автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Устройство защиты от утечек тока в контактной сети рудничного электровозного транспорта

введение;.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Исходныз положения.

1.2. Анашв условий эксплуатации защитных устройств.

1.3. Устройства превентивной защиты.

1.4. Устройства защитного отключения.

1.4 Д. Требования к устройствам защитного отключения.

1.4.2. Анализ принципов построения устройств защитного отключения

1.5. Цели и задачи исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧЕК

ТОКА ПРИ ШПУЛВЗНСМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ.

2.1. Исходные положения.

2.2. Методы проведения исследований.

2.3. Результаты исследований влияния емкости сети на работу устройства защиты от утечек.

2.4. Результаты исследований влияния токов утечки' вентилей силового источника сети на работу защитного устройства.

2.5. Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ФОНДИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДАПТАЦИИ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧЕК К ИЗМЕНЕНИЯМ СОПРОТИВЛЕНИЯ 1В0ЛЯЦИИ СЕТИ.

3.1. Исходные положения.

3.2. Методы проведения исследований.

3.3. Результаты исследований условий формирования характеристики адаптации устройства защиты от утечек к изменениям сопротивления шоляции сети.

3.4. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ СИЛОВОГО БЛОКА. УСТРОЙСТВА. . ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧЕК ПРИ ФОНДИРОВАНИИ ШШЬСНОГО

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ.

4.1. Исходные положения.

4.2. Методы проведения исследований.

4.3. Определение необходимого объема измерений и их погрешность.

4.4. Результаты исследований тягового преобразователя.

4.5. Результаты исследований питающего трансформатора.

4.6. Результаты экспериментальных исследований теплового режима двигателя электровоза .НО

4.7. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧЕК ТОКА В

КОНТАКТНОЙ СЕТИ РУДНШНОГО ЭЛЕКТРОВОЗНОГО ТРАНСПОРТА.

5.1. Исходные положения

5.2. Разработка структурной схемы устройства защиты от утечек тока.

5.3. Разработка способа формирования характеристики адаптации устройства к изменениям сопротивления изоляции сети.

5.4. Разработка тягового преобразователя.

5.5. Разработка принципиальной схемы устройства защиты от утечек.*.

5.6. Разработка структурной схемы защитного отключения при параллельном соединении тяговых преобразователей.

5.7. Разработка способа импульсного питания секционированной контактной сети с защитой от утечек тока

5.8. Результаты испытания и внедрения устройства защиты от утечек тока в контактной сети рудничного электровозного транспорта

5.9. Выводы.

