Надежность и электробезопасность распределительных сетей горных предприятий

ыполненный анализ эксплуатационных данных аварийности распределительных сетей горных предприятий показывает, что на долю замыканий на землю приходится до 65-90% всех повреждений. Частота замыканий на землю в распределительных сетях и их элементах определяется условиями эксплуатации, назначением и конструктивным исполнением.

Анализ повреждаемости элементов электрических сетей открытых горных работ [2, 3] показывает, что преобладающий вид повреждений — однофазные замыкания на землю. Указанные повреждения составляют от 65 до 90 % всех видов повреждений в карьерных сетях. Около 40 % однофазных замыканий приходится на экскаваторный кабель, 17— 18 % — на воздушные линии и примерно столько же на электрооборудование экскаваторов. Основная масса замыканий на землю в кабельных сетях происходит на концевых разделках и в местах ремонта кабеля (около 45 %). Примерно такое же количество замыканий происходит по длине кабеля в виде электрического пробоя в результате износа жильной или шланговой изоляции. Замыкания на землю кабелей, вызванные механическими повреждениями, составляют менее 20 %. Междуфазные замыкания в кабельной сети, как правило, - следствие однофазных замыканий. Их количество колеблется в пределах 10—20 % всех видов повреждений. Следует также отметить, что по до 17 % однофазных замыканий на землю переходят в двойные замыкания на землю в разных точках распределительной сети.

Исследования показали, что самый низкий уровень эксплуатационной надежности соответствует сетям с полностью изолированной нейтралью, а также сетям с компенсированной нейтралью при расстройках компенсации на 20% и более от резонансной. Это обусловлено высокой повреждаемостью элементов систем электроснабжения от действия внутренних перенапряжений и феррорезонансных явлений.

Следует отметить, что наиболее высокая эксплуатационная надежность обеспечивается в распределительных сетях с наложением дополнительной активной составляющей на ток замыкания на землю (сети с резистором в нейтрали). В таких сетях при определенных условиях резко ограничиваются уровни внутренних перенапряжений, сопровождающих несимметричные повреждения, практически исключается развитие феррорезонансных процессов, что, соответственно, способствует уменьшению повреждаемости элементов сети. Кроме того, при этом практически исключается ложная работа устройств защиты от замыканий на землю за счет резкого подавления (практически устранениния) переходных процессов при появлении и отключении повреждений.

С целью повышения эксплуатационной надежности и уровня электробезопасности, а также с учетом того, что в электрических сетях напряжением 6-35 кВ системы электроснабжения большинства промышленных предприятий при превышении токов замыкания на землю допустимых значений, установлены дугогасящие реакторы, не оборудованные устройствами автоматической настройки индуктивности в резонанс с емкостью сети (кроме того, зачастую эксплуатационная динамика указанных сетей может превышать 20-процентное изменение параметров изоляции сетей относительно земли), нами предлагаются для указанных сетей следующие рекомендации по оптимизации заземления нейтрали.

1. Если в сетях напряжением 6-35 кВ значение емкостного тока однофазного замыкания на землю составляет значение до 10 А и они работают с нейтралью, полность изолированной от земли, предлагается режим работы с резистором в нейтрали, т.е. наложение в аварийном режиме на емкостный ток замыкания активной составляющей, значение которой выбирается из условия наложения на сеть от 50 до 100 % от емкостной [1].

Как показано в [2], такой режим обеспечивает подавление переходных процессов, улучшение работоспособности устройств защиты от замыканий на землю, исключает фер-рорезонансные явления, чем и достигается повышение уровня электробезопасности и надежности.

2. При емкостном токе однофазного замыкания на землю более 10 А предлагается использовать комбинированный режим работы нейтрали. Суть комбинированного режима заземления нейтрали состоит в том, что кроме создания индуктивной составляющей тока однофазного замыкания на землю, предлагается также одновременно накладывать на ток замыкания и активную составляющую. То есть, комбинированный режим заземления нейтрали - это компенсированная сеть с наложением в аварийном режиме дополнительной активной составляющей. Значение накладываемой на сеть активной составляющей тока замыкания на землю должно быть на уровне 30-50 % от емкостной составляющей, что обеспечивает эксплуатационные показатели, адекватные сетям с резистором в нейтрали даже при расстройках дугогасящего реактора до 50 % .

На рис. 1 представлена схема, поясняющая принцип реализации комбинированного режима заземления нейтрали сети. Полный аварийный ток при однофазном замыкании на землю складывается из емкостного, индуктивного, активного, обусловленого активным сопротивлением изоляции сети и активным через резистор в нейтрали. На рис. 2 для сравнения показаны зоны максимальной кратности перенапряжений от степени расстройки компенсации от резонансного режима в сети с компенсированной нейтралью (зона 1) и в сети с комбинированным режимом работы нейтрали (зона 2). Верхняя и нижняя границы зон соответствуют значениям коэффициента у равном соответственно 1 и 0,8, который учитывает физические характеристики сети, относительное место повреждения и прочее.

