Организация контроля изоляции в распределительной сети карьера "Таррор"

Обеспечение электробезопасности в условиях открытых горных работ зависит от решения ряда вопросов, среди которых одним из основных является контроль сопротивления изоляции фаз сети относительно земли.

В режиме эксплуатации на изоляцию электрооборудования воздействуют электрические, тепловые, механические и другие нагрузки. Они вызывают в изоляции сложные процессы, следствием которых является постоянное ухудшение свойств, именуемое старением [1–4]. Своевременное обнаружение участков сети с пониженным сопротивлением изоляции является одним из основных мероприятий, позволяющих предотвратить поражение электрическим током и поддержать бесперебойное электроснабжение [1, 5–7].

Кроме того, надежность работы электрооборудования и безопасность его эксплуатации непосредственно связаны с параметрами изоляции электрооборудования и прежде всего величиной емкости и активного сопротивления изоляции относительно земли [1, 6, 8–11]. Контроль этих параметров в процессе эксплуатации электрооборудования позволяет повысить эффективность работы электрооборудования, качество технологического процесса.

При эксплуатации распределительных электрических сетей основными требованиями, предъявляемыми к электрическим установкам, являются надежность снабжения потребителей электрической энергией и безопасность эксплуатации элек- трооборудования. Безопасность эксплуатации электрооборудования в значительной мере определяется состоянием изоляции электрических сетей и установок [1, 3, 11, 12–17].

Повреждение электрической изоляции между проводом и землей или корпусом электроустановки может быть причиной поражения человека электрическим током при прикосновении к металлическим частям электроприемников, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции или в результате воздействия шагового напряжения.

Повреждение электрической изоляции между проводом и землей может быть причиной возникновения токов утечки на землю. Эти токи при определенных условиях могут вызвать воспламенение электрооборудования или взрыв во взрывоопасной среде.

Таким образом, для обеспечения пожаробезопасности, взрывобезопасности и электробезопасности необходимо поддерживать изоляцию сети на высоком уровне. Это требование может быть выполнено применением эффективных методов измерения и устройств контроля за состоянием изоляции.

Актуальность

Различают два вида контроля изоляции при эксплуатации электрооборудования: периодический и непрерывный. Классификация существующих способов периодического контроля изоляции без снятия рабочего напряжения с оценкой досто- инств и недостатков была рассмотрена на основе литературных источников [11, 18–20].

Проведенные исследования в [1, 21–24] показали, что из известных экспериментов, с учетом метрологических требований и необходимости создания безопасных условий для участвующих в них, наиболее подходящим будет косвенный метод, обеспечивающий получение необходимых информационных параметров за счет искусственного смещения нейтрали [1]. Из них наиболее приемлемым с точки зрения безопасности и точности измерений, а также надежности электроснабжения является косвенный метод, основанный на подключении к одной из фаз дополнительной проводимости [11, 25–27].

С целью оценки влияния различных факторов на результаты измерения параметров изоляции косвенным методом нами была разработана компьютерная модель карьерной распределительной сети [1, 11, 28, 29], которая позволила получить данные для различных методик косвенного метода измерения параметров изоляции фаз сети относительно земли.

В работах [1, 11, 30–32] рассмотрен метод измерения активной и емкостной составляющих сопротивления изоляции фаз сети относительно земли при подключении к одной из фаз сети дополнительной емкости и измерении напряжений в этой сети. Проведенные исследования показали, что при несимметрии в сети, а также при изменении величин и характера нагрузки погрешность в определении параметров изоляции не превышает 8 % [1, 32].

Периодические проверки состояния изоляции и испытания повышенным напряжением не исключают возможности аварийных повреждений, следовательно, и поражений электрическим током. Чтобы уменьшить вероятность возникновения аварийных ситуаций, необходимо организовать непрерывный контроль изоляции в действующих установках, что особенно важно в сетях с изолированной нейтралью [6, 30].

