2. КОМПЛЕКТ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С АППАРАТУРОЙ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ШАХТ С ПЛАСТАМИ КРУТОГО ПАДЕНИЯ
На шахтах с пластами крутого падения используются горные машины и механизмы, работающие на пневмоэнергии. Сжатый воздух от мощных компрессорных установок, расположенных на поверхности, по воздухопроводам подается в шахту. Общий КПД пневмосетей и установок в 8—10 раз ниже, а использование пневмоэнергии обходится в 3—5 раз дороже, чем электроэнергии.
Низкая эффективность использования мощности пневмоприводов горных машин обусловлена значительным снижением (до 50—70 %) давления воздуха в шахтной пневмосети из-за больших (до 60 %) утечек сжатого воздуха. Несмотря на низкую энерговооруженность горных машин с пневмоприводами удельный расход энергии на шахтах с пластами крутого падения достигает 150 кВт·ч на I т угля, что в 2—3 раза больше, чем на шахтах с пластами пологого и наклонного падения, где работают горные машины с электроприводами. Это обусловлено значительной (до 15—18 МВ·А) мощностью двигателей компрессорных установок и большими потерями сжатого воздуха в шахтной пневмосети. Так, добыча угля на шахтах Центрального района Донбасса составляет 11 % общей добычи угля, но расходуют они более 25 % электроэнергии, потребляемой всеми шахтами бассейна [67].
Электрификация шахт с пластами крутого падения позволит повысить нагрузку на очистной забой, производительность труда горнорабочих, темпы прохождения выработок и снизить себестоимость угля. Так, электрификация шахт Центрального района Донбасса даст возможность увеличить производительность труда в целом по району на 20—30 %, снизить эксплуатационные расходы на 10—20 млн. р. в. год и экономить до 1,5 млрд. кВт·ч электроэнергии в год (67).
Поскольку значительная часть шахт с пластами крутого падения отнесена к склонным к внезапным выбросам угля и породы и опасным по газу и пыли, то применение электроэнергии на таких тахтах допустимо при обеспечении ряда требований безопасности. Основными из этих требований [67] являются: необходимость обособленного питания участковых комплектных трансформаторных подстанций и других потребителей, находящихся в зоне повышенной опасности· наличие автоматического контроля сопротивления изоляции как во время работы электрооборудования, так и при его отключении от сети; необходимость применения защитных устройств, позволяющих значительно уменьшить время отключения поврежденных участков сети при возникновении аварийных ситуаций, и отключающих аппаратов, снабженных специальными быстродействующими короткозамыкателями для принудительного гашения обратной ЭДС двигателей вслед за их отключением; использования негорючих экранированных кабелей с заземляющей жилой для всех ступеней номинальных напряжений; применения системы электроснабжения с автоматическим быстродействующим защитным отключением (время отключения не более 2,5 мс), газовой защиты непрерывного действия, дистанционного управления комбайном но искробезопасным цепям с выносного пульта и др,
В забоях шахт, разрабатывающих пласты крутого падения, отнесенных к опасным по внезапным выбросам и работающих без защиты с подработкой или надработкой пластов, может применяться электрооборудование с уровнем взрывозащиты РВ. Оно должно находиться под защитой быстродействующего автоматического выключателя, расположенного на свежей струе воздуха на расстоянии не ближе 150 м от проходческого и 50 м от очистного забоя.
Согласно изменениям и дополнениям Правил безопасности [42] аппаратура быстродействующего отключения должна отключать напряжение и одновременно закорачивать источники ЭДС за время, не превышающее 2,5 мс.
В системе электроснабжения участка с автоматическим защитным опережающим отключением контроль изоляции электросети должны осуществлять четыре устройства защиты [13; 20]: блокировочное БРУ и общесетевое РУ реле утечки; устройство УВЗ быстродействующей защиты от однофазных замыканий на землю; быстродействующая максимальная токовая защита.
Рис. 50. Функциональные схемы:
а — системы энергоснабжения с опережающим защитным отключением; б — выключателя АВВ-250У-5; (QS — разъединитель; FS — выключатель ; ТА — трансформатор тока;
БП, БР, БМЗ — блоки питания, реле и максимальной защиты; УБЗ — устройство быстродействующей защиты; ФП — фильтр присоединения; БРУ, РУ — блокировочное и общесетевое реле утечки; БК — блок конденсаторов; РК-ДО — реле контроля дистанционного отключения; ГК — главный короткозамыкатели).
В настоящее время выпускается разработанный ВНИИВЭ комплект электрооборудования для электрификации шахт с пластами крутого падения. Этот комплект позволяет повысить техническую производительность угледобывающих машин (67) при обеспечении высокой степени безопасности и надежности эксплуатации.
В комплект входят (рис. 50,о) высоковольтные распределительные устройства QF1, QF2 типа КРУВ-6, быстродействующий автоматический выключатель QF3 типа АБВ-250У-5, разделительный трансформатор Тр1 типа ТСВ- 630/6-6, трансформаторная подстанция Тр2 типа ТСВП-160/6КП или ТСВП- 400/6КП, электромагнитные пускатели К1—К3 с уровнем взрывозащиты РО типа ПВИО-250У5, быстродействующие моторные замыкатели QS1—QS3 типа ПМКВ-УУ-5, электродвигатели M1—М3 забойных механизмов. Все элементы схемы от быстродействующего выключателя QF3 до забойных механизмов соединяются с помощью кабеля марки ГВШОП. Технические характеристики быстродействующего автоматического выключателя, электромагнитного пускателя и моторного короткозамыкателя приведены в табл. 65, а кабелей — в табл. 66.
