Параметры изоляции относительно земли в карьерных распределительных сетях горнодобывающих предприятий Республики Таджикистан

Надежность и безопасность сетей с изолированной нейтралью напряжением 6 кВ во многом зависит от сопротивления изоляции фаз сети относительно земли. Основными параметрами, характеризующими состояние изоляции, являются полное Z из , активное R из , емкостное С ИЗ и омическое сопротивления изоляции R ом [1]. В распределительных электрических сетях с изолированной нейтралью сопротивление изоляции определяет величину тока однофазного замыкания на землю.

Одним из важных параметров в обеспечении безопасной эксплуатации является уровень активного сопротивления изоляции относительно земли. При исправном электрооборудовании оно велико, но может снижаться при появлении слабых мест в изоляции.

Емкостное сопротивление изоляции карьерной распределительной сети относительно земли в основном определяется ее протяженностью. Следует отметить, что емкость имеется и в сети с поврежденной изоляцией [2].

В процессе эксплуатации горнодобывающей техники изоляция подвергается следующим воздействиям: электрическим, тепловым, механическим, окружающей среды и т. п. [3, 4]. Все вместе эти факторы вызывают старение изоляции [5].

Актуальность

Карьерные распределительные сети (КРС) горнодобывающих предприятий Республики Таджикистан (РТ) эксплуатируются в тяжелых климатических условиях: высокие летние температуры, пониженное атмосферное давления, повышенная солнечная радиация и т. д., которые оказывают существенное влияние на состояние изоляции. Кроме того, оборудование самих сетей, электрифицированных горных машин подвергается значительным механическим воздействиям при проведении взрывных работ, при перемещении фронта работ и т. п.

Анализ повреждений изоляции показывает, что в большинстве случаев в питающих линиях до 80 % этих повреждений происходят в виде однофазного замыкания на землю [6–8]. Повреждение изоляции и в воздушных, и в кабельных сетях вызываются, как правило, электрическими и механическими воздействиями.

Уровень изоляции сети относительно земли, несомненно, влияет на вероятность возникновения аварийных режимов, которые впоследствии приводят к электропоражениям [9].

Значение изоляции в предотвращении электропоражений, вызванных появлением напряжения на металлических нетоковедущих частях, подтверждается числом электротравм, которое на открытых горных работах колеблется от 7,6 до 16 % [10], а для подземного комплекса угольных шахт и рудников соответственно 15,6 и 26,6 % [11].

При этом необходимо подчеркнуть, что разработка способов и методов определения параметров изоляции сетей относительно земли с изолированной нейтралью на горнодобывающих предприятиях остается актуальной.

Постановка задачи исследования

Изоляция в электроустановках решает три задачи: обеспечивает надежность, электробезопасность и пожаробезопасность. В [9] отмечается, что электрическая изоляция является весьма ненадежной. Ее влияние на отключение потребителей и перерывы в электроснабжении достигает 40–60 %. Из-за повреждений изоляции до 40 % коммутационных аппаратов и до 90 % электрических машин выходят из строя [10–13]. Поэтому необходимо определение параметров изоляции для получения достоверной информации о ее влиянии на надежность и безопасность электроснабжения [14].

В распределительных сетях карьеров, угольных разрезов междуфазные короткие замыкания приходятся на воздушные части этих сетей, а однофазные замыкания на землю – на питающие кабели экскаваторов [15].

Поддержание на должном уровне изоляции может быть обеспечено ее непрерывным контролем. Для создания системы контроля изоляции необходимо знать фактические параметры изоляции сети относительно земли. Однако ни в одном нормативном документе, например в ПУЭ [16], не приводятся какие-либо нормативные значения для распределительных электрических сетей напряжением выше 1000 В.

В связи с этим ставится следующая задача исследования:

На основании данных по ряду карьерных распределительных сетей Республики Таджикистан выполнить исследование параметров изоляции фаз сети относительно земли. Определение параметров изоляции фаз сети относительно земли провести с помощью методик, разработанных на кафедре «БЖД» ЮУрГУ.

Краткая характеристика горнодобывающих предприятий РТ

Республика Таджикистан имеет свои уникальные запасы полезных ископаемых и сырья, включая ртуть, золото, уголь, серебро, нефть, газ, каменную соль, свинец, сурьму, цинк и др. В настоящее время разведано более 600 месторождений и эксплуатируются около 100 месторождений, на которых добываются до 50 видов минерального сырья: топливные, рудные и нерудные ископаемые [17].

Согласно данным Министерства промышленности и новых технологий РТ, в настоящее время работают 302 предприятия, которые получили лицензию на добычу полезных ископаемых. В табл. 1 приведены количество предприятий и виды добываемых ими полезных ископаемых в РТ.

