автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка средств защиты от замыканий на землю в карьерных распределительных и тяговых сетях



Министерство образования Украины ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

На правах рукописи

ГОРДЕНКО Василий Илларионович

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В КАРЬЕРНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ И ТЯГОВЫХ СЕТЯХ

Специальность: 05.09.0.4 -"Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование".

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск -1997

Диссертация представлена в форме рукописи. Работа выполнена на кафедре систем электроснабжения Государственной горной академии Украины

Научный руководитель -

академик АН ВШ Украины, докт. техн. наук, профессор Ф.П. Шкрабец.

Официальные оппоненты:

Академик Транспортной академии

Украины, докт.техн.наук, профессор - H.A. Костин

Кандидат технических наук, доцент - А.Б. Иванов

Ведущее предприятие -

Научно - исследовательский институт автоматизации черной металлургии (АО "НИИАчермет", г.Днепропетровск)

Защита состоится ß-fip'?/?-!?- 1997 r в

------------------------------ Д 03.06.06 в Госуда]----------

27. проспект Карла комиться в библиоте]

Автореферат разослан А^рОПС- 1997 г.

_часов

на заседании специализированного совета Д 03.06.06 в Государственной горной академии Украины (320027. ГСП, г. Днепропетровск, 27. проспект Карла Маркса, 19. Тел. 47-24-11.) С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

(

Ученый секретарь специализированного совета,

канд. техн. наук, доцент . —) / "/Г / В.Т.Заика

Общая характеристика работы.

Горнодобывающая промышленность является одной из важнейших отрас-leii тяжелой индустрии. Развитие отрасли обуславливается потребностями на-юдного хозяйства в топливе, рудах черных и цветных металлов и других по-1езных ископаемых. Добыча ископаемых открытым способом - отрасль горного 1ела, достигшая к настоящему времени высокого технологического уровня и физнается как наиболее экономичная и перспективная.

Дальнейшее развитие открытых горных работ связано с ростом энерго-юоружепности труда и, как следствие, с развитием и усложнением систем электроснабжения, ростом рабочих напряжений, применением электрифицирован-юго железнодорожного транспорта. В свою очередь рост рабочих напряжений i увеличение количественных показателей распределительных сетей и оборудования приводят к росту интенсивности и вероятности повреждений, к ухудшение условий электробезопасности. По данным статистических исследований, миболее распространенными в распределительных сетях напряжением 6- 10 ч-В открытых горных работ являются однофазные и двойные замыкания на земно. а в тяговых сетях - замыкания и утечки на землю, а также касание ковшом экскаватора контактного провода. Указанные повреждения в соответствии с нействующими Правилами безопасности должны отключаться соответствую-лими устройствами зашиты, что приводит к значительным простоям добычного и транспортного горнотехнического оборудования.

Снижение электротравматизма, улучшение условий электробезопасности, товышение надежности электроснабжения открытых горных работ зависит от »'спешного решения комплекса вопросов, среди которых важное место занимает вопросы создания направленных высокочувствительных, обладающих вы-:окон функциональной надежностью средств защиты для распределительных и гяговых сетей.

Значительный вклад в решение вопросов обеспечения надежности и электробезопасности систем электроснабжения открытых горных работ вне-:ли ученые Айдаров Ф.А.. Баиежев Ю.Г., Бунько В.А.. Бухтояров В.Ф., Волот-ковский С.А., Гимоян Г.Г., Гладилин Л.Б., Долин П.А., Жидков В.О., Ковалев П.Ф., Колосюк В.П.,Ликаренко А.Г., Меньшов Б.Г., Петров O.A., Пивняк Г.Г., Поляков В.Е., Самойлович И.С., Сирота И.М., Цапенко Е.Ф., Шкрабец Ф.П., Щуцкий В.И., Ягудаев Б.М. и другие. Ведущая роль в разработке и внедрении устройств защиты для распределительных и тяговых сетей карьеров принадлежит коллективам НИИБТГ, НИИВЭ, МакНИИ, ВостНИИ, ИГД нм.А.А.Ско.чинского, ИЭД HAH Украины, Екатеренбургского, Московского, Санкт-Петербургского горных вузов, Государственной горной академии Украины, НПО "Днепрчерметавтоматика" и др.

В диссертации решается имеющая большое социальное и народнохозяйственное значение научная задача, заключающаяся в разработке принципов выполнения и средств защиты для карьерных распределительных и тяговых сетей на основе установления законов изменения параметров и протекания процессов при повреждениях в указанных сетях.

Связь темы диссертации с государственными научными программами.

