автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Направленная защита от однофазных замыканий на землю в компенсированных распределительных сетях горных предприятий

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Особенности электроснабжения горных предприятий.

Т.2. Параметры изоляции высоковольтных сетей горных предприятий.

1.3. Условия электробезопасности распределительных сетей.

1.4. Режимы работы нейтрали распределительных сетей горных предприятий.

1.5. Задачи исследования.

2. АНАЛИЗ ПШНЩПОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

2.1. Требования к устройствам защиты от однофазных замыканий на землю.

2.2. Защиты, реагирующие на параметры установившегося процесса.

2.3. Защиты, реагирующие на параметры неустановившегося процесса.

2.4. Устройства, реагирующие на оперативные токи и напряжения, наложенные на сети.

В ы в о д ы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В СЕТЯХ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

3.1. Выбор и обоснование метода исследований.

3.2. Исследование напряжения нулевой последовательности.

3.3. Исследование токов нулевой последовательности в защищаемой линии при однофазной утечке.

3.4. Алгоритм расчета параметров напряжения и тока нулевой последовательности.

3.5. Характер изменения напряжения и токов нулевой последовательности.

Вывод ы.

4. РАЗРАБОТКА СЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В КОМПЕНСИРОВАННЫХ СЕТЯХ ГОНШХ ПРЕДПРИЯТИЙ

4.1. Выбор и обоснование способа защиты.

4.2. Исследование продолжительности переходного процесса в сетях с компенсированной нейтралью.

4.3. Разработка функциональной схемы защиты.

4.4. Принципиальная схема устройства направленной защиты.

В ы в о д ы.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ УСТРОЙСТВ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

5.1. Стендовые испытания экспериментальных образцов защиты.

5.2. Оценка достоверности результатов исследования напряжения и тока нулевой последовательности.

5.3. Испытания направленной защиты в промышленных условиях.

5.4. Эффективность внедрения устройств направленной защиты.

Вывод ы.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года предусматривается сохранить опережающие темпы развития сырьевой базы народного хозяйства нашей страны, что в свою очередь неразрывно связано с ростом энерговооруженности горнодобывающей промышленности. Непрерывно расширяющееся применение электрической энергии при разработке месторождений полезных ископаемых и связанный с этим рост рабочих напряжений в электрических сетях и установках настоятельно требуют обеспечения бесперебойности электроснабжения и создания безопасных условий труда при эксплуатации электрического оборудования.

Исследование травматизма на горнорудных предприятиях Украины /22/ свидетельствует о том, что за последние пять лет количество тяжелых электротравм при добыче полезных ископаемых открытым способом в 2,4 раза выше, чем при подземной разработке. Статистические данные показывают, что 76 % электротравм со смертельным исходом на открытых работах происходит в сетях переменного напряжения выше 1000 В.

На развитие аварийных процессов, связанных с замыканиями на землю, решающее влияние оказывает выбор способа заземления нейтрали. В СССР и ряде других стран предпочтение отдается распределительным сетям либо с изолированной нейтралью, либо с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор. В последнем случае сеть представляет собой систему с компенсацией емкостного тока замыкания на землю. Следует отметить, что с введением компенсации селективность устройств защиты от однофазных замыканий на землю ухудшается.

В свете поставленных задач по улучшению условий труда и техники безопасности важное место в решении проблемы безопасного применения электроэнергии в горной промышленности занимает комй-лекс мероприятий по обеспечению безопасных условий эксплуатации электрических сетей напряжением свыше 1000 В.

Большой вклад в исследование научно-технических проблем, связанных с безопасной эксплуатацией электрооборудования и электрических сетей в условиях горнодобывашей промышленности, внесли советские ученые Г.А.Багаутинов, Б.П.Белых, В.А.Бунько, В.Н.Вино-славский, Г.Г.Гимоян, Л.В.Гладилин, П.Ф.Ковалев, В.С.Кравченко, Р.М.Лейбов, Б.Г.Меньшов, Г.Г.Пивняк, В.Е.Поляков, Г.И.Разгильдеев, В.И.Серов, И.М.Сирота, Е.Ф.Цапенко, Н.Ф.Шишкин, В.И.Щуцкий и другие. Ведущая роль в разработке и внедрении устройств защиты от замыканий и утечек на землю в электрических сетях шахт, рудников, разрезов и карьеров принадлежит коллективам таких научно-исследовательских институтов и вузов страны, как Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны труда (ВНИИОТ), Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ), Всесоюзный научно-исследовательский институт безопасности труда в горной промышленности (ВНИИБТГ), Институт горного дела им.А.А.Скочинского (ИГД им.А.А.Скочинского), Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт взрывозапшшенного и рудничного электрооборудования (ВНИИВЭ), Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (ВостНШ), Московский горный институт (МГИ), Ленинградский горный институт (ЛГИ), Уральский политехнический институт СУШ), Днепропетровский горный институт (ДГИ). Усилиями таких проектных институтов, как "Крив-басспроект", "Днепрогипрошахт" осуществляется внедрение новых технических разработок, выпуск которых освоен заводами электротехнического профиля, в частности, Прокопьевским и Днепропетровскким заводами шахтной автоматики, Запорожским экспериментальным заводом научно-исследовательского и опытно-конструкторского института автоматизации черной металлургии (ЗЭЗ НИИАчермет) и др.

ДГИ является соисполнителем работ по созданию и внедрению методов и средств, обеспечивающих дальнейшее повышение безопасности и оздоровление условий труда в народном хозяйстве, а именно, создание и освоение в производстве устройств селективной зашиты от замыканий на землю для разветвленных электрических сетей 6-35 кВ с компенсированной нейтралью (задание 02.05.02 программы 0.74.08 по решению научно-технических проблем на 1981-85 гг., утвержденной постановлением Президиума ВЦСПС, ГКНТ и Госплана СССР № 14/529/269 от 22 декабря 1980 г.).

