Введение к работе
Горнодобывающая промышленность является одной из важнейших отрас-iei'i тяжелой индустрии. Развитие отрасли обуславливается потребностями на-)одного хозяйства в топливе, рудах черных и цветных металлов и других по-іезньїх ископаемых. Добыча ископаемых открытым способом - отрасль горного іела, достигшая к настоящему времени высокого технологического уровня и физнается как наиболее экономичная и перспективная.
Дальнейшее развитие открытых горных работ связано с ростом энерго-юоружепности труда и, как следствие, с развитием и усложнением систем электроснабжения, ростом рабочих напряжений, применением электрифинирован-юго железнодорожного транспорта. В свою очередь рост рабочих напряжении і увеличение количественных показателей распределительных сетей и оборудования приводят к росту интенсивности и вероятности повреждений, к ухудшение условий электробезопасности. По данным статистических исследований, іаиболее распространенными в распределительных сетях напряжением 6- 10 чВ открытых горных работ являются однофазные и двойные замыкания на земно, а в тяговых сетях - замыкания и утечки на землю, а также касание ковшом экскаватора контактного провода. Указанные повреждения в соответствии с нействующими Правилами безопасности должны отключаться соответствую-лими устройствами зашиты, что приводит к значительным простоям добычного и транспортного горнотехнического оборудования.
Снижение электротравматизма, улучшение условий электробезопасности, товышение надежности электроснабжения открытых горных работ зависит от успешного решения комплекса вопросов, среди которых важное место занимает вопросы создания направленных высокочувствительных, обладающих вы-:окон функциональной надежностью средств защиты для распределительных и гяговых сетей.
Значительный вклад в решение вопросов обеспечения надежности и электробезопасности систем электроснабжения открытых горных работ внесли ученые Айдаров Ф.А.. Бацежев Ю.Г., Бунько В.А.. Бухтояров В.Ф., Волот-ковский С.А., Гимоян Г.Г., Гладилин Л.Б., Долин П.А., Жидков В.О., Ковалев П.Ф., Колосюк В.П.,Ликаренко А.Г., Меньшов Б.Г., Петров О.А., Пивняк Г.Г., Поляков В.Е., Самойлович И.С, Сирота И.М., Цапепко Е.Ф., Шкрабец Ф.П., Щуцкий В.И., Ягудаев Б.М. и другие. Ведущая роль в разработке и внедрении устройств защиты для распределительных и тяговых сетей карьеров принадлежит коллективам НИИБТГ, НИИВЭ, МакНИИ, ВостНИИ, ИГД им.А.А.Ско.чинского, ИЭД НАН Украины, Екатеренбургского, Московского, Санкт-Петербургского горных вузов, Государственной горной академии Украины, НПО "Днепрчерметавтоматика" и др.
В диссертации решается имеющая большое социальное и народнохозяйственное значение научная задача, заключающаяся в разработке принципов выполнения и средств защиты для карьерных распределительных и тяговых сетей на основе установления законов изменения параметров и протекания процессов при повреждениях в указанных сетях.
Связь темы диссертации с государственными научными программами.
Работа выполнялась в соответствии с программой работ по решению научно-технической проблемы 0.74.08 "Разработать и внедрить методы и средства, обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности и оздоровления условий труда в народном хозяйстве", утвержденной постановлением Президиума ВЦСПС, ГКНТ. и Совета Министров СССР на 1986 - 1990 гг.(задание 02.02.); в соответствии с планами НИР ПГГОК.
Целью работы является повышение уровня электробезопасности и надежности эксплуатации распределительных и тяговых сетей на открытых горных работах на основе создания и совершенствования методов и средств зашиты.
Идея работы заключается в использовании законов изменения амплитудных и фазовых характеристик параметров нулевой последовательности при несимметричных повреждениях в распределительных сетях и характера протекания аварийных токов при повреждениях в тяговых сетях карьеров для разработки принципов выполнения и реализации средств защиты.
Методика выполнения исследований включает: аналитические методы исследований; математическое моделирование на основе формализации изучаемых процессов и построения частных математических моделей; общую теорию электрических цепей; вычислительную математику (численные методы анализа, теорию планирования эксперимента), а также натурные эксперименты с целью практической проверки результатов теоретических исследований и принятых технических, решений.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1.В сетях с компенсированной нейтралью угол между векторами напряжения и тока нулевой последовательности при двойных замыканиях на землю не является фиксированным, определяется в основном режимом настройки компенсирующего устройства и соотношением значений переходных сопротивлений в точках замыкания и может изменяться в пределах 300 эл. град.