Работа выполнялась в соответствии с программой работ по решению научно-технической проблемы 0.74.08 "Разработать и внедрить методы и средства. обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности и оздоровления условий труда в народном хозяйстве", утвержденной постановлением Президиума ВЦСПС, ГКНТ. и Совета Министров СССР на 1986 - 1990 гг.(задание 02.02.); в соответствии с планами НИР ПГГОК.

Целью работы является повышение уровня электробезопасности и надежности эксплуатации распределительных и тяговых сетей на открытых горных работах на основе создания и совершенствования методов и средств зашиты.

Идея работы заключается в использовании законов изменения амплитудных и фазовых характеристик параметров нулевой последовательности при несимметричных повреждениях в распределительных сетях и характера протекания аварийных токов при повреждениях в тяговых сетях карьеров для разработки принципов выполнения и реализации средств защиты.

Методика выполнения исследований включает: аналитические методы исследований; математическое моделирование на основе формализации изучаемых процессов и построения частных математических моделей; общую теорию электрических цепей; вычислительную математику (численные методы анализа. теорию планирования эксперимента), а также натурные эксперименты с целью практической проверки результатов теоретических исследований и принятых технических, решений.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1.В сетях с компенсированной нейтралью угол между векторами напряжения и тока нулевой последовательности при двойных замыканиях на землю не является фиксированным, определяется в основном режимом настройки компенсирующего устройства и соотношением значений переходных сопротивлений в точках замыкания и может изменяться в пределах 300 эл. град.

2.Режим замыкания на землю со стороны электроприемника в сетях с неизолированной нейтралью приводит к опрокидыванию векторов напряжения н токов нулевой последовательности с сохранением их взаимного расположения и к уменьшению значений указанных величин примерно вдвое по сравнению с замыканием на землю со стороны источника.

3.Угол между вектором собственного тока контролируемого присоединения и вектором напряжения нулевой последовательности не зависит от виде замыкания, режима работы нейтрали сети, является фиксированным и для ре-альрых параметров изоляции распределительных сетей равен примерно 90 эл град., что позволяет создать универсальную направленную защиту.

Научные результаты исследований:

1 .Разработаны математические модели позволяющие установить характер вменения параметров нулевой последовательности при двойных и замыканиях >а землю со стороны электроприемника в распределительных сетях с дугогася-цим реактором и резистором в нейтрали.

2.Установлена невозможность предотвращения касания ковшом карьерных экскаваторов контактного провода в местах погрузки при внесении ковша в запретную зону механизмом поворота.

3.Разработана методика определения уровня выносных потенциалов на корпусах карьерных электроустановок при касании ковшом экскаватора контактного провода карьерной тяговой сети.

4.Обоснован фазоимпульсный принцип действия и на его основе разработаны функциональная и принципиальная схемы устройства защиты от замываний на землю в распределительных сетях с дугогасящим реактором и резистором в нейтрали.

5.Предложен дифференциальный принцип выполнения и функциональная :хема защиты карьерных тяговых сетей от коротких и замыканий на землю ¡корпус).

Обоснованность и достоверность научных положении, выводов и рекомендаций подтверждается: соответствием принятых при разработке математиче-:ких моделей допущений цели и задачам исследований; обоснованностью исходных посылок вытекающих из фундаментальных законов естественных наук и основ теории электрических цепей; удовлетворительным совпадением качественных характеристик результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетях и на физической модели.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении закономерностей и характера влияния параметров изоляции и переходных сопротивлений на значения напряжения и токов нулевой последовательности при двойных замыканиях и замыканиях на землю со стороны электроприемника в сетях с нейтралью заземленной через резистор и дуго-гасящий реактор;

- в установлении пределов изменения фазовых характеристик напряжения и токов нулевой последовательности в сетях с резистором и реактором в нейтрали при сложных несимметричных повреждениях;

- в определении уровня выносных потенциалов и степени опасности прикосновения ковша экскаватора к контактному проводу тяговой сети для обслуживающего персонала и элементов системы электроснабжения карьеров;

- в обосновании и разработке принципов выполнения устройств защиты эт замыканий на землю для карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ и тяговой сети переменного тока напряжением 10 кВ.

Практическое значение работы заключается в оценке работоспособности существующих средств защиты карьерных распределительных сетей при сложных видах замыканий на землю и обосновании технических требований к разрабатываемым устройствам защиты; в оценке работоспособности средств защиты карьерных тяговых сетей от замыканий на землю и корпус экскавато-

ров; в разработке устройств защиты от повреждений в распределительных и тяговых сетях карьеров.