Применение в распределительных сетях горных предприятий селективных защит с высокой чувствительностью и быстродействием, отвечающих всем необходимым требованиям, сокращает время восстановления работоспособности линии, что в свою очередь повышает надежность электроснабжения потребителей и улучшает условия электробезопасности. В настоящее время на указанных предприятиях получили распространение сети с компенсацией емкостной составляющей тока замыкания на землю, однако селективные устройства защиты для таких сетей недостаточно разработаны и отечественной промышленностью не выпускаются.

Целью работы является повышение надежности электроснабжения и электробезопасности распределительных сетей горных предприятий.

Диссертационная работа является продолжением разработок, выполняемых кафедрой электрификации горных работ и промышленных предприятий ДГИ, по созданию средств защиты от утечек и замыканий на землю в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ горных предцриятий. В диссертации решена научная .задача разработки селективной защиты для сетей с нейтралью, заземленной через дутогасящий реактор, на основе использования фазовых соотношений параметров электромагнитных процессов.

Основная идея работы заключается в использовании импульсно-фазового способа сравнения сигналов напряжения и тока нулевой последовательности для создания зашиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных распределительных сетях.

Методика выполнения исследования включает: анализ и научное обобщение по исходным посылкам исследования; методы теории электрических цепей; математическое моделирование изменения параметров напряжения и тока нулевой последовательности в распределительных сетях с компенсированной нейтралью; экспериментальный метод проверки достоверности полученных результатов.

Научная новизна работы состоит в следующем. Получены аналитические выражения для токов и напряжения нулевой последовательности, необходимые для исследования характера изменения амплитудных и фазовых значений этих величин при однофазных замыканиях и утечках на землю в распределительных сетях с компенсированной нейтралью.

Обосновано применение импульсно-фазового способа сравнения контролируемых сигналов для выполнения устройства направленной защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных распределительных сетях, что позволило обеспечить требуемую селективность срабатывания.

Разработаны функциональная и принципиальная схемы устройства направленной защиты, обладающие повышенной помехоустойчивостью при работе в распределительных сетях горных предприятий.

Разработаны рекомендации по режимам настройки компенсирующих устройств, обеспечивающим селективность действия направленных защит и надежность систем электроснабжения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается соответствием принятых допущений при исследовании электромагнитных процессов поставленной задаче; согласованностью разработанного математического описания с физическими представлениями о протекающих процессах; сопоставлением теоретических и экспериментальных исследований с относительной погрешностью, не превышающей II %\ результатами экспериментальных исследований устройства направленной защиты в лабораторных и промышленных испытаниях.

Практическая полезность, результатов работы заключается в полученных зависимостях амплитудных и фазовых значений напряжения и токов нулевой последовательности от параметров распределительных сетей с компенсированной нейтралью, позволяющих выполнять настройку устройств направленной защиты; в обосновании принципа выполнения устройства направленной защиты, позволившего разработать функциональную и принципиальную схемы защиты, обладающую повышенной помехоустойчивостью; в рекомендациях по режимам настройки дугогасяпшх реакторов в распределительных сетях горных предприятий.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических исследований аварийных процессов в компенсированных распределительных сетях и общих принципов функционального выполнения устройств защиты от однофазных замыканий на землю, а также схемная реализация устройства защиты были использованы ВНИИБТГ (г.Кривой Рог) при составлении технического задания на опытно-конструкторскую разработку устройства селективной защиты от однофазных замыканий на землю для разветвленных электрических сетей с компенсированной нейтралью; результаты указанных исследований были также использованы при составлении технического задания на разработку руководящего технического материала "Правила эле ктро без опасности при эксплуатации устройств селективной защиты от замыканий на землю для электрических сетей напряжением выше 1000 В открытых работ". Рекомендации по выбору пределов регулирования и режимов настройки компенсирующих устройств в распределительных сетях б-10 кВ горных предприятий, а также по расстановке устройств направленной защиты от замыканий в сетях угольных шахт с обособленным питанием, использованы ИГД им.А.А.Скочинского при разработке проекта руководящего технического материала "Электроснабжение угольных шахт с обособленным питанием подземных электроприемников".

Ацробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на П Всесоюзной научно-технической конференции "Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР" (г.Днепропетровск, 1979 г.); на научно-технической конференции "Компенсация токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6-35 кВ" (г.Челябинск, 1980 г.); на Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Электробезопасность на открытых и подземных горных работах" (г.Днепропетровск, 1982 г.); на электротехнической секции научно-технического совета ГПИ "Днепрогипрошахт" (г.Днепропетровск, 1982 г. и 1983 г.); на научно-технической конференции "Повышение эффективности электроснабжения горных и металлургических предприятий" (г.Челябинск, 1983 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Обеспечение электробезопасности на производстве" (г.Севастополь, 1983 г.).

По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 12 работ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Особенности электроснабжения горных предприятий

Электроснабжение шахт, рудников, разрезов и карьеров имеет ряд особенностей, определяемых специфичностью ведения подземных и открытых горных работ /40, 93/. Для исследований, проводимых в настоящей диссертационной работе, представляют интерес те особенности, которые влияют на интенсивность повреждаемости распределительных сетей, то есть обусловлены воздействием окружающей среды и эксплуатационными факторами на износ изоляции и оболочек электрооборудования. К ним следует отнести: работу на открытом воздухе при воздействии атмосферных осадков, резких колебаний температуры окружающей среды, запыленности, содержащихся в воздухе паров химических элементов; значительную площадь и глубину разработок и рассредоточение оборудования по всей территории и глубине; систематическое перемещение фронта работ и связанного с этим электромеханического оборудования; широкое ведение взрывных работ; применение мощных электрифицированных горных машин, комплексов и железнодорожного транспорта.