С течением времени в процессе эксплуатации электроустановок карьеров горных предприятий наблюдаются существенные изменения схемы сетей по протяженности, количеству линий, составу потребителей и качеству изоляции работающих электроустановок. Эти изменения обусловлены действием оперативного персонала, воздействием защитных аппаратов на отдельные элементы электроустановки, старением изоляции и другими факторами. При таких изменениях протяженности сети и состава работающих потребителей изменяются и параметры сопротивления изоляции сети, т. е. полное сопротивление изоляции относительно земли и его активная и емкостная составляющие.

Кроме того, известно, что параметры изоляции электроустановок не являются стабильными во времени. Снижение изоляционных свойств из- за старения материалов в условиях эксплуатации происходит не только под воздействием факторов окружающей среды, но и в результате электрических процессов, протекающих в электрических сетях [1, 15, 25].

Поэтому и сегодня актуальной является задача обеспечения контроля за состоянием изоляции и своевременное обнаружение и устранение дефектов изоляции до их перерастания в междуфаз-ные и многоместные замыкания на землю. Выполнение этой задачи позволит предотвратить возникновение опасных ситуаций и обеспечить надлежащие условия электробезопасности при ведении горных работ.

Краткая характеристика совместного предприятия (СП) «Зеравшан»

ООО СП «Зеравшан» было создано в 1994 году. Предприятие принадлежит правительству Таджикистана совместно с горнопромышленной компанией «Цзыцзинь». Доля Таджикистана – 30 %, Китая – 70 %. Оно находится в Пенджикентском районе Согдийской области. Основной сырьевой базой являются месторождения «Джилау», «Тар-рор» и «Хирсхонаи северный». Руды добываются открытым способом. Полезные ископаемые – золото с попутным содержанием серебра [15, 33, 34].

ООО СП «Зеравшан» является типичным представителем золоторудных предприятий с открытой разработкой месторождений полезных ископаемых, основные технологические процессы которых механизированы и электрифицированы. Применение большого количество мощных электропотребителей, тяжелый режим их работы обусловливают жесткие требования, предъявляемые к созданию рациональных схем электроснабжения.

Описание распределительной сетикарьера «Таррор»

Таррорское месторождение является самой крупной перспективной сырьевой базой ООО СП «Зеравшан». По нормам технологического проектирования электроприемники карьера по месту электроснабжения относятся к потребителям III категории.

Внешнее электроснабжение карьера осуществляется из ячейки 35 кВ, подстанции 110/35/10 кВ по воздушной линии электропередачи проводом АС-95/18 на металлических опорах с подключением ее к сооруженной на промплощадке карьера блочной комплектной передвижной трансформаторной подстанции Т-9-1х2500 напряжением 35/6 кВ.

Внутрикарьерные ВЛ-6 кВ выполнены проводом АС-70 и А-50 на деревянных передвижных опорах с железобетонными подножниками. Подключение высоковольтных потребителей карьера (экскаваторы и буровые станки) к внутрикарьер-ным ВЛ-6 кВ предусмотрено через передвижные приключательные пункты типа ЯКНО-6. Пере- движные комплектные подстанции, расположенные в карьере, запитываются также от внутрикарь-ерных ВЛ-6 кВ.

О с нов н ы ми п о т реб и телям и эл ектроэне рги и напряжением 6 кВ н а ка р ье ре яв л я ютс я четыре буровых станка типа SWDA-1 65С, од ин экс ка ва тор т ипа BO NNY и в одя ны е на с ос ы. С ил ов ая с е ть выполнена кабелями КГ.

Н а ка рье ре прим еняю тс я п е ре дв и ж ные ко м пл ектн ы е тра нс форм а торные подста н ци и напря ж ен и ем 6/ 0, 4/ 0, 22 кВ с тр а нс форм а то рами мощ нос ть ю от 25 до 400 кВА . Д л я пи та н ия и з а щ иты э л е ктрообор уд ов а н и я эл е к т ропотре бител е й ка рье р а при ме н яю тся п р ик л юча те л ь ные п у н кты т и па ЯКНО- 6 . К ром е того, на ка рье ре с оо ру ж а ются ста ц ион арн ы е под стан ци и на пря ж ен и ем 6/0, 4/0, 22 кВ для электроснабжени я о тд ел ь ны х цех ов и объектов поверхности, а также РП-6 к В .

