Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Общая характеристика работы 4
1.1. Особенности эксплуатации электрооборудования карьеров районов Крайнего Севера 7
1.2. Анализ состояния вопроса обеспечения надежной и безопасной эксплуатации электрооборудования на карьерах Крайнего Севера и постановка задач научного исследования 17
Глава 2. Исследование естественной заземляющей сети на карьерах Крайнего Севера 25
2.1. Исходные положения '. 25
2.2. Исследование напряжения на корпусах горных механизмов при однофазном замыкании в системе НО кВ 26
2.3. Исследование сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера 31
2.4. Вероятностная оценка сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера 42
2.5. Итоги исследования 54
Глава 3. Исследование распределения токов однофазного замыкания в карьерных электрических сетях 56
3.1. Исходные положения 56
3.2. Оценка токораспределения по элементам карьерной заземляющей сети 57
3.3. Исследование напряжения на корпусах горных механизмов при однофазных замыканиях в сети 6 кВ 65
3.4. Итоги исследования 80
Глава 4. Обеспечение целостности заземляющей сети северных карьеров 82
4.1. Исходные положения 82
4.2. Выбор и обоснование принципа действия системы контроля целостности заземляющей сети 83
4.3, Разработка устройства для осуществления контроля целостности заземляющего провода 86
4.4. Итоги исследования 104
4.5. Результаты промышленных испытаний и оценка экономической эффективности разработанных мероприятий 105
Заключение 107
Литература НО
Приложение Н8
- Особенности эксплуатации электрооборудования карьеров районов Крайнего Севера
- Исследование напряжения на корпусах горных механизмов при однофазном замыкании в системе НО кВ
- Оценка токораспределения по элементам карьерной заземляющей сети
- Выбор и обоснование принципа действия системы контроля целостности заземляющей сети
Введение к работе
Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 г.г. и на период до 1990 г. предусматривают значительный рост добычи полезных ископаемых в районах Сибири, Дальнего Востока, Крайнего Севера. Осуществление этой программы требует расширения существующих и создания новых горнорудных предприятий. Увеличение количества и мощности электрифицированных механизмов и комплексов обуславливает необходимость массовой электрификации горных разработок с привлечением значительного количества электротехнического персонала. Создание и дальнейшее развитие на Крайнем Севере крупнейших промышленных районов, таких как Норильский, ивановский, объединенный трест лЯкуталмаз" и других, показывают, что эти районы становятся исключительно перспективными в народном хозяйстве. Промышленное развитие районов Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири основано на колоссальных залежах полезных ископаемых. Крупнейшие электростанции намечено построить на базе дешевых Канско-Ачинских углей, добываемых открытым способом. Организация производства на их базе жидкого топлива даст возможность совершенствовать топливно-энергетический баланс страны и повысить уровень электрификации всех отраслей народного хозяйства, в том числе и горнорудной. Строительство Байкало-Амурской магистрали позволит начать промышленную разработку полезных ископаемых в Якутской АССР.
Подъем уровня энергетики районов Крайнего Севера и Восточной Сибири дает возможность приступить к производству мощных горнодобывающих комплексов для открытой разработки полезных ископаемых, как наиболее экономичных. Весь комплекс мероприятий позволит существенно увеличить добычу полезных ископаемых и послужит основой для более интенсивного развития всех отраслей народного хозяйства.
Настоящая работа выполнена в соответствии с научно - технической проблемой 0.74.08 задания 0І.0І.Д5: "Разработать нормы проектирования, способы выполнения и правила эксплуатационного контроля заземляющих устройств в зонах многолетнемерзлых грунтов", включенной Государственным Комитетом по науке и технике Совета Министров СССР и Президиумом ВЦСПС в координационный план важнейших работ на 1976-1980 годы и проектом на I98I-I985 годы. Излагаемые в работе вопросы посвящены анализу условий эксплуатации электроустановок на карьерах Крайнего Севера. Основной целью работы является совершенствование эксплуатации заземляющих устройств посредством разработки методики оценки и использования естественных заземли-телей и обеспечения непрерывности заземляющей сети карьера.