На карьерах и разрезах рассредоточение горных машин и механизмов по всей площади разработок усложняет систему распределительных электрических сетей. Подвод электроэнергии к передвижным машинам осуществляется разветвленными воздушными и кабельными линиями через распределительные и приключательные пункты. В результате атмосферных воздействий старение и пробой изоляции то-коведущих частей оборудования и сетей на карьерах и разрезах происходит гораздо быстрее, чем в заводских помещениях. Для оценки влияния климато-метеорологических факторов на повреждаемость изоляции карьерных распределительных сетей Днепропетровским горным институтом были проведены исследования на Марганецком и Корщуновеком ГОКах по распределению повреждений, осадков и температуры воздуха. На рис. I Л-а показаны графики распределения температуры воздуха Ь °С, осадков , общего количества замыканий XI в карьерной сети 6 кВ, количества однофазных Л* и многофазных 1г" замыканий в течение года для карьера Марганецко-го ГОКа и на рис. 1.1-6 - для карьера Коршуновского ГОКа.

Из рисунков видно, что замыкания в высоковольтных сетях карьеров находятся в тесной связи с годовыми изменениями температуры и количеством атмосферных осадков. Максимальная положительная температура воздуха значительно улучшает состояние изоляции. Даже обильное выпадение осадков в жаркие месяцы лета не приводит к значительному увеличению повреждений элементов карьерной распределительной сети и, наоборот, при низкой температуре окружающего воздуха, которая способствует образованию трещин в изоляции, резко увеличивается количество повреждений. Следует отметить, что резко континентальный климат Восточной Сибири оказывает отрицательное влияние на состояние электрических сетей.

На основании проведенных нами /16/, а также другими авторами /3, 9, 19, 43, 91/ работ можно сделать следующие выводы:

1. Совокупность климато-метеорологических факторов влияет на условия эксплуатации электроустановок горных разработок и способствует повышенной вероятности образования мест с ослабленной изоляцией.

2. Надежность системы электроснабжения существенно зависит от климато-метеорологических условий.

3. Отказы карьерной распределительной сети зависят от температуры, относительной влажности и загрязненности окружающего воздуха.

4. Максимум повреждений электротехнических установок про

Г, С 0,кп а

30 60 60

20 50 50

10 40 40

0 30 30

-10 20 20 |

-20 10 Ю

-30 0 0 л

0,пп Л

30 70 70

20 60 60

10 50 50

0 40 40

НО 50 30

-20 90 20

-30 Ю 10

-40 0 0

X 1 1 I I Ш 1 11 I I лЛмег,

0) п'^а-)

1 / х л: ж ж ж ж ш ш п: х зг^мес

Рис. 1.1. Кривые распределения повреждений, осадков и температуры воздуха в карьерах. исходит в осенне-зимний период и минимум - в летний.

5. Влияние окружающей среды должно быть учтено при планировании профилактических мероприятий.

Как показали проведенные нами и другими авторами /46, 71/ исследования повреждений в высоковольтных сетях горных предприятий, не менее 80.90 % всех аварий в распределительных сетях 6 - 35 кВ связаны с однофазными замыканиями на землю. Причины возникновения замыканий на землю в воздушных и кабельных сетях весьма многообразны. Это электрические и механические разрушения изоляции и изоляторов, дефекты в изоляторах и изоляционных конструкциях, их увлажнение и загрязнение, обрывы проводов и тросов, разрывы токоведущих частей и фаз кабелей в соединительных муфтах, частичные повреждения изоляции при монтажных работах, повреждения транспортом, повреждения на экскаваторах, схлест проводов, воздействия грозовых внутренних перенапряжений и другие менее распространенные причины. В особенно неблагоприятных условиях эксплуатации на карьерах находятся шланговые кабели с резиновой изоляцией, питающие экскаваторы, буровые станки и другие передвижные механизмы.

На шахтах и рудниках питание электроэнергией трансформаторов очистных и подготовительных участков осуществляется стационарными бронированными кабелями от центральной подземной подстанции через промежуточные высоковольтные распределительные пункты. В связи с этим, как показали данные, полученные нами на угольных шахтах Донбасса и на железорудных шахтах Кривого Рога, однофазные замыкания на землю в распределительных высоковольтных сетях происходят реже, чем на открытых работах. Так, на ГПП-1 Первомайского рудоуправления (Кривой Рог), питающей две железорудные шахты, в течение первого полугодия 1983 г. зарегистрировано всего 19 аварийных отключений, связанных с замыканиями на землю.

Распределительные сети напряжением вше 1000 В открытых и подземных горных разработок являются сетями с повышенной опасностью обслуживания оборудования, в которых замыкания на землю должны селективно отключаться /64, 66/. Обязательная защита линий и электрооборудования от однофазных замыканий и утечек на землю, дей ствующая на отключение без вьщержки времени, предусмотрена также отраслевыми инструкциями и правилами /31, 33, 63/.

1.2. Параметры изоляции высоковольтных сетей горных предприятий

Важную роль в обеспечении безопасного электроснабжения потребителей играет состояние изоляции. При недопустимом снижении полного сопротивления изоляции сети вследствие увеличения протяженности кабельных и воздушных линий и роста количества подключенного оборудования, а также за счет естественного старения изоляционного материала, из-за механических повреждений изоляции появляются недопустимые токи утечки в цепи фаза - земля, которые определяют опасность поражения людей электрическим током.

Экспериментальные исследования сопротивления изоляции в высоковольтных сетях горных предприятий с открытой и подземной разработкой ведутся на протяжении последних 20 лет кафедрами и лабораториями Московского и Днепропетровского горных институтов, Иркутского политехнического института, Северо-Кавказского горнометаллургического института, а также Макеевским научно-исследовательским институтом по безопасности работ в горной промышленности (проф. Щуцкий В.И., доценты Бараш М.И., Гущин Н.Я., канд. техн. наук Калинин В.В., ст. н. сотр. Николайчук А.З.). В настоящее время существует большое количество методов определения полного, активного и омического сопротивления, а также емкости сети /23, 24, 94/ и накоплен большой фактический материал о состоянии изоляции высоковольтных сетей в различных бассейнах страны, позволяющий оценить параметры изоляции конкретных электрических сетей.

