Пристрій захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення

Пристрій захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення, що містить трансформатор струму, підключений виходом до входу виконавчого комутаційного апарата, два силових розмикаючих контакти якого з'єднані послідовно і приєднані до виводів фазних обмоток статора асинхронного двигуна, створюючи ланцюг з'єднання останніх у трифазну схему, який відрізняється тим, що трансформатор струму є підключеним у ланці приєднання заземлюючої жили кабелю живлення асинхронного двигуна до металевого корпуса останнього, при цьому до загальної точки силових розмикаючих контактів та металевого корпуса асинхронного двигуна катодами приєднані, відповідно, діод і стабілітрон, аноди яких з'єднані між собою через резистор. Винахід належить до електротехніки та призначений для підвищення безпеки експлуатації електротехнічних комплексів гірничих технологічних установок у разі виникнення коротких замикань. Для захисту електротехнічних комплексів технологічних установок від коротких замикань поширеним є застосування автоматичних вимикачів, захисна дія яких обумовлена роботою максимальних розчеплювачів. Функціонування останніх базується на застосуванні способу формування магнітного потоку в магнітопроводі розчеплювача пропорційної величини відносно струму його робочої обмотки і переміщенні якоря розчеплювача за умови, якщо магнітно-рушійна сила, що обумовлена магнітним потоком, буде перевищувати силу опору механізму якоря [Справочник энергетика угольной шахты: В 2 т./В. С. Дзюбан и др.; Под общ. ред. канд. техн. наук Б. Н. Ванеева. - Изд. 2-е доп. И перераб. - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2001. -Т.2: 461-466 с]. Недоліками цього технічного рішення є незручність і неточність встановлення проміжних параметрів спрацьовування максимального розчеплювача (в діапазоні струмів електротехнічного комплексу, менших за найбільший струм спрацьовування розчеплювача). Крім того, в системах електропостачання промислових і, зокрема, гірничих підприємств як пристрої захисту від коротких замикань силових електричних приєднань застосовують пристрої, дія яких основана на формуванні вторинного струму, пропорційного до величини струму мережі, що знаходиться під контролем, і формування команди на відключення мережі від джерела живлення в разі, якщо величина вторинного струму перевищила наперед встановлену припустиму величину [Справочник энергетика угольной шахты: В 2 т./В.С. Дзюбан и др.; Под общ. ред. канд. техн. наук Б.Н. Ванеева. - Изд. 2-е доп. и перераб. - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2001. - Т.2: 405-412 с]. Відпрацьовування команди на захисне відключення виконується, як правило, автоматичним ви (19) UA (11) 95757 (13) (21) a201013816 (22) 22.11.2010 (24) 25.08.2011 (46) 25.08.2011, Бюл.№ 16, 2011 р. (72) МАРЕНИЧ КОСТЯНТИН МИКОЛАЙОВИЧ, КОВАЛЬОВА ІННА ВОЛОДИМИРІВНА, ЛАГУТА ІГОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ВАСИЛЕЦЬ СВЯТОСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) GB 665571 A, 23.01.1952 GB 675514 A, 09.07.1952 WO 9505695 A1, 23.02.1995 JP 9331623 A, 22.12.1997 GB 852333 A, 26.10.1960 GB 669607 A, 02.04.1950 GB 716559 A, 06.10.1954 UA 74696 C2, 16.01.2006 C2 1 3 микачем технологічної дільниці або контактором пускача відповідного кабельного приєднання до асинхронного двигуна. Крім того, функцію випереджувального відключення аварійного приєднання від джерела живлення при пошкодженні ізоляції навіть однієї фази виконує дільничний апарат захисту від витоків струму на землю, застосування якого в шахтних дільничних електромережах є обов'язковим [Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей напряжением до 1200 В. Общие технические условия (ГОСТ 22929-78).- [действ. С. 26.03.1978 г.] - М.: Гос. ком. стандартов СССР, 1978.- 16 с.]. Оскільки трифазне коротке замикання при пошкодженні гнучкого екранованого кабелю розпочинається з пошкодження і замикання на землю (заземлюючу жилу кабелю) однієї, або двох фаз, апарат захисту від витоків струму на землю здатен виявити цей аварійний процес і сформувати команду на захисне відключення мережі. Ці технічні рішення дозволяють виявити коротке замикання у силовому електричному приєднанні електротехнічного комплексу і відключити останній від джерела електроживлення, але не дозволяють припинити струм у точці короткого замикання, який певний час буде підтримуватись дією зворотного енергетичного потоку (електрорушійної сили обертання) асинхронного двигуна, що був ввімкнений в аварійному приєднанні. Така підтримка струму короткого замикання після захисного відключення мережі може спричинити пожежу і є вкрай небезпечною за умов виникнення короткого замикання у вибухонебезпечному середовищі (зокрема у вугільній шахті). Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється, є пристрій реалізації способу захисту від струмів короткого замикання в мережі живлення асинхронного двигуна [патент України на KM № 48268, МПК8 Н02Н3/00, опубл. 