Актуальность проблемы. "Основные положения экономическоготи социального развития СССР, принятые на ХХУІ съезде КПСС, предусматривают значительный рост добычи полезных ископаемых в районах Сибири, Дальнего Востока, Крайнего Севера. Осуществление этой программы требует расширения существующих и создания новых горнорудных предприятий. Увеличение количества и мощности электрифицированных механизмов и комплексов обуславливает необходимость массовой электрификации горных разработок с привлечением значительного количест ва электротехнического персонала. Поэтому исследование условий эксплуатации электрооборудования на карьерах в районах Крайнего Севера является безусловно актуальным.
Целью работы является совершенствование заземляющих устройств на карьерах Крайнего Севера посредством использования естественных яаземлителей карьера и определение возможных величин напряжения на корпусах горных механизмов при осуществлении постоянного автоматического контроля целостности заземляющего провода карьерной линии электропередачи ( ЛЭП ).
Основная идея работы заключается в использовании вероятностной оценки сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера, учете распределения тока однофазного замыкания по разветвленной заземляющей сети и обеспечение допустимых напряжений на корпусах горных механизмов посредством осуществления постоянного автоматического контроля целостности заземляющей сети карьера.
Общая методика исследования включает:
- экспериментальные исследования величин сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера;
- экспериментальные исследования токораспределения по элементам сети заземления карьера при однофазных замыканиях в сети 6кВ;
- определение напряжения на корпусах горных механизмов при однофазных замыканиях в карьерных сетях 6кВ;
- создание устройства автоматического, постоянно действующего контроля целостности заземляющего провода карьерной ЛЭП.
При выполнении работы использованы методы математической статистики и теории вероятностей, для определения величин сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера применялись методы измерения электрических параметров заземляющих устройств и искусственные однофазные замыкания на заземляющую сеть.
Основные научные положения выносимые на защиту:
- методика использования защитных свойств естественных заземлителей карьера;
- учет токораспределения по элементам заземляющей сети;
- выбор и обоснование принципа действия системы контроля состояния заземляющей сети карьера;
- разработка устройства контроля целостности заземляющего провода.
Научная новизна состоит в том, что обоснован комплексный подход к оценке защитного действия сложной сети естественных заземлителей карьера в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Предложена методика определения электрических параметров естественных заземлителей, на основе использования теории вероятности и математической статистики, позволяющая осуществлять их расчет и практически использовать естественные заземлители в качестве основных карьерных заземлителей. Предложенный учет распределения тока однофазного замыкания по элементшя заземляющей сети позволяет изменить расчетную величину сопротішлешш растеканшо карьерного заземлителя в сторону увеличения. Обоснованный принцип действия и разработанное устройство контроля целостности заземляющей сети карьера позволяют иметь достоверную информацию о состоянии заземляющего про-Еода карьерных ЛЭП, высвобождая электротехнический персонал от выполнения данной работы.
Достоверность полученных результатов подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями токораспредєления в карьерных сетях, сопротивления растеканию естественных заземлителей, обработкой статистических данных повреждаемости элементов карьерных электрических сетей, апробацией в производственных условиях и подтверждением экономической эффективности системы естественных заземлителей и контроля целостности заземляющей сети.
Практическая ценность состоит в том, что разработанная методика использования естественных заземлителей карьера позволила отсоединить заземляющую систему напряжения 6кВ от системы заземления напряжения ИОкВ; обеспечить непрерывный контроль целостности заземляющего провода карьерных сетей, что позволило повысить безопасность персонала, эксплуатирующего электроустановки, и увеличило надежность работы электрооборудования.
Реализация результатов работы в промышленности. Предложенная методика оценки защитного действия заземляющей сети карьера и разработанная система и устройство контроля целостности заземляющего провода одобрены энергетической секцией Норильского горно-металлургического комбината (НІЖ), успешно прошли промышленные испытания и внедрены в производство на НШК. Экономический эффект от внедрения мероприятий составил 379 тыс.руб. Разработанная система контроля целостности заземляющей сети карьера включена в план технического развития НШК.
Апробация работы. Отдельные разделы и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-техническом совещании по электробезопасности в электроустановках, сооружаемых в районах распространения многолетнемерзлых грунтов( Норильск, 1975 г.); научнотехническом совещании по надежности и электробезопасности электрооборудования в районах Крайнего Севера (НОРИЛЬСК, 1977 г.); энергетической секции научно - технического совета Норильского горно-металлургического комбината (1977, 1980, 1981 г.г,); научном семинаре кафедры электроснабжения Норильского вечернего индустриального института ( 1977, 1979г.г.); научном семинаре кафедры теоретической электротехншси и электрификации промышленности Московского института нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина (Москва, 1981, 1983г.г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано восемь научных работ.
