Файл: Электробезопасность на горнорудных предприятиях сборник материалов Республиканской научно-технической конференции..pdf

Ниже рассмотрены некоторые аспекты проблемы координа­ ции изоляции карьерных электрических сетей.

Методика координации изоляции карьерных сетей. В отличие от сетей высших классов напряжения, где все более развиваются методы статистической координации, в карьерных сетях средних классов напряжения, учитывая фактор электробезопасности, координация изоляции должна проводиться по методике пре­ дельных состояний, которая сводится к следующему.

Основным требованием безаварийного состояния электроус­ тановки является условие, что за все время эксплуатации наи­ большие возможные уровни перенапряжений в карьерной сети должны быть меньше наименьших допустимых уровней изоляции элементов электрооборудования, что характеризуется основным предельным неравенством, являющимся основой методики коор­ динации изоляции по предельным состояниям при одномерной постановке задачи:

допустимые пробивные напряжения или уровни изоляции эле­

ментов электроустановок.

Неравенства (1) и (1а) выражают малую вероятность воз­ никновения предельного состояния, т. е. условий, когда макси­ мальные перенапряжения совпадают с наименьшими возможны­ ми уровнями изоляции электроустановки. Обе величины рассмат­ риваются как величины изменчивые и статистически случайные и определяются статистическим расчетом.

Основной задачей координации изоляции является установ­ ление требований и решений, гарантирующих действительность указанных неравенств в течениесрока эксплуатации электроус­ тановки. В такой постановке задачи координации изоляции по предельным состояниям время явно не учитывается, но предпо­ лагается, что оно должно иметь место в любой данный момент времени.

Для характеристики изменчивости расчетных параметров могут применяться кривые распределения, имеющие асимптоти­ ческие части, чем вводится представление, что изменчивые рас­ четные параметры могут иметь любые величины, ограниченные только весьма малой вероятностью появления крайних их зна­ чений, которые могут появиться за время эксплуатации электро­ установки.

Уровень внутренних перенапряжений. Информация об этой одной из важнейших характеристик координации изоляции элек­ трических сетей карьеров * показывает, что величина расчетного

* См. статью автора «О законах распределения внутренних перенапряже­ ний в электрических сетях карьеров» в настоящем сборнике,

по

(фовня перенапряжений с вероятностью 0,999 не превышает значение &гред=4,0. Иначе, максимальный уровень (предельное значение) перенапряжений в сетях карьеров должен прини­ маться макс ипер —4 Нф.

Подчеркнем, что в карьерных сетях, оборудованных средст­ вами ограничения перенапряжений, координацию изоляции сле­ дует проводить также по этому уровню, рассматривая ограни­ чение перенапряжений как меру улучшения режима работы: облегчение нагрузок на изоляцию и повышение фактического запаса изоляции.

Коэффициенты запаса изоляции. Запас электрической проч-

^пр ности — применяемой изоляции по отношению к номиналь­

ная ному напряжению, как правило, в нижней границе определяется

возможными уровнями перенапряжений, а в верхней — сообра­ жениями технологическими и экономическими.

Коэффициент запаса изоляции электрооборудования и ли­ нейной в сетях 6 кВ по ГОСТу 1516-68 принимается не менее величины 7,6. Величина коэффициента запаса экскаваторных кабелей устанавливается равным 5—6, хотя в последнее время ставится вопрос о повышении его до 8-кратного. Дальнейшее повышение коэффициента запаса при сохранении конструкции и изоляционных материалов приведет к увеличению толщины изоляции, веса и снижению гибкости кабеля.

Таким образом, изоляция карьерных электроустановок с при­ нятым заводом-изготовителем запасом прочности (или, назовем, с производственным допуском) надежно выдерживает возникаю­ щие в сети внутренние перенапряжения. Однако основные задачи координации изоляции — обеспечение надежности при проекти­ ровании (конструировании) и изготовлении, а также сохранение надежности на весь период эксплуатации.

Эксплуатационная надежность. Совокупное воздействие ком­ плекса электромеханических факторов за время эксплуатации вызывает изменение коэффициента запаса и приводит к пониже­ нию уровня изоляции, снижая коэффициент надежности.

Например, плотность вероятности безотказной работы кабеля КШВГ-6 от момента ввода в эксплуатацию новой строительной

где t — время эксплуатации, сутки.

На рис. 1 представлены предположительная зависимость изменения коэффициента запаса экскаваторного кабеля в функ­ ции от длительности его эксплуатации. Здесь же показаны уров­ ни рабочего напряжения, внутренних перенапряжений. Зависи­

111

мость получена из выражения (2) с учетом начальных конструк­ тивных коэффициентов запаса, равных 5—6 (или

Из рис. 1 видно, что относительно высокие первоначальные запасы прочности изоляции элементов карьерной электросисте­ мы длительно не обеспечивают высокого уровня надежности.

Рис. 1. Изменение коэффициента запаса экскаиаторного кабеля от дли­ тельности эксплуатации:

1 — уровень первоначального коэффициента запаса кабеля; 2 — уровень рабочего напряжения сети (к=^1); 3 — максимальный уровень внутренних перенапряжений; 4 — уровень среднего значения перенапряжений; 5 — кри­ вая изменения коэффициента запаса изоляции с меньшей скоростью снижения.