' Главными народнохозяйственными задачами, вытекающвди из решений ХХЛ съезда КПСС, являются: обеспечение дальнейюго экономического прозтресса общества; ускорение темпов научно-технического прогресса; интенсификация общественного производства, повышение его эффективности. Решение этж задач предусмотрено в "Основных направлениях экономического и социального развития народного хозяйства СССР на I98I 1985 годы и на период до, 1990 года" [ i j • В выполнении планов экономического развития важную роль играет надежная обесшченность страны сырьевыуш ресурсами, что предполагает дальнейшее развитие горнодобывающей промышленности, в которой, как и во всех областях народного хозяйства, намечено жроводить линию на более быстрое перевооружение производства, В большой мере это относится к шахтному электровозному транспорту, который является основным транспортным средством на горнорудных шахтах страны.В настоящее время электрооборудование электровозного транспорта. горнорудных шахт не удовлетворит полностью требованиям эксплуатации, имеет высокую аварийность, жриводяцую к большим потерям рабочего времени, возникновению пожаров и высокощу электротравматизму, Для защиты от поражении электрическим током в контактных сетях используются широко известные устройства по предотвращению появления опасного потенциала на корпусах электрооборудования и по ограждению отдельных токоведущих элементов сети. Эти устройства эффективны и применение их предусматривается Правияами безопасности , однако это не исключает случаев электротравматизма, так как основной причиной его возншшовения являвтея случайное прикосновение человека к открЕ -^тым токоведущим элевдентам сети [2,3,4 1 • Исследованию и разработке устройств защиты человека от поражения электрическим током при прикосновении к контактному проводу сети по- 6 священо большое количество работ* Ведущая роль в изучении этой цроблеш принадлежит отечественным исследователям, в часности большой вклад внесли: Бунько В,А.,Волотковский 1,,Гладилин Л.В»,;дремов В.Д, Ковалев П.Ф»,Колосюк В.П,,Лейбов P.M.,Пивняк Г,Г.,Щуцкий В,И, и др^ .Несмотря на большое количество исследований и практических разработок в настоящее время (с 1978 г.) осваивается производство только одного типа защитного устройства - УЗО-300,разработанного МакНШ совместно с Лрепропетровским заводом шахтной автоматики. Однако оно не может найти широкого применения на горнорудных шахтах, так как условия эксплуатаоди для них существенно отличаются от условий в угольных шахтах; Поэтому задача разработки эффективного устройства защиты от утечек тока для шахтных контактных сетей электровозного транспорта горнорудных шахт является актуальной.Целью работы является установление закономерностей изменения режшов работы устройства защиты от утечек тока в контактной сети с временным разделением силового и оперативного тока для разработки на их основе ращональной его структуры, повышающей безопасность рудничного электровозного транспорта.Идея работы заключается в повышении эффективности устройства защиты от утечек путем учета влияния на него параметров контактной сети и условий формирова1Шя импульсного ее электроснабжения.Научные положения,разработанные лично соискателем и новизна: - зависимости оперативного тока устройства от параметров контактной сети, отличающиеся учетом начальных условий напряжехшя на емкости сети и токов утечки вентилей тягового преобразователя; - зависимости отключающего сопротивления утечки от сопротивления изоляции сети, отличающиеся учетом условий оптимальной реализации известного способа формирования характеристики адаптации устройства к изменениям сопротивления изоляции сети; - 7 - зависимости параметров преобразователя от нагрузочных режимов работы, отличающиеся учетом относительной продолжительности включения формируемого импульсного напряжения; - принципы построения устройства защиты от утечек, отличающиеся учетом устойчивости его функционирования и надежности для условий эксплуатации электрооборудования контактных сетей на горнорудных шахтах; Достоверность научных положешй, выводов и рекомендаций обоснована: - достаточным объемом и результатами экспериментальных исследований и испытаний устройства в лабораторных и производственных условиях; - корректным использованием апробированных методов теоретического анализа электрических цепей с общепринятыш допущениями и определением условий для расчетной проверки правильности полученных результатов, а также удовлетворительной сходимостью их с данными ранее выполненных исследований.Значение работы. Научное значение работы заключается в уставовлении зависимостей влияния на работу устройства емкости сети, токов утечки вентилей тягового преобразователя, условий формирования характеристики адаптации устройства к изменениям сопротивления изоляции и влиянии на работу преобразователя параметров импульсного электроснабжения сети.Практическое значение работы заклвзчается в разработке требовашш и обосновании принципов построения устройства защиты,позволяющих разработать его структурную и принципиальную схемы с повышенной устойчивостью функционирования и надежностью для условий эксплуатации контактных сетей электровозного транспорта горнорудных шахт.Реализация выводов и рекомендаций работы. Требования к устройству использованы Всесоюзным научно-исследовательским и проектным - 8 институтом рудничного машиностроения при разработке следующей технической документации: "Технические требования на агрегат тяговый преобразовательный с устройством защитного отключешм от утечек тока в контактной сети"; "Техническое задание на агрегат тяговый преобразовательным TIIC-500-275 У5"; рабочие конструкторские документы на опытный образец агрегата типа ШС-500-275 У5. По разработанной технической документащш СПТП "Рудоавтоматика" (г.Жёлезногорск Курской обл.) изготовлены три опытных образца агрегата, приемочные испытания которых проводятся в П0"1{ривбассруда". Расчетных! •, объем выпуска агрегатов составляет 350 шт, в год. Экономический эффект от применения одного устройства защиты в составе агрегата типа ТПС-500-275 У5 составляет 4,3 тыс. рублей в год. Суммарный .; годовой экономический эффект составляет 1,5 млн. рублей.