Автор считает своим долгом выразить благодарность прежде всего доктору технических наук профессору Б.Г.Меньшову и кандидату технических наук доценту Э.Б.Альтшулеру за постановку задач научного исследования и обсуждение полученных результатов, а также управлению главного энергетика Норильского горно-металлургического комбината за постоянное внимание, помощь и поддержку при проведении экспериментальных исследований.
Особенности эксплуатации электрооборудования карьеров районов Крайнего Севера
Настоящая работа выполнена в соответствии с научно - технической проблемой 0.74.08 задания 0І.0І.Д5: "Разработать нормы проектирования, способы выполнения и правила эксплуатационного контроля заземляющих устройств в зонах многолетнемерзлых грунтов", включенной Государственным Комитетом по науке и технике Совета Министров СССР и Президиумом ВЦСПС в координационный план важнейших работ на 1976-1980 годы и проектом на I98I-I985 годы. Излагаемые в работе вопросы посвящены анализу условий эксплуатации электроустановок на карьерах Крайнего Севера. Основной целью работы является совершенствование эксплуатации заземляющих устройств посредством разработки методики оценки и использования естественных заземли-телей и обеспечения непрерывности заземляющей сети карьера.
Актуальность проблемы. "Основные положения экономическоготи социального развития СССР, принятые на ХХУІ съезде КПСС, предусматривают значительный рост добычи полезных ископаемых в районах Сибири, Дальнего Востока, Крайнего Севера. Осуществление этой программы требует расширения существующих и создания новых горнорудных предприятий. Увеличение количества и мощности электрифицированных механизмов и комплексов обуславливает необходимость массовой электрификации горных разработок с привлечением значительного количест ва электротехнического персонала. Поэтому исследование условий эксплуатации электрооборудования на карьерах в районах Крайнего Севера является безусловно актуальным.
Целью работы является совершенствование заземляющих устройств на карьерах Крайнего Севера посредством использования естественных яаземлителей карьера и определение возможных величин напряжения на корпусах горных механизмов при осуществлении постоянного автоматического контроля целостности заземляющего провода карьерной линии электропередачи ( ЛЭП ).
Основная идея работы заключается в использовании вероятностной оценки сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера, учете распределения тока однофазного замыкания по разветвленной заземляющей сети и обеспечение допустимых напряжений на корпусах горных механизмов посредством осуществления постоянного автоматического контроля целостности заземляющей сети карьера.
Общая методика исследования включает: - экспериментальные исследования величин сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера; - экспериментальные исследования токораспределения по элементам сети заземления карьера при однофазныз замыканиях в сети 6кВ; - определение напряжения на корпусах горных механизмов при однофазных замыканиях в карьерных сетях 6кВ; - создание устройства автоматического, постоянно действующего контроля целостности заземляющего провода карьерной ЛЭП. При выполнении работы использованы методы математической статистики и теории вероятностей, для определения величин сопротивления растеканию естественных заземлителей карьера применялись методы измерения электрических параметров заземляющих устройств и искусственные однофазные замыкания на заземляющую сеть. Основные научные положения выносимые на защиту: - методика использования защитных свойств естественных заземлителей карьера; - учет токораспределения по элементам заземляющей сети; - выбор и обоснование принципа действия системы контроля состояния заземляющей сети карьера; - разработка устройства контроля целостности заземляющего провода. 6. Научная новизна состоит в том, что обоснован комплексный подход к оценке защитного действия сложной сети естественных заземлителей карьера в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Предложена методика определения электрических параметров естественных заземлителей, на основе использования теории вероятности и математической статистики, позволяющая осуществлять их расчет и практически использовать естественные заземлители в качестве основных карьерных заземлителей. Предложенный учет распределения тока однофазного замыкания по элементшя заземляющей сети позволяет изменить расчетную величину сопротішлешш растеканшо карьерного заземлителя в сторону увеличения. Обоснованный принцип действия и разработанное устройство контроля целостности