Шахтна трансформаторна підстанція

Запропоноване технічне рішення належить до електротехніки, зокрема шахтних (рудникових) трансформаторних підстанцій і може бути використане для живлення електроспоживачів ділянок вугільних шахт, переважно небезпечних по вибухах газу і пилу. Відома шахтна трансформаторна підстанція, що містить головне струмове коло, оснащене роз'єднувачем вищої напруги, вимикачем і трансформатором, причому в колі управління і блокування вимикача вона має програмувально-відключаючу систему, з'єднану з пристроєм для захисту від витоків і системою розчіплювачів вимикача вищої напруги, а на стороні нижчої напруги силові струмові кола мають виводи, кожний з яких оснащено максимально-струмовим захистом і захистом від несиметричних режимів роботи, запобіжниками і роз'єднувачами безпеки (див. патент Польщі №118752, Н02В 13/00, Н02В1/24, опубл. 30.11.82p.) При виникненні замикання на землю на одному з приєднань, що відходять, пристрій для контролю стану ізоляції мережі подає сигнал на комутаційний апарат. Причому, якщо замикання усунулося, то після його зникнення приєднання автоматично підключається до джерела живлення. При глухому ж замиканні на землю на одному з приєднань, комутаційний апарат відключає ушкоджене приєднання і його повторне включення здійснюється обслуговуючим персоналом після відшукання й усунення ушкодження. Основним недоліком цього технічного рішення є те, що при замиканні на землю на одному з приєднань відбувається спрацьовування апарата захисту від витоків струму і відключення вимикача головного кола (вищої напруги), що призводить до відключення всіх струмоприймачів, навіть тих, котрі не можна відключати за умовами вибухобезпеки, наприклад, вентиляторів місцевого провітрювання (ВМП), пристроїв контролю і захисту. На час пошуку й усунення несправності зазначені струмоприймачі будуть відключені. Тим часом, при відключеному ВМП відбувається загазування виробки, що представляє небезпеку вибуху метану чи задухи людей. Крім того, у зазначеному рішенні не забезпечується компенсація ємності мережі, що потребує ДОСТ 22929 «Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей до 1200В». Відома також шахтна трансформаторна підстанція, що містить силовий понижуючий трансформатор, роз'єднувач чи вимикач у колі вищої напруги, роз'єднувачі і вимикачі в колі приєднань, пристрої захисту від струмів короткого замикання і від витоків струму на землю, блок логіки, вхід якого приєднано до виходу пристрою захисту від витоків струму на землю, а кожний з виходів - з'єднано з колом відключення вимикачів навантаження, кожний вимикач навантаження обладнано приєднаним до його виходу пристроєм компенсації ємності і пристроєм попереднього контролю ізоляції, при цьому кількість виходів блока логіки відповідає кількості вимикачів навантаження. Крім цього, вхід одного з вимикачів навантаження приєднано до виходу іншого вимикача навантаження, а кожний з виходів до навантаження підключено до виводу відповідного вимикача (див. поз. рішення від 21.08.03 за заявкою №2003010781, Е21Н3/17). В даний час, як показав досвід експлуатації, у системах електропостачання шахт, особливо тих, що розробляють вугільні пласти на декількох горизонтах декількома ділянками, виникла необхідність подачі живлення високою напругою від шахтної пересувної трансформаторної підстанції, установленої на одному з горизонтів, до підстанції, установленої на іншому горизонті (в іншому місці чи іншій виробці). Однак відомі підстанції цю функцію реалізувати не можуть, тому що з боку високої напруги в них немає виходу, оснащеного необхідними електричними апаратами і захистами, що відповідають вимогам безпеки. Тому приходиться подавати живлення на кожну пересувну трансформаторну підстанцію, установлену на різних горизонтах (у різних місцях), окремими кабелями від комплектних розподільних пристроїв, встановлених у стаціонарних підстанціях чи високовольтних розподільних пунктах. При цьому витрачається значна кількість високовольтних кабелів і погіршуються умови експлуатації і безпеки. Крім того, на шахтах відзначено ряд аварій із застосовуваними пересувними трансформаторними підстанціями, які викликано короткими дуговими замиканнями, що виникають у вихідних колах силових трансформаторів. При таких замиканнях струм к. з. обмежений опором в електричній дузі, унаслідок чого пристрої