Крупнейшими предприятиями Таджикистана, осуществляющими деятельность в горнодобывающей отрасли, являются компании ООО «Совместное предприятие (СП) «Зеравшан», ООО «Совместное таджикско-канадское предприятие (СТКП) «Апрелевка», Государственное казенное республиканское предприятие (ГКРП) «Тиллои Тоджик», ООО «Таджикско-американское совместное предприятие (ТАСП) «Анзоб», ОАО «Ад-расманский ГОК», ООО «ТВЕА Душанбе горная промышленность», ООО «Пакруд», ООО «Таджикско-Китайская горнопромышленная компания» и другие.

ООО «СП «Зеравшан» было создано в 1994 году. Предприятие принадлежит правительству Таджикистана совместно с горнопромышленной компанией «Цзыцзинь». Доля Таджикистана – 25 %, Китая – 75 %. Оно находится в Пенджикент-ском районе Согдийской области. Основной сырьевой базой являются месторождения «Джилау», «Тарор» и «Хирсхонаи шимоли». Руды добываются открытым способом. Полезные ископаемые – золото с попутным серебром [18, 19].

Таблица 1

Количество горнодобывающих предприятий РТ и добываемые ими полезные ископаемые

Количество предприятий	Полезные ископаемые
13	Драгоценные металлы
17	Цветные металлы
27	Каменный гипс и известняк
77	Суглинок
6	Кварцевый песок
96	ПГС (песчано-гравийная смесь)
26	Облицовочные камни
11	Соль
11	Уголь
18	Нефть и газ

ГКРП «Тиллои Тоджик» по добыче и производству золота находится в Хатлонской области РТ. Основной сырьевой базой являются россыпные месторождения «Дондушкан», «Сафеддара», «Суони», «Себи копа» и ряд мелких месторождений. В настоящее время добыча осуществляется открытым способом с применением буровзрывных работ. Компания на 100 % находится в собственности РТ.

На базе Кайраккумского рудника 3 апреля 1996 года было создано СТКП «Апрелевка». Доля РТ – 51 %, канадской компании Gulf – 49 %. Предприятие расположено в Согдийской области на севере Таджикистана. Основной сырьевой базой являются месторождения «Апрелевка», «Кызыл-Чеку», «Бургунда», «Иккижелон» и ряд мелких месторождений. Добыча осуществляется открытым способом. Полезные ископаемые – золото с попутным серебром [18].

ОАО «Адрасманский ГОК» расположено в Согдийской области в городе Гулистон. На данной момент предприятие на 100 % находится в казахстанской компании «Казинвестминерак». Основной сырьевой базой является месторождение восточного и западного Конимансура. Добыча осуществляется открытым способом. Полезные ископаемые – свинец и серебро.

Результаты исследования параметров изоляции в ряде карьерных распределительных электрических сетей РТ

В табл. 2 [18, 19] показаны характеристики ряда КРС с указанием марки и сечения, длины ли- ний, температуры окружающий среды и основных нагрузок.

При эксплуатации электрической сети значения составляющих сопротивления изоляции фаз относительно земли могут изменяться во времени:

– активные – за счет старения, нагрева, увлажнения, загрязнения, механического повреждения, касания фазы человеком и т. п.;

– емкостные – в силу изменения геометрических параметров составляющих линий сети.

Для расчета параметров изоляции относительно земли используем схему замещения (рис. 1).

На рис. 1 приняты следующие обозначения:

U A , U B , U C – фазные напряжение соответственно фаз A, B и C;

R A , R B , R C – активные сопротивления изоляции фаз сети относительно земли;

C _A, C _B, C _C – емкости фаз сети относительно земли;

0 – потенциальная точка нейтрали сети;

01 – потенциал, который принят равным потенциалу земли.

Определим уровень сопротивления изоляции относительно земли КРС на основе исходных данных о схемах электроснабжения предприятий РТ (ООО «СП «Зеравшан», ООО «СТКП «Апрелевка», ГКРП «Тиллои Тоджик», ОАО «Такобский ГОК» и шахтах «Фон-Ягноб»).

