Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий - Защитные заземления и контроль изоляции в подземных выработках

Согласно ПБ и ЕПБ, заземлению подлежат металлические части электротехнических устройств, нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением. В случае повреждения изоляции, а также трубопроводы, сигнальные тросы и др., расположенные в выработках, где имеются электрические установки и проводки./
Металлическая крепь, нетоковедущие рельсы и оболочки отсасывающих кабелей электровозной контактной откатки заземлению не подлежат.
Несмотря на наличие различных ступеней напряжения, сеть заземления должна быть общей, устраиваемой путем непрерывного электрического соединения между собой всех металлических оболочек и заземляющих жил кабелей с присоединением их к главным и местным заземлителям. В выработках с электровозной контактной откаткой у тяговой подстанции к общей сети заземления необходимо присоединять токоведущие рельсы.
Устройство заземляющей, сети должно выполняться в соответствии с «Инструкцией по устройству, осмотру и измерению сопротивления шахтных заземлений» [5].

Такое же сечение должны иметь сборные заземляющие шины, которые устанавливают при заземлении группы объектов от одного заземлителя.
Связь между главными и местными заземлителями осуществляется по стальной броне и свинцовой оболочке бронированных кабелей или по специально проложенным проводникам. В местах соединения отрезков бронированных кабелей непрерывность сохраняется за счет установки стальных или медных перемычек.
Надежный электрический контакт и механическая прочность заземляющей проводки достигаются следующим образом: связь между заземляющими проводниками и заземлителями — сваркой; связь между заземляющими проводниками и заземляемыми объектами — с помощью специальных заземляющих зажимов, предусмотренных для этой цели на корпусах электрооборудования и конструкциях.
Для главных заземлителей используют стальные полосы с минимальными габаритами: длина — 2,5 м; толщина — 5 мм; площадь — 0,75 м². Устанавливают их вертикально для удобства осмотра, чтобы предохранить от заиливания. Местные заземлители для применения в канавках должны иметь минимальные габариты: длина — 2,5 м; толщина — 3 мм; площадь — 0,5 м². Такие заземлители укладывают горизонтально между слоями песка или мелких кусков породы толщиной: снизу — 50 мм; сверху — 150 мм. Заземлители для использования в шпурах - стальные трубы диаметром не менее 30 мм и длиной не менее 1,5 м, имеющие в стенках трубы не менее 20 отверстий диаметром 5 мм или более. Труба, вставленная в шпур глубиной 1,4 м, и пространство между трубой и стенкой шпура должны быть заполнены смесью из гигроскопического материала (песка, золы и т. п.), а для поддержания влажности через трубу должен периодически заливаться водный раствор поваренной соли. При прокладке им выработке водоотводных труб в местах установки заземлителей устраивают искусственный капеж.
Электроустановки постоянного тока, кроме связи с местным и общешахтными заземлителями, присоединяют к токоведущим рельсам или к соединенному с рельсами отрицательному полюсу источника постоянного тока.
Передвижное и переносное электрооборудование заземляют путем присоединения его корпусов к общешахтной сети заземления с помощью заземляющих жил гибких кабелей.
Наружный осмотр всех заземляющих устройств производится в начале каждой смены. Наружный осмотр всей заземляющей сети шахты должен производиться не реже одного раза в три месяца. Осмотр главных заземлителей производится дважды в год.
Измерение общего сопротивления заземляющей сети у каждого заземлителя производится каждый квартал с использованием приборов ИЭШ-59, Mil03. Общее переходное сопротивление сети
296 296 296 296 296 296 296 29 296 296 2966 296 296 296 296
заземления, измеренное у любых заземлителей, не должно превышать 2 Ом.