Система контроля изоляции

В на с тояще е в ре м я в ка рьерных ра с пре де л и тел ь ных с е тя х С П «Зе ра в ш а н » о тсу тс тву ет ка ка я - л иб о си ст ем а не пре рывног о контрол я из ол я ц ии. О д нофаз ные з а м ыкани я н а з е м л ю в у ка з анных се тях в ыз ыв а ю т с ра ба ты в ание рел е напряж ен ия, в ключен н ого в обм отк у, с ое ди не н н у ю в ра з ом кну ты й т ре уго л ьн ик, тра нс фо рм а торов на пряж ен ия, у станов л енн ых н а п и та ющ и х п одста н ц ия х . Сло ж и в шаяс я сит у а ц ия не мож е т не с ка з а ться на уров не бе з опа с ности при ве де н ии открытых гор ных ра бот и , в ча с т нос т и, н а в оз ни кнов ени и эл ек-троопасных ситуаций.

В ыпол н е н ны й в [35] а на лиз пока з а л , ч то наи бол е е пе рспе к ти в ным и с исте м а м и кон трол я па р аметров изоляции фаз сети от нос и тел ь но з е м ли я в л яю тся те , что ос нов а ны на из м е ре нии ре жим ны х па рам е тров в эл е ктр иче с кой с е ти с из олиров а н ной нейтралью.

Для карьерных распределительных сетей СП «Зеравшан» нами предлагается система контроля изоляции (СКИ), теоретические основы построения которой изложены в [6].

Система контроля изоляции работает следующим образом.

С измерительных трансформаторов токов и напряжений, расположенных в начале и конце контролируемого участка сети и являющихся штатными элементами этого участка сети, измеренные значения токов и напряжений подаются в автоматическое устройство сбора данных, которое обрабатывает полученные данные (рис. 1, блок 1), а затем передает накопленную информацию по запросу блока 2 (см. рис. 1). На основании рассортированных данных производится автоматическое определение параметров изоляции сети относительно земли для каждого участка блоком 2. Текущее значение параметров изоляции выводится на дисплей (см. рис. 1). При возникновении однофазных замыканий на землю работа системы контроля изоляции блокируется.

Человек как элемент автоматизированной системы управления воспринимает отображаемую информацию и принимает решение о продолжении работы участка сети либо его отключении. На основании полученной информации о состоянии изоляции участка сети диспетчер принимает решение о продолжении его эксплуатации.

Для практического исследования разработанной системы контроля изоляции фаз участка сети относительно земли, а также для проверки ее работоспособности и получения дополнительных сведений о работе СКИ нами была рассмотрена моделирующая схема одной из линий с нагрузкой, принципиальная схема которой приведена на рис. 1.

Следует отметить, что основу составляет компьютерная модель, разработанная на кафедре

Рис. 1. Проверка работоспособности разработанной СКИ

Рис. 2. Содержание блока 2

бе зоп ас нос т и жиз неде я те льнос ти Ю жно-Уральского госу д арс тв енн ого у н и в ерс ите та [1, 11].

М од ел ь с оде рж и т с л е д у ю щие эл е м е н ты: и сточни к тре х фа з ного напря ж е н ия 35 кВ (Th re e -Ph a se So u rc e ); тре х фа зн ый д ву х обм оточны й трансформатор (Three-Phase Tra n sf or mer (Two Windings ) ); в ы кл ючате л ь, ус та новл е н ный на г л а вной пон из и те л ь ной под с та н ци и (Th ree-Phase Breake); воздушная и кабельная л и н ия, отходящие о т с е кц ии ш и н с под кл юченной н аг р уз кой (ВЛ-1, КЛ-1, Three- Ph a se Se ri es RLC Loa d); а к ти в ное и ем кос тное с опроти в л ен ие и з ол яц ии фа з с е т и от н осительно земли (RC1–RC6); бл ок 1, опреде л я ющи й комплексные вел ичи ны н е обх од им ых д ля в ы ч исл ен ий на пря ж ен и й и токов в н ача л е и ко нце каждой линии; б л ок 2, в ко тором ра с с читыв а е тс я полное с опрот ивл е н ие и з о л яц ии ф а з с ети относительно з ем л и, зн аче н ие которого в ыв од итс я на ди с п л е й (рис. 2).