В этой связи следует подчеркнуть, что совершенствование коор­ динации изоляции должно идти не путем увеличения первона­ чальных запасов прочности, а за счет создания соответствующе­ го карьерного электрооборудования, применения новых изоля­ ционных материалов, конструкций и т. п., обеспечивающих мень­ шую скорость снижения коэффициента запаса, а также за счет оптимизации эксплуатационных режимов и режимов эксплуата­ ции (глубокое ограничение внутренних перенапряжений, прину­ дительная периодическая замена элементов с большой вероят­ ностью ослабленных мест изоляции и др.) а создания оптималь­ ной системы контроля.

Для надежной работы карьерной сети необходимо устано­ вить величины эксплуатационных коэффициентов запаса изоля­ ции (назовем, эксплуатационного допуска), т. е. установить до­ пустимые границы (а, в) для значений параметра X изоляции,

112

которые бы однозначно информировали, что если величина па­ раметра не вышла за эти границы в данный момент, то электроустановка с вероятностью Р будет выполнять требуемые функции в течение времени Т при конкретных условиях эксплуа­ тации. Смысл этого положения заключается в следующем. Величина параметра X с течением времени изменяется. Если в момент времени /0 величина параметра находится в границах поля допуска, то в течение времени T = t {—t0 эксплуатируемая установка с вероятностью Р будет способна выполнять требуе­ мые функции, определяемые параметром X.

Впонятие условий эксплуатации включаются не только электромеханические воздействия, но и формы организации экс­ плуатации, а также характеристики изменения параметров в процессе эксплуатации.

Врассматриваемом случае задача состоит в поддержании необходимого уровня изоляции (запаса электрической прочнос­

ти). Математически это можно выразить неравенством

повышенным напряжением. Установлено, что коэффициент эф­ фективности дискретных профилактических испытаний для мо­

бильных карьерных кабельных сетей оказался весьма низким и не превышал 3,5%.

Если в уравнении (4) под А понимать уровень испытатель­ ных напряжений, а под Лт — время между соседними испыта­ ниями, то, чем меньше Дт , тем ниже вероятность образования сильных местных дефектов и тем меньше вероятность пробоя в эксплуатации. Для выявления быстро развивающихся дефектов необходимо производить частый, в пределе, если стремить Дт-з-0 непрерывный контроль изоляции.

Для карьерных электроустановок, которые в течение экс­ плуатации после очередных испытаний неоднократно передви­ гаются, дискретные спорадические испытания не могут характе­ ризовать состояние изоляции и в этой связи наиболее эффек­ тивным методом контроля является автоматический непрерывный контроль изоляции электроустановок относительно земли.

Решение задачи повышения надежности и безотказности функционирования элементов КРС и изыскание способов авто­ матического непрерывного контроля состояния изоляции возмож­ но путем установления достоверных представительных парамет­ ров для, оценки изоляции, информация о которой прямо или

вдоль пути утечки £/. =1,1 —1,2 кВ!см, соответствующей наи­ большему рабочему перенапряжению, появляющемуся с вероят­ ностью 0,97. Как видно, при увеличении влажности воздуха ток утечки значительно возрастает, что объясняется уменьшением ве­ личины о0.

Рис. 1. Зависимости тока утечки по поверхности изоляторов от толщины слоя загрязнения.

E l = 1,1 —1,2 кВ/см; t — + 10ч-15°С/

Аварийный режим наступает при появлении подсушенных зон в увлажненном слое загрязнения, разогреваемом током утечки. Из условия теплового баланса

к,У = к-,р

после преобразований получено выражение для определения критической толщины слоя загрязнения окр , при которой воз­ можно появление подсушенных зон

где

./— интенсивность выпадения на изолятор влаги; 0(1) — диаметр изолятора при произвольном значении коор­

динаты I вдоль пути утечки;

р — энергия, рассеиваемая на единице поверхности изоля­ тора;

/г, и k2— коэффициенты пропорциональности.

Кривые о,,р—f ( f ) на рис. 2 разделяют толщины слоя за­ грязнения о , при которых возможна подсушка поверхности изоляторов (при о > окр), и толщины загрязнения, при кото-

рых подсушка невозможна (при 3 < Зкр ). Как видно, в реаль­ ных условиях эксплуатации появление подсушенных зон на поверхности изоляторов возможно только при высокой влажнос­ ти воздуха (выше 90%).

Рис. 2- Зависимости критической толщины слоя загрязнения от влажнос­ ти воздуха при минимальной (1, 2) и максимальной (3, 4) величине L) ( I )

t° воздуха = + 10-M5°C).

При перекрытии подсушенной зоны частичной дужкой, полное сопротивление поверхности изолятора R определится суммой

тивление поверхности изолятора при возникновении дуги может быть больше сопротивления увлаженного слоя загрязнения (при

тичных дуг в полное перекрытие изолятора необходимым и дос­ таточным является условие

где /д*— длина дуги, при которой г„ — минимально.

116