Рис. 106, Принципиальная схема защиты при однофазных утечках тока на землю

Наряду с устройством защитных заземлений в подземных горных выработках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться также реле утечки с автоматическим отключением поврежденной сети.
Принцип действия такой защиты показан на рис. 106. В схеме использовано двухобмоточное реле Р, работающее на оперативном постоянном токе. Обмотки реле Р (1 и 2) соединены таким образом, что их магнитные потоки имеют встречное направление. При отсутствии однофазной утечки тока на землю обмотки обтекаются вспомогательным током /в, их суммарный магнитный поток почти равен нулю и никаких изменений в схеме не происходит.
В случае прикосновения человека к фазе А в цепи появится ток утечки — оперативный ток — /011вр. Обмотка 2 реле Р начнет дополнительно получать питание по цепи: фаза А, человек, земля, обмотка 2, диоды Д2 или ДЗ, фаза В или С. Через обмотку 1 будет по-прежнему проходить ток /„, так как оперативный ток на нее не попадает из-за диода Д4. Оперативный ток по величине гораздо больше вспомогательного тока, поэтому равенство магнитных потоков обмоток нарушится, что приведет к срабатыванию реле Р. Реле замкнет свой контакт в цепи отключающей катушки ОД, которая, сработав, разомкнет связанные с ней силовые контакты питающей сети, что приведет к снятию напряжения на защищаемом присоединении.
Ввиду отсутствия электрической связи между различными ступенями напряжения (127, 380, 660 или 1140 В) данный вид защиты необходимо устанавливать отдельно для каждой ступени напряжения. Для этой цели в подземных горных выработках устанавливают аппараты защиты (реле утечки).
В настоящее время на шахтах страны эксплуатируются следующие аппараты защиты: АЗАК — аппарат защиты с автоматической компенсацией (емкости сети). У АКИ — устройство автоматического контроля изоляции.
Аппараты A3AK-380 и АЗАК-660 предназначены для предотвращения поражения электрическим током человека, прикоснувшегося к находящемуся под напряжением проводнику, обеспечения непрерывного контроля активного сопротивления изоляции, осуществления автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки, отключения сети с помощью автоматического выключателя при снижении изоляции и возникновении тока утечки в шахтной трехфазной сети с изолированной нейтралью. Ниже приведена техническая характеристика аппаратов ΑЗЛК-380 и A3AK-660.

Техническая характеристика аппаратов A3AK

Применение аппаратов типа A3AK уменьшает опасность недопустимого нагрева и сквозного прожога оболочек оборудования устойчивой электрической дугой, преждевременного воспламенения электродетонаторов, рудничного газа или угольной пыли токами утечки, развития повреждения работающего электрооборудования с отсыревшей изоляцией.
Реле утечки УАКИ-380 и УАКИ-660 (табл. 35) применяют для трехфазных силовых сетей 380 и 660 В (УАКИ-380Н для контроля сильно разветвленных сетей 380 В в шахтах, не опасных по газу и пыли), УАКИ-220/127 для трехфазных осветительных сетей 220 и 127 В, УАКИ-127-Ш для трехфазных осветительных сетей 127 В. Кроме указанных типов реле, выпускаемых в виде отдельных аппаратов, схемы У АКИ применяют в блоках БЗП-1А (в комплекте ПУПП), в пусковых агрегатах АП-4, АБК-2,5.
Основные параметры реле утечки всех типов выбираются исходя из безопасных величин факторов воздействия электрического тока на человека.
Аппарат A3AK состоит из стального корпуса и выемной части. Корпус разделен на камеры вводов и аппаратную камеру. На перегородке, разделяющей корпус на две части, расположены пять проходных зажимов. Корпус имеет один кабельный ввод для цепей управления и подключения к сети и второй — для подключения дополнительного заземления.

