автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Защита от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания

На правах рукописи

ЕВСЕЕВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗАЩИТА ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСАХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) кВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Абрамович Б.Н. Официальные оппоненты.

доктор технических наук, профессор Лимитовский А.М. кандидат технических наук, доцент Шабад М.А. Ведущее предприятие'.

АО институт «ЗАПАДСЕЛЬЭНЕРГОПРОЕКТ»

Защита состоится «23» ^декабря 1998 года в 17 час 00 мин, на заседании диссертационного Совета К.063.15.04 в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) по адресу: 199026, г. Санкт-Петербург, В.О., 21« линия, дом 2, аудитория № 1201.

Автореферат разослан «. ¿д » ноября 1998 года

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).

Ученый секретарь диссертационного Совета,

доцент

Б.Г. Анискин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Электротехнические комплексы являются одним из основных компонентов сооружений, определяющих технико-экономические и энергетические показатели предприятий по добыче, переработке и транспортировке твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Надежность их функционирования в значительной мере определяется надежностью электрооборудования напряжением 6(10) кВ. К основным видам оборудования электротехнических комплексов на горных предприятиях в первую очередь относятся электрические распределительные сети и электротехнологическое оборудование напряжением 6(10) кВ, в том числе синхронные и асинхронные двигатели стационарных и передвижных технологических установок, которые могут рассматриваться как дополнительные источники электропитания после отключения от энергетической системы."

В распределительных сетях горных предприятий напряжением 6(10) кВ в соответствии с ПУЭ и отраслевыми Правилами безопасности должны устанавливаться устройства защиты от междуфазных коротких замыканий и замыканий и утечек на землю, которые призваны обеспечить защиту сетей и установок от всех видов повреждений. Применяемые в настоящее время устройства защиты от замыканий и утечек на землю не обеспечивают контроль всех видов повреждений, не в полной мере отвечают предъявленным к ним требованиям и обладают достаточно низкой функциональной надежностью. Основным недостатком серийно выпускаемых устройств защиты от однофазных замыканий на землю являются ложные срабатывания (неселективные и групповые отключения, число которых достигает 40%),. что при массовом внедрении приводит к снижению надежности электроснабжения, простою высокопроизводительного оборудования и ощутимым ущербам.

Для повышения уровня электробезопасности и снижения числа ложных отключений в электротехнических, комплексах на открытых горных работах предусматриваются определители поврежденного присоединения, поврежденной фазы и шунтирования ее на землю на питающей подстанции или распределительном пункте. Протяженность отходящих присоединений напряжением 6(10) кВ, как правило, превышает длину, в пределах которой обеспечивается электробезопасность, что требует установки короткозамыкателя непосредственно у дополнительного источника питания.

Для обеспечения селективного действия защиты в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ необходимо повысить надежность выявления поврежденного присоединения, поврежденной фазы и

преодолеть территориальную рассосредоточенность энергообъектов при управлении шунтированием поврежденной фазы.

Актуальность исследований, связанных с работой защит от однофазных замыканий на землю энергообъектов территориально рассредоточенных электротехнических комплексов, подчеркивается в работах ведущих специалистов в данной области, в том числе в публикациях В.И. Щуцкого, Б.М. Ягудаева, Е.Ф. Цапенко, В.В. Дегтярева, В.И. Корогодского, В.Я. Чаронова, В.П. Ганского, В.В. Павлова и др. Однако, к настоящему времени не решен комплекс вопросов, связанных с повышением электробезопасности и снижением числа ложных отключений электроустановок горных предприятий. Поэтому чрезвычайно актуальным представляется разработка защиты от однофазных замыканий на землю, обеспечивающей селективное определение поврежденного присоединения, надежное определение поврежденной фазы и ее шунтирование на землю путем передачи информационно-управляющего сигнала на короткозамыкатель, расположенный непосредственно на дополнительном источнике питания.

Работа выполнена на кафедре электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) в соответствии с планами ГП «Роснефть», НГДУ «Джалильнефть» АО «Татнефть» и Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка системы и средств повышения электробезопасности в распределительных сетях 6(10) кВ горных предприятий при наличии дополнительных источников питания.

Для практической реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать математическую модель для определения параметров однофазных замыканий на землю при наличии дополнительных источников питания:

• выявить амплитудно-фазовые соотношения для напряжений в трехфазной сети при вариациях проводимостей фаз относительно земли и характеристик дополнительных источников питания;

• разработать структуру, алгоритм функционирования и компоненты устройств защитного шунтирования поврежденной фазы и отключения поврежденного присоединения;

• разработать метод и схемные реализации элементов устройств защитного шунтирования, защитного отключения и их информационного взаимодействия в условиях территориально рассосредото-ченных объектов с использованием электрической сети в качестве

передающей среды.

Идея работы. Заключается в повышении уровня электробезопасности и снижении ущербов от перерывов электроснабжения путем повышения селективности выявления поврежденных присоединений и фазы, быстродействующей передачи информации о поврежденной фазе по линиям 6(10) кВ к дополнительным источникам питания, шунтировании на землю поврежденной фазы непосредственно у дополнительного источника и отключении поврежденного присоединения.

Методы исследований. В работе использованы теория электрических цепей, методы математического моделирования, метод симметричных составляющих, теоретическое и физическое моделирование затухания высокочастотного сигнала в линии электропередачи, методы обработки экспериментальных данных, методы теоретического и экспериментального определения параметров электротехнических комплексов.