На основе данных о протяженности воздушных и кабельных линий определен уровень изоляции в КРС ряда горнодобывающих предприятий РТ. Вначале рассчитывается ожидаемый емкост-

Таблица 2

Характеристика КРС ряда горнодобывающих предприятий

Республики Таджикистан

Наименование предприятий	Тип и длина линий, км	Марка и сечение фазных проводников, мм2	Средняя температура, °С	Основные нагрузки
ГКРП «Тиллои Тоджик»	ВЛ – 16,44	4×А50	от –3 до +35	ЭКГ-5А, СБШ, Насос – ЦНС, Освещение карьера
	КЛ – 0,9	КГ3×35+1×10
ООО «СП «Зеравшан»	ВЛ – 10,6	4×А50	от –1 до +35	ЭКГ-5А, БС – Sunward, Освещение карьера
	КЛ – 1,1	КГ3×35+1×10
ООО «СТКП «Апрелевка»	ВЛ – 17,67	4×А50	от –6 до +30	ЭКГ-5А, СБШ, СБУ, Дробилка – ШКД, Насос – ЦНС, Компрессор – ВП, Освещение карьера
	КЛ – 1,95	КГ3×35+1×10
ОАО «Такобский ГОК»	ВЛ – 2,5	4×А50	от –5 до +20	ШАХТА
	КЛ – 0,014	КГ3×35+1×10
Шахта «Фон-Ягноб»	ВЛ – 0,4	4×А50	от –2 до +27	ШАХТА
	КЛ – 0,055	КГ3×35+1×10

ный ток однофазного замыкания на землю по формуле [20, 21]

R = —¹—, d ю C _X

I_c = — ■ (35 l _K + к ), ^С 350 ^{к в}

где U л – линейное напряжение сети, кВ; l к , l в – суммарная длина электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

Определяем суммарную емкость сети относительно земли по формуле

^C X =

I ■ IO⁶

to- U ,

здесь ω – круговая частота напряжения сети, с–1

Параметры сопротивления изоляции сети носительно земли определятся:

.

от-

x_c = —;

С  ® c ₂

где Х_С – реактивное сопротивление изоляции фаз сети относительно земли; R – активное сопротивление изоляции фаз сети относительно земли; d – коэффициент успокоения сети, который зависит от вида сети. Для сетей, состоящих преимущественно из кабельных линий, d = 0,03…0,05, для сетей, состоящих преимущественно из воздушных линий, d = 0,3…0,5 [22].

Уровни сопротивления изоляции в ряде КРС предприятий РТ представлены в табл. 3 [19].

На рис. 2 приведена зависимость емкостного тока от коэффициента успокоения в ряде КРС предприятий РТ.

На рис. 3 приведена зависимость емкостного тока от емкостного сопротивления изоляции относительно земли.

Таблица 3

Параметры изоляции относительно земли в ряде КРС РТ

Месторождение	Значения параметров изоляции фазы сети относительно земли
	U л , кВ	I С , А	R , Ом, при d , равном				C Ʃ, мкФ	XС Ʃ, Ом
			0,3	0,4		0,5
ГКРП «Тиллои Тоджик»
Участок № 1	6	0,222	53 078,55		39 808,91	31 847,13	0,2	15 923,57
Участок № 2	6	0,271	42 462,84		31 847,13	25 477,7	0,25	12 738,85
Участок № 3	6	0,27	42 978,58		32 233,94	25 787,15	0,247	12 893,57
ООО «СП «Зеравшан»
Джилау	6	0,22	52 553,02		39 414,77	31 531,81	0,202	15 765,9
Таррор	6	0,342	33 807,99		25 355,99	20 284,79	0,314	10 142,39
ООО «СТКП «Апрелевка»
Кызил-Чеку	6	0,167	70 771,4		53 078,55	42 462,84	0,15	21 231,42
Бургунда	6	0,368	31 222,68		23 417,01	18 733,61	0,34	9366,8
Иккижелон	6	0,103	112 933,1		84 699,82	67 759,85	0,094	33 879,93
Апрелевка	6	0,144	80 422,05		60 316,54	48 253,23	0,132	24 126,61

б)

в)

Рис. 2. Зависимость емкостного тока от коэффициента успокоения для ГКРП «Тиллои Тоджик» (а), ООО «СП «Зерафшан» (б), ООО «СТКП «Апрелевка» (в)

Рис. 3. Зависимость емкостного тока от емкостного сопротивления изоляции относительно земли

Заключение

• 1.    Выполненные расчеты показали, что величина емкостных токов однофазного замыкания на землю на предприятиях, занятых добычей драгметаллов, лежит в пределах от 0,1 до 0,37 А и зависит от степени развития предприятия.

• 2.    Активные сопротивления изоляции сети относительно земли изменяется от 18 до 112 кОм с учетом изменения коэффициента успокоения сети.

• 3.    Емкость сети относительно земли лежит в диапазоне от 0,09 до 0,34 мкФ.

• 4.    Полученные значения являются приблизительными, поскольку не учитывают высоковольтное оборудование (высоковольтные двигатели, силовые трансформатора, ошиновку на подстанциях и т. д.). Поэтому необходимо провести инструментальные замеры в указанных сетях, чтобы определиться с уставками для устройств защиты от замыканий на землю.