2.Режим замыкания на землю со стороны электроприемника в сетях с неизолированной нейтралью приводит к опрокидыванию векторов напряжения и токов нулевой последовательности с сохранением их взаимного расположения и к уменьшению значений указанных величин примерно вдвое по сравнению с замыканием на землю со стороны источника.
З.Угол между вектором собственного тока контролируемого присоединения и вектором напряжения нулевой последовательности не зависит от виде замыкания, режима работы нейтрали сети, является фиксированным и для ре-альрых параметров изоляции распределительных сетей равен примерно 90 эл град., что позволяет создать универсальную направленную защиту.
Научные результаты исследований:
1.Разработаны математические модели позволяющие установить характер вменения параметров нулевой последовательности при двойных и замыканиях іа землю со стороны электроприемника в распределительных сетях с дутогася-цим реактором и резистором в нейтрали.
2.Установлена невозможность предотвращения касания ковшом карьерных жскаваторов контактного провода в местах погрузки при внесении ковша в запретную зону механизмом поворота.
3.Разработана методика определения уровня выносных потенциалов на корпусах карьерных электроустановок при касании ковшом экскаватора контактного провода карьерной тяговой сети.
4.Обоснован фазоимпульсный принцип действия и на его основе разработаны функциональная и принципиальная схемы устройства защиты от замываний на землю в распределительных сетях с дугогасящим реактором и резистором в нейтрали.
5.Предложен дифференциальный принцип выполнения и функциональная :хема защиты карьерных тяговых сетей от коротких и замыканий на землю ^корпус).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: соответствием принятых при разработке математиче-:ких моделей допущений цели и задачам исследований; обоснованностью исходных посылок вытекающих из фундаментальных законов естественных наук и основ теории электрических цепей; удовлетворительным совпадением качественных характеристик результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетях и на физической модели. Научная новизна работы заключается:
-в установлении закономерностей и характера влияния параметров изоляции и переходных сопротивлений на значения напряжения и токов нулевой последовательности при двойных замыканиях и замыканиях на землю со стороны электроприемника в сетях с нейтралью заземленной через резистор и дуго-гасящий реактор;
в установлении пределов изменения фазовых характеристик напряжения іі токов нулевой последовательности в сетях с резистором и реактором в нейтрали при сложных несимметричных повреждениях;
в определении уровня выносных потенциалов и степени опасности прикосновения ковша экскаватора к контактному проводу тяговой сети для обслуживающего персонала и элементов системы электроснабжения карьеров;
в обосновании и разработке принципов выполнения устройств защиты эт замыканий на землю для карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ и тяговой сети переменного тока напряжением 10 кВ.
Практическое значение работы заключается в оценке работоспособности существующих средств защиты карьерных распределительных сетей при сложных видах замыканий на землю и обосновании технических требований к разрабатываемым устройствам защиты; в оценке работоспособности средств защиты карьерных тяговых сетей от замыканий на землю и корпус экскавато-
ров; в разработке устройств защиты от повреждений в распределительных и тяговых сетях карьеров.
Реализация работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы:
АО "НИИАчермет" функциональная и принципиальная схемы при разработке проектно-конструкторской документации на устройство направленно? фазоимпульсной защиты от несимметричных повреждений для карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ;
АО "НИИАчермет" принцип выполнения и схема при разработке проектно-конструкторской документации на устройство дифференциальной защиты от замыканий на землю и касания ковшом экскаватора контактного провода для карьерных тяговых сетей напряжением 10 кВ;
энергослужбой Полтавского ГГОКа рекомендации по улучшению работоспособности существующих средств защиты распределительных и тяговых сетей карьера, экспериментальные образцы устройств защиты.
Апробация работы. Основные материалы и результаты, полученные і диссертационной работе, докладывались и получили одобрение на Всесоюзно? научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономир электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения про мышлености и транспорта" (г.Днепропетровск, 1990 г.); на секции Ученого Со вета АО "НИИАчермет" (г.Днепропетровск, 1994 г.,1995 г.); на научном се минаре кафедры систем электроснабжения Государственной горной академій Украины (г.Днепропетровск, 1996 г.): на НТС Полтавского ГГОКг (г.Комсомольск, 1994 г.,1996 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано девять научных работ.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения 6 глав, заключения, библиографического списка из 87 наименований и шестт приложений, изложенных на 172 страницах и содержит 29 рисунков.