Научная новизна работы:

• выявлены закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазного замыкания на землю при реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, в том числе закономерности изменения начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности;

• выявлены закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности при заданной вариации параметров распределительной сети. Показано, что величина начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности однозначно характеризует замкнувшуюся фазу во всем диапазоне варьирования параметров сети. В диапазоне изменения начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности выделены области значений, которые она принимает только в режиме замыкания на землю одной из фаз сети А, В или С:

• разработан метод, обеспечивающий повышение селективности выявления поврежденного присоединения и фазы и информационное взаимодействие компонентов устройства защиты в условиях территориально рассосредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды.

Обоснованность научных положений базируется на применении известных положений теории электрических цепей, теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения, теоретического и физического моделирования затухания высокочастотного сигнала в линии электропередачи.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждены достаточным объемом теоретических исследований с использованием стандартных допущений, близкой сходимостью расчетных и опытных данных, а также положительными результатами внедрения разработок в АО «Татнефть».

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• разработаны технические средства, обеспечивающие повышение селективности выявления поврежденного присоединения и фазы и информационное взаимодействие компонентов устройства защиты в условиях территориально рассосредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды;

• предложена оптимальная структура построения защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, обладающая повышенной селективностью действия независимо от протяженности .линии электропередачи в пределах горного предприятия;

• даны рекомендации по проектированию каналообразующей аппаратуры и минимизации мощности передающего устройства.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Обоснован и реализован комплекс технических средств защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания нефтегазодобывающего управления «Джалильнефть». За счет использования результатов диссертационной работы при внедрении технических средств защиты от однофазных замыканий на землю сокращено время простоя добычного оборудования и повышен уровень электробезопасности. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в размере 47 тыс. руб.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазных замыканий на землю при реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, в том числе закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности.

2. Структура и технические средства защиты электротехнических комплексов 6(10) кВ от однофазных замыканий на землю при наличии дополнительных источников питания, включая определитель поврежденного присоединения, определитель поврежденной фазы и канал связи компонентов устройства защиты по линиям электропередачи.

Апробация. Основные положения диссертационной работы док-

ладывались и обсуждались на семинарах ученых кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий СПГГИ(ТУ), конференциях молодых ученых СПГГИ(ТУ) в 1995 - 1998 годах, на Международном симпозиуме «Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых», Санкт-Петербург, 1996, на V Международном Форуме «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология» (ETER), Санкт-Петербург, 1997, производственно-техническом совещании «Создание нового энергетического оборудования для нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслей», г. Альметьевск, 1997 год.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на ÍS6 страницах. Содержит ¿¿рисунков,¿отаблиц, список литературы из fpf наименований и приложений. Общий объем работы/7/страницы.

Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность.

В главе 1 рассмотрены проблемы совершенствования устройств зашиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, научно-технические задачи разработки определителя поврежденного присоединения, определителя поврежденной фазы, а также вопросы информационного совмещения компонентов комплексной защиты от однофазных замыканий на землю, сформулированы цель и задачи исследования.

В главе 2 произведен анализ процесса однофазного замыкания на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, рассмотрены структура и параметры распределительных сетей и отдельных элементов системы электроснабжения и определен емкостный ток замыкания на землю, обусловленный как основным, так и дополнительным источником питания.

- В главе 3 выявлены амплитудно-фазовые соотношения для напряжений при однофазном замыкании на землю при симметрии активных и емкостных проводимостей изоляции фаз относительно земли и при различных видах их несимметрии, а также при изменении величины переходного сопротивления в точке замыкания на землю. Разработана методика и алгоритм выявления поврежденной фазы сети при однофазном замыкании на землю.

В главе 4 приведены результаты разработки компонентов ком-

плексной защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, а именно: определителей поврежденного присоединения и поврежденной фазы, дана оценка селективности и быстродействия комплексной защиты от однофазных замыканий на землю.

В главе 5 приведены результаты расчета затухания высокочастотных сигналов в линиях электропередачи на тональных частотах, определена схема ввода сигнала в линию, рассчитаны исходные данные для расчета приемо-передающего устройства, разработаны схемы устройств присоединения приемо-передающего устройства к линии электропередачи, рассчитана минимально необходимая мощность передатчика по условиям быстродействия и помехозащищенности, произведено моделирование высокочастотного тракта и определена схема организации канала связи.

Заключение содержит обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1.

Закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазных замыканий на землю при реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ. в том числе закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения пулевой последовательности.

Повышение электробезопасности в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ при однофазном замыкании на землю может быть достигнуто путем быстродействующего отключения поврежденного участка сети с упреждающим шунтированием поврежденной фазы непосредственно на зажимах дополнительного источника питания. Поэтому были выявлены закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазных замыканий на землю и реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, в том числе закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности, позволяющие определить нижний порог чувствительности защит от однофазных замыканий на землю.

Зависимости тока и напряжения нулевой последовательности и их фазовые соотношения установлены для следующих условий:

• переходное сопротивление при металлическом замыкании фазы на корпус электрооборудования принято равным сопротивлению контура заземления Ъл — Я-, = 4 Ом;

• сопротивление человека, стоящего на металлическом полу, при случайном прикосновении к фазе сети принимается равным — Я3 = 1000 Ом;

• сопротивление человека стоящего на земле с учетом переходного сопротивления обуви и сопротивления в месте растекания тока от подошвы обуви к земле при случайном прикосновении к фазе сети принимается равным Z^ = Я, = 2000 Ом;

• переходное сопротивление при пробое изолятора на деревянной опоре или падении провода на грунт с большим удельным сопротивлением — Я, = 6000 Ом;

• tg5 = 0,01, активная проводимость изоляции равна в = 0,01шС;

• естественная асимметрия емкостей фаз составляет 10%.