захисту від струмів к. з. комплектних розподільних пристроїв спрацювати не можуть, трансформатор підстанції працює в режимі великого перевантаження, що призводить до виходу з ладу його обмоток, а електричною дугою пропалюється вибухозахищена оболонка підстанції і порушується її вибухозахист, що призводить до небезпеки вибуху метано-повітряного середовища чи до пожежі. Це необхідно віднести до недоліку відомої трансформаторної підстанції, визначеної як прототип. У основу винаходу поставлено завдання зі створення шахтної трансформаторної підстанції, у якій за рахунок нового схемного рішення забезпечується можливість живлення підстанцій, установлених на інших горизонтах (в інших місцях) чи кабельних ліній електропостачання споживачів інших горизонтів, а також запобігання небезпечному перевантаженню силових трансформаторів у самих пересувних підстанціях. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в шахтній трансформаторній підстанції, що містить силовий понижуючий трансформатор, роз'єднувач у колі вищої напруги, роз'єднувачі і вимикачі в колі приєднань нижчої напруги, пристрої захисту від струмів короткого замикання і від витоків струму на землю, блок логіки, вхід якого приєднано до виходу пристрою захисту від витоків струму, а кожний з виходів з'єднано з колом відключення вимикачів навантаження, кожен вимикач навантаження оснащено приєднаними до його виходу пристроями компенсації ємності і попереднього контролю ізоляції, відповідно до винаходу, її оснащено не менше як одним виходом у колі вищої напруги, що містить вимикач, блоки захисту від струмів короткого замикання, замикання на землю і пристрій попереднього контролю ізоляції, виходи яких приєднано до кола відключення вимикача, а також шинний роз'єднювач і вихідний лінійний роз'єднювач-заземлювач, індикатори напруги і навантаження. Крім того, коло вищої напруги силового трансформатора оснащено блоком захисту від перевантаження, наприклад, вимикачем із пристроєм захисту, що має струмо-часову характеристику, чи плавкими запобіжниками. На фігурі 1 наведено схему запропонованої підстанції з вимикачем у колі вищої напруги трансформатора; на фігурі 2 - схема підстанції з використанням плавких запобіжників як захист від перевантажень. Підстанція містить силовий трифазний трансформатор 1, розташований у вибухонепроникній оболонці 2. З боку вищої напруги підстанцію обладнано кабельним вводом 3 розподільного пристрою вищої напруги (РПВН) і роз'єднувачем 4, розташованим у вибухонепроникній оболонці 5. З боку нижчої напруги трансформатор обладнано декількома, наприклад, двома виводами І і II, що живлять два розподільних пристрої нижчої напруги (РПНН) відповідно. У вибухонепроникній оболонці 6 виводу І, до якого приєднано перший РПНН, розташовані роз'єднувач 7, автоматичний вимикач 8, трансформатори струму 9, пристрій 10 для захисту від витоків струму, трансформатор 11 власних потреб, вимірювальні прилади (вольтметри й амперметри) 12, блок логіки 13, виходи 14 і 15 блоку логіки, блок 16 попереднього контролю ізоляції і пристрій 17 компенсації ємності. Вивід до навантаження поміщено у вибухонепроникну оболонку 18. У вибухонепроникній оболонці 19 виводу II, до якого приєднано другий РПНН, розміщені: роз'єднувач 20, автоматичний вимикач 21, трансформатори струму 22, вимірювальні прилади (вольтметри, амперметри) 23, трансформатор 24 власних потреб, блок 25 попереднього контролю ізоляції, пристрій 26 компенсації ємності. Вивід до навантаження поміщено у вибухонепроникну оболонку 27. Пристрій 10 захисту від витоків струму на землю розташовано у вибухонепроникній оболонці 28. Всі елементи схеми виходу 6кВ: вимикач 29 із блоком захисту 30 від струмів короткого замикання і витоків струму (замикань) на землю, блок 31 попереднього контролю ізоляції, вихідний лінійний роз'єднувач-заземлювач 32, шинний роз'єднувач 33, трансформатор напруги 34, запобіжники 35, розміщені у вибухонепроникній оболонці 36 з кабельним виводом 37, блок 38 захисту від перевантаження силового трансформатора (вимикач з струмочасовим захистом), чи запобіжниками розміщені в оболонці 5. Запропонована підстанція працює так. Трифазна напруга 6кВ по кабелю надходить у відділення кабельного вводу 3, а потім через прохідні електричні зажими на трифазний роз'єднувач 4 і блок захисту від перевантаження 38, що розташовані в оболонці РПВН 