В табл. 1.1 приведены данные о сопротивлении изоляции электрических сетей б кВ относительно земли для ряда горных предприятий с подземной и открытой разработкой на основании литературных источников и исследований, выполненных отраслевой лабораторией электробезопасности горных работ ДГИ /6, 20 , 22, 24 , 35 , 36 , 94/.

Величина полного сопротивления изоляции сети г является важнейшей характеристикой состояния изоляции и электробезопасности, так как она определяет величину тока замыкания на землю. Сопоставление данных, приведенных в табл. 1.1, показывает, что низкий уровень полного сопротивления изоляции характерен для сетей горных предприятий с подземной разработкой, особенно для угольных шахт.

Наиболее важным фактором в обеспечении безопасной и надежной эксплуатации является уровень активного сопротивления сети относительно земли. Снижение активного сопротивления & изоляции любого участка может явиться причиной резкого снижения общего сопротивления относительно земли электрической сети в целом и привести к возникновению аварийного режима. Высокий уровень этого параметра говорит о достаточно хорошем состоянии изоляции электроустановок и сети, надлежащем качестве профилактики и уровне технической эксплуатации электрохозяйства.

Что же касается емкостного сопротивления изоляции X, то в сетях большой протяженности емкостная проводимость достигает высоких значений, являясь причиной значительных токов замыкания на землю.

Из приведенных в табл. 1.1 данных видно, что на многих горных предприятиях общий уровень сопротивления изоляции распре

Сопротивления изоляции сетей 6 кВ относительно земли

Горнопромышленный район (шахты, Полное сопротивление изоляции сетей, Ом Активное сопротивление изоляции сетей, 0м Емкость сетей, мкФ Емкостное сопротивление сетей, 0м карьеры, разрезы, ГОК, М, ПО) диапазон изменения устойчивый уровень диапазон изменения устойчивый уровень диапазон изменения устойчивый уровень диапазон изменения устойчивый уровень

Шахты, рудники: Центральный Донбасс 123 -- 700 200 -- 400 125 -- 670 190 -- 375 1,51 -- 8,6 3,0 -- 5,0 366 - - 2080 637 -- 1062

Забайкалье 148 -- 151 150 625 -- 740 - 20.8 -- 21,2 - 148 -- 151

Пркезказган 144 - - 2360 550 - - 900 2690 -- 4440 - 1,1 -- 7,1 - 448 - - 2820

Тырныауз 471 -- 850 - 360 - - 1000 - 10,6 -- 13,4 - 238 -- 297

Мирный 250 -- 1500 500 -- 1000 500 -- 4000 1500 -- 2000 0,25 -- 5,0 4,5 -- 5,0 630 -- 12550 630 -- 708

Никополь-Марганец 305 -- 3720 — - - - — -

Карьеры, разрезы: Восточная Сибирь 290 -- 565 - 205 -- 340 - 7,5 -- 11,0 — 286 -- 420

КорщуновскиЙ ГОК 649 -- 663 - 1115 -- 1329 - 3,5 -- 3,8 - 832 -- 900

Урал 4-2%50 — 300 -- 400 - 7,4 - 425

Продолжение таблицы 1.1

Горнопромышленный район (шахты, Полное сопротивление изоляции сетей, Ом Активное сопротивление изоляции сетей, 0м Емкость сетей, мк§ Емкостное сопротивление сетей, 0м карьеры, разрезы, ГОК, ГМК, ПО) диапазон изменения устойчивый уровень диапазон изменения устойчивый уровень диапазон изменения устойчивый уровень диапазон изменения устойчивый уровень

Экибастуз 700 -- 1300 - 7000 -- 50000 - 7,8 -- 11,0 - 290 -- 408 —

Камыш-Бурун 640 -- 840 - 1450 -- 1700 - 2,0 -- 3,0 - -

Норильск 318 -- 873 - 225 -- 620 — 3,6 - - 10,0 - 318 -- 873 —

Балхаш 900 - - 1000 1000 1260 -- 23000 7500 -- 13000 1,7 --4,7 2,5 -- 3,3 676 - - 1930 1300 -- 1550

Джезказган 438 -- 715 - 840 - - 47000 4000 -- 12000 1,9 -- 6,2 2,9 -- 3,5 516 -- 1640 900 -- 1000

Кривой Рог (Северный ГОК) 530 - - 3220 1000 -- 1300 450 - - 2300 720 -- 930 1,0 -- 3,85 2,4 - - 3,1 827 -- 3185 1027 -- 1327

Никополь-Марганец 200 -- 8000 - - — - - -

Грушевский карьер 500 -- 5500 - 3000 -- 13000 - 0,5 --6,4 - 500 -- 6000

Бассановекий карьер 400 - - 2000 — 2000 -- 7500 — 1,6 -- 8,0 — 400 - - 2000 —

1—1 -а делительных сетей очень низкий, однако можно принять, что величина К угольных шахт и разрезов изменяется от 0,5 до 2,0 кОм, а рудных шахт - от 0,5 до 5,0 кОм. Сопротивление изоляции Я рудных карьеров в большинстве случаев изменяется от 1,0 до 20,0 кОм и на отдельных предприятиях превышает 20 кОм.

Величина емкости С электрических сетей горных предприятий может быть принята в среднем 3.5 мкФ для угольных и рудных шахт, а для угольных и рудных карьеров - 1.Л0 мкФ. На отдельных горных предприятиях она превышает 10 мкФ.

