Пересувна шахтна трансформаторна підстанція

Реферат: UA 82180 U UA 82180 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки, зокрема до пересувних трансформаторних підстанцій, які призначені для живлення електроприймачів (споживачів) ділянок вугільних шахт. Трансформаторні підстанції розміщують поблизу дільничних розподільних пунктів (РП) очисних і прохідницьких вибоїв, а також іншого гірничошахтного обладнання. Електропостачання трансформаторних підстанцій здійснюють напругою 6 кВ за допомогою кабельних мереж від комплектних розподільчих пристроїв (КРП). Довжина кабельної лінії напругою 6 кВ в шахтах становить від 2 до 5 км. Крім цього, як правило, на шахтах здійснюють електропостачання 3-5 трансформаторних підстанцій, в тому числі різної потужності від одного КРП і одним кабелем. Тут слід зазначити, що відповідно до п. 1 глави 8 розділу VIII Правил безпеки допускається здійснювати живлення від одного КРП і одним кабелем до трьох підстанцій однакової потужності і технологічно пов'язаних між собою. Щоб судити про причини відключення підстанції необхідно знати технічний стан (відсутність напруги, обрив або замикання) кабельної лінії, а також потрібно визначити на якій ділянці кабелю сталося пошкодження. Відсутність такої інформації змушує обслуговуючий персонал приймати неадекватні рішення. Крім цього протяжна кабельна мережа має індуктивний і ємкісний опори, які різко зменшують значення струму короткого замикання (к. з.) і, тим самим, чутливість і зона дії максимально-струмового захисту (МТЗ), передбаченої в КРП, знижуються. На чутливість захисту також впливає навантаження, яке визначається кількістю підключених до КРП трансформаторних підстанцій, яке, як було сказано, досягає п'яти. При довжині кабельної лінії більше 900 м неможливо визначити технічний стан кабельної лінії і, що особливо важливо, неможливо стійко розпізнати коротке замикання або обрив жил в кабельній лінії. З цієї причини відбуваються техногенні аварії (вибухи і пожежі) в шахтах. Сказане обумовлює необхідність розробки електричної частини трансформаторних підстанцій, яка задовольняє вимогам побудови схем електропостачання в шахтах. Відома пересувна трансформаторна підстанція містить роз'єднувач в колі високої напруги, силовий трифазний знижувальний трансформатор, вимикач в колі вторинної обмотки трансформатора, блоки електричного захисту і блок дистанційного керування, при цьому коло високої напруги оснащено блоком максимального струмового захисту, трансформатори струму якого введено в кожну фазу мережі, а виконавчий елемент цього блока приєднано в коло дистанційного вимикання вимикача високовольтного комплектного розподільного пристрою (див. патент № 71130, Україна, Н02Н 3/17, опубл. 10.07.12., бюл. № 13). Таким чином, відома підстанція містить відділення: розподільного пристрою високої напруги (РПВН), трифазного понижувального трансформатора і розподільного пристрою низької напруги (РПНН). У коло РПВН приєднані ручний роз'єднувач і блок максимального струмового захисту, який забезпечує захист від струму к. з. на ділянці від вторинної обмотки трансформатора до ввідних затискачів вимикача, розміщеного в РПНН. У коло РПНН включені допоміжний понижуючий трансформатор, блоки електричних захистів від короткого замикання і від витоку струму на землю, а також блок дистанційного відключення. Блок максимального струмового захисту від к. з. в даному відділенні виконує функцію захисту в колі низьковольтного електропостачання електроприймачів. Робота підстанції полягає в наступному. Для включення її в роботу необхідно ручний роз'єднувач перевести в положення "Ввімкнено". Напруга 6 кВ надходить на первинну обмотку, а потім під дією електромагнітних процесів на вторинну обмотку понижувального трансформатора, в результаті чого отримуємо знижену напругу - 660/1140 В. Потім вручну вмикають вимикач у РПНН і трансформаторна підстанція підготовлена до роботи. Якщо в приєднанні, що відходить, тобто на стороні низької напруги відсутні ушкодження (зниження опору ізоляції, замикання, обрив жил) кабелів та інших струмопровідних частин, підстанція працює в нормальному режимі. У разі появи пошкодження в приєднанні, що відходить, спрацьовує електричний захист того чи іншого виду і впливає на вимикач у РПНН або впливає на коло дистанційного вимикання КРП в разі спрацьовування блока захисту від струмів к. з. в РПВН. Відбувається вимикання РПНН або підстанції в цілому, якщо к. з. буде на ділянці "виводи вторинної обмотки трансформатора - ввідні затискачі вимикача" РПНН. Ще раз доречно відзначити, що чутливість захисту, вбудованого в КРП, при к. з. в кабельній лінії напругою 6 кВ різко знижується внаслідок великої протяжності кабельної лінії (2-5 км) і досить високого навантаження електроприймачів. Викликано це тим, що ємність і індуктивність кабельної лінії знижує струм к. з., особливо на віддаленій від КРП ділянці, а збільшене навантаження змушує збільшувати значення уставки струму захисту. Останнє істотно знижує чутливість захисту. 