Реализация работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы:

- АО "НИИАчермет" функциональная и принципиальная схемы при разработке проектно-конструкторской документации на устройство направленно) фазоимпульсной защиты от несимметричных повреждений для карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ;

- АО "НИИАчермет" принцип выполнения и схема при разработке проектно-конструкторской документации на устройство дифференциальной защиты от замыканий на землю и касания ковшом экскаватора контактного провода для карьерных тяговых сетей напряжением 10 кВ;

- энергослужбой Полтавского ГГОКа рекомендации по улучшению работоспособности существующих средств защиты распределительных и тяговых сетей карьера, экспериментальные образцы устройств защиты.

Апробация работы. Основные материалы и результаты, полученные I диссертационной работе, докладывались и получили одобрение на Всесоюзно? научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономш электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения про мышлености и транспорта" (г.Днепропетровск, 1990 г.); на секции Ученого Со вета АО "НИИАчермет" (г.Днепропетровск, 1994 г.,1995 г.); на научном се минаре кафедры систем электроснабжения Государственной горной академт-Украины (г.Днепропетровск, 1996 г.): на НТС Полтавского ГГОКг (г.Комсомольск, 1994 г.,1996 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано девять научных работ.

Структура п объем работы: диссертационная работа состоит из введения 6 глав, заключения, библиографического списка из 87 наименований и шеепт приложений, изложенных на 172 страницах и содержит 29 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность академику Инженерной академии наук Украины В.П.Мартыненко за научные консультации по вопросал-технологии и карьерного транспорта, а также за методическую и практическук помощь при внедрении результатов исследований.

Краткое содержание работы.

В первой главе рассмотрены особенности эксплуатации электрически? распределительных и тяговых сетей на открытых горных работах, режимы ра боты нейтрали и возможные виды, причины и последствия несимметричных по вреждений в этих сетях. Показано, что большинство несимметричных повре ждений в карьерных сетях приводит не только к снижению уровня электро безопасности, но и к значительному ущербу за счет снижения надежности элек троснабжения. На основе обзора литературных источников и выполненные

ггатистическнх исследований по Полтавскому ГОКу приведены результаты шализа повреждаемости карьерных электрических сетей и их элементов и по-сазано что:

- эксплуатация распределительных сетей и оборудования в условиях открытых горных работ сопряжена с опасностью поражения людей электрическим гоком и высокой аварийностью, в которой преобладают однофазные и двой-ibie замыкания на землю;

- высокая повреждаемость распределительных сетей и их элементов усугуб-чяет опасность применения электрической энергии на карьерах и приводит к шачительному ущербу от перерывов электроснабжения:

- до настоящего времени не исследованы процессы и их влияние на устрой-:тва защиты при сложных несимметричных повреждениях (двойные замыкания va землю и замыкания на землю со стороны электроприемника) в распределительных сетях с компенсированной нейтралью;

- тяговые карьерные сети не имеют эффективной защиты от аварийных режимов и представляют значительную угрозу для обслуживающего персонала зри замыканиях контактной сети на землю и при касании ее ковшом экскаватора.

Для достижения поставленной в работе цели были сформулированы и ре-лены следующие задачи исследований:

1. Исследовать влияние изоляции распределительных сетей карьеров напряжением 6 - 10 кВ с неизолированной нейтралью на параметры нулевой по-гледовательности при сложных видах замыкания на землю.

2. Исследовать процессы при касании ковшом экскаватора и замыкании на землю контактного провода карьерной тяговой сети напряжением 10 кВ.

3. Разработать методы и более совершенные схемы устройств защиты для карьерных распределительных и тяговых сетей.

Во второй главе решается первая научная задача. При ее решении использованы методы математического моделирования, основанные на формализации изучаемых процессов и построении частных математических моделей. При обосновании и построении частных схем замещения распределительных сетей карьеров были приняты следующие основные допущения:

- в нормальном режиме работы трехфазная система является симметричной;

- токи нагрузки и обусловленные ими потери напряжения вдоль линии приняты равными нулю;

- активными сопротивлениями и индуктивностями фазных проводов линий электропередачи, а также заземляющей сети пренебрегаем;

- распределенные параметры изоляции сети относительно земли заменены сосредоточенными.

Для разработки математических моделей, позволяющих исследовать характер изменения значений и фазы напряжения и токов нулевой последовательности приняты соответственно две схемы замещения распределительной сети,

причем вторая схема представлена в виде двух присоединений, одно из которых соответствует параметрам контролируемого присоединения, а второе - параметрам всей оставшейся части распределительной сети. Учитывая, что настоящая работа является продолжением и развитием исследований, выполняемых кафедрой систем электроснабжения в области несимметричных повреждений, в работе исследовались следующие виды неизученных аварийных режимов:

- двойные замыкания на землю в сетях с компенсированной нейтралью и с резистором в нейтрали;

- однофазные замыкания на землю со стороны электроприемника в сетях с компенсированной нейтралью и с резистором в нейтрали.

