Введение:
Требования к подземному электроснабжению. Система электрона-бжения любого предприятия, в том числе горного, должна обеспечивать:
– высокое качество электроэнергии, т. е. нормальное значение на-пряжения и частоты тока на зажимах электроприемников;
– потребное количество электроэнергии при надежности электро-снабжения;
– экономичность и безопасность всех элементов;
– минимальные потери-электроэнергии в элементах сети.
Особенности подземных горных работ есть ряд дополнительных требований к электроснабжению подземных электроприемников:
– гибкость и мобильность в связи с непрерывным перемещением или периодическим передвижением за подвиганием горных работ основ-ных механизмов добычных и подготовительных работ (добычных и про-ходческих комбайнов, стругов, погрузочных машин, конвейеров, лебедок и др.);
– применение электрооборудования во взрывобезопасном испол-нении с искробезопасной цепью управления и в исполнении РО (с опе-режающим отключением) из-за наличия угольной пыли и взрывоопасности атмосферы;
– минимальные габариты электрооборудования по причинам огра-ниченности пространства горных выработок и стесненных условий его монтажа в небольших нишах и камерах;
– высокая механическая прочность и стойкость к вибрациям электрооборудования, а также особые условия крепления кабелей в связи с давлением боковых пород и проведением в шахтах буровзрывных работ;
– строгое соблюдение Правил безопасности и Правил технической эксплуатации шахт и рудников в отношении эксплуатации системы электро-снабжения, связанное со стесненными условиями работы, большой влаж-ностью окружающей среды и опасностью взрыва шахтной атмосферы.
Выбор схем электроснабжения подземных электроприемников шахт и рудниаов зависит от многих факторов:
– мощности и расположения подземных и поверхностных электро-приемников;
– глубины шахтных рудников, системы разработки пластов, уда-ленности добычных и подготовительных участков от околоствольногод-вора (источника питания);
– способа вскрытия месторождения и числа разрабатываемых пластов и горизонтов;
– напряжения питания электроприемников на участке;
– числа и мощности электроприемников в околоствольном дворе, вида подземного транспорта;
– напряжения на шинах ближайшей к шахте районной под-станции энергосистем В зависимости от глубины залегания пластов и воз-можности прокладки воздушных и кабельных ЛЭП на поверхности (наличие трассы) различают два способа питания электроприемников добычных и подготовительных участков от ГПП:
– при глубоком залегании пластов (300 – 350 м) и отсутствии трас-сы на поверхности – кабелями, проложенными по стволу;
– при неглубоком залегании (до 300 м) и наличии трассы на по-верхности – кабелями, проложенными по энергетическим скважинам или шурфам. При любом способе питания электроприемники околоствольного двора (водоотлив и др.) получают энергию по кабелям, проложенным по стволу.
В настоящее время для питания подземных электроприемников под-земных разработок страны используют напряжения 0,66; 1,14 и 6 кВ, ведут работы по внедрению 10 кВ. Напряжение 6 кВ применяют для питания ста-ционарных электроприемников мощностью 200 – 250 кВт и выше, напряже-ние 0,66 и 1,14 кВ – для питания электродвигателей меньшей мощности (механизмов очистных и подготовительных участков). Питание ручного электроинструмента осуществляется напряжением 127 В, а освещения – 127 и 220.
Система электроснабжения подземных выработок. Электроснабже-ние подземных выработок угольных шахт, как правило, осуществляется от главной понизительной подстанции напряжением 6 кВ через централь-ные подземные подстанции и в отдельных случаях, при наличии техникоэкономических обоснований, – непосредственно от ГПП через энергетические скважины.
При любом способе предусматривается обособленное питание подземных электроприемников от поверхностных, т. е. сети, питающие под-земные электроприемники, не имеют электрической связи с сетями, питаю-щими электроприемники на поверхности.
Основная часть:
В электроустановках широко применяют устройства релейной за-щиты, предназначенные для обнаружения и отключения поврежденного участка сети, выявления ненормальных режимов работы оборудования, сетей и электроприемников
Релейная защита подземных электроустановок, несмотря на кажу-щуюся простоту, имеет ряд специфических трудностей [29]. Объясняется это тем, что подземные предприятия, являясь мощными и ответствен-ными потребителями электрической энергии, обладают особенностями, совокупность которых качественно отличает их от общепромышленных потребителей. Особенности эти следующие.