Проведенный анализ позволил определить реальные параметры изоляции распределительных сетей горных предприятий, необходимые для выбора и обоснования способа защиты и параметров ее срабатывания,

Выводы тики разработанного устройства отвечают всем основным требованиям, предъявляемым к направленным защитам.

2. Оценка достоверности результатов исследования напряжения и тока нулевой последовательности, выполненная по результатам сопоставления расчетных и экспериментальных зависимостей, полученных на физической модели распределительной сети с компенсированной нейтралью, и испытания устройств направленной защиты в промышленных условиях подтверждают достаточную точность предложенного метода определения характера изменения фазовых соотношений параметров нулевой последовательности с максимальной относительной погрешностью II %.

3. Замена неселективных защит компенсированных распределительных сетей горных предприятий селективными устройствами повысит надежность электроснабжения и электробезопасность. Ожидаемый косвенный экономический эффект заключается в сокращении времени восстановления работоспособности и соответственно в уменьшении ущерба от простоев добычного электрооборудования и составит 1,35 тыс. руб. на один комплект защиты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные положения, выводы и рекомендации, приведенные в работе, сводятся к следующему:

1. Анализ существующих принципов выполнения защит от однофазных замыканий на землю распределительных сетей с компенсированной нейтралью показал, что они не обеспечивают выполнение основных требований, предъявляемых к защитам данного типа на предприятиях с повышенной опасностью обслуживания электроустановок (горных предприятиях). Обеспечить необходимые требования можно лишь на направленном принципе сравнения контролируемых сигналов в установившемся режиме короткого замыкания.

2. Для исследования напряжений и токов нулевой последовательности в сетях с компенсированной нейтралью целесообразно применение математической модели, которая обладает большими возможностями в определении изменения амплитудных и фазовых соотношений параметров нулевой последовательности в зависимости от параметров изоляции распределительных сетей, степени компенсации и сопротивления утечки. Такие характеристики необходимы при выборе средств защиты от однофазных замыканий на землю и параметров срабатывания, при оценке их работоспособности и настройке, а также при разработке новых принципов и устройств защиты от однофазных замыканий и утечек на землю.

3. Анализ изменения амплитудных величин напряжения и токов нулевой последовательности позволил установить, что наибольшие значения напряжения 110 и тока I , а также наименьшее значение тока 104 при прочих равных условиях соответствуют режиму резонансной настройки дугогасящего реактора. Решающее влияние на амплитуду и фазу рассматриваемых величин оказывает степень компенсации и сопротивление утечки.

4. Определены границы изменения фазовых соотношений напряжения и токов нулевой последовательности и проанализирован характер этих изменений в зависимости от параметров распределительной сети и сопротивления утечки. Введение компенсации емкостной составляющей тока замыкания на землю нарушает фазовые соотношения параметров нулевой последовательности, что приводит к неселективной работе направленных устройств защиты.

5. Установлены фазовые зависимости между векторами токов и напряжения нулевой последовательности. При резонансной настройке компенсации фазовые соотношения параметров нулевой последовательности не зависят от сопротивления утечки и практически не зависят от параметров изоляции распределительных сетей горных предприятий.

6. Обоснована возможность применения импульсно-фазового принципа сравнения сигналов напряжения и тока нулевой последовательности для выполнения устройства направленной защиты от однофазных замыканий на землю для распределительных сетей с компенсированной нейтралью. Предложенный способ позволяет обеспечить селективную работу защиты в сетях с резонансной настройкой компенсации и при расстройке на £ 10 %.

7.« Разработана схема устройства направленной защиты для распределительных сетей горных предприятий. При схемной реализации использована современная элементная база, обеспечившая высокие технические возможности разработанной защиты. Испытания предложенного устройства защиты подтвердили правильность научных выводов и результатов, полученных в работе.

8. Социальная эффективность внедрения заключается в умень шении опасности однофазных замыканий для обслуживающего персонала, в снижении вероятности возникновения мощных дуговых замыканий на землю и вероятности перехода однофазных замыканий в двухфазные замыкания.

9. Ожидаемый косвенный экономический эффект применения селективных устройств защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных распределительных сетях горных предприятий, за счет сокращения времени восстановления работоспособности, составит 1,35 тыс. руб. на один комплект защиты.

Результаты исследований позволили определить направление дальнейших работ по совершенствованию устройств направленной защиты, которое предполагает конструктивные разработки селективной защиты от однофазных утечек на землю.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 1985 годы и на период до 1990 года. - В кн.: Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981, с. 131 - 205.

2. Алаторцев С.А., Жадаев Ю.Н. Влияние климатических условий на надежность систем электроснабжения открытых горных разработок. В кн.: Надежность электроснабжения угольных разрезов. Красноярск, 1971, с. 22 - 29.

3. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник /Б.П.Куд-ряшов, Ю.В.Назаров, Б.В.Тарабрин, В.А.Ушибышев. М.: Радио и связь, 1981. - 160 с.

4. Бараш М.И. Об исследовании сопротивления изоляции высоковольтных сетей карьеров. Труды Иркут. политехи, ин-та Сер. Горное дело, 1964, ч. I, вып. 23, с. 74 - 84.

5. Баркан Л.З., Колонская Л.М. Наладка защиты от замыканий на землю в сети 6 кВ с компенсацией емкостного тока. Электрические станции, 1962, № 5, с. 89 - 90.

6. Белых Б.П. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях напряжением 3 6 кВ на оперативном токе промышленной частоты, Изв. вузов. Горный журнал, 1964, № 3, с. 136 - 138.

7. Бочаров В.И. Изучение закономерностей повреждений в системах распределения электрической энергии на открытых горных разработках. Электричество, 1966, № 5, с. 81 - 82.

8. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов. М.: Наука, 1964. - 360 с.