При двойных замыканиях на землю в сети с неизолированной нейтральк параметры нулевой последовательности определятся следующими выражения' ми:

-напряжение нулевой последовательности

^ = -°/УА ^ув)ЦЪУ + Ун+уА +ув), (1)

где а~ =-(1/2 + 74^/2) ; У = МЯ + проводимость изоляции фаз сети от

носительно земли; У^ = М +] I {соЬ) или Уу = 1//^-проводимость нейтрал» сети;

УА ~ 1 / ,Уд = 1 / г и -проводимости переходных сопротивлений в точках повре ждения

- ток нулевой последовательности при повреждении изоляции относитель но земли в двух фазах в контролируемой линии

/01 = -3£/0СГ —3£/0К', (2)

или

УоГ^(ЗУЧУя)(тм+Л-1г)/(ЗУ+Уя+;Ы+.^); (3)

- ток нулевой последовательности при повреждении изоляции относительно земли в двух фазах разных присоединений (одна фаза повреждена в контролируемой линии, другая - во внешней сети)

4)2 = ^1ы(зг + }Л +УВ^а1УвЩ +з1Я)]/(ЗУ + Уя + гы + ув); (4

- ток нулевой последовательности при повреждении изоляции относитель но земли в двух фазах во внешней сети, т.е. вне контролируемо! (защищаемой) линии или собственный ток контролируемой линии

70С=3[)0У1 = + +уА 4-ув), (5

где Ур У -соответственно проводимости изоляции относительно земли контро лируемой линии и внешней сети У = У^ + У'.

При однофазных замыканиях на землю со стороны электроприемника сети с неизолированной нейтралью получим:

- напряжение нулевой последовательности

и0 = ОАуЧ(Я- + Ун+2У); (6)

- ток нулевой последовательности

/0 = Ч>0(ЗУ' + Ун) = -0Ау'(ЗУ' + Ун)'(3У+Ун + 2V): (7)

- собственны)! ток контролируемого присоединения

/ос = ЗУ0У, = 31>лУ, / (ЗУ + Уя + 2у). (3)

где у' = ]/{>■= - проводимость фаз В и С в месте повреждения с учетом

сопротивлений электроприемника и переходного сопротивления в месте повреждения.

Выполненные по выражениям (1) - (8) расчеты при широком изменении параметров изоляции, переходных сопротивлений в точках повреждения, а также режима настройки компенсирующего устройства и значения сопротивления резистора в нейтрали, позволили сформулировать следующие основные выводы:

1. Значение напряжения нулевой последовательности при двойных замыканиях на землю в сетях с компенсированной нейтралью определяется, в осноп-ном, значениями и соотношением переходных сопротивлений в точках замыкания и режимом настройки компенсирующего устройства.

2. Угол между векторами напряжения и тока нулевой последовательности при двойных замыканиях на землю в контролируемой линии и во внешней части сети с компенсированной нейтралью не является фиксированным и определяется в основном соотношением переходных сопротивлений в точках замыкания и режимом настройки компенсирующего устройства и изменяется в пределах 300 эл. град.

3. Замыкания на землю со стороны электроприемника в распределительных сетях с компенсированной нейтралью для реальных параметров карьерных сетей характеризуются уменьшением практически вдвое значений и опрокидыванием фаз напряжения и токов нулевой последовательности при сохранении степени влияния изоляции и переходного сопротивления на указанные величины.

4. Характер и степень влияния параметров изоляции сети, режима настройки компенсирующего устройства и значения переходного сопротивления в точке повреждения на значение и фазу напряжения и токов нулевой последовательности при замыкании на землю со стороны электроприемника аналогичны влиянию указанных величин на теже характеристики в случае замыкания фазы на землю со стороны источника.

5. Влияние резистора в нейтрали распределительной сети при двойных замыканиях на землю и замыканиях одной фазы на землю со стороны электроприемника можно оценить как снижение активного сопротивления изоляции при аналогичных повреждениях в сети с изолированной нейтралью.

В этой же главе исследовано влияние борта карьера на емкостной ток-замыкания на землю и работоспособность средств защиты, в частности установлено, что при расположении воздушной ЛЭП вдоль уступа на растоянии менее шести метров от борта, начинает сказывается влияние последнего на значении фазных емкостей сети относительно земли и их симметрии и это следует учитывать при выборе параметров срабатывания устройств защиты.