заземляющей сети карьера позволяют иметь достоверную информацию о состоянии заземляющего про-Еода карьерных ЛЭП, высвобождая электротехнический персонал от выполнения данной работы. Достоверность полученных результатов подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями токораспредєления в карьерных сетях, сопротивления растеканию естественных заземлителей, обработкой статистических данных повреждаемости элементов карьерных электрических сетей, апробацией в производственных условиях и подтверждением экономической эффективности системы естественных заземлителей и контроля целостности заземляющей сети. Практическая ценность состоит в том, что разработанная методика использования естественных заземлителей карьера позволила отсоединить заземляющую систему напряжения 6кВ от системы заземления напряжения ИОкВ; обеспечить непрерывный контроль целостности заземляющего провода карьерных сетей, что позволило повысить безопасность персонала, эксплуатирующего электроустановки, и увеличило надежность работы электрооборудования. Реализация результатов работы в промышленности. Предложенная методика оценки защитного действия заземляющей сети карьера и разработанная система и устройство контроля целостности заземляющего провода одобрены энергетической секцией Норильского горно-металлургического комбината (НІЖ), успешно прошли промышленные испытания и внедрены в производство на НШК. Экономический эффект от внедрения мероприятий составил 379 тыс.руб. Разработанная система контроля целостности заземляющей сети карьера включена в план технического развития НШК.
Исследование напряжения на корпусах горных механизмов при однофазном замыкании в системе НО кВ
Для обеспечения надежной эксплуатации электрооборудования на карьерах действующие в настоящее время правила [Д2-І5] определяют необходимость выполнения заземлителей и осуществление проводной связи с ними корпуса горного механизма, а также контроля целостности провода, соединяющего корпус механизма с заземлителем, следовательно, осуществление комплекса мероприятий.
При оценке условий эксплуатации электроустановок на карьерах Крайнего Севера, необходимо рассмотреть раздельно эффективность названных мероприятий. В части заземления ПУЭ определяют, что величина их сопротивления растеканию R не должна превышать 40м,при использовании одновременно заземлителя для электроустановок до и выше 1000 В. Допускается десятикратное увеличение R$ для многолет-немерзлых и скальных пород, имеющих удельное сопротивление О У 500(35м.м. Однако устройство заземлителей, удовлетворяющих данным условием, непосредственно вблизи карьеров часто затруднено из-за отсутствия таликов или озер.
Учитывая трудности сооружения искусственных заземлителей в районах Крайнего Севера, правилами Ці4Д определяется возможность соединения в единую систему заземлителей карьерных установок напряжением б кВ и заземлителей подстанций, снабжающих электроэнергией карьеры на напряжении 35 и НО кВ. При наличии небольших мощностей на карьерах и использования напряжения 35 кВ для карьерных подстанций подобная система оправдывала себя, не представляя опасности для персонала. С развитием же в районах Крайнего Севера электрических сетей напряжением НО кВ и выше с большими токами замыкания на землю на подстанционных заземлителях появляются высокие потенциалы при однофазных замыканиях на землю, что приводит к недопустимым значениям ист пр. на корпусах горных машин.
Основные направления в вопросах обеспечения надежности при эксплуатации электроустановок в районах Крайнего Севера определены в работах Л.В.Гладилина, Б.Г.Меньшова, Н.Н.Максименко, Э.Б.Альтшу-лера, Н.Ф.Субочева [І6-22Д . Это касается прежде всего необходимости принять за основу нормирования заземляющих устройств не сопротивление растеканию, а допустимое значение напряжения прикосновения, использование естественной заземляющей сети и учет токораепре-деления между ее элементами. Отсюда следует, что при проектировании заземляющего устройства на территории горного предприятия необходимо не только представлять распределение токов и напряжений по элементам заземляющей сети, но и располагать методикой оценки электрических параметров искусственных и естественных заземлителей. Однако в условиях многолетнемерзлых грунтов расчет заземлителей представляет собой весьма сложную задачу, ввиду многослойности геоэлектрического разреза и сезонного изменения его характеристик [7,23-25] .
Вопросу исследования электробезопасности для специфических условий карьеров Крайнего Севера посвящен ряд работ, выполненных Л.В.Гладилиным и Б.Г.Меньшовым 4,8,I7,20,26-32j .