65. Быстродействующая аппаратура для шахт, разрабатывающих пласты крутого падения
* Наибольшая мощность двигателя соответственно указанному напряжению равна 130 и 55 кВт.
Комплект электрооборудования обеспечивает обособление подземных высоковольтных сетей от поверхностных с помощью разделительного трансформатора, контроль изоляции отходящих от подстанции кабелей и опережающее защитное отключение потребителей (двигателей) в случае повреждения изоляции кабелей и исключение воспламенения метано-воздушной смеси. Общее время срабатывания защитного отключения составляет не более 2,5 мс.
Автоматический выключатель АБВ-250У-5 предназначен для проведения тока при нормальном режиме и отключения при коротких замыканиях, замыканиях любой из фаз шахтной электросети на землю или при снижении параметров изоляции сети ниже допустимых значений, а также для оперативных переключений цепей. Он представляет собой комплекс устройств, расположенных во взрывонепроницаемой оболочке с быстрооткрываемой крышкой. В комплекс устройств входят: быстродействующие устройства максимальной токовой защиты и защиты шахтной электросети от однофазных замыканий на землю; общесетевое и блокировочное реле утечки; устройство дистанционного отключения; выключатель-короткозамыкатель с медленно действующим и быстродействующим приводами; электромагнитный расцепитель; блок питания; разъединитель; омметр; сигнальное табло; кнопки проверок и деблокировок устройств защиты и механической блокировки разъединителя, выключателя и быстрооткрываемой крышки.
66. Основные технические данные кабелей марки ГВШОП
Функциональная блок-схема выключателя (рис. 50,б) обеспечивает ручное включение и отключение; проверку защитного заземления; дистанционное отключение; быстродействующую защиту от токов к. з., проверку ее исправности и сигнализацию о срабатывании; защиту от однофазных утечек тока на землю с сопротивлением утечки более 9 кОм при напряжении 380 В и более 15 кОм при 660 В, от симметричных трехфазных утечек тока с сопротивлением изоляции кабеля 10 кОм на фазу при напряжении 380 В и 30 кОм на фазу при 660 В, проверку ее исправности; отключение при кратковременном исчезновении питающего напряжения; непрерывное измерение сопротивления изоляции кабельной сети относительно земли при включенном выключателе (килоомметром). Кроме того, схема обеспечивает блокировки, препятствующие включению выключателя при снижении сопротивления изоляции отходящего кабеля ниже 30+-6кОм, проверку ее исправности и сигнализацию о срабатывании; обрыве, замыкании или увеличении активного сопротивления цепи дистанционного отключения более 40 Ом; снижении уровня напряжения(ниже 500 В) на батарее конденсаторов и др.
Рис. 51. Короткозамыкатель ПМКВ-УУ-5;
1—корпус; 2 — блок цепи управления; 3—силовой блок; 4, 8—крышки; 5 — кабельная муфта; 6—резиновое кольцо; 7 — проходные зажимы; 9—сигнальная лампа; 10 — блок зажимов.
Короткозамыкатели предназначены для совместной работы с выключателем АБВ-250У-5, служат для электрической изоляции места повреждения
путем закорачивания питающей линии (кабелей) со стороны токоприемников (двигателей) вслед за отключением их выключателем. Они выпускаются в пяти модификациях: ПМК —для встройки во взрывонепроницаемые оболочки электрооборудования; ПМКВ-УУ-5—для установки на двигатели (рис. 51); ПМКВ-ШФ, ПМКВ-ШВ, ПМКВ-ШФ —для установки на добычные и проходческие комбайны и щитовые агрегаты. Электрическая схема их одинакова, отличаются они только конструктивным исполнением.
Силовой блок и блок цепи управления и сигнализации короткозамыкателя собраны из полупроводниковых приборов и залиты эпоксидным компаундом. Электрическая схема (рис. 52) обеспечивает быстродействующее срабатывание короткозамыкателя при подаче сигнала от выключателя АБВ-250У-5; срабатывание при обрыве или замыкании цепей управления выключателя; блокировку
Рис. 52. Принципиальная электрическая схема короткозамыкателя ПМКВ- УУ-5.
пускателя при оборванной или закороченной цепи управления.
Трехфазный выпрямительный мост VD1—VD6 собран на кремниевых таблеточных вентилях типа В2-320 и преобразует переменный ток в постоянный, который запирается открытыми тиристорами VTI и VT2. При нормальном режиме работы тиристоры заперты и открываются при срабатывании быстродействующей защиты выключателя, обрыве или закорачивании цепи управления. При открытых тиристорах конденсатор C7 разряжается на резисторы R1 и R5, при этом заряжается конденсатор С4 и светится лампа HL.
В случае срабатывания быстродействующих защит выключателя, а также обрыве или закорачивании цепи управления короткозамыкателя импульс со вторичных обмоток трансформатора Тр1 подается в цепи управления силовых тиристоров VT1—VT2. Последние открываются и закорачивают генерируемую двигателем электроэнергию.
Кабель марки ГВШОП (см. табл. 66) имеет 12 жил, из них шесть силовых (по две на фазу), одну заземляющую и пять вспомогательных для цепей управления и контроля. Все жилы, кроме заземляющей, изолированы поливинилхлоридным пластиком и покрыты графитополимерным экраном. Оболочка армирована металлокордом или стальными канатами. Номинальное напряжение питания силовых жил равно 660 В, вспомогательных —380 В. Электрическое сопротивление изоляции силовых жил составляет не менее 10 мОм, переходное электрическое сопротивление экранов — не более 100 Ом.