Показано, что увеличение активной проводимости изоляции, а следовательно, и активной составляющей тока нулевой последовательности. приводит к изменению угла между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности, что безусловно сказывается на работе устройств защит направленного действия. Угол между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности, без учета асимметрии сети и компенсирующего действия фильтра напряжения нулевой последовательности, определяется выражением <р~ ^¡2- 8- Если {¿'й<0.3, то активная проводимость изоляции оказывает незначительное влияние на величину тока нулевой последовательности (менее 4.5%). Сезонные изменения г§5 изоляции сети приводит к изменению фазовых соотношений между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности в пределах от 90 до 10 эл. градусов.

С использованием метода эквивалентного генератора показано, что при известных параметрах и количестве подключенных фильтров напряжения нулевой последовательности на конкретном горном предприятии при данных климатических условиях, угол между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности определяется:

9со2СЪ,.-1

3{(7Г + Ъ®С1фУаЬг

где Ьт, От - параметры фильтра напряжения нулевой последовательности;

С - полная емкость сети относительно земли.

Определено напряжение, приложенное к измерительному органу при условии, что угол между током нулевой последовательности и напряжением нулевой последовательности изменяется в пределах 0<р<180°

it -it |Ф~0.55/д2ф

ии о -

V те

Из анализа угловых характеристик работы реле для поврежденного и неповрежденного присоединений установлено, что при попадании вектора тока в зоны 43° < ф < 137° и 227° < ф < 317° ложно срабатывают защиты на поврежденном и неповрежденном присоединении, построенные с использованием реле ЗЗП-1, т.е. эти зоны являются зонами совместного неизбирательного действия реле ЗЗП-1.

Показано, что для исключения зоны совместного неизбирательного действия защит должно выполняться условие UL;o > 0,7U. Если угол срабатывания защиты на поврежденном присоединении 90° > ф > 270°, угол срабатывания защиты на неповрежденном присоединении 90° < ф < 270°, то возможна удовлетворительная работа защит, если емкость сети на фазу не превышает 0,5 мкФ.

При несимметрии проводимостей распределительной сети напряжение нулевой последовательности равно

и ¿я 2gA - (gB - v;3\) - (gc + fib)____

2 (lb0tgS + gA +gB+gc) + j{^ +b( +bB+bc)

и л №>л +(Уза, +b„)+(-!3gc -/>,.))

2 (зbttgS + gA +gB+ &•)+./( ЪЬф +bA +bB +6r) Результаты анализа данного выражения для различных видов несимметрии проводимостей сети относительно земли представлены в таблице 1.

На основании анализа диапазонов изменения возможных значений начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности установлено, что:

• диапазон изменения начальной фазы напряжения нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю на фазах А, В или С не перекрываются и однозначно характеризует замкнувшуюся фазу;

• для определения фазы сети, замкнувшейся на землю, по начальной фазе напряжения нулевой последовательности, необходимо выделить в диапазоне изменения начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности области, в которых она

Несимметрия проводимостей Вектор напряжения нулевой последовательности Пределы изменения начальной фазы

емкостных проводимостей г г . ..... Л 0 - - С 4 / ч 90<р<180°+£

емкостной фазы В г п (. и = - и .( ---- / ----- -V З&^+ДЗ Ьф + Ь„) 60° <<р< 60° + 3

емкостной фазы С Л Г- Фс 1<1, = С ,1 • , V зьф^з+]{зьф+ьс) 300' < (р < 300° +<>'

емкостной поврежденной ^ ___1 90" < р<180° +<!>

емкостной отстающей ... г _ . -"'А__ 60 < <р<\ 80°

емкостной опережающей <рж <(р<\80°

активной отстающей г g.^+"2gs 1 ЗbфtgS + gi+gв+jЗbф. ^<^<180°

активной опережающей ' 6Ь^6 + 2?>А+2ёс+]6Ьф 90 < <р < <р„,е

активной отстающей и емкостной поврежденной с _ г 8 л +а2£в ЗbфrgЗ + gA+gв+j{зbф+b^ <рж<<р< 90°

активной опережающей и емкостной поврежденной * 6Ъ^в + 2хл + +]{бЬф+ Щ) 90° < ¡р < <рн!С

активной отстающей и емкостной опережающей с с, Яя+^Кв+Мс ' 3ЬФ1$5 + gл+ gu + у(зЬф + Ьс) <р,к<<р<\Ш

активной опережающей и емкостной отстающей С 0 - С А 1 ч 3 Ь^З + gл + +./[ЗЬф + ьв) V^ <Р ^ <»„,:

может находиться только в режиме замыкания на землю одной

из фаз А, В или С.

В результате расчета амплитудно-фазовых соотношений показано, что начальная фаза вектора напряжения нулевой последовательности при замыкании на землю не выходит за пределы значений: при замыкании фазы А Дфо=90° ч- 180°;

при замыкании фазы В Дфо=-30° 60°;

при замыкании фазы С Дфо=210° -ь 300°;

На основании полученных результатов разработан алгоритм, обеспечивающий оптимальную структуру и повышенную селективность определения поврежденного присоединения и поврежденной фазы.

Положение 2.

Метод и технические средства защиты электротехнических комплексов 6(10) кВ от однофазных замыкании на землю при наличии дополнительных источников питания, включая определитель поврежденного присоединения, определитель поврежденной фазы и канал связи устройств защиты по линиям электропередачи.

Наличие в системах электроснабжения территориально рассредоточенных дополнительных источников питания представляет опасность для жизни человека при однофазных замыканиях на землю, т.к. при отключении системы от основного источника питания генерируемый ими ток однофазного замыкания на землю превышает допустимую величину. Поэтому предложена структура построения защиты от однофазных замыканий на землю, представленная на рис. I. На рис.1, обозначены:

ОПП - определитель поврежденного присоединения;

ОПФ - определитель поврежденной фазы;

Пер - передатчик;

& - логический элемент «И».