В третьей главе исследованы процессы в карьерных тяговых сетях переменного тока напряжение ]0 кВ при коротких замыканиях и касании ковшом экскаватора контактного провода в местах погрузки.

При касании ковшом экскаватора контактного провода тяговой сети, ток аварийного режима протекает по корпусу экскаватора и заземляющей сети, в результате чего на корпусе экскаватора, а также на заземляющей сети и, естественно, на корпусах подключенного к этой сети оборудования выделяются электрические потенциалы, значения которых важно знать с точки зрения оценки условий электробезопасности при таком аварийном режиме, а значения аварийных токов - для оценки динамической и термической стойкости заземляющей сети карьера.

Выполненные исследования позволили констатировать:

- аварийные токи при касании ковшом экскаватора контактного провода карьерной тяговой сети протекают также по элементам заземляющей сети, соизмеримы с рабочими токами нагрузки в тяговой сети и, как правило, не вызывают срабатывания устройств защиты от коротких замыканий;

- элементы заземляющей сети карьера не обладают термической стойкостью к аварийным токам, сопровождающим режим прикосновения ковша экскаватора к контактному проводу карьерной тяговой сети напряжением 10 кВ;

- значения потенциалов на корпусах карьерных передвижных электроустановок и электрифицированных машин, выносимых по заземляющей сети при касании ковшом экскаватора контактного провода в пунктах погрузки, достигают нескольких киловольт и представляют угрозу для обслуживающего персонала;

- снизить значения выносных потенциалов на корпусах электроустановок и заземляющей сети карьера при касании ковшом контактного провода организационно-техническими мероприятиями не представляется возможным.

Обеспечить требуемый уровень электробезопасности, а также термическую стойкость элементов заземляющей сети карьера возможно на основе применения опережающего отключения тяговой сети или ограничения времени существования аварийного режима.

В четвертой главе с учетом результатов полученных во второй главе выполнен анализ работоспособности известных методов и средств защиты распределительных сетей от несимметричных повреждений и установлено, что ш

существует защиты способной реагировать на все виды замыканий на землю даже без учета режима нейтрали сети.

На основании результатов исследований амплитудных и фазовых характеристик напряжения и токов нулевой последовательности при различных видах несимметричных повреждений в распределительных сетях с различными режимами нейтрали, разработан новый принцип выполнения направленной зашиты от несимметричных повреждений для распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с компенсированной, а также с изолированной нейтралью. Суть предлагаемого способа защиты основана на том, что в отличие от известного, предлагается сравнивать по фазе взаимное положение векторов напряжения нулевой последовательности и собственного тока защищаемого присоединения.

Независимо от вида несимметричного повреждения и режима работы нейтрали распределительной сети угол между вектором напряжения нулевой последовательности и вектором собственного тока контролируемого присоединения

ср^ага^соС^) (9)

и составляет примерно 270 эл.град, при любом значении переходного сопротивления в точке повреждения и реальных значениях параметров (емкости С.^ и

сопротивления ^ изоляции сети относительно земли) контролируемого присоединения.

Для исключения ложной работы устройств защиты за счет фазовых искажений параметров нулевой последовательности непосредственно в сети, а также в трансформаторах тока и напряжения и в элементах схемы устройства защиты, при реализации предложенного принципа выполнения защиты следует предусмотреть сужение угловой характеристики до 90 -120 эл. град.

На рис.1 представлена функциональная схема устройства направленной защиты для карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ, работающих с любым режимом нейтрали, от несимметричных повреждений. Устройство реализовано на предложенном новом принципе действия и с учетом отмеченных негативных процессов и явлений, влияющих на работоспособность средств защиты. Устройство содержит, в канале тока нулевой последовательности - согласующий элемент 1, первый 2 и второй 3 компараторы, триггер 4. формирователь импульсов тока нулевой последовательности 5; в канале напряжения нулевой последовательности - частотный фильтр 6, третий 7 и четвертый 8 компараторы, триггер 9 и формирователь импульсов 10. а также тактовый генератор 11, логический элемент совпадения II 12, одновибратор с перезапуском 13, логический элемент ИЛИ 14, элемент блокировки 15, элемент задержки 16. ЯС - цепочку, логический элемент НЕ 17 и выходной блок 18.

Рис. 1. Функциональная схема устройства направленной зашиты карьерных распределительных сетей от замыканий на землю.

Следует также отметить, что несовпадение импульсов, либо их отсутствие на входах элемента совпадения 12 устройств зашиты на неповрежденных ЛЭП в аварийных режимах может быть вызвано неисправностью самого устройства защиты и отключение такой линии является оправданным. Можно при этом сказать, что устройство защиты обладает элементами самоконтроля исправности функционирования.