Результаты исследований

Исследование погрешностей предложенной системы контроля изоляции параметров изоляции фаз сети относительно земли заключается в раскрытии зависимостей величин установленного полного сопротивления изоляции сети относительно земли от несимметрии в сети и различных величин и вида нагрузки.

Результаты исследований параметров изоляции фаз сети относительно земли на компьютерной модели приведены в таблице.

Из таблицы следует, что с уменьшением нагрузки в сети погрешность определения полного сопротивления изоляции фаз сети относительно земли увеличивается.

При номинальной нагрузке в сети (от 90 до 110 %) погрешность определения полного сопротивления изоляции не превышает 20 %. Следует отметить, что при минимальной нагрузке относительная

Результаты исследования работы системы контроля изоляции на компьютерной модели карьерной распределительной сети ( Z ф в модели 39,548 кОм)

Нагрузка в сети, % Активная нагрузка в сети Реактивная нагрузка в сети Полная нагрузка в сети Полученные при измерениях Погрешность Полученные при измерениях Погрешность Полученные при измерениях Погрешность Zф, кОм δ, % Zф, кОм δ, % Zф, кОм δ, % 10 511 –92,2 854,2 –95,4 438,625 –91 20 268 –85,2 422,33 –90,6 220,39 –82 30 172,842 –77,12 280,62 –86 147,177 –73,13 40 129,918 –69,55 210,15 –81,2 110,546 –64,2 50 104 –62 167,9 –76,44 88,522 –55,3 60 86,84 –54,4 139,82 –71,7 73,84 –46,4 70 74,5 –47 119,79 –67 63,337 –37,5 80 65,26 –39,4 104,77 –62,2 55,452 –28,7 90 58,06 –33 93,08 –57,5 49,328 –20 100 52,29 –24,3 83,75 –52,77 44,427 –11 110 47,54 –16,8 76,12 –48 40,41 –2,13 120 43,64 –9,3 69,76 –43,3 37,065 7 130 40,3 –1,8 64,34 –38,5 34,236 15,5 140 37,45 5,6 59,78 –33,8 31,81 24,3 погрешность может достигать 90 %. Необходимо особо отметить, что наличие несимметрии в сети практически не влияет на результаты измерений.

Данные исследования на компьютерной модели участка сети показали работоспособность разработанной системы контроля изоляции фаз сети относительно земли.

Применение системы контроля изоляции позволит своевременно выявлять участок сети, на котором наметилась тенденция повреждения изоляции, и отключать этот участок от источника питания до возникновения аварийной ситуации, что дает возможность исключить воздействие на изоляцию всей электрически связанной сети перенапряжений, возникающих при ОЗЗ. Тем самым обеспечивается ликвидация указанных ранее причин снижения уровня изоляции.

Заключение

• 1.    Для повышения безопасности и надежности электроснабжения горных предприятий со слож-

• ным технологическим процессом, повышенной опасностью к пожарам и взрывам необходимо непрерывно контролировать сопротивления изоляции в сетях напряжением 6–10 кВ.

• 2.    Система контроля изоляции позволяет селективно контролировать несколько десятков таких участков. Опрос участков выполняется циклически и при обнаружении снижения сопротивления изоляции какого-либо участка ниже установленного уровня соответствующая информация появляется на блоке отображения, при дальнейшем снижении система отключает аварийный участок.

• 3.    Предлагаемая система контроля сопротивления изоляции сети относительно земли, состоящая из устройства контроля изоляции и устройства автоматического отключения отходящей линии со сниженной изоляцией фаз, обеспечивает минимальную возможность ложного срабатывания устройства контроля и минимальное время перерыва в электроснабжении.