В качестве среды для передачи информационно-управляющих сигналов использованы линии электропередачи напряжением 6(10) кВ, что позволило преодолеть проблемы, связанные с территориальной рассредоточенностью энергетических объектов. Определено затухание высокочастотных сигналов в линии электропередачи напряжением 6(10) кВ на тональных частотах, обоснованы схемы ввода сигналов в линию и схемы приемопередающих устройств.

В связи с тем, что на подстанциях 35/6(10) кВ используются косинусные конденсаторные батареи мощностью в несколько сот квар, включенные на междуфазное напряжение, использование каналов свя-

К диспетчеру

зи с вводом сигнала по схеме "фаза-фаза" без высокочастотных заградителей невозможно. Поэтому единственно целесообразной схемой организации канала связи является схема "фаза-земля".

Ввиду того, что при однофазных замыканиях на землю одна фаза может быть замкнута на землю, для организации устойчивой передачи сигнала на включение соответствующего короткозамыкателя должна быть предусмотрена передача сигнала по двум фазам посредством соответствующего устройства присоединения каналообразую-щей аппаратуры к линии электропередачи. Схема для расчета затухания линейного тракта приведена на рис.2.

Рис.2.

На рис.2 обозначены: Пер - эквивалентный генератор, подключенный непосредственно к

линейному тракту; Пр - приемник;

Зкь аК2 - концевое затухание, соответственно, на передающем и на приемном конце (дополнительное затухание в сопротивлениях нагрузки нерабочих фаз); оси - коэффициент затухания модального канала: 1 - длина линии.

Исходя из схемы на рис.2, затухание линейного тракта определялось по формуле:

где: Дотр - дополнительное затухание, вызванное многократным отражением междуфазных волн от конца линии. Практически всегда в условиях горных предприятий в "земляном" канале затухание больше 15 дб. Поэтому можно принять д =<).

Концевые затухания на приемном и передающем концах определяются из выражений:

= 101« = I01g

' S

пру

'^Ul/ip

где: SnCp, S„p - соответственно, кажущаяся мощность эквивалентного 14

передатчика и мощность, поступающая на вход приемника; 8(П)пер, 8(В)ир - соответственно мощности на передающем и приемном

концах.

Установлено, что значительная суммарная емкость линий электропередачи на землю, подключенных к шинам 6(10) кВ, создает большое концевое затухание, ограничивающее целесообразный частотный диапазон применяемых тональных частот в пределах 1-8 кГц.

Устройство присоединения включает в себя конденсатор связи, фильтр присоединения и согласующий трансформатор. Конденсатор связи рассчитывается на линейное напряжение сети.

На тональных частотах уровни помех в сетях 6(10) кВ определяются в основном нечетными гармониками промышленной частоты и составляет 23,5 дб (50 мВ на нагрузке 600 Ом) в диапазоне частот 2002000 Гц. Уровень флуктуационных помех на частоте 20 кГц в полосе 1 кГц составляет 25 дб (43,6 мВ на нагрузке 600 Ом).

Импульсные помехи, вызванные коммутационными операциями с высоковольтной аппаратурой и длящиеся доли секунд, в расчетах не учитывались.

Минимальная мощность и напряжение на выходе передатчика определены в зависимости от величины суммарного затухания сигнала в линейном тракте.

Установлена зависимость мощности 1>1гер и минимально необходимого напряжения на выходе передатчика от частоты при нагрузке 600 Ом, которая приведена в таблице 2.

Таблица 2

Частота £ кГц 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Рпер, Вт 0.11 0.40 2.57 12.6 41.7 219 851 3.09 НР 1.12 К)4 4.07 К)4 1.14 1(Р

ипер, В 7.75 15.5 39.3 86.9 157 362 710 1.36 ИР 2.59 ИР 4.94 10' 9.21 1(Р

Анализ данных таблицы 2 показывает, что при отказе от установки на линии электропередачи высокочастотных заградительных фильтров частота передающего сигнала должна находиться в пределах 1^-8 кГц, тогда минимально необходимая мощность передатчика не превышает 100 Вт. При большей частоте минимально необходимая мощность передатчика резко возрастает и составляет 219 Вт на частоте 10 кГц и свыше 114 кВт на частоте 20 кГц.

Выполнено моделирование высокочастотного канала цепочечной П-образной схемой замещения, в которой одна ячейка моделирует 0.5 км линии электропередачи 6(10) кВ с параметрами: Ьояч = 2,2 мГн,

Сояч = 6000 пФ, г,0.яч= 5 Ом при частоте f = 1-10 кГц, г10.яч = И) Ом при частоте f = 12-20 кГц. Показано, что экспериментально полученная зависимость U,ip/U,Kp в диапазоне частот 4+10 кГц отличается от расчетной не более чем на 25° о.

Предложена структурная схема организации канала связи по ЛЭП 6(10) кВ, которая содержит:

• у каждого дополнительного источника питания устанавливается приемное устройство, подключаемое по схеме "фаза-земля" к двум фазам линии электропередачи 6(10) кВ через трансформатор ввода и полосовой фильтр, состоящий из конденсатора присоединения и дросселя присоединения. Рабочая частота выбирается в диапазоне 1-8 кГц. а мощность передатчика в пределах до 100 Вт.

• на питающей подстанции 35/6(10) кВ устанавливается одно передающее устройство, подключаемое к шинам 6(10) кВ по такой же схеме, что и у дополнительного источника питания. Оно обеспечивает канал связи со всеми дополнительными источниками питания, связанными линиями передачи с шинами 6(10) кВ данной питающей подстанции.