В основу нормирования сопротивления заземляющих устройств и оценки условий электробезопасности авторамиположены учет состояния изоляции электрической сети и параметров электрического разреза грунта в месте сооружения электроустановки. При этом выдвинуто положение о том, что надежными заземляющими устройствами следует считать не устройства, обеспечивающие нормируемую величину сопротивления заземления, а устройства, обеспечивающие допускаемую правилами величину напряжения на корпусах электроустановок, применительно к горным предприятиям в условиях Крайнего Севера. В работах, выполненных Н.Н.Максименко, Э.Б.Альтшулером, Н.В.Бариевым, В.И.Карелиным, Н.Ф.Субочевым, В.К.Шадинским [22,33-37] , приведены обобщающие характеристики удельных электрических сопротивлений горных пород и сопротивлений растеканию опорных поверхностей горных механизмов, проведены исследования сопротивления заземления карьерного электрооборудования и методика расчета сложных электрических сетей. Подробно рассмотрены вопросы количественной оценки напряжений прикосновения и шага для структур с вертикальными и наклонными границами раздела, характерными для грунтов районов Крайнего Севера, показано, что напряжения до прикосновения и шага зависят от степени неоднородности грунта и геометрии заземлителя, исследовано влияние естественного заземления оборудования на эффективность защитного действия карьерного заземляющего комплекса.
Однако в проведенных исследованиях не рассматривались вопросы совместного использования заземлителей для систем напряжений НО и б кВ и, как следствие этого, выноса потенциалов на корпуса горных машин при однофазных замыканиях в системе НО кВ. Не учитывалось влияние токораспределения по разветвленной заземляющей сети карьера на величину потенциалов, возникающих на корпусах при однофазном замыкании в карьерной сети б кВ. Не рассматривался вопрос обеспечения надежной связи горного механизма с заземляющим устройством. Действующими в настоящее время правилами предусматривается возможность использования естественных заземлителей. Тем не менее, решение проблемы обеспечения допустимых величин напряжений на корпусах электроустановок, сооружаемых в районах Крайнего Севера, должно осуществляться на основе учета сезонного изменения электрофизических характеристик многолетнемерзлых грунтов.
В части осуществления периодического контроля величины сопротивления заземлителя существует точка зрения, согласно которой точность измерения достигается соответствующим расположением электродов измерительной установки. В работе А.Б.Ослона [38j дана оценка существующих методов и предложены рациональные схемы размещения ивмерительных электродов, исключающие погрешность измерений. Однако в условиях крупных промышленных комплексов Крайнего Севера высоковольтные подстанции находятся в непосредственной близости от карьера. Заземляющие контуры подстанций связаны с корпусами промышленных зданий и те, в свою очередь, через различного рода металлоконструкции, с технологическим оборудованием, в результате чего очень трудно, а порой невозможно установить границы заземляющего устройства.
Технические характеристики приборов типа МС-08, применяемых для измерения заземления, определяют необходимость снижения сопро-. тивления токовых и потенциальных зондов до определенной величины, но при производстве измерений в зимнее время последнее не всегда достижшмо. Это вызывает необходимость использовать в качестве измерительных зондов опоры ЛЭП, фундаменты отдельно стоящих зданий, обсадные трубы скважин и т.д. При эксплуатационном контроле заземляющих устройств ставится задача измерения не только сопротивления растеканию заземлителя, но и напряжений прикосновения. Исходя из изложенного анализа способов оценки погрешностей измерения величин сопротивления заземлишелей, специфических условий Крайнего Севера и необходимости измерения напряжений прикосновения, для рассматриваемых в работе условий наиболее приемлем метод эксплуатационного контроля электрических параметров заземляющего устройства, основанной на снятии потенциальной диаграммы по поверхности земли.
Оценка токораспределения по элементам карьерной заземляющей сети
В схеме замещения в качестве расчетных, с целью исключения заниженных результатов, следует принимать верхние пределы доверительных интервалов. Средние арифметические значения переходных сопротивлений опорных поверхностей горных механизмов используются для расчета возможного напряжения до прикосновения на корпусах, для чего необходимо определить величину тока однофазного замыкания в сети 6кВ, стекающего в грунт с опорной поверхности горного механизма.