С целью повышения уровня электробезопасности за счет исключения перенапряжений. сопровождающих однофазные замыкания на землю, разработана

защита от обрыва провода воздушной ЛЭП. Указанная защита обеспечивает отключение напряжения с аварийной линии до момента касания проводом земли.

Исследования установившихся и переходных процессов, сопровождающих замыкания на землю, а также исследования работоспособности существующих средств защиты, позволили установить основные причины неудовлетворительной работы и отказов наиболее распространенных средств защиты: -наличие колебательных переходных процессов, сопровождающих появление замыканий на землю (особенно глухих и дуговых) и их отключение (процесс восстановления напряжения сети); - появление феррорезонансных процессов в распределительных сетях, которые устройствами защиты воспринимаются как процессы, сопровождающие замыкания на землю и вызывают их ложную работу; - фазовые и амплитудные искажения сигналов нулевой последовательности фильтрами напряжения и тока нулевой последовательности и непосредственно в схемах устройств защиты; - фазовые искажения за счет компенсирующего действия измерительных трансформаторов напряжения; - широкая угловая харак-

геристика направленных зашит, реагирующих на мощность нулевой последовательности: несоответствие реальных структур схем электроснабжения применяемым средствам защиты от замыканий на землю.

С целью повышения функциональной надежности находящихся в эксплуатации устройств первой и второй ступеней зашиты от замыканий на землю разработаны рекомендации и технические решения для условий карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью.

В пятой главе теоретически доказано, что предотвратить касание ковшом экскаватора контактного провода в пунктах погрузки при вхождении ковша в опасную зону с помощью механизма поворота за счет любого вида, торможения, не представляется возможным. Для исключения или уменьшения тяжести негативных последствий рассматриваемого аварийного режима разработаны два вида защит: опережающего отключения и защитного отключения.

Устройство опережающего отключения должно вырабатывать сигнал на отключение при приближении ковша к контактному проводу ближе минимально допустимого растояния или при касании его. На рис.2 представлена функциональная схема разработанного устройства защиты от касания ковшом контактного провода, реализующего способ, основанный на измерении уровня потерь радиоизлучения при приближении (или касании) металлического предмета к антенне. Устройство состоит из резонансного колебательного контура 1, антенны 2, разделительных конденсаторов малой емкости 3, генератора 4 и порогового элемента 5.

2

1

Вых

Рнс.2. Функциональная схема защиты при касании ковшом контактного провода.

Для реализации защитного отключения предлагается использовать принцип продольной дифференциальной защиты. Применительно к тяговой сети реализация токовой дифференциальной защиты возможна только при контроле и сравнении тока в линии, питающей участок тяговой сети, и суммы то-

ков, потребляемых электровозами находящихся на рассматриваемом участке тяговой сети. Неравенство указанных токов будет свидетельствовать о появлении аварийного режима в сети, например, короткого замыкания на участке тяговой сети, замыкания на землю или касания ковшом экскаватора контактного провода.

На рис.3 приведена функциональная схема, поясняющая работу дифференциальной защиты тяговой сети. Если на защищаемом участке тяговой сети работает два тяговых агрегата, то ток в питающей линии сравнивается с суммой рабочих токов первого и второго электровозов. В случае отсутствия аварии или повреждения в тяговой и питающей линиях независимо от режима работы электровозов будет выполняться условие:

где 1р - ток в начале питающей линии; 1 но первого и второго электровозов.

т\ ^т2

токи нагрузки соответствен-

Рис.3. Функциональная схема продольной дифференциальной защиты линии тяговой сети. ( блоки измерения и преобразования (кодирования) информации о значении тока БИПИ; блоки передачи информации БПИ в полукомплектах, устанавливаемых на электровозах; блоки приема информации БПрИ в подстанционных полукомплектах): блоки сравнения БС и формирования выходного сигнала БФС в под-станционныхполукомплектах).

Фаза А

Эл. 2

Эл. I

Для реализации дифференциального принципа защиты тяговой сети необходимо выполнение двух дополнительных операций: I) передача информации с значении тока нагрузки с каждого электровоза, работающего на данной секции тяговой сети, на тяговую подстанцию; 2) суммирование поступающей от элек тровозов информации (токов нагрузки) перед операцией сравнения ее с током е питающей линии. В качестве каналов связи при передаче информации от элек тровозов к питающей подстанции предлагается использовать непосредственнс тяговую сеть. При таком канале связи отпадает необходимость перестраивав систему в случае перехода электровоза с одного участка тяговой сети, на дру гой, питающийся от другой питающей линии.