Предложенная защита, по сравнению с известными, имеет минимально возможное время срабатывания.

Алгоритм работы защиты представлен на рис.3.

Время срабатывания защиты до шунтирования поврежденной

фазы

t„i=max(tono; tonn)+tm+tKi,

время срабатывания защиты до отключения поврежденного присоединения

te.j^maxtti>iю-, toiнi)+tn+tn, где ton<j> - время определения поврежденной фазы:

torin - время определения поврежденного присоединения;

tKJ - время срабатывания короткозамыкателя;

tue - время передачи сигнала;

tß - время срабатывания выключателя;

tn - время задержки подачи сигнала на выключение выключателя.

Предложенная схема защиты от однофазных замыканий на землю обеспечивает шунтирование поврежденной фазы за время 0,015+0,02 с и отключение поврежденного присоединения за время 0,065+0,07 с.

Рис.3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано решение научной задачи, заключающейся в разработке системы и средств повышения электробезопасности в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ при наличии дополнительных источников питания.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана обобщенная схема замещения сети горного предприятия для расчета однофазных замыканий на землю. Определены параметры элементов, входящих в схему замещения сети горного предприятия. Установлен диапазон варьирования параметров элементов распределительной сети 6(10) кВ. Показано, что емкость фазы относительно земли может изменяться в пределах 0.25+9 мкф, тангенс угла диэлектрических потерь - от 0.02 до 5.5, уровень несимметрии фазных проводимостей относительно земли - до 8° о, сопротивление в месте замыкания на землю - до 30 кОм/фазу.

2. Получены расчетные соотношения для определения токов однофазного замыкания на землю при питании ог основного источника с учетом несимметрии фазных параметров, определяющих активную и емкостную составляющие проводимости относительно земли. Установлены зависимости напряжения и тока нулевой последовательности от вариации емкости фазы относительно земли в пределах 0+8 мкф и вариации величины переходного сопротивления в точке замыкания на землю в пределах 4+6000 Ом. Показано, что при емкости фазы относительно земли 8 мкф и переходном сопротивлении 1000 Ом величина тока нулевой последовательности составляет 3.5 А, а величина напряжения нулевой последовательности составляет 72 В. При емкости фазы относительно земли 8 мкф и переходном сопротивлении 6000 Ом величина тока нулевой последовательности составляет 0.75 А, а величина напряжения нулевой последовательности составляет 12 В. При таких показателях однофазное замыкание на землю представляет опасность для обслуживающего персонала и должно быть отключено за минимально возможное время.

3. Установлено, что токи однофазного замыкания на землю при питании от дополнительного источника значительно уменьшаются по сравнению со случаем однофазного замыкания на землю при питании присоединения от основного источника (2-3 и более раз). Однако они продолжают представлять опасность для жизни человека. Поэтому целесообразно шунтировать на землю поврежденную фазу непосредственно у дополнительного источника питания, не дожи-

даясь отключения поврежденного присоединения выключателем, установленным на шинах питающей электроподстанции. Известные защиты от однофазных замыканий на землю, реагирующие на направление мощности нулевой последовательности и построенные на принципе сравнения по фазе напряжения и тока нулевой последовательности, имеют на своих характеристиках зоны неизбирательного действия, что приводит к групповым отключениям питающих линий и значительным ущербам от перерывов электроснабжения. Поэтому устройства отключения поврежденного присоединения должны иметь независимые зоны работы, что может быть достигнуто путем блокировки действия защиты по отстающему току.

4. Выявлены закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазных замыканий на землю и реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, а именно: активные и емкостные проводимости изоляции фаз относительно земли одинаковы; имеют место различные виды емкостной и активной несимметрии относительно земли, а также изменяется величина переход-нога сопротивления в точке замыкания на землю. Установлены пределы изменения амплитуд и фазовых сдвигов напряжений при замыканиях на землю фаз А, В и С и симметрии и несимметрии в пределах 10" о активных и емкостных проводимостей неповрежденных фаз относительно земли.

5. На основе анализа амплитудно-фазовых соотношений установлено, что при сопротивлении в точке замыкания более 5 кОм и емкости сети более 3 мкф/фазу амплитуды напряжений на различных фазах практически одинаковы. При изменении тангенса угла диэлектрических потерь сети в пределах от 0.01 до 1 угловые характеристики напряжений при несимметрии на отстающей фазе могут совпадать. Поэтому амплитудно-фазовые соотношения для фазных напряжений не позволяют выявить поврежденную при однофазном замыкании на землю фазу сети во всем диапазоне варьирования параметров сети.

6. Выявлены закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности при заданной вариации параметров распределительной сети. Показано, что величина начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности, в отличие от других величин, таких как амплитуда вектора напряжения нулевой последовательности, амплитуды и начальные фазы векторов напряжений фаз сети, однозначно характеризует замкнувшуюся фазу во всем диапазоне варьирования параметров сети. В диапазоне изменения начальной фазы вектора напряжения нулевой

последовательности выделены области значений начальной фазы, которые она принимает только в режиме замыкания на землю одной из фаз сети А, В или С. Амплитуда напряжения нулевой последовательности в неповрежденной распределительной сети при всех случаях несимметрии изоляции фаз не превышает 0.05.

7. Разработаны метод и технические средства защиты электротехнических комплексов 6(10) кВ от однофазных замыканий на землю при наличии основных и дополнительных источников питания. Предложена оптимальная структура построения защиты. Разработаны обладающие повышенной селективностью действия определители поврежденного присоединения и поврежденной фазы. Разработаны алгоритмы и реализации определителей поврежденного присоединения и поврежденной фазы.