1 UA 82180 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розглянута трансформаторна підстанція, яку визначено за прототип, та система її електропостачання має такі недоліки: - відсутні діагностика технічного стану (обрив, замикання) кабельної лінії напругою 6 кВ та її захисне відключення за допомогою спеціального блока, вбудованого в трансформаторну підстанцію; - пристроями захисту, які установлені у КРП, неможливо визначити вид пошкодження (к. з. або обрив) кабельної лінії напругою 6 кВ, що живить трансформаторну підстанцію, якщо довжина лінії завбільшки 900 м. В основу корисної моделі поставлена задача створення пересувної шахтної трансформаторної підстанції, зміна електричної схеми якої, дозволить діагностувати технічний стан кабелю, що живить підстанцію, що, в цілому, забезпечить безпеку застосування електричної енергії в шахтах. Поставлена задача вирішується тим, що пересувна шахтна трансформаторна підстанція, яка містить розподільні пристрої високої і низької напруг, силовий трифазний знижувальний трансформатор, при цьому коло розподільного пристрою високої напруги містить ручний роз'єднувач і блок максимального струмового захисту, а коло розподільного пристрою низької напруги - вимикач, блоки максимального струмового захисту та від витоку струму на землю, а також блок дистанційного керування, згідно корисної моделі, забезпечена блоком для діагностики і захисного вимикання кабельної лінії, яка живить підстанцію, входи якого з'єднано з виходами блоків максимального струмового захисту розподільних пристроїв високої і низької напруг, а вихід - з блоком дистанційного керування комплектного високовольтного розподільного пристрою. Запропоновану трансформаторну підстанцію вперше забезпечено блоком діагностики і захисного вимикання, який незалежно від параметрів і довжини дозволяє виділити виникли відмови і своєчасно вимкнути пошкоджену кабельну лінію електропостачання. Особливо слід відзначити, що вперше блок діагностики і захисного вимикання підключено в кінці кабельної лінії напругою 6 кВ, тобто безпосередньо в трансформаторній підстанції. На кресленні наведено однолінійну функціональну схему запропонованої трансформаторної підстанції. Трансформаторна підстанція містить: відділення 1 високої напруги, відділення 2 трифазного силового знижувального трансформатора, відділення 3 низької напруги. У відділенні 1 розміщено ручний роз'єднувач 4, трансформатори струму 5, блок 6 максимального струмового захисту, блок 7 для діагностики та захисного вимикання кабельної лінії напругою 6 кВ і коло 8 для дистанційного керування вимикачем КРП з пультом 9. У відділенні 2 розміщено трифазний силовий знижувальний трансформатор 10. У відділенні 3 розміщено допоміжний знижувальний трансформатор 11, блок 12 максимального струмового захисту з трансформаторами струму 13, блок 14 для дистанційного керування, блок 15 контролю витоку струму відносно землі і вимикач 16. Блок 6 максимального струмового захисту забезпечує захист на ділянці кола від вторинної обмотки трансформатора 10 до ввідних затискачів вимикача 16. Блок 7 для діагностики та захисного вимикання призначений для визначення відмов, що виникають у кабельній лінії напругою 6 кВ, і відключення КРП, якщо пошкодження сталося. При цьому захист, який реалізовано за допомогою блока 7, вперше введено в конструкцію трансформаторної підстанції. Блок 12 максимального струмового захисту призначений для захисного вимикання у випадку к. з. електроприймачів в приєднанні, що відходить. Допоміжний знижувальний трансформатор 11 є джерелом живлення для блоків 6, 7, 12, 14, 15. Блок 15 виконує захист від зниження опору ізоляції струмопровідних частин приєднання, що відходить, напругою 660, 1140 В нижче нормованого значення, а також захист в разі дотику людини до електричних частин, що знаходяться під напругою (вимога п. 2, глави 7 і п. 1 глави 8 розділу VIII Правил безпеки). Підстанція працює таким чином. Напруга 6 кВ від КРП подається на вводи трансформаторної підстанції. При включеному роз'єднувачі 4 напруга 6 кВ подається на первинну обмотку трансформатора 10. На вторинній обмотці отримуємо знижену напругу 660 або 1140 В. Після включення вимикача 16 знижена робоча напруга подається до РП ділянки лави або прохідницького вибою. Підстанцію включено в роботу. Відключення низьковольтного живлення підстанції здійснюється за допомогою блока 14 шляхом впливу на пульт (на фігурі не наведено), з'єднаний з цим блоком. При цьому відбувається відключення вимикача 16, й низьковольтну напругу підстанції буде відключено. 