Выполненными экспериментальными исследованиями установлено, что при использовании объединенных заземлителей для системы напряжения НО кВ, питающих карьерные подстанций и карьерных сетей 6 кВ: величины потенциалов, выносимые на корпуса горных машин при однофазных замыканиях в сетях НО кБ, колеблется от едішиц до нескольких сотен вольт. Наибольшие значения напряжения на корпусах горных механизмов, в сравнении с карьерными распределительными пунктами, обвясняется их связью с грунтом лишь за счет опорных поверхностей.
При разделении заземляющих устройств различных классов напряжения величины потенциалов, выносимые на корпуса горных машин при однофазных замыканиях в сетях НО кВ, снижаются и напряжение до пршюсновение, с учетом длительности тока, протекающего в цепи тела человека, не превышают допустимых значений.
Исследования, выполненные в производственных условиях, показали, что в районах распространения многолетней мерзлоты естественные заземлители могут обоснованно использоваться в качестве основной части карьерного заземлителя.
Проведенная вероятностная оценка результатов исследования естественных заземлителей карьера, позволила установить закон распределения их сопротивления растеканию и с вероятностью 0,95 определить доверительные интервалы колебаний математического ожидания переходного сопротивления опорных поверхностей различных типов горных механизмов.
Исходные положения Известно, что величина тока однофазного замыкания в сети б кВ определяется емкостной и активной проводимостями карьерных электрических сетей и подключенного электрооборудования. Однако, учитывая незначительную величину активной составляющей, можно принять общий ток однофазного замыкания емкостным. При этом ток не подразделяется на зависящий от емкости, существующей относительно земли, и емкости относительно заземляющей сети. Наличие двух видов емкостей определяет и два пути протекания емкостного тока однофазного замыкания. Ток, зависящий от емкости относительно сети заземления, протекает от точки повреждения (замыкания) по частичным распределенным емкостям двух неповрежденных фаз относительно заземляющего провода к шинам понижающего трансформатора карьрной подстанции, затем, через нейтральную точку обмотки высокого напряжения поврежденной фазе и в точку замыкания. Эта часть тока не попадает в грунт, не протекает через опорную поверхность горного механизма или другой заземлитель и, следовательно, не может создавать на нем потенциал [ 60-62] .
Вторая часть тока однофазного замыкания зависит от емкости относительно земли. Часть тока из точки повреждения (замыкания) протекает через опорные поверхности механизмов и другие заземлители, связанные в общую заземляющую сеть, в землю. Оттуда по частичным распределенным емкостям неповрежденных фаз относительно земли, возвращается к шинам понижающего трансформатора и затем.к точке замыкания через поврежденную фазу. Именно эта часть тока, проходя через переходное сопротивление опорной поверхности к грунту, создает потенциал на корпусе механизма.
Для определения напряжения до прикосновения необходимо знать величину тока замыкания, проходящего через заземлители в грунт. С этой целью следует рассмотреть вопрос токораспределения по разветвленной заземляющей сети карьера, выявить зависимость его значения от конструктивных особенностей различных элементов линий электропередачи и электрооборудования, разработать методику определения Uflo пр-на передвижных горных механизмах при однофазных замыканиях в карьерной электрической сети.
Как было показано выше, ток однофазного замыкания в карьерных электрических сетях пропорционален их емкостям. Определение расчетным путем емкости любого присоединения, с учетом имеющихся воздушных и кабельных линий и подключенного к ним оборудования, возможно при наличии стационарно устроенных линий электропередачи и подключенного к ним электрооборудования. При постоянно изменяющейся протяженности отдельных карьерных линий электропередачи, переключения механизмов с одного ответвления на другое, емкость отдельных присоединений постоянно меняется.
Выбор и обоснование принципа действия системы контроля целостности заземляющей сети
Как было показано в главе П, при обрыве заземляющего провода карьерной ЛЭП, величина сопротивления растеканию тока опорной поверхности горного механизма не обеспечивает безопасной величины напряжения на корпусе при однофазном замыкании. Поэтому наличие контроля целостности заземляющего провода в районах Крайнего Севера, имеет особо важное значение.