10.03.2010]. Він передбачає наявність трансформаторів струму статора асинхронного двигуна, підключених до входу блока контролю струмів статора, вихід якого є підключеним до виконавчого комутаційного апарата, два силових розмикаючих контакти якого з'єднані послідовно і приєднані до виводів фазних обмоток статора асинхронного двигуна, створюючи ланцюг з'єднання останніх у трифазну схему. Захисне спрацьовування комутаційного апарата з розмиканням статорної обмотки двигуна відбувається в разі короткочасного зменшення струму статора з подальшим інтенсивним його підвищенням, що визначається схемою блока контролю струмів статора. Недоліком цього технічного рішення є недостатня швидкодія обезструмлення точки короткого замикання в кабелі живлення, оскільки захисне спрацьовування комутаційного апарата з розмиканням статорної обмотки виконується після початку дії зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання. Крім того, наявність достатньо складної схеми блока контролю струмів статора, яка передбачає застосування аналогової схемотехніки для формування електричних інформаційних сигналів, не забезпечує належної чутливості захисту. 95757 4 В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення, в якому за рахунок додаткового виміру струму в заземлюючій жилі живильного силового шахтного екранованого кабелю та подальшого роз'єднання трифазної схеми обмотки статора двигуна забезпечується одночасне відключення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна із спрацьовуванням максимального струмового захисту з боку джерела живлення. Цим підвищується швидкодія обезструмлення точки короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна та спрощується визначення процесу короткого замикання, що дає змогу попередження пожежі, обумовленої струмом короткого замикання у живильному кабелі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрої захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення, що містить трансформатор струму, підключений виходом до входу виконавчого комутаційного апарата, два силових розмикаючих контакти якого з'єднані послідовно і приєднані до виводів фазних обмоток статора асинхронного двигуна, створюючи ланцюг з'єднання останніх у трифазну схему, згідно з винаходом трансформатор струму є підключеним у ланці приєднання заземлюючої жили кабелю живлення асинхронного двигуна до металевого корпуса останнього, при цьому до загальної точки розмикаючих контактів та металевого корпуса асинхронного двигуна катодами приєднані, відповідно, діод і стабілітрон, аноди яких з'єднані між собою через резистор. Таким чином, реагування на факт виникнення короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна буде відбуватися шляхом одночасного відключення напруги живлення електричної мережі засобами максимального струмового захисту з боку живильної трансформаторної підстанції і припинення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна в схемі аварійної кабельної мережі шляхом роз'єднання трифазної статорної обмотки цього двигуна в результаті спрацьовування захисного пристрою, що заявляється. На фіг. 1 наведена схема підключення гнучкого екранованого кабелю електричного живлення до силових затисків у відсіках кабельних вводів магнітного пускача і асинхронного двигуна гірничої машини; на фіг. 2 - електрична схема пристрою, що заявляється; на фіг. 3 - розподіл струмів замикання однієї фази на землю в кабельній мережі живлення асинхронного двигуна за умови застосування шахтного екранованого кабелю, з урахуванням схеми підключення апарата захисту від витоків струму на землю до електричної мережі. До складу шахтного силового гнучкого екранованого кабелю 1 входять три силові жили 2, мідна заземлююча жила 3, гумові ізоляційні оболонки 4 силових жил та гумові провідникові екрани 5. Схема підключення гнучкого екранованого кабелю містить затиски 6 у пристроях кабельних вводів 7 (магнітного пускача) і 8 (асинхронного двигуна гірничої машини), заземлювач 9, заземлюючі бол 5 ти 10 (магнітного пускача) і 11 (асинхронного двигуна гірничої машини). Пристрій захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення містить трансформатор струму 12, виконавчий комутаційний апарат 13, два силових розмикаючих контакти 14 і 15 якого приєднані до виводів фазних обмоток 16 статора, додатковий заземлюючий болт 17 металевого корпуса 18 асинхронного двигуна, діод 19, стабілітрон 20 та резистор 21. Електрична мережа живлення асинхронного двигуна також містить апарат захисту від витоків струму на землю 22, живильну трансформаторну підстанцію 23 та автоматичний вимикач 24. Особливістю шахтного гнучкого екранованого кабелю 1 є наявність гумового провідникового екрана 5, який накладений поверх гумової ізоляційної оболонки 4 кожної силової жили 2. Між екранами 5 силових жил кабелю міститься мідна заземлююча жила 3. Таким чином, пошкодження ізоляції силової жили приводитиме до появи електричного зв'язку між цією силовою жилою 2 і заземлюючою жилою 3. Всі силові жили кабелю приєднуються до відповідних затисків 6 у пристроях кабельних вводів магнітного пускача 7 і асинхронного двигуна 8 гірничої машини. Пристрій кабельного вводу магнітного пускача (як частина його металевої оболонки ) є приєднаним до заземлювача 9. Заземлююча жила 3 у пристроях кабельних вводів 7 і 8 приєднується до заземлюючих болтів, відповідно, 10 і 11, які є частинами металевих корпусів, відповідно, пускача