Вследствие тяжелых горно-геологических условий, стесненности рабочего пространства, пыле- и влагообильности горных выработок, по-жаро- и взрывоопасности газовых шахт рудничные потребители (двига-тели, трансформаторы) и коммутационная аппаратура встраиваются в специальные взрывозащищенные оболочки, а вместе с коммутационной аппаратурой в эти оболочки встраиваются устройства релейной защиты. Подобное техническое решение к устройствам релейной защиты предъ-являет особые требования в отношении аппаратной надежности, разме-ров, веса, простоты обслуживания и т. д.
Необходимость обеспечения средствами релейной защиты безо-пасности использования электрической энергии (электробезопасности) за-ставляет к релейной защите горных электроустановок предъявить весьма жесткие требования по надежности, чувствительности и быстродействию.
Соизмеримость максимальных токов коммутационных переключе-ний электроустановок с минимальными токами к. з. и трудность ввиду этого обеспечения надежности функционирования релейной защиты под-земных электроустановок. Поэтому для рудничных низковольтных сетей узаконено соотношение токов двух- и трехфазного к. з., равное 0,6—0,7 вместо v3/2 = 0,87.
Большая кратность максимальных токов к. з. в начале и мини-мальных токов к. з. в конце зоны защит. Вследствие больших длин пи-тающих линий рудничных электроустановок, доходящих до 1000—1200 м приведенной длины кабелей, колебаний напряжения и температуры руд-ничной атмосферы эта кратность доходит до 20—30. Последнее при осуществлении защиты рудничных низковольтных электроустановок соз-дает двоякие затруднения. Во-первых, для повышения чувствительности защиты, встроенной в выбранный аппарат, при удаленных к. з. прихо-дится снижать величину Кн или принимать специальные меры для уве-личения токов к. з. путем повышения сечения рабочих жил кабелей, ус-тановки более мощных трансформаторов, приближения передвижной по-нижающей подстанции к токоприемникам и т. д. Во-вторых, ввиду больших токов к. з. в начале зоны защиты, значительно превышающих предельно допустимые разрывные токи коммутационного аппарата, при-ходится прибегать к помощи так называемого «каскадного отключения» к. з., т. е. установки нескольких последовательно включенных аппаратов с соответствующей настройкой их защиты, действующих при к. з. одно-временно.
3.2 Основные виды защит подземных рудничных электроустано-вок
В схемах подземного электроснабжения [12, 14, 16, 29] применяют следующие основные виды защиты, встраиваемые в оболочки коммута-ционных аппаратов:
1) от токов короткого замыкания (к. з.);
2) от перегрузки;
3) от замыканий на землю (отсечка нулевой последовательности);
4) от понижения напряжения (минимальная и нулевая защита);
5) тепловая (температурная)
6) от опасных токов утечки на землю;
7) от поражения электрическим током людей. Эта защита должна осуществляться с помощью защитного заземления, а в подземных элек-троустановках напряжением до 1140 В — кроме того, и с применением реле утечки с автоматическим отключением поврежденной сети.
В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электроавтоматикой, предназначенной для быстрого автомати-ческого восстановления нормального режима и питания потребителей. К основным видам такой автоматики относятся автоматическое повторное включение (АПВ) однократного действия и автоматическое включение резервных источников питания и оборудования (АВР). К элементам электроавтоматики следует отнести также дистанционное, телемеханиче-ское и автоматическое управление посредством системы АСОДУ.
Защита электроустановок напряжением до 1140 В
В качестве защитной аппаратуры применяются коммутационные аппараты (автоматические выключатели, электромагнитные пускатели) со встроенными в них элементами защиты. К элементам токовой защиты относятся плавкие предохранители, максимальные реле и расцепители.
Тепловая (температурная) защита
Тепловая защита предназначена для отключения электроустановок при длительных перегрузках. Она предусматривается в некоторых типах пусковых агрегатов и специальных устройствах защиты обмоток передвиж-ных подстанций и электродвигателей.
Тепловая защита осуществляется с помощью тепловых реле серий ТРП, ТРН, РТ, ТРА, ТРБ и др., устанавливаемых внутри корпусов пускателей и автоматических выключателей.
3.3 Дополнительные виды защиты подземных электроустановок
В подземных электроустановках шахт [2, 12, 14, 16, 29] используют дополнительные виды защиты:
а) от потери управляемости. Эта защита должна обеспечиваться схемами управления забойными машинами и механизмами;
б) от самовключения при превышении напряжения до 50 % выше номинального. Этот вид защиты необходимо применять в тупиковых выработках шахт, опасных по газу или пыли;
в) автоматический контроль безопасной величины сопротивления цепи заземления в цепях управления. Должен осуществляться в комму-тационных аппаратах для включения распределительного подземного пункта (РПП) участка и другого электрооборудования, расположенного в выработках с исходящей струей воздуха.