6. Выводы и рекомендации работы использованы институтом ВНИПИ-рудмаш при разработке технической документации на разработку и освое-"ние промышленного производства агрегата тягового преобразовательного типа ШС-500-275 У5, утвержденной ВПО Союзгормашем Минтяжмаша СССР,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В, диссертационной работе получено новое решение актуальной »■ для горнорудной промышленности научной задачи разработки эффективного устройства защиты от утечек тока в контактной сети, повышающей безопасность рудничного электровозного транспорта.

Основные научные выводы и практические результаты работы сводятся к следующему:

I. Предложена классификация устройств защиты для шахтных контактных сетей постоянного тока, отражающая современный уровень их развития и обосновывающая необходимость совершенствования устройств защиты от утечек с временным разделением цепей силового и оперативного токов;.

2* Установлено,что основной причиной низкой устойчивости функционирования устройств защиты при импульсном электроснабжении контактной сети является влияние токов утечки вентилей тягового преобразователя, сопротивления изоляции и емкости контактной сети. При этом максимальное влияние емкости проявляется при ненулевых начальных условиях напряжения на ней перед контролем сопротивления утечки, которые зависят от режима работы контактной сети.

3. Проведено обоснование способа формирования характеристики адаптации устройства к изменениям сопротивления изоляции сети, позволяющее расширить область применения известного способа для условий дискретного контроля сопротивления утечки и определить требования к оптимальной его реализации.

4« Проведены исследования условий работы силового блока устройw ства защиты, в результате которых установлено, что на его параметры оказывает большое влияние режим импульсного электроснабжения кон*.": тактной сети,формируемый тяговым преобразователем. Показано, что получить приемлемые условия эксплуатации устройства без применения специальных технических средств по снижению этого влияния можно путем выбора длительности цикла формируемого импульсного напряжения. При этом установлены пределы выбора его приемлемой длительности по требованиям эксплуатации электрооборудования контактной сети.

5, Разработана отруктура устройства защиты с высокой устойчивостью функционирования, обеспечивающая выполнение требований безопасности для условий эксплуатации контактннх сетей электровозного транспорта горнорудных шахт,

1. Материалы ХХЯ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981, -262 с.

2. Вадько А.Ф. Анализ пожароопасности электрооборудования на шахтах ШШ СССР. В кн.: Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР. Тезисы док. I Всес. научно-техн. конф. - Днепропетровск, 1975, - с. 172-173.

3. Исследование и разработка надежно действующей защиты от утечек тока в шахтной контактной сети электровозного транспорта./Рук.- 158

4. А.Г. Ликаренко.- Кривой Рог, 1978, -183 о. Рукопись представлена Всесоюзным научно-исследовательским институтом безопасности труда в горнорудной промышленности /ВНИИБТГ/. Дзпонирована в ВИНИТИ 15 сент.1978, Jffi 692 560.

5. Лейбов P.M., Озерной М.И. Электрификация подземных горных работ. -М.: Недра, 1972, 463 с.

6. Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок. М.: Недра, 1980, 334.С.

7. Бунько В.А., Волотковский С.А., Пивняк Г.Г. Повышение безопасности рудничной электровозной откатки. М.: Нздра, 1978, 200 с.

8. Временная инструкция по обеспечению электрической защиты контактных сетей шахт Кизеловского угольного бассейна. Пермь, ПЛИ, 1974, 76 с.

9. Временное руководство по монтажу и эксплуатации контактных сетей подземного транспорта. Кемерово, ВостНИИ, 1978, - 74 с.

10. Монтаж и эксплуатация контактных сетей подземного электровозного транспорта шахт. /Временная инструкция/. Кривой Рог, НИГРИ, 1982, - 50 с.

11. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом. Изд. 2, перераб. и доп.

12. М.: Недра, 1977, 223 с. ДЪсгортехнадзорССОР/.

13. Иладилин Л.В., Меньшов Б.Г., Щуцкий В.И. и др. Изоляция подземных электроустановок шахт и электробезопасность. М.: Недра, 1966, 262 с.

14. Ляхомекий А.В. Исследование условий и разработка мероцрия-тий по обеспечению электробезопасности в контактных сетях электровоз- , ной ошкатки угольных шахт. Автореферат дис. . канд. техн. наук. М.: МШ, 1977, 15 с.

15. Вадюков В.В. Исследования и разработка мер по повышению элек- . тробёзопасности в контактных селях электровозной откатки угольных шахт. Автореферат дис. . канд. техн. наук. Макеевка-Дрнбасс, МакНИИ, 1980, - 21 с.

16. Милонов А.Н. К вопросу разработки блокировочного реле утечкидля шахтных контактных сетей. Научныз труды. / Пермский политехнический институт, 1972, сб. № 117, с. 25-31.

17. Щуцкий В.И., Ляхомский А.В. Исследование параштров изоляции контактных сетей электровозной откатки угольных шахт. В кн.: Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. 1975, Выпуск 7, - с. 49-53.

18. Budek uj.; MachouuskL J. SieeL trakcyjne or qcmuctue. Katoun.ce , Stok, t9G7, -23M s .

19. Сумин И.Ф. Обеспечение безопасности эксплуатации рудничных контактных электровозов. Госгортехиз дат, I960.

20. Кобе вник В.Ф. Дистанционное управление влюченивм и отключением контактного провода в ортах-заездах. Б кн.: Безопасность труда в промышленности. 1971, с. 10*13.

21. Синчук О.Н., Гузов Э.С. Повышение электробезопасности электровозного транспорта рудничных шахт. Известия Вузов Горный журнал. 1982, № 10, -с .

22. Шулин Н.И., Гузов Э.С.,Агеенко В.И., Шевченко ВЛГ. Повышен® безопасности эксплуатации шахтной электровозной откатки. В кн.: Электробезопасность на горнорудных предприятиях. Сб. мат. республ. научно-техн. конф. - Днепропетровск, ДГИ, 1974* - с. 44-48.

23. Ви*г У. Лп irnpeoired sistem the potection of tioECeyun^es ьп апс1егдгопс1 coaE mines. „ 7S££ Corrf. Res. <3th .Annu.Meet.

24. Ы. Armfl.Soc., Pittsburgh, Pa, mk, Part V\ Wow Зогк, N."3. 1974,59-60 (англ.).33W Патент 3 500 063 /США/. Детектирование помеховых явлений,ограничивающих видимость,при помощи лазера и отражающей полосы. -Изобретения за рубежом, 1972, т. 8. № 2.

25. Федосеев АЛ. Релейная защита электрических систем. М.: Энергия, 1976, - 559 с.

26. О'сновнш технические требования по безопасности к системам защиты от утечек тока на землю в подземных контактных сетях электровозного транспорта. МакНШ, 1969.

27. ГОСТ 22 929 78. Аппараты защиты от токов утечки рудничныз для сетей напряжением до 1200 В. Общие технические условия.

28. Сидоренко И.Т. Исследование и разработка защиты рудничных тяговых сетей и выпрямителей от токов замыкания на землю.1 и перегрузов. Автореферат дис. . канд. техн. наук., Донецк, ДЛИ, 1969.

29. Дремов В.И. Защита от утечек в шахтных контактных сетях. Автореферат дис. . канд. техн. наук. М.: Московский институт радиоэлектроники и горной электромеханики. 1963, - 24 с.

30. А.С. № 792 446 /СССР/. Способ защиты человека от поражения электрическим током при касании контактного провода. / Ю»Д. Глухарев, А .А. Пастухов и В.И. Щуцкий. Опубликовано в Б.И. 1980, 48.