Таблица 35

На корпусе имеется блокировочное устройство, которое состоит из блокировочного винта, блокировочного разъединителя и блокировочного кольца, закрывающего головки болтов крепления передней крышки при включенном положении аппарата. При включенном разъединителе переднюю крышку, закрывающую доступ к выемной части, снять нельзя. При снятой передней крышке нельзя включить разъединитель, так как он фиксируется блокировочным винтом. Винт и скоба блокировочного кольца имеют отверстия для пломбирования аппарата во включенном положении.
На крышке корпуса расположены толкатель кнопки «Проверка» и два смотровых окна для наблюдения за показаниями килоомметра и микрофарадметра. Задняя часть корпуса также закрыта крышкой.
Выемная часть аппарата состоит из трех блоков: УАКИ, АК (автоматической компенсации емкости тати) и промежуточного. Блоки закреплены на каркасе, состоящем из двух направляющих и диска. Блоки УАКИ и АК представляют собой отдельные панели с кожухами из изолирующего материала. Промежуточный блок кожухом не закрывается.
Источником постоянного оперативного тока служит трехфазный выпрямитель, подключаемый к контролируемой сети. Таким образом, отключая эту сеть при срабатывании, аппарат отключает от питания и свою схему.
На каждый силовой трансформатор устанавливают по одному аппарату.
Схема аппарата (рис. 108) состоит из схемы устройства защитного отключения (УАКИ) и схемы устройства автоматической компенсации емкостной составляющей токов утечки (АК).
Блок A3AK состоит из: трехфазного дросселя-трансформатора Тр4, присоединенного к сети и дающего питание элементам схемы; компенсирующего дросселя насыщения ДрЗ, включенного параллельно емкостям сети между сетью и землей (цепь Тр4—ДрЗ— СИ—С14)\ двухкаскадного усилителя, собранного на транзисторах Т2, ТЗ и Т4 и служащего для регулирования тока управления дросселя; генератора, собранного на транзисторе 77 и служащего для измерения емкости фаз сети относительно земли; источника питания, в состав которого входят выпрямительный мост на диодах Д1—Д6, конденсатор С1 и стабилитроны Д8 и Д10.
Дроссель ДрЗ имеет четыре обмотки, две из которых (обмотка управления ОУ и обмотка положительной обратной связи ПОС) расположены на средних стержнях магнитопровода, а две (/ и 2) с одинаковым числом витков и включенные согласно расположены на крайних стержнях.
Изменение индуктивности дросселя производится током управления, протекающим в обмотке ОУ, которая включена в цепь нагрузки выходного каскада усилителя через выпрямительный мост &М1, При пропускании постоянного тока через обмотку ОУ на переменный магнитный поток, протекающий в крайних стержнях магнитопровода ДрЗ, накладывается постоянный поток. В результате в одном из крайних стержней потоки складываются, стержень насыщается, что приводит к изменению индуктивности. Изменяя величину индуктивности, можно настроить параллельный колебательный контур, образованный емкостью фаз сети относительно земли и индуктивностью дросселя, на резонансную частоту 50 Гц, что приведет к компенсации емкостной составляющей тока утечки.

108. Схема электрическая соединений АЗАК-660

Измеряемая емкость сети относительно земли через конденсаторы С7, С9 подключена параллельно -сопротивлению обратной связи измерительного LC генератора синусоидальных колебаний. Поэтому при изменении емкости сети изменяется коэффициент обратной связи (отрицательной) по переменному току измерительного генератора, что приводит к соответствующему изменению напряжения на колебательном контуре, образованном конденсатором С5 и первичной обмоткой трансформатора Тр1.
Напряжение, определяемое величиной емкости сети, через усилитель подается на обмотку ОУ ДрЗ, устанавливая необходимую индуктивность дросселя.
Между резисторами Rli и R12 включен диод Д7, а параллельно резистору R12 стабилитрон Д9, которые необходимы для предотвращения пробоя транзистора Т1 напряжением смещения нейтрали, которое появляется при переходных процессах в сети; Установившееся напряжение смещения нейтрали на работу генератора влиять не может, так как дроссель Др1 представляет собой практически короткозамкнутую цепь для тока промышленной частоты. Поэтому напряжение промышленной частоты на сопротивление обратной связи генератора попасть не может.
При глухом замыкании фазы на землю сопротивление фазы относительно земли станет равным нулю, что равнозначно увеличению емкости этой фазы до бесконечности. В этом случае ток управления ДрЗ возрастает до максимальной величины даже при малой емкости сети. Для устранения данного эффекта установлены дроссель Др4 и контакт РЗ-1, связанный с двухобмоточным реле Р1 УАКИ.
При внезапном появлении утечки возникает переходный процесс, вызванный разрядом разделительных конденсаторов С12, С13. Чтобы УАКИ не срабатывало при сопротивлениях утечки, превышающих уставку срабатывания в два раза, установлен конденсатор СИ.
С 1979 г. заводы страны должны выпускать реле утечки типа РУ с самоконтролем.