. Носов К.Б., Днорак Н.У., Бурцев D.S. К Eriopy способа

::агкктного поля ротора синхронного двигателя при саг.оза-/ске // Кз е.вузов СССР: Электромеханика.- 1986.- i1 II.-С.44-18.

23. Способ задергана отпадания контактора / Носов К.Б., Део-ак Н.М., Абалаков А.Л. ж др. // Шроншлешгая энергетики.- 1936.-

::■ ю.- с. 1Э-21.

24. Самозануск электродвигателей на заводах хпмического во-окна / Степанов Г.й., Носов К.Б., дЕорак H.H. н др. // Про'.шплен-ая энергетика.- 1967,- И 12,- С. 14-16.

25. A.c. 593508 СССР, Н 02 Н 3/С8. Устройство для авто-.атичзского Енода резерва питания потребителей / Г.И.Ризгяльдеез, :.Б.Носов, Б.И.Брагяяский и др. (СССР).- 2526208/24-07? Заявлено ,6.10.77; 0публ.25.10.79, Бэл. й 39.

26. A.c. 746775 СССР, МКИ Н 02 Р 9/12. Устройство для газе-пя магнитного поля синхронной машни / D.Б.Бурцев, В.И.Брагпн-

К.Б.Носов 2 др. (СССР).- 2610166/24-07; Заявлено 03.05.78; )яубл. 15.07.80, Бал. .4 26.

27 . A.c. 758349 СССР, ШШ Н 02 Н 3/08, H 0I Н 83/20. Реле лаке сального переменного тока / К.Б.Носов, С.А.Блрский (СССР У.~ 2831337/24-07; Заявлено 12.06.78; Опубл. 23.08.80, Бюл. й ЗГ.

2Я. A.c. 953592 СССР, ШИ Н 01 Р 25/00. Устройство для непрерывного измерения синуса утла Q синхронной машины ./ Н.Ь'.Дво-рак. К.Б.Носое, В.И.Брагикский и др. (СССР).- 3266409/18-21; Заявлено 25.03.81; Опубл. 23.08.82, Бюл. X» 31.

29'. A.c. S859C8 СССР, МХИ Н 02 Р 1/25. Устройство для пуска асинхронного электродвигателя' / В.1.Баяенов, К.Б.Носоэ, Г.В.Рабуш» ко и др. (СССР).- 2920337/24-07; Заявлено 06.05,80; Опубл. 30.12.82, Бюл.М8.

30. A.c. 1049841, СССР, МКИ Н 02 Р 31/34, Способ бесконтактного измерения угла ' 0 синхронной машины в переходных режимах / А.А.Федоров, Н.М.Дворак, К.Б.Носов (СССР).- 3436681/24-07; Заявлено 12.06.82; Опубл. 23.10.83, Вол.ЖЗЭ.

31. A.c. II95406 СССР, ШШ Н 02 Н 3/00, Устройство задержки отпадания якоря, например, магнитного пускателя / К.Б.Носов, Н.М. ДЕОрак, В.П.Баженов и др. (СССЕ).- 3710170/24-07; Заявлено 11.03.84; Опубл. 33.11.85, Бшл.44. 0

32-. A.c. 1234Э43 СССР, МКИ Н 02 Р 9/14. Способ) управления

возбуждением синхронного двигателя в переходное регшмах / К.Б.Носов, Н.М.Дворан, Г.П.Дебедев (СССР).- 3763960/24-07; Заявлено 29.06.84; Опубл. 30.05.86, Бил. Гг 20.

33. A.c. 1252854 СССР, >Ш Н 02 Н 3/00, Н 01 Е 47/00. Спосос удержания якоря коммутационного аппарата переменного тока в бестоковую паузу и устройство для его осуществления / К.Б.Косое, НЛ.ДЕоран, В.П.БааеноЕ и др. (СССР).- 3771260/24-07; Заявлено 11.07.84; Опубл. 23.08.86, Е.ол. Ге 31.

34 .A.c. 1252888 СССР, МКИ Н 02 Р 1/26. Устройство для управления асинхронным электродвигателем / К.Б.Носов, К.'Л.Дворак, Б.П. Баженов и др. (СССР).- 3734783/24-07; Заявлено 27.04.84; Опубл.

23.08.86, Бш. ß 31.

35 . A.c. 1304156 СССР, ЖИ. Н 02 Р 1/26. Устройство для пуска асинхронного электродвигателя / Н.И.Дворак, К.Е.Носов, В.П.Баяе-нов (СССР).- 3864801/24-07; Заявлено 12.03.85; Опубл.15.04.87, Бюл. Л 14.

35* A.c. I3634II СССР, iiKIi Н 02 Р 5/06. Задающее устройство для система управления электроприводом / Н.Ы.ДЕорак, К.Б.Носов, А.Л.Абаяаков (СССР).- 4054044/24-07; Заявлено 15.04.86; Опубл.

30.12.87, Вол. Л 48.

37 . A.c. I4I8865 СССР, МКИ Н 02 Н 1/08. Устройство для управления транзкеторщш ключом / А.Д.Абалаков, НЛ.Дворак, К.Б.Носов и др. (СССР). - 4190665/24-07; Заявлено 03.02.87; Опубл.

23.08.88, Бюл. К 31.

За. A.c. 1458957 СССР, ШН Н 02 Р 1/50. Устройство для син- ■ хрониьпции синхронного двигателя под нагрузкой / Н.Ы.Дворак, К.Б. Носов, Г.Н.Белокуров и др. (СССР).--4267420/24-07; Заявлено 24.06.87; Опубл. 15.02.89, Бш-. Л 6.

' 39'. A.c. 1524693 СССР,'МКИ б 01 Р 31/34. Способ. определения главного индуктивного сопротивления по продольной оси трехфазных' синхронных двигателей / Н.МДворак, К.Б.Носов, Г.У.Белокуров и др. (СССР).- 4337111/40-22; Заявлено 03.12.87; Не публ.

40..A.c. 1527488 СССР, ШИ & 01 В 7/30. Способ контроля взаимного углового положения валов тихоходных механизмов /Н.И.Дворак, К.Б.Носов, Г.Ц.Белокуров ж др. (СССР).- 4285485/30-29; Заявлено 17.07.87; Опубл. 07.12.89, Бюл. №45.

41. А.с.1597941 СССР, МКИ Н 01 Р 7/18, Н 02 Н 3/00. Устройство зчдеряии отпадания якоря электромагнитного механизма / Н.М. Дворах, К.Б.Носов, Г.У.Белокуров ж др. (СССР).- 4388053/24-07;