та асинхронного двигуна. Цим забезпечується заземлення асинхронного двигуна гірничої машини, яка є рухомим об'єктом. Пристрій захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення містить трансформатор струму 12, через який заземлююча жила 3 кабелю приєднується у пристрої 8 кабельного вводу асинхронного двигуна до заземлюючого болта 11, що є частиною металевого корпусу цього двигуна, а вихід трансформатора струму 12 є підключеним до входу виконавчого комутаційного апарата 13, два силових розмикаючих контакти 14 і 15 якого з'єднані послідовно і приєднані до виводів фазних обмоток 16 статора асинхронного двигуна, створюючи ланцюг з'єднання останніх у трифазну схему, причому, до загальної точки контактів 14 і 15 та додаткового заземлюючого болта 17 металевого корпуса 18 асинхронного двигуна катодами приєднані, відповідно, діод 19 і стабілітрон 20, аноди яких з'єднані між собою через резистор 21. Дія пристрою захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення пояснюється наступним. Процес міжфазного короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна розпочинається з пошкодження ізоляції 4 однієї, або двох фаз, що за умови застосування гнучкого екранованого кабелю 1 приводить до металевого контакту жил 2 цих пошкоджених фаз із заземлюючою жилою 3. З одного боку, це приводить до спрацьовування максимального струмово 95757 6 го захисту живильної підстанції 23 та апарата захисту від витоків струму на землю 22 і відповідного відключення пошкодженого кабелю від живильної трансформаторної підстанції автоматичним вимикачем 24. У той же час, в момент виникнення однофазного, або двофазного замикання на землю створюється ланка протікання струму Ікз1 з живильної трансформаторної підстанції 23 через пошкоджену жилу 2 (пошкоджені жили) кабелю та його заземлюючу жилу 3, корпус 18 асинхронного двигуна, стабілітрон 20, резистор 21, діод 19 - до загальної точки статора двигуна. В разі виникнення короткого замикання в кабелі після відключення мережі за умови знаходження асинхронного двигуна споживача в стані вільного вибігу струм Ікз2 буде визначатися ЕРС обертання асинхронного двигуна і протікати від його статора. Це приводитиме до виникнення струму у вторинній обмотці трансформатора струму 12 заземлюючої жили кабелю. Під дією цього струму виконавчий пристрій 13 формує команду на відключення силових контактів 14 і 15, що приводить до роз'єднання трифазної схеми статорної обмотки двигуна і припинення струму в точці короткого замикання кабелю живлення асинхронного двигуна, обумовленого дією зворотного енергетичного потоку останнього. Застосування цього пристрою захисту має бути узгоджене з функціонуванням дільничного апарата захисту від витоків струму на землю 22 (фіг. 3), який створює у трифазній електромережі і ланці заземлення постійний оперативний струм і впливає на відключення автоматичного вимикача 24 в разі перевищення оперативним струмом встановленої припустимої величини. Схема приєднання діода 19 та стабілітрона 20 через резистор 21 катодами до загальної точки обмоток статора двигуна (точки приєднання контактів 14 і 15) і заземлених елементів (що є підключеними до заземлюючої жили 3 кабелю) виключає вплив пристрою, що заявляється, на роботу дільничного апарата захисту від витоків струму на землю 22. Проходженню постійного оперативного струму через заземлюючу жилу 3, трифазну обмотку статора 16 асинхронного двигуна перешкоджатиме стабілітрон 20, напруга пробою якого має бути більшою, ніж напруга, що створює вказаний оперативний струм апарата захисту від витоків струму на землю 22. Таким чином, діод 19 і стабілітрон 20 відокремлюють статорну обмотку 16 двигуна від його заземленого корпуса, що відповідає принципу ізоляції обмотки статора двигуна від елементів заземлення мережі у робочому режимі експлуатації. В разі виникнення короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна, через наявність електричного зв'язку між фазою (фазами) кабелю та заземлюючою жилою (в місці замикання) матиме місце суттєве підвищення різниці потенціалів між заземлюючою жилою та загальною точкою обмотки статора. Через це станеться відкриття стабілітрона 20 у зворотному напрямі і протікання струму через трансформатор струму 12, що приведе до спрацьовування виконавчого пристрою 13. 7 Наведений пристрій захисту від впливу асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення забезпечує підвищення ефективності відключення відгалужень в разі виникнення в них коротких замикань, за рахунок додаткового виміру струму в заземлюючій жилі живильного силового шахтного екранованого кабелю та подальшого роз'єднання трифазної схеми обмотки статора асинхронного двигуна, що забезпечує одночасне відключення зворотного енергетичного по Комп’ютерна верстка Мацело М. 95757 8 потоку асинхронного двигуна із спрацьовуванням максимального струмового захисту з боку джерела живлення, чим підвищується швидкодія обезструмлення точки короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна та спрощується визначення процесу короткого замикання, що дає можливість попередження пожежі, обумовленої струмом короткого замикання у живильному кабелі. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601