9. Вайнпггейн P.A., Головко С.И. Влияние режима нейтрали на электрические величины при перемежающихся дуговых замыканиях на землю. В кн.: Режимы нейтрали в электрических распределительных сетях напряжением до 35 кВ. Киев, 1980, с. 49 - 50.

10. Вайнпггейн P.A., Аньков С.Е. Непрерывный контроль и автоматическая настройка компенсации емкостных токов с использованием наложенного тока частотой 25 Гц. В кн.: Режимы нейтрали в электрических системах. Киев, 1974, с. 115 - 120.

11. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высш. школа, 1981. - 480 с.

12. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.: Госэнергоиздат, 1959. - 400 с,

13. Волотковская Н.С. Анализ устройств защиты от замыканий на землю в сетях с компенсированной нейтралью. Горн, электромеханика и автоматика: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1981, вып. 39, с. 26 - 28.

14. Волотковская Н.С. Обеспечение селективного действия направленной защиты в компенсированной сети. В кн.: Процессыв устройствах преобразования параметров электрической энергии. Киев, 1983, с. 103 105.

15. Волотковский С.А., Горбунов Я.С., Шкрабец Ф.П. Исследование устройства компенсации емкостного тока для обеспечения надежной работы защиты от замыканий на землю. В кн.: Режимы нейтрали в электрических системах. Киев, 1974, с. 60 - 65.

16. Волотковский С.А., Николайчук А.З., Стецюк Н.$. Статистическое исследование повреждений в электрических сетях карьеров. В кн.: Электробезопасность на предприятиях горной промышленности: Сб. трудов науч.-техн. конф. Кривой Рог, 1970, с. 178 - 188.

17. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок. -М.: Недра, 1978. 349 с.

18. Гущин Н.Я., Бородин Н.И., Васин A.A. Измерения параметров сопротивления изоляции относительно земли карьерных электроустановок напряжением 6 кВ. Изв. вузов. Горный журнал, 1975, № 6, с. 140 - 141.

19. Дарченко В.Е., Степнов Т.В. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях. Электричество, 1956, № 2, с. 66 - 70.

20. Дроздов А.Д., Шуляк В.Г. Исследование высших гармоник токов замыкания на землю для релейной защиты сетей 6 35 кВ. -Изв. вузов. Энергетика, 1967, № 6, с. 6-12.

21. Дударев Л.Е., Зубков В.В. Некоторые особенности переходных процессов при замыкании фазы на землю в сетях 6 35 кЬ и использование их для средств релейной защиты. - Электрические станции, 1978, № 6, с. 6Ь - 71.

22. Дударев Л.Е. О влиянии токов высших гармоник на работу защит от замыканий на землю. Электрические станции, 1977, № 2, с. 69 - 71.

23. Дударев Л.Е., Зубков В.В. Проблемы защиты от замыканий на землю в сетях 6 35 кВ. - Электричество, 1979, № 2, с. 8 - 12.

24. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. М.: Недра, 1970. -76 с.

25. Загоскин Е.И. Направленная защита от замыканий на землю в компенсированной сети. Электрические станции, 1976, № 4, с. 89 - 91.

26. Инструкция по безопасной эксплуатации электрооборудования и электросетей на карьерах. М.: Недра, 1982. - 80 с.

27. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугога-сящих катушек. М.: Энергия, 1971. - 105 с.

28. Калинин В.В. Исследование состояния изоляции систем электроснабжения шахт, разрабатывающих крутые пласты. Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования, 1973, вып. 5, с. 49 - 52.

29. Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Определение поврежденного присоединения при замыканиях на землю в кабельных сетях. -Электрические станции, 1965, № 7, с. 60 64.

30. Кискачи В.М. Селективность сигнализации замыканий на землю с использованием высших гармоник токов нулевой последовательности. Электричество, 1967, № 9, с. 24 - 29.

31. Кобевник В.Ф. Первостепенные задачи по повышению безопасности эксплуатации шахтных электроустановок. В кн.: Электробезопасность на предприятиях горнорудной промышленности: Сб. трудов науч.-техн. конф. Кривой Рог, 1970, с. 31 - 38.

32. Коган Б.Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1963. - 512 с.

33. Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок. М.: Недра, 1980. - 334 с.

34. Корниенко Б.Д., Филиппов В.И. Влияние окружающей среды на надежность электроснабжения разрезов. В кн.: Надежность электроснабжения угольных разрезов. Красноярск, 1971, с. 20 - 22.

35. Корниенко Е.Ф. Защита компенсированных сетей напряжением б 35 кВ от однофазных замыканий на землю. - Электрические станции, 1967, № 7, с. 67 - 70.

36. Кривошеев С.И., Якименко В.И. Опыт эксплуатации дуго-гасящих реакторов в ПЭО Харьковэнерго. В кн.: Режимы нейтрали в электрических распределительных сетях напряжением до 35 кВ: Тез. докл. науч.-техн. конф. Киев, 1980, с. 5 - 7.

37. Курьян А.И., Николайчук А.З., Зражевский Ю.М. Аварии в высоковольтных сетях карьеров. Горн, электромеханика и автоматика: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1970, вып. 17, с. 18 -- 21.

38. Лебедев С.А. Опыт эксплуатации компенсированной сети 10,5 кВ. В кн.: Режимы нейтрали в электрических системах. Киев, 1974, с. 170 - 174.

39. Лебедев О.В., Шуин В.А. 0 защите от замыканий на землю компенсированных кабельных сетей 6 10 кВ с использованием принципа сравнения амплитуд переходных токов. - Электричество, 1973, № 12, с. 12 - 17.

40. Лихачев Ф.А. Выбор, установка и эксплуатация дугога-сящих аппаратов. М.: Госэнергоиздат, 1955. - ИЗ с.

41. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. - 152 с.

42. Маврицын A.M., Петров О.А. Электроснабжение угольныхразрезов. М.: Недра, 1977. - 184 с.