© Ф.П. Шкрабец, А.А. Дворников,

А.В. Остапчук, В.Г. Скосы-рев , 2003

УДК 621.316.9:621.616.13

Ф.П. Шкрабец, А.А. Дворников, А.В. Остапчук,

В.Г. Скосырев

НАДЕЖНОСТЬ И ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Известно, что надежность и безопасность работы систем электроснабжения во многом зависит от значений активного и реактивного сопротивлений изоляции сети относительно земли. В сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю на указанные характеристики систем электроснабжения существенное влияние оказывает режим настройки компенсирующего устройства. Непрерывный и автоматический контроль значений составляющих изоляции электрической сети (активного и емкостного сопротивлений изоляции фаз сети относительно земли, индуктивности компенсирующего устройства) позволит прогнозировать появление опасных состояний системы и, при имеющейся технической возможности, вводить опережающие управляющие команды, позволяющие минимизировать возможный ущерб и опасность .

Чтобы повысить надежность систем электроснабжения, повысить эффективность работы дугогасящих реакторов, снизить вероятность аварий из-за неаварийного постепенного снижения уровня активного сопротивления изоляции, повысить уровень электробезопасности сетей необходима система непрерывного контроля изоляции.

Предложенный авторами метод непрерывного измерения значений составляющих сопротивления изоляции сети относительно земли под рабочим напряжением основан на использовании наложенных на сеть оперативных токов непромышленной частоты. Метод, за счет использования микро-ЭВМ, может быть использован:

- для оперативной оценки уровня активного сопротивления изоляции как всей сети в целом, так и каждого из присоединений распределительной сети;

- для оперативной оценки уровня емкостного сопротивления изоляции как всей сети в целом, так и каждого из присоединений распределительной сети;

- для оперативного измерения значения индуктивности дугогасящего реактора (компенсирующего устройства);

- для выполнения избирательной сигнализации или за-

Рис. 1. Поясняющая схема комбинированного режима заземления нейтрали

Рис. 2. Зависимость кратности перенапряжений от степени расстройки реактора при комбинированном режиме заземления нейтрали

щиты от замыканий на землю в системах электроснабжения независимо от конфигурации и режима работы нейтрали сети;

- для автоматической настройки компенсирующего устройства в резонанс с емкостью распределительной сети.

Суть предложенного метода непрерывного и оперативного контроля параметров изоляции относительно земли электрической сети и ее элементов состоит в том, что на электрическую сеть относительно земли накладываются два оперативных сигнала, частоты которых не равны между собой и отличаются от промышленной. На контролируемых участках (линии или присоединении), а также в месте подключения оперативного источника устанавливаются устройства, назначением которых является снятие и обработка соответствующих сигналов. После выполнения вычислений по заранее заданной программе, выдаются сигналы, соответствующие значениям параметров изоляции в контролируемых участках системы электроснабжения.

Значение оперативного тока в контролируемом участке или сети:

I = и/1,

где I - ток наложенного сигнала, и - напряжение оперативного источника, 1 = R + ] 1 - полное сопротивление

(ОС

изоляции сети или участка для оперативной частоты ю. Подставив в формулу (1) 1 получим:

I =_и.

R + J

1

(ОС

Если на сеть или на линию накладываются одновременно два оперативных сигнала с разными частотами, тогда для каждого сигнала:

и

I =—Ul

R + j

1

12 =-

R + j

1

o1C o2C

Предположим, что емкость контролируемого участка не изменяется за время измерения, т.е. С = const. Приравняв выражения по емкости и решив их относительно активного сопротивления изоляции получим:

R = °2U211 °1U112

I112

Аналогичным образом предположив, что значение активного сопротивления изоляции контролируемого участка не изменяется (R = const), получим выражение для соответствующей емкости:

C = I112 (О2 - О1 ) .

°1°2

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Микрюков В.И. Устранение ложных отключений линий защитами от замыканий на землю в распределительных сетях разрезов и карьеров.// Промышленная энергетика. - 1981. - N9. - С.41-43.

2. Пивняк Г.Г., Шкрабец Ф.П. Несимметричные повреждения в электрических сетях карьеров: Справочное пособие. -М.: Недра, 1993. - 192 с.

3. Серов В.И., Щуцкий В.И., Ягудаев В.М. Методы и средства борьбы с замы-

каниями на землю в высоковольтных системах горных предприятий. -М.: Нау-

ка,1985. -136 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шкрабец Ф.П., Дворников А.А., Остапчук А.В. — Национальная горная академия Украины, г. Днепропетровск. Скосырев В.Г. — Государственный горно-металлургический комбинат, г. Вольногорск.