8. Установлено, что ввод тонального частотного сигнала в линию электропередачи 6(10) кВ целесообразно осуществлять к двум фазам по двум независимым каналам, подключенным по схеме "фаза-земля", что обусловлено наличием батарей косинусных конденсаторов, включенных на междуфазное напряжение, а также экономической нецелесообразностью установки заграждающих фильтров на линии электропередачи. Схема защиты должна содержать логический блок "ИЛИ", подключенный перед приемником.

9. Значительная протяженность линий электропередачи 6(10) кВ, подключенных к шинам питающей подстанции 36/6(10) кВ, а также наличие кабельных вставок приводит к увеличению суммарной емкости линий электропередачи на землю до 2,4-2,7 мкФ. что вызывает резкое увеличение затухания линейного тракта на верхнем диапазоне тональных частот (более 10 кГц) и ограничивает возможный диапазон использования тональных частот в пределах 1-н8 кГц. Произведены расчеты затухания линейного тракта, выбор схем и расчет затухания устройств присоединения и уровня помех на входе приемных устройств, что позволило рассчитать необходимую мощность передатчика для организации канала связи по линиям электропередачи 6(10) кВ длиной до 20 км, которая для частот 1+8 кГц не превышает 100 Вт. При частотах выше 12 кГц минимально необходимая мощность передатчика достигает десятков киловатт.

10. Проведенное физическое моделирование высокочастотного линейного тракта показало хорошее совпадение (расхождение до 20%) расчетного, при принятых допущениях, и экспериментально полученного значения затухания линейного тракта в диапазоне тональных частот. Выбрана структурная схема организации канала связи на тональных частотах по линиям электропередачи 6(10) кВ. Показано, что предложенная защита от ОЗЗ обеспечивает шунтирование

на землю поврежденной фазы за время 0,015+0.02 с и отключение

поврежденного присоединения за время 0.065+0.07 с.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

I.Защита от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях горных предприятий //Программа и тезисы докладов научной конференции студентов и молодых ученых ГЭМФ, СПб, 1995.

2. Двухстороннее отключение питания как средство обеспечения электробезопасности на открытых горных работах //Тезисы докладов ежегодной научной конференции студентов и молодых ученых СПГГИ('ГУ) «Полезные ископаемые России и их освоение», СПб, 1996.

3. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6(10) кВ с двухсторонним питанием //Международный симпозиум «Энергосберегающие технологии при добыче, переработке и транспортировке твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых». СПб. 1996.

4. Передача сигналов управления защитой от однофазных замыканий на землю по линиям электроснабжения //Тезисы докладов ежегодной научной конференции студентов и молодых ученых СПГГИ(ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение», СПб, 1997.

5. Электробезопасность в сетях с изолированной нейтралью с основными и дополнительными источниками питания //Производственно-техническое совещание «Создание нового энергетического оборудования для нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслей», г. Альметьевск, 1997.

6. Электробезопасность в сетях с изолированной нейтралью при наличии основных и дополнительных источников питания //V Международный Форум «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология» (ETER), СПб. 1997.

7. Поввышение уровня электробезопасности в распределительных сетях горных предприятий при наличии основных и дополнительных источников питания //Тезисы докладов ежегодной научной конференции студентов и молодых ученых СПГГИ(ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение», СПб, 1998.

РИЦ СПГГИ. 18.11.98. 3.486. т. 100 экз. 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

61: Ц

Санкт-Петербургский государственный горный институт им.

Г.В.Плеханова (технический университет)

ЕВСЕЕВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗАЩИТА ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) кВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ

Специальность 05.09.03 - "Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование"

На правах рукописи

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б.Н.

С а н кт- П етер бу р г 1998

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. 5

ГЛАВА 1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СО- 12 ВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) КВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ.

1.1. Электротравматизм при однофазных замыканиях 12 на землю.

1.2. Ущербы от перерывов электроснабжения горных 23 предприятий.

1.3. Параметры и характеристики устройств определе- 26 ния поврежденного присоединения.

1.4. Алгоритм функционирования и характеристики 28 устройств определения поврежденной фазы.

1.5. Информационное совмещение компонентов ком- 31 плексной защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания.

1.6. Цели и задачи диссертационной работы. 34

ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫ- 36 КАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) КВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ.

2.1. Структура и параметры электрооборудования в 36 электротехнических комплексах напряжением 6(10)

кВ.

2.2. Параметры элементов системы электроснабжения. 41

2.3. Определение емкостного тока замыкания на землю. 43 Выводы к главе 2. 63

ГЛАВА 3 ВЫЯВЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ С ИС- 66 ПОЛЬЗОВАНИЕМ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ СООТНОШЕНИЙ ДЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РЕЖИМЕ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ.

3.1. Влияние проводимостей фаз относительно земли на 66 амплитудно-фазовую характеристику напряжения нулевой последовательности.

3.2. Амплитудно-фазовые характеристики, характери- 79 зующие поврежденную фазу сети при однофазном замыкании на землю.

Выводы к главе 3. 89

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА КОМПОНЕНТОВ КОМПЛЕКС- 91 НОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ПРИ НАЛИЧИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ.

4.1. Определитель поврежденного присоединения. 91

4.2. Определитель поврежденной фазы. 97

4.3. Структура, алгоритм функционирования и пара- 109 метры комплексной защиты.

Выводы к главе 4. 116

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА КАНАЛА СВЯЗИ КОМПОНЕН- 122 TOB УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ПО ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ

6(10) кв.

5.1. Расчет затухания высокочастотных сигналов то- 122 нальной частоты в линиях электропередачи напряжением 6(10) кВ, определение схемы ввода сигнала в сеть и исходных данных для проектирования рие-

мо-передающего устройства.