5, і далі через прохідні зажими - на трансформатор 1, розташований в оболонці 2, а також на шинний роз'єднувач 33, вимикач 29 з елементами захисту і лінійний роз'єднувач 32. Трифазна напруга (380, 660 чи 1140В) із вторинної обмотки трансформатора 1 надходить через прохідні зажими на входи трифазних роз'єднувачів 7 і 20, вимикачі 8 і 21 і пристрій 10 для захисту від витоків струму на землю. З виходів вимикачів 8 і 21 трифазна напруга надходить у вибухонепроникні відділення виводів 18 і 27 відповідно і далі - до навантаження. Для живлення допоміжних кіл і блоків захисту від струмів короткого замикання (на фігурах 1 і 2 не показані) використовуються трансформатори 11 і 24, а також трансформатори струму 9 і 22 (у кожній фазі чи в 2х фазах), від яких живляться електровимірювальні прилади 12 і 23. До одного з виводів, наприклад, II, приєднані струмоприймачі, пріоритетні по безперебійності живлення, наприклад, ВМП тупикової виробки. Вихід пристрою 10 приєднано до входу блоку 13, вихід 14 якого введено у коло відключення вимикача 8 першого РПНН, а вихід 15-у коло відключення вимикача 21 другого РПНН. Блок логіки 13 забезпечує пріоритет відключення вимикачів 8 і 21 таким чином, що при ушкодженні ізоляції і витоках струму на землю в приєднаннях, що відходять, першим відключиться не пріоритетне приєднання, а пріоритетне не відключиться, якщо в ньому немає ушкодження (витоку струму на землю). Для забезпечення компенсації ємності передбачені блоки 17 і 26, вхідні зажими яких приєднано до вихідних зажимів вимикачів 8 і 21. У випадку ушкодження ізоляції в якому-небудь із приєднань, що відходять, спрацьовує пристрій 10 захисту від витоків струму і видає сигнал на блок логіки 13. Сигнал з виходу цього блоку надходить на систему відключення вимикачів 8 і 21, що спрацьовують відповідно до пріоритету. У відключеному стані відповідного вимикача опір ізоляції його електричного кола, що відходить, чи в навантаженні контролюють блоки 16 і 25. Якщо опір ізоляції на одному з приєднань не відповідає нормі, відбувається блокування (заборона) включення відповідного вимикача. При цьому пріоритетний вимикач не спрацьовує і не блокується, чим забезпечується безперебійне живлення струмоприймачів. Якщо ж виток струму відбувся у колі пріоритетного РПНН, то відключаються обидва вимикача 8 і 21. Пристрої 17 і 26 забезпечують компенсацію ємнісних струмів витоку, що виникають у мережі. Кожний з цих пристроїв настроєно відповідно до величини ємності ділянки мережі, приєднаної до даного виводу. У схемі компенсаторів ємності використана нульова точка, створена трьома конденсаторами, з'єднаними зіркою, між нульовою точкою яких і землею приєднана компенсуюча індуктивність. Це дозволяє здійснювати компенсацію не тільки в режимі поданої напруги, але і коли напруга відключена, а струм витоку створюється за рахунок ЕРС електродвигунів (навантаження), що обертаються по інерції. Схемою блоків 16 і 25 для попереднього контролю ізоляції передбачено їх відключення під час включення вимикачів 8 і 21, наприклад, шляхом введення в їх коло розмикаючих блок-контактів відповідного вимикача. У випадку дугового короткого замикання на виході трансформатора 1 чи іншого режиму, що спричинив його перевантаження, спрацьовує захист від перевантаження блоку 38 і живлення трансформатора 1 припиниться. До виходу в колі вищої напруги 6 кВ приєднується кабель, що живить підстанцію, яку установлено на іншому горизонті (в іншому місці). При необхідності підключення підстанції, що установлена поруч, може бути використай вільний кабельний ввод 3. Відключення виходу 6 кВ роблять вимикачем 30 з пульта місцевого управління чи дистанційно, наприклад, шахтним диспетчером за допомогою апаратури «ВЕТЕР» (на схемах не наведено) чи автоматично за рахунок спрацьовування пристроїв захисту. Сигналізація про напругу і навантаження здійснюється за допомогою наявних у схемі індикаторів (на схемах не наведено). Усі кола власних потреб живляться від трансформатора напруги 34. Для виконання вимог безпеки при обслуговуванні використовуються роз'єднувачі 4, 32, 33. Використання запропонованої шахтної трансформаторної підстанції дозволить підвищити безпеку гірничих робіт, а також забезпечити економію високовольтного кабелю і реалізувати сучасні вимоги експлуатації по електропостачанню шахтного електроустаткування і гірничих машин.