В шестой главе представлены результаты исследований работоспособности разработанных устройств на моделях распределительной и тяговой сетей и дана экономическая оценка эффективности от их внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований решена имеющая большое социальное и народнохозяйственное значение научная задача, заключающаяся в разработке принципов и устройств защиты для карьерных распределительных и тяговых сетей, имеющая целью повысить уровень электробезопасности и надежности эксплуатации электрических сетей на открытых горных работах.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Наиболее распространенными повреждениями в распределительных сетях карьеров напряжением выше 1000 В являются несимметричные повреждения, которые в общем случае представляют опасность как для фазной изоляции электрических сетей и установок, так и для обслуживающего персонала. Наиболее опасные условия создаются при двойных замыканиях и замыканиях со стороны электроприемника в сетях с компенсированной нейтралью, где до настоящего времени практически не применяются защиты от несимметричных повреждений с действием на сигнал.

2. Разработаны математические модели карьерных распределительных сетей для исследования параметров нулевой последовательности при однофазных и двойных замыканиях на землю со стороны источника и со стороны электроприемника в сетях с компенсированной нейтралью и с резистором в нейтрали. Математические модели позволяют учитывать влияние на амплитудные и фазовые характеристики напряжения и токов нулевой последовательности параметры изоляции электрической сети в целом и защищаемого присоединения, переходных сопротивлений в точках повреждения и режима настройки компенсирующих устройств и значения сопротивления резистора в нейтрали сети.

3. Взаимные фазовые характеристики параметров напряжения и токов нулевой последовательности в сетях с компенсированной нейтралью, в отличие от сетей с изолированной нейтралью, в общем случае не являются "фиксированными" и определяются режимом настройки компенсирующего устройства и видом замыкания.

4. Однофазные замыкания на землю со стороны электроприемника характеризуются уменьшением практически в двое значений напряжения и токов нулевой последовательности по сравнению с аналогичным повреждением со стороны источника питания при прочих равных условиях. Фазовые характеристики параметров нулевой последовательности при рассматриваемом повреждении в сети с компенсированной нейтралью повторяют аналогичные характеристики при замыканиях со стороны источника питания со сдвигом на 180 эл. град.

5. Установлено, что вектор напряжения нулевой последовательности отстает от вектора собственного тока контролируемого присоединения на угол близкий к 90 эл. град, независимо от вида замыкания на землю, режима работы нейтрали и значений переходных сопротивлений в точках замыкания. Данное обстоятельство может быть использовано как, отличительный признак для определения повревденного присоединения распределительной сети.

6. Разработан новый универсальный принцип и устройство направленной защиты от несимметричных повреждений для карьерных распределительных сетей напряжением до 35 кВ работающих с компенсированной и изолированной нейтралью. Разработано также устройства защиты от обрыва фазного провода карьерных воздушных ЛЭП, позволяющее обесточить линию до момента касания оборванным проводом земли, исключив тем самым появление замыкания на землю и опасных перенапряжений.

7. Предотвратить касания контактного провода тяговой сети ковшом экскаватора при работе последнего в пунктах погрузки в общем случае не представляется возможным. При названных повреждениях кроме термического повреждения элементов заземляющей сети вероятно появление опасных потенциалов на корпусах любого, даже удаленного, карьерного электрооборудования подключенного к общекарьерной заземляющей сети.

8. Разработано устройство защиты от касания ковшом экскаватора контактного провода тяговой сети, реагирующее на приближение ковша к контактному проводу и исключающее попадание напряжения контактной сети т корпус экскаватора и заземляющую сеть.

Разработаны принцип выполнения и устройство дифференциальной защиты для тяговой сети переменного тока напряжением 10 кВ с движущимися электроприемниками от коротких замыканий и замыканий на землю при обрыв« контактного провода или касании его ковшом экскаватора.

9. Реализация и внедрение разработанных средств защиты для карьерны? распределительных и тяговых сетей позволит повысить условия электробезо пасности и надежности систем электроснабжения в целом за счет быстрого 1 селективного отключения поврежденных элементов, а также получить экономический эффект порядка 4,5 млрд. карб. '(в ценах 1995 г.) только по одному карь еру.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Горденко В.И. Повышение эффективности использования электроэнер гии на горно-обогатительных комбинатах.//Разработка методов и средсп экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабже ния промышленности и транспорта. Тез.докл. Всесоюзной науч.-техн.конф. Днепропетровск, 1990. С. 254.

2. Горденко В.И., Мирошниченко В.А., Степаненко Ю.В. Исследование ра ботоспособности защит при двойных замыканиях на землю.//Деп.в ГНТБ Украины, N 55-Ук96.-Днепропетровск, 1995.-10 с.