5.2. Расчет затухания линейного тракта. 127

5.3. Расчет концевого затухания на передающем конце. 137

5.4. Устройства присоединения. 139

5.5. Уровни помех в сетях напряжением 6(10) кВ. 142

5.6. Расчет минимальной мощности передатчика. 142

5.7. Моделирование высокочастотного линейного трак- 144 та.

5.8. Схема организации канала связи. 148 Выводы к главе 5. 150

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 152

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. 157

ПРИЛОЖЕНИЯ. 167

ВВЕДЕНИЕ

Электротехнические комплексы являются одним из основных компонентов сооружений, определяющих технико-экономические и энергетические показатели предприятий по добыче, переработке и транспортировке твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых. Надежность их функционирования в значительной мере определяется надежностью электрооборудования напряжением 6(10) кВ. К основным видам оборудования электротехнических комплексов на горных предприятиях в первую очередь относятся электрические распределительные сети и электротехнологическое оборудование напряжением 6(10) кВ, в том числе синхронные и асинхронные двигатели стационарных и передвижных технологических установок, которые могут рассматриваться как дополнительные источники электропитания после отключения от энергетической системы.

В распределительных сетях горных предприятий напряжением 6(10) кВ в соответствии с ПУЭ и отраслевыми Правилами безопасности должны устанавливаться устройства защиты от междуфазных коротких замыканий и замыканий и утечек на землю, которые призваны обеспечить защиту сетей и установок от всех видов повреждений. Применяемые в настоящее время устройства защиты от замыканий и утечек на землю не обеспечивают контроль всех видов повреждений, не в полной мере отвечают предъявленным к ним требованиям и обладают достаточно низкой функциональной надежностью. Основным недостатком серийно выпускаемых устройств защиты от однофазных замыканий на землю являются ложные срабатывания (неселективные и групповые отключения, число которых достигает 40%), что при массовом внедрении приводит к снижению надежности электроснабжения, простою высокопроизводительного оборудования и ощутимым

ущербам.

Для повышения уровня электробезопасности и снижения числа ложных отключений в электротехнических комплексах на открытых горных работах предусматриваются определители поврежденного присоединения, поврежденной фазы и шунтирования ее на землю на питающей подстанции или распределительном пункте. Протяженность отходящих присоединений напряжением 6(10) кВ, как правило, превышает длину, в пределах которой обеспечивается электробезопасность, что требует установки короткозамыкателя непосредственно у дополнительного источника питания.

Для обеспечения селективного действия защиты в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ необходимо повысить надежность выявления поврежденного присоединения, поврежденной фазы и преодолеть территориальную рассосредоточенность энергообъектов при управлении шунтированием поврежденной фазы.

Однако, до настоящего времени не выявлены закономерности и параметры, характеризующие амплитудно-фазовые соотношения для токов и напряжений при возможных режимах однофазного замыкания на землю при реальной вариации параметров секций сборных шин 6(10) кВ, не выявлены закономерности изменения пределов начальной фазы вектора напряжения нулевой последовательности при заданной вариации параметров распределительной сети, не определено, какая величина однозначно характеризует замкнувшуюся фазу во всем диапазоне варьирования параметров сети, не разработан метод, обеспечивающий повышение селективности выявления поврежденного присоединения и фазы и информационного взаимодействия компонентов устройства защиты в условиях территориально рассредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды.

Актуальность исследований, связанных с работой защит от однофазных замыканий на землю энергообъектов территориально рассредоточенных электротехнических комплексов, подчеркивается в работах ведущих специалистов в данной области, в том числе в публикациях В.И. Щуцкого, Б.М. Ягудаева, Е.Ф. Цапенко, В.В. Дегтярева, В.И. Корогодского, В.Я. Чаронова, В.П. Ганского, В.В. Павлова и др. Однако, к настоящему времени не решен комплекс вопросов, связанных с повышением электробезопасности и снижением числа ложных отключений электроустановок горных предприятий. Поэтому чрезвычайно актуальным представляется разработка защиты от однофазных замыканий на землю, обеспечивающей селективное определение поврежденного присоединения, надежное определение поврежденной фазы и ее шунтирование на землю путем передачи информационно-управляющего сигнала на короткозамыкатель, расположенный непосредственно на дополнительном источнике питания.

Идея работы заключается в повышении уровня электробезопасности и снижении ущербов от перерывов электроснабжения путем повышения селективности выявления поврежденных присоединений и фазы, быстродействующей передачи информации о поврежденной фазе по линиям 6(10) кВ к дополнительным источникам питания, шунтировании на землю поврежденной фазы непосредственно у дополнительного источника и отключении поврежденного присоединения.

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке системы и средств повышения электробезопасности в распределительных сетях 6(10) кВ горных предприятий при наличии дополнительных источников питания.

Для практической реализации поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• разработана математическая модель для определения параметров

однофазных замыканий на землю при наличии дополнительных источников питания;

• выявлены амплитудно-фазовые соотношения для напряжений в трехфазной сети при вариациях проводимостей фаз относительно земли и характеристик дополнительных источников питания;

• разработана структура, алгоритм функционирования и компоненты устройств защитного шунтирования поврежденной фазы и отключения поврежденного присоединения;

• разработаны метод и схемные реализации элементов устройств защитного шунтирования, защитного отключения и их информационного взаимодействия в условиях территориально рассредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды.