31. А.С. № 410 510 /СССР/. Способ защиты контактных сетей от утечек тока с синхронный прерыванием х^пей нагрузки. / В.А. Бунько, B.JI. Кожевников, А.И. Трач и др. -Опубликовано в Б.И. 1974, № I.

32. Мельников Ю.Ф. Исследование и разработка устройств защиты шахтных тяговых сетей и подстанций. Автореферат дис. . канд. техн. наук. М.: МГИ, 1978, - 15 с.

33. Мипонов А.Н. Исследование и разработка автоматический выключателей для шахтных тяговых сетей. Автореферат дис. . канд. техн. наук. М.: МГИ, 1979, - 16 с.

34. Якушев П.М. Исследование состояния изоляции контактных сетей шахтной электровозной откатки и разработка защиты от утечек тока. Автореферат дис. . канд. техн. наук. -М.: МГИ, 1974.

35. Пастухов А.А. Устройства защиты шахтных контактных сетей постоянного тока. Безопасность труда в промышленности, 1983, № 2,- с. 31 - 32.

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

37. Животовский А.Г. К вопросу повышения электробезопасности в шахтных контактных сетях электровозной откатки. В кн. Электробезопасность на горнорудных предприятиях. - Сб. мат. республ. научно-техн. конф. - Днепропетровск, ДГИ, 1974, - с. 39-41.

38. К)СТ 12 • 1.038-83. Электробезопасность Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Издательство стандартов, 1982.

39. Животовский А.Г. Совершенствование защиты от утечек тока в контактных сетях шахтного электровозного транспорта. В кн.: Охрана труда и техника безопасности в горнорудной промышленности. Выпуск 4, -М.,Бедра, 1979,- с. 19-22.

40. А.С. № 562 032 /СССР/. Устройство для защиты от утечек тока в контактной сети с цикличным прерыванием цепи нагрузки. / Животовский А.Г. и Ликаренко А.Г. Опубликовано в Б.И* 1977, № 22.

41. А.С. 824 362 /СССР/. Преобразователь переменного тока в постоянный прерывистый. / Животовский А.Г., Ликаренко А.Г., Батасов Ю.Н. и Бацежев Ю.Г. Опубликовано в Б.И. 1981, № 15.

42. Бацежев Ю.Г., Животовский А.Г. Повышение надежности аппаратуры -защиты от утечек тока в контактной сети шахтного электровозного транспорта. В кн.: Повышение безопасности труда на горнорудных предприятиях. - М., Шдра, 1982, - с. 22-25.

43. Глух Е.М., Зеленов В.Е.- Защита полупроводниковых преобразователей. ~М.: Энергоиздат, 1982, 152 с.

44. Волотковский С.А., Фурсов В.Д.» Пивняк Г.Г. Полупроводниковые преобразовательныз подстанции для подземного электровозного транспорта. Киев, Вица школа, 1971, - 244 с.

45. Бардин В.М. Надежность силовых полупроводниковых цриборов.- М.: Энергия, 1978, 96 с.

46. Кремниевые вентили. / Под ред. С.Б.Юдицкого. М.: Энергия,1. N 1968, 304 с.

47. Методы расчета устройств для ограничения токов и напряжений, воздействующих на силовые полупроводниковые приборы в схемах преобразовательных устройств. -М.: ИНФ0ШЭЛЕКТР0, 1977, 40 с.

48. Писарев А.Л.,Деткин Л.П. Управление тиристорными преобраз о. вателями. -М.: Энергия, 1975, 264 с.

49. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовнз полуцро-водниковьв приборы. Справочник, ~М.: Энергия, 1975, 512 с.

50. Щуцкий В.И., Офицзров В.Я., Калитин В.Н. Распределения перегрузок в контактных сетях шахт и их влияние на работу полупроводниковых тяговых подстанций. Известия Вузов Горный журнал, №7, 1981, -с. II0-II3.