3. Шкрабец Ф.П.. Горбунов Я.С.. Горденко В.И. Методика оценки условий шектробкзопасности и последствий касания ковшом экскаватора контактного провода.// Горная электромеханика и автоматика: Респ.межвед.науч.-гехн.сб. -Киев. 1992. Вып. 60. -С.12-16.

4. Шкрабец Ф.П., Горденко В.И., Степаненко Ю.В. Исследование условий »лектробезопасности при повреждениях со стороны электроприемника.//Деп.в "НТБ Украины, N 52-Ук96.-Днепропетровск, 1995.-7 с.

5. Шкрабец Ф.П., Горденко В.И., Степаненко Ю.В. Параметры нулевой последовательности при смешанном замыкании фазы на землю.//Деп.в ГНТБ Украины, N 2576-Ук95.-Днепропетровск, 1995.-11с.

6. Шкрабец Ф.П., Горденко В.И. Повышение функциональной надежности :редств защиты от замыканий на землю.// Горная электромеханика и автоматика: Респ.межвед.науч.-техн.сб. -Киев. 1991. Вып. 59. -С.40-44.

7. Шкрабец Ф.П., Горденко В.И., Мирошниченко В.А. Оценка условий электробезопасности при двойных замыканиях на землю.//Деп.в ГНТБ Украи-

N 53-Ук95.-Днепропетровск, 1995.-5 с.

8. Шкрабец Ф.П., Комский Е.О., Горденко В.И. и др. Устройство автомагического повторного включения с опережающим контролем изоляции.//Горная электромеханика и автоматика: Респ.межвед.науч.-техн.сб. -Киев, 1991. Вып.58. -С.37-40.

9. Шкрабец Ф.П., Мирошниченко В.А., Горденко В.И. Двойные замыкания ^а землю в сетях с компенсированной нейтралью.// Горная электромеханика и 1втоматика: Респ.межвед.науч.-техн.сб. -Киев, 1991. Вып. 59. -С.11-14.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, заключайся в следующем: разработка математических моделей для соответствующих теСимметричных повреждений [ 5, 7, 9]: анализ работоспособности существую-лих средств защиты при двойных замыканиях на землю [ 2 ]; исследования ус-товий электробезопасности для работников карьера при повреждениях в электрических сетях карьеров [ 3, 4, 7]; разработка рекомендаций по повышению эффективности использования существующих средств защиты карьерных рае-тределительных сетей от замыканий на землю [1,6, 8].

ANNOTATION

Gordenko Y.I. Elaboration of protection means from earth circuit in quarry distributive and drauqht networks. Dissertation to search scholar degree of Master of science (engineering) in the speciality 05.09.03-Electrical engineering complexes and systems, includining their control and regulation. State Mining Univesity ol Ukraine.Dnepropetrovsk, 1997.

The research of process in electric distributive and drauqht networks of a quarry with complicated kinds of earth circuit is being defended. It is establishld that ir distributive networks angie between its own current of controlied connecting anc voltage of zero sequence remains nealy invariable independently from any kind ol damage and system neutrality conditions, it enables to work out universal purposeful protection from damage of elektric wires. The protection device for quarry draughi networks is worket out to avoid earth circuit and any contact of excavator bucket tc elektric wires. It has been published 9 scientific works.

Горденко В.1. Розробка засоб1в захисту вщ замикання на землю I кар'срних розподщьних та тягових мережах. Дисертащя на здобуття вченогс ступеня кандидата техшчних наук (рукопис) по спещяльноей 05.09.03 "Електротехшчш комплекси та системи, вкгаочаючи IX управлшня 1 регулю вання". Державна прнича академ1я Укpaiни, Днтропетровськ,1997.

Захищаються дослщження процеав в електричних розподшьних г тягови; мережах кар'ср1в при складних формах замикання на землю. Встановлено, що ) розподгльних мережах залишасться практично незмшним кут м!ж власти струмом контрольовано1 частини електрично1 схеми 1 напругою нулъовси по слщовносп незалежно вщ форми пошкодження 1 режиму нейтрал! мереж!. щ< дало змогу розробити ушверсалышй направлений захист та захист вщ обрив; дроту повггряннх ЛЕП. Для кар'срно1 тягово! мереж1 розроблеш пристро! за хисту вщ замикання на землю ¡торкання ковшом екскаватора контрольной дроту. Опубл1ковано 9 наукових праць.

КЛЮЧОВ1 СЛОВА: кар'срш розпод1льш та тягов1 мереж1, замикання на землю торкання ковшом екскаватора контактного дроту, напруга > струм нульовсн по слщовносп, направлении захист.

А Н О Т А Ц I Я

Автор

Горденко В.И.