В результате выполнения работы:

• разработаны технические средства, обеспечивающие повышение селективности выявления поврежденного присоединения и фазы и информационное взаимодействие компонентов устройства защиты в условиях территориально рассосредоточенных объектов с использованием электрической сети в качестве передающей среды;

• предложена оптимальная структура построения защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, обладающая повышенной селективностью действия независимо- от протяженности линии электропередачи в пределах горного предприятия;

• даны рекомендации по проектированию каналообразующей аппаратуры и минимизации мощности передающего устройства.

Результаты работы реализованы при создании технических

средств защиты от однофазных замыканий на землю в электротехни-

ческих комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания. За счет использования результатов диссертационной работы сокращено время простоя добычного оборудования и повышен уровень электробезопасности. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в нефтегазодобывающем управлении «Джалильнефть» составляет 47 тыс. руб.

Диссертация состоит из 5 глав. Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность.

В главе 1 рассмотрены проблемы совершенствования устройств защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, научно-технические задачи разработки определителя поврежденного присоединения, определителя поврежденной фазы, возможность применения существующих быстродействующих устройств защитного закорачивания поврежденной фазы сети, а также вопросы информационного совмещения компонентов комплексной защиты от однофазных замыканий на землю, сформулированы цель и задачи исследования.

В главе 2 произведен анализ процесса однофазного замыкания на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания, рассмотрены структура и параметры распределительных сетей и отдельных элементов системы электроснабжения и определен емкостный ток замыкания на землю, обусловленный как основным, так и дополнительным источником питания.

В главе 3 выявлены амплитудно-фазовые соотношения для напряжений при однофазном замыкании на землю при симметрии активных и емкостных проводимостей изоляции фаз относительно земли и при различных видах их несимметрии, а также при изменении величины переходного сопротивления в точке замыкания на землю. Разра-

ботана методика и алгоритм выявления поврежденной фазы сети при однофазном замыкании на землю.

В главе 4 приведены результаты разработки структуры и компонентов быстродействующей направленной комплексной защиты от однофазных замыканий на землю в электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ с дополнительными источниками питания с шунтированием поврежденной фазы у дополнительного источника, а именно: определителей поврежденного присоединения и поврежденной фазы, позволяющие повысить селективность действия защиты от однофазных замыканий на землю и определить поврежденную фазу ...... з мс, дана оценка селективности и оыстродеиствия

комплексной защиты от однофазных замыканий на землю.

В главе 5 разработан канал передачи аварийного сигнала от устройств защиты, расположенных на подстанции 35(110)/6(10) кВ к устройству защитного шунтирования поврежденной фазы на землю, а также приведены результаты расчета затухания высокочастотных сигналов в линиях электропередачи на тональных частотах, определена схема ввода сигнала в линию, рассчитаны исходные данные для расчета приемо-передающего устройства, разработаны схемы устройств присоединения приемо-передающего устройства к линии электропередачи, рассчитана минимально необходимая мощность передатчика по условиям быстродействия и помехозащищенности, произведено моделирование высокочастотного тракта и определена схема организации канала связи.

Заключение содержит обобщенные выводы по результатам проведенных исследований в соответствии с целью и решенными задачами диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 166 страницах. Содержит 17 рисунков, 20 таб-

лиц, список литературы из 101 наименования и 2 приложений. Общий объем работы 178 страниц.

ГЛАВА 1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) КВ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ.

1Л. Электротравматизм при однофазных замыканиях на землю.

Особенностями эксплуатации электротехнических комплексов напряжением 6(10) кВ предприятий по добыче, переработке и транспортировке твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых являются:

• тяжелые условия эксплуатации в связи с непрерывным перемещением фронта горных работ и, соответственно, непрерывным или периодическим перемещением основного оборудования;

• территориальная рассредоточенность основных энергообъектов;

• расположение оборудования на открытом воздухе, в условиях повышенной влажности и грозовой активности;

• различные состояния почвы на территории предприятия, рабочих уступах, непостоянство рабочих горизонтов и перепады высот;

• ведение взрывных работ, связанных с опасностью повреждения электрооборудования;

• присутствие персонала и передвижных машин и механизмов вблизи электроустановок.

Указанные особенности являются причиной повышенного электротравматизма и значительного экономического ущерба от перерывов электроснабжения, вызванных отключениями линий электропередачи из-за однофазных замыканий на землю. Причиной значительной части отключений являются ложные срабатывания зашит от указанно-

го вида замыканий.

Анализ электротравматизма на ряде предприятий по добыче, переработке и транспортировке твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых показал, что подавляющее большинство несчастных случаев приходится на элементы системы электроснабжения напряжением 6-К35 кВ; 78-^95% электропоражений вызвано непосредственным прикосновением к токоведущим частям, остальные - прикосновением к металлическим частям электрооборудования, случайно оказавшимся под напряжением при обрыве или отсутствии заземления. В электротехнических комплексах напряжением 6(10) кВ однофазные замыкания на землю должны быть отключены за время, в течение которого уровни напряжения прикосновения и токов, протекающих через тело человека не превышают предельно допустимых по условиям электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82. Наибольшие допустимые для человека синусоидальные токи в зависимости от продолжительности воздействия и соответствующие им значения приложенного напряжения приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

ГОСТ 12.1.038-82 - наибольшие допустимые для человека синусоидальные токи 1ч в зависимости от продолжительности воздействия I и соответствующие им значения приложенного напряжения ипр

Электроустановка Нор-мир. величина Продолжительность воздействия тока 1, с

0.1 0.2 0.5 0.7 1.0 3.0 3-10

50 Гц, 6-ь35 кВ ипр, В 500 250 100 75 50 36 36

1ч, шА 500 250 100 75 50 6 6

Необходимым условием для достижения этого является прежде всего снятие напряжения с поврежденного элемента системы. Однако это условие не является достаточным. После изол