43. Методика определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: ЦНИЭИУголь, 1979. - 121 с.

44. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: ВНИИПИ, 1981. - 43 с.

45. Новаш В.И., Савин С.Н. Расчеты и анализ переходных процессов в компенсированной сети с учетом нелинейности дугогася-щей катушки. Изв. вузов. Энергетика, 1978, № 2, с. 8 - 13.

46. Охрана труда в электроустановках /В.А.Князевский, Т.П.Марусова, Н.А.Чекалин, Н.В.Шипунов. М.: Энергия, 1970. -320 с.

47. Петров O.A., Ершов A.M. Компенсация активной составляющей тока однофазного замыкания на землю. В кн.: Режимы нейтрали в электрических системах. Киев, 1974, с. 120 - 125.

48. Петров O.A., Пястолов В.И. Применение дугогасящих катушек в сети 6 кВ горных предприятий. Уголь, 1965, № II, с.30-31.

49. Пивняк Г.Г., Рыбалко А.Я. Эффективность компенсации емкостного тока утечки в электрической подсистеме бесконтактного электровоза. Горн, электромеханика и автоматика: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1982, вып. 41, с. 31 - 35.

50. Поляков В.Е., Бухтояров В.Ф. Централизованная защита от замыканий на землю с параллельной индикацией наибольшеговектора тока. Изв. вузов. Энергетика, 1969, № б, с. 15-20.

51. Попов И.Н., Соколова Г.В., Махнев В.И. Импульсная направленная защита электрических сетей от замыканий на землю типа ИЗС. Электрические станции, 1978, № 4, с. 69 - 73.

52. Попов И.Н. 0 принципах выполнения защиты от замыканий на землю. Электричество, 1962, № 2, с. 14-19.

53. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М.: Недра, 1973. 510 с.

54. Правила устройства электроустановок: Раздел I. Общие правила. М.: Энергоиздат, 1982. - 88 с.

55. Правила устройства электроустановок: Раздел Ш. Защита и автоматика. М.: Энергоиздат, 1981. - 80 с.

56. Правила устройства электроустановок: Раздел УП. Электрооборудование специальных установок. М.: Атомиздат, 1980. -104 с.

57. Пястолов В.И., Петров О.А. Эффективность установки дугогасящих катушек в сетях 6 кВ с токами замыкания на землю менее 30 А. В кн.: Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий. Челябинск, 1965, с. 33 - 38.

58. Рихтер И. Компенсация емкостных токов замыкания на землю в сетях высокого напряжения в ЧССР. Электричество, 1961, № II, с. 85 - 87.

59. Саламатов А.И. 0 возможности применения дугогасящих катушек в карьерных сетях напряжением 3-10 кВ. Науч. труды Магнитогорск, горно-металлург. ин-та, 1966, вып. 37, с. 80 - 82.

60. Самойлович И.С. Защита от перенапряжений мобильных электроустановок карьеров. М.: Недра, 1980. - 160 с.

61. Самойлович И.С. 0 режиме нейтрали в карьерных электросетях 6-10 кВ. Промышленная энергетика, 1969, № 3, с. 9 - 12.

62. Самойлович И.С. Режимы нейтрали электрических сетейкарьеров. М.: Недра, 1976. - 175 с.

63. Сигнализация замыканий на землю в компенсированных сетях. М.: Госэнергоиздат, 1962. - ИЗ с.

64. Сирота И.М. Защита от замыканий на землю в сетях горнорудных разрезов, торфопредприятий и строительств. Энергетика и электротехническая промышленность, 1964, № 2, с. 46 - 49.

65. Сирота И.М., Лавриненко В.Б., Богаченко А.Е. Из опыта внедрения защиты от замыканий на землю в компенсированной сети. В кн.: Автоматизация и релейная защита электрических систем. Киев, 1966, с. 120 - 133.

66. Сирота И.М. 0 принципах выполнения защиты от замыканий на землю в компенсированных сетях. В кн.: Автоматизация и релейная защита электрических систем. Киев, 1966, с. 100 - 119.

67. Сирота И.М. Переходные процессы в компенсированной сети при замыкании фазы на землю. В кн.: Вопросы устройчивости и автоматики электрических систем. Киев, 1959, с. 55 - 76.

68. Соколова Г.В. Разработка защиты от замыканий на землю с использованием волновых переходных процессов. В кн.: Вопросы оптимального развития энергосистем и новые технические средства их защиты. М., 1970, с. 74 - 89.

69. Стульников В.И. Программирование задач для решения на АВМ. Киев: Техн1ка, 1978. - 200 с.

70. Трухан А.П. Эффективность различных способов заземления нейтрали сетей 6 10 кВ. - В кн.: Режимы нейтрали в электрических системах. Киев, 1974, с. 43 - 60.

71. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. -М.: Энергия, 1976. 560 с.

72. Шишкин Н.Ф., Миндели Г.В. Электробезопасность в шахтах и взрывоопасных помещениях. Тбилиси: Цодна, I960. - 495 с.

73. Шкрабец Ф.П. Исследование и разработка способов и устройств защиты от однофазных замыканий и утечек на землю для распределительных сетей 6 кБ карьеров: Автореф. дис. канд. техн. наук. Днепропетровск, 1975. - 28 с.

74. Шкрабец Ф.П., Волотковская Н.С. Напряжение нулевой последовательности при однофазной утечке в сетях с компенсированной нейтралью. Горн, электромеханика и автоматика: Респ. меж-вед. науч.-техн. сб., 1981, вып. 39, с. 21 - 26.

75. Шкрабец Ф.П., Волотковская Н.С., Мирошниченко В.А. Токи нулевой последовательности при однофазной утечке в сетях с компенсированной нейтралью. Горн, электромеханика и автоматика: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1982, вып. 40, с. 33 -- 38.