51. Пироженко В.Х. Полупроводниковыз устройства шахтного электропривода. Кизв, УКРНИИТИ, 1970, - 84 с.

52. Пироженко В.Х. Рудничныз электровозы с тиристорныл приводом. Киэв, Техника, 1981, - 159 с.

53. Алексеев Н.И. Оптимизация систем электрической тяги в подземных выработках шахт. -М.: Недра, 1979, 252 с.

54. Алексеев Н.И., Демидов СЛ., Рюмин В.И. Шахтныв тяговш преобразователи с полупроводниковыми вентипдаи. М.: Недра, 1973.

55. Лекоргие Ж. Упракпяемыз электрические вентили и их применение . -М.: Энергия, 1971, 503 с.

56. Руденко В,С,, Сенько В.И.,= Чиженко И.М. Преобразовательная техника. Киев, Издательское объединение "Вища школа" 1978, - 424 с.

57. Полупроводниковыз выггрдаители. / Беркович Е.И., Ковалев В.Н., Ковалев Ф.И. и др. Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. М.: Энергия, 1978, - 448 с.

58. Силовая электроника. Примеры и расчеты;. / Ф. Чаки, И. Герман, И.Ипшич и др. Пер. С англ. «М.: Энергоиздат, 1982, 384 с.

59. Вольдек А.И. Электрический машины. Л., Энергия, 1974,-840с.- 165

60. Животовский А.Г. К вопросу разработки устройства контроля сопротивления утечки для шахтной контактной сети. В кн.: Охрана труда и техника безопасности в горнорудной промышленности. Выпуск 5,- М.: Недра, 1980, с. 18-21.

61. А.С. № 674 143 /СССР/. Устройство для защитного отключения шахтной тяговой сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки. / Животовский А.Г., Ликаренко А.Г., Батасов Ю.Н. и Пилипен-ко А .В. Опубликовано в Б.И. 1979, № 26.

62. А.С. № 845 215 /СССР/. Устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки. / Животовский А.Г. Опубликовано в Б.И., 1981, Л» 25.

63. А.С. № 892 558 /ссср/. Устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки. / Бацежев Ю.Г., Животовский А.Г., Ликаренко А.Г. и Батасов Ю.Н.- Опубликовано в Б.И., 1981, № 47.

64. Взрывобезопасность рудничного электрооборудования. / Каймаков А.А., Кашицин Г.Е., Васнев М.Л. и др. Кемерово, ВостНИИ, Кемеровское книжное издат., I97B, - 163 с.

65. А.С. № 465 690 /СССР/. Способ защитного отключения электроустановок. / Шнеерсон Э.М. и (Злободкин А.Х. «* Опубликовано в Б,И., 1975, № 12.

66. Тонкошкур Л.С., Ликаренко А.Г. Де формирование защитных характеристик реле утечки с помощью переходных процессов. В кн.: Электричество, 1973, № 7, - с. 85-87.

67. Ликаренко А.Г. Исследование и совершенствование средств защитного отключения электрических сетей напряжением до 1000 В шахт и карьеров. Автореферат дис. . канд. техн. наук. МШГИ, 1976, -16 с.

68. Щуцкий В.И., Шреслегин Н.Г. и др. Применение переменного тока в подземных контактных сетях. Известия Вузов. Горный журнал, 1979, № 2, с. I4I-I45.

69. А.С. № 917 251 /СССР/. Устройство для защитного отключения- 167 электроустановки. / Животовский А.Г. Опубликовано в Б.И., 1962, № 12.

70. А.С. J& 882 791 /СССР/. Способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционирования контактной сети с контролем сопротивления утечки. / Животовский А.Г. Опубликовано в Б.И., 1981, №'43.

71. Справочник по наладке автоматических устройств контроля и регулирования. Часть I. / Дубровный В.А., Забокрицкий Е.И. и др. -Kit168ев, Наукова думка, 1961, 463 с.