Принцип действия системы контроля целостности заземляющей сети карьера может быть основан на различных методах: - измерение сопротивления заземляющего провода от горного механизма до карьерного заземляющего устройства; - определение целостности цепи по заземляющему проводу от горноп механизма до заземляющего устройства. Контроль целостности заземляющего провода посредством определения его сопротивления требует измерения достаточно малых величин и использования приборов высокого класса точности. Применение подобных приборов при возможном расположении их на горных механизмах в условиях запыленности, вибрации и значительных перепадов температур может привести к значительным погрешностям и ненадежной работе измерительных устройств. Контроль наличия цепи по заземляющему проводу представляется достаточно надежным методом, позволяющим избежать недостатков, связанных с применением точных измерительных приборов. Отсутствие сигнала контроля будет означать либо обрыв заземляющего провода, либо неисправность в системе контроля.
Не менее важным представляется определение возможных путей прохождения контролирующего сигнала. Одна ветвь контролируемой цепи -заземляющий провод карьерной линии электропередачи от карьерного за-землителя до приключательного пункта и заземляющая жила кабеля горного механизма. В качестве второй ветви цепи прохождения контролирующего сигнала может быть: земля, дополнительный заземляющий провод, проложенный по опорам карьерных линий электропередачиІ фазные провода существующей линии электропередачи от карьерной подстанции до горного механизма. Использование грунта в качестве провода для прохождения контролирующего сигнала затруднено в условиях Крайнего Севера, ввиду значительного удельного сопротивления и резких сезонных изменений его величины. Отсюда следует, что переходное сопротивление горных механизмов не обеспечит надежного пути для прохождения контролирующего сигнала. Следовательно, использовать землю в качестве обратного провода в районах с многолетнемерзлыми грунтами не представляется возможным. Устройство второго заземляющего провода по опорам карьерных линий электропередачи вызовет значительное удорожание системы электроснабжения и приведет к ложным отключениям при обрыве одного из заземляющих проводов.
Наибольший интерес для прохождения контролирующего сигнала представляют фазные провода карьерной линии электропередачи. Использование проводной цепи позволяет применить в качестве контролирующего сигнала безопасные по величине ток и напряжение. В этом случае необходимо осуществить соединение фазных проводов с заземляющим, не нарушая системы с изолированной нейтралью. Подключение трансформаторов напряжения (типа НТШ-б на карьерной подстанции и НТМК-6 на горном механизме), нулевые точки которых заземлены, позволяет получить замкнутую цепь: фазные провода карьерной линии электропередачи от горного механизма до карьерной подстанции -трансформатор напряжения, установленный на подстанции, - заземляющий провод линии электропередачи от подстанции к горному механизму -трансформатор напряжения, установленный на горном механизме.
Определив путь прохождения контролирующего сигнала, необходимо выбрать род тока, применяемого для контроля. Учитывая наличие индуктивных элементов в цепи контроля - трансформаторов напряжения, использование переменного тока любых частот потребует приложения к цепи контроля значительных величин напряжения. Использование переменного тока частот, отличных от промышленной, связано с применением сложных и дорогостоящих устройств для формирования контролирующего сигнала. Применение в качестве контролирующего сигнала переменного тока промышленной частоты не исключает наличие помех от промышленных установок. Использование постоянного тока в качестве оперативного, позволит устранить помехи возникающие на промышленной частоте переменного тока и применить более простые устройства для формирования контролирующего сигнала.
Выбор и обоснование принципа действия системы контроля целостности заземляющей сети карьера, а также разработка устройства его реализующего, выполнено автором совместно с канд.техн.наук Альтшу-лером Э.Б.
Разработка устройства для осуществления контроля целостности заземляющего провода
С целью определения параметров аппаратуры, входящей в состав системы контроля целостности заземляющего провода, необходимо рассмотреть режим работы системы и произвести измерения величин напряжения и тока в контролируемой цепи. Схема соединения трансформаторов напряжения, образующих цепь для прохождения контролирующего сигнала, представлена на рис.4.I. Схема замещения такого соединения (рис.4.2. представляет собой последовательное соединение сопротивлений обмоток двух трансформаторов напряжения, сопротивлений фазных и заземляющего проводов. Анализ схемы замещения цепи контроля позволяет определить общую величину сопротивления полученного контура. Общее сопротивление цепи контроля Qi{# будет равно;