76. Шуть В.В. Защита от замыканий на землю. Одесса: Кн. изд-во, 1959. - 34 с.

77. Шуцкий В.И., Усманов Х.И. Влияние климатометеорологи-ческих факторов на безопасность электроснабжения открытых горных разработок. Добыча угля открытым способом, 1967, № 7,с. 43 44.

78. Шуцкий В.И., Васильев И.Е. Исследование параметров электрических сетей напряжением выше I кВ открытых горных разработок в установившемся и переходном режимах однофазного замыкания на землю. Изв. вузов. Энергетика, 1969, № 9, с. 7 - II.

79. Электрификация горных работ /С.А.Волотковский, Ф.П.Шкрабец, Г.Г.Пивняк, Г.А.Кигель, В.Д.фурсов, И.Т.Сидоренко, А.В.Коротун. Киев: Вища школа, 1980. - 448 с.

80. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности /Л.В.Гладилин, В.И.Шуцкий, Ю.В.Бацежев, Н.И.Чеботаев. М.: Недра, 1977. - 327 с.

81. Ягудаев Б.М., Шишкин Н.Ф., Назаров В.В. Защита от электропоражения в горной промышленности. М.: Недра, 1982. -152 с.

82. Вичев С.Т., Овчаров А.Х. Из ползуване на висшите хар-моници за селективна релейна защита срешу земни съединения в компенсираните електрически мрежи. Известия на ВМЕИ "Ленин". Електроенергетика, 1972, т. XXX, кн. 3, с. 59-71.

83. Вичев С.Т. Преходни процеси при земно съединение в компенсирани мрежи средно напряжение. Известия на ВМЕИ "Ленин". Електроенергетика, 1972, т. XXX, кн. 3, с. 45 - 58.

84. Мишов П., Анев Г., Драгнев Др. Относно необходимосста от компенсиране токовете на земно съединение в електроразпределительните мрежи б к V на ДПМ "Марица щиток". - Въглища, 1968, № 9, с. 14 - 17.

85. А. с. 123232 (СССР). Способ защиты компенсированных сетей от замыкания на землю /И.М.Сирота. Опубл. в Б.И., 1959, № 20.

86. А. с. 2I3I50 (СССР). Устройство релейной защиты от замыканий на землю электрических компенсированных сетей /И.Н.Попов, Г.В.Соколова, Р.Е.Николаева. Опубл. в Б.И., 1968,10.

87. А. с. 299908 (СССР). Способ направленной защиты от однофазных замыканий на землю /В.М.Кискачи. Опубл. в Б.И., 197I, № 12.

88. А. с. 384172 (СССР). Устройство селективной сигнализации однофазных замыканий на землю в компенсированных сетях /В.М.Кискачи. Опубл. в Б.И., 1973, № 24.

89. А. с. 445959 (СССР). Способ защиты от однофазных замыканий на землю /О.А.Петров, А.И.Сидоров, Ю.В.Ситчихин. Опубл.в Б.И., 1974, № 37.

90. А. с. 476632 (СССР). Способ определения поврежденного присоединения при однофазных замыканиях на землю в компенсированной сети /Е.И.Загоскин, В.Д.Соколик. Опубл. в Б.И., 1975, № 25.

91. А. с. 525191 (СССР). Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных сетях /В.М.Кискачи. Опубл. в Б.И., 1976, № 30.

92. А. с. 534007 (СССР). Устройство для сигнализации однофазных замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю /В.Ф.Бухтояров. Опубл. в Б.И., 1976, № 40.

93. А. с. 536555 (СССР). Устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью /О.А.Петров, А.И.Сидоров, Ю.В.Ситчихин. Опубл. в Б.И., 1976, № 43.

94. А. с. 540324 (СССР). Устройство для защиты сетей с компенсированной и изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю /О.А.Петров, Ю.В.Ситчихин, А.И.Сидоров, В.М.Го-лов. Опубл. в Б.И., 1976, № 47.

95. А. с. 574810 (СССР). Устройство для защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью /В.Ф.Бухтояров. Опубл. в Б.И., 1977, № 36.

96. НО. А. с. 657508 (СССР). Устройство для селективной сигнализации однофазного замыкания на землю в компенсированной сети /Г.М.Солоненко, С.Н.Савин. Опубл. в Б.И., 1979, № 14.

97. А. с. 675513 (СССР). Устройство для направленной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью /Л.Е.Дударев. Опубл. в Б.И., 1979, № 27.

98. А. с. 696568 (СССР). Способ определения электрической линии с однофазным замыканием на землю в сети с автоматической компенсацией нейтрали и устройство для его осуществления /В.П.Чайкин. Опубл. в Б.И., 1979, № 41.

99. A.C. 714560 (СССР). Устройство для селективной сигнализации однофазного замыкания на землю в компенсированной сети /С.Н.Савин. Опубл. в Б.И., 1980, № 5.

100. А. с. 790062 (СССР). Устройство для защиты высоковольтной установки от замыкания на землю /З.Г.Каганов. -Опубл. в Б.И., 1980, № 47.

101. ГОСТ 12.1.009-76. Электробезопасность: Термины и определения. В кн.: Система стандартов безопасности труда. -М., 1983, ч. I, с. 104 - 108.

102. ГОСТ 12.I.019-79. Электробезопасность: Общие требования. В кн.: Система стандартов безопасности труда. - М., 1983, ч. I, с. 277 - 280.

103. ГОСТ 12Л.038-82. Электробезопасность: Предельно доцустимые уровни напряжений прикосновения и токов. М.: Изд-во стандартов, 1982. - б с.

104. ГОСТ 15.001-73. Разработка и постановка продукции на производство: Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 37 с.

105. ОСТ 12.14.095-78. Разработка и постановка продукции на производство: Изделия угольного машиностроения. М.: Мин-углепром СССР, 1978. - 82 с.