2 UA 82180 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відключення підстанції з високої сторони здійснюється вручну за допомогою роз'єднувача 4 або за допомогою пульта 9 дистанційного відключення КРП. Передбачений електричний захист блокує подачу напруги в приєднання, що відходить, у разі пошкодження у високовольтному або низьковольтному колах електропостачання. Особливо слід зазначити, що з введенням блока 7 можна безпечно виконувати електропостачання до п'яти трансформаторних підстанцій, в тому числі, з різним навантаженням, як це передбачається зараз на шахтах. Принцип роботи блока 7 заснований на вимірюванні струмів у фазах високовольтного та низьковольтного кіл електропостачання, порівнянні їх і подальшої оцінки для розпізнавання виниклої відмови. У разі, якщо струми в порівнюваних фазах ідентичні (однакові), то це означає, що у високовольтній мережі сталося коротке замикання. Якщо ці струми дорівнюють нулю, то стався обрив однієї з фаз. Одночасно з виділенням будь-якого виду відмови в кабельній лінії напругою 6 кВ, блок 7 формує сигнал на захисне вимикання мережі. З точки зору функціональної надійності введеного блока 7 важливо те, що його робота не залежить від: - параметрів навантаження в низьковольтній мережі; - довжини і параметрів кабельної лінії напругою 6 кВ; - значення струму у віддаленій від КРП точці кабельної лінії; - стану ізоляції струмоведучих частин. Уведення блока 7 для діагностики і захисного вимикання дозволило усунути недоліки, властиві блока захисту, передбаченого в високовольтному пристрою КРП і, крім того, за допомогою блока 7 виконується резервування захисного відключення КРП в разі виникнення к. з. або обриву жил у кабельній лінії. Блок 7 для діагностики та захисного вимикання кабельної лінії напругою 6 кВ може бути виконаний з використанням блока вимірювання струмів в кожній фазі у колах РПВН і РПНН, блока порівняння струмів і виконавчого блока. Блоки вимірювання та виконавчий за схемою і конструкцією аналогічні блокам МТЗ, а блок порівняння - може бути розроблений з використанням транзисторів, аналогових елементів (компаратор та інші), контролера тощо. Як уже зазначалося, у заявленому рішенні вперше запропоновано здійснювати діагностику та захисне вимикання кабельної лінії напругою 6 кВ шляхом її діагностування з боку трансформаторної підстанції, що забезпечує стійке відключення при пошкодженні згаданої кабельної лінії. Заявлене технічне рішення має пріоритетні рішення і вперше дозволяє: - забезпечити діагностику і захисне вимикання кабельної лінії напругою 6 кВ при її пошкодженнях - замиканні й обриві проводів у кабелі; - обґрунтувати можливість використання системи електропостачання від одного КРП і з живленням одним кабелем до п'яти і більше трансформаторних підстанцій з виконанням вимог безпеки; - застосовувати економічно обґрунтовані схеми електропостачання трансформаторних підстанцій; - виконати контроль кабельної лінії напругою 6 кВ у трансформаторній підстанції; - увести в структуру підстанції блок для діагностики і захисного вимикання, робота якого не залежить від: параметрів підключеного струмового навантаження, довжини і параметрів кабельної лінії напругою 6кВ, струму у віддаленій від КРП точці кабельної лінії, стану ізоляції струмоведучих частин. Запропоноване рішення спрямоване на забезпечення безпеки використання електричної енергії в шахтах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пересувна шахтна трансформаторна підстанція, яка містить розподільні пристрої високої і низької напруг, силовий трифазний знижувальний трансформатор, при цьому коло розподільного пристрою високої напруги містить ручний роз'єднувач і блок максимального струмового захисту, а коло розподільного пристрою низької напруги - вимикач, блоки максимального струмового захисту та від витоку струму на землю, а також блок дистанційного керування, яка відрізняється тим, що забезпечена блоком для діагностики і захисного вимикання кабельної лінії, яка живить підстанцію, входи якого з'єднано з виходами блоків максимального струмового захисту розподільних пристроїв високої і низької напруги, а вихід - з блоком дистанційного керування комплектного високовольтного розподільного пристрою. 3 UA 82180 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4