2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени
..pdfГлава восьмая. Виды исполнения рудничного электрооборудования
8.1. Принципы взрывобезопасности
В подземных выработках в местах установки электрооборудования могут образоваться взрывоопасные газовоздушные смеси. Инициатором взрыва такой смеси может быть любое открытое искрение. Взрыв газов может произойти и внутри корпуса электрооборудования, если выработка оказывается загазованной длительное время.
Основной принцип обеспечения взрывобезопасности состоит в том, чтобы не допустить возникновения взрыва внутри корпуса электрообору дования и его распространения за пределы корпуса, если он уже произо шел.
Разработана целая система обеспечения взрывозащиты рудничного электрооборудования.
Важным параметром обеспечения взрывобезопасности электрообо рудования является так называемый безопасный экспериментальный мак симальный зазор (БЭМЗ) для различных горючих газовоздушных смесей.
Под БЭМЗ понимается максимальный зазор между плоскими флан цами шириной 25 мм, через который не происходит передача взрыва из оболочки специальной установки в окружающую среду, независимо от концентрации смесей газов. БЭМЗ использованы для определения взрывобезопасных зазоров в конструкциях горного электрооборудования.
Виды взрывозащиты следующие.
Для обеспечения безопасного применения электроэнергии в услови ях взрывоопасных сред необходимо применять взрывозащитное электро оборудование, в котором приняты меры или существуют средства, обеспе чивающие его пригодность для использования в такой атмосфере (рис.8.1).
Рис. 8.1. Блок-схема обеспечения взрывозащиты
Локализация взрыва оболочкой - традиционный способ взрывозащи ты, заключающийся в том, что токоведущие части оборудования помеще ны в оболочку, которая исключает возможность передачи взрыва наружу. Оболочка должна выдерживать давление взрыва, а места сопряжения от дельных её деталей и узлов выполняются такими, что пламя и продукты взрыва, выходящие из оболочки наружу, охлаждаются до безопасных тем ператур. Этот вид взрывозащиты имеет наименование “взрывонепроницаемая оболочка” (ГОСТ 22782.6-81).
Принцип обеспечения взрывозащиты путем размещения токоведу щих частей в неопасной контролируемой среде заключается в том, что не смотря на наличие или появление взрывоопасной атмосферы в установке, где размещено электрооборудование, его токоведущие части находились бы в неопасной среде. Этой неопасной средой может быть газ, жидкость, сыпучие или твердые заполнители. Газовая среда (чистый воздух или инертный газ) должна находиться в оборудовании под избыточным давле нием по отношению к наружной атмосфере во избежание её проникнове ния внутрь, поэтому этот вид взрывозащиты получил наименование “заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением” (ГОСТ 22782.4-78). В качестве защитной жидкости, в которую погружаются токо ведущие части электрооборудования, используется в основном трансфор маторное масло, и поэтому этот вид защиты получил наименование “масляное заполнение оболочки” (ГОСТ 22782.1-77). При использовании кварцевого песка в качестве изолирующей среды этот вид защиты имену ется “кварцевое заполнение оболочки” (ГОСТ 22782.2-77).
Если электрооборудование предназначено только для тех мест, где взрывоопасная атмосфера может появляться на короткое время, то можно использовать время, необходимое для проникновения внешней опасной среды внутрь оборудования, в качестве защитного фактора. При ограниче нии размеров зазоров (щелей) и каналов, через которые сообщается внут ренняя полость электрооборудования с окружающей средой, ограничение “дыхания” электрооборудрования, нормальный состав воздуха внутри внутри оболочки электрооборудования может сохраняться в течение вре мени, намного превышающего срок нормализации аварийно возникшей взрывоопасной атмосферы. Предупредить образование взрывоопасной концентрации газов внутри электрооборудования можно также за счет пламенного или беспламенного (каталитического) окисления горючих ве ществ по мере их поступления в оболочку либо введением ингибиторов - веществ, замедляющих или прекращающих протекание химической реак ции по типу горения или взрыва.
Принцип обеспечения взрывозащиты путем контроля источника инициирования взрыва может быть осуществлен в электрооборудовании двух типов: не имеющих нормально искрящих частей и слаботочном элек трооборудовании. В первом случае могут быть приняты дополнительные меры (применение высококачественных изоляционных материалов с
уменьшенными тепловыми механическими и электрическими нагрузками по сравнению с принятыми для оборудования общего назначения, повы шенное качество контактных соединений, соответствующая защита от воз действия окружающей среды), при которых вероятность появления искре ний, дуг, опасных перегревов существенно снизится и оборудование мож но будет использовать во взрывоопасной атмосфере. Комплекс этих защит получил наименование “защита вида е” (ГОСТ 22782.7-81). В слаботочном электрооборудовании в целом ряде случаев удается ограничить энергию, выделяемую при искрении в цепях, находящихся во взрывоопасной среде, до такого значения, что электрический разряд не может её воспламенить. Этот вид защиты получил наименование “искробезопасная электрическая сел,” (ГОСТ 22782.5-78).
Наряду с вышеизложенными имеются такие защиты, как заливка то коведущих частей термореактивными компаундами, применение герме тичных оболочек и др. Комплекс этих средств получил название специаль ного вида взрывозащиты (ГОСТ 22782.3-77).
8.2. Принцип искробезопасности
Наряду с известными методами защиты от взрыва искробезопасное исполнение электрооборудования обеспечивает безопасность всей элек трической системы (аппаратов, кабелей) как в нормальном, так и в аварий ном режиме работы. Основное отличие искробезопасного исполнения от других способов обеспечения безопасности электроэнергии в том, что искробезопасность исключает возможность возникновения взрыва. Благодаря этому расширяется область прменения искробезопасного электрооборудо вания. Оно может применяться без каких-либо ограничений в загазованных подземных выработках.
Искробезопасной электрической системой называют комплекс элек трооборудования и электрических устройств, состоящий только из искро безопасных цепей. Искробезопасной считается такая цепь, в которой ис крения в виде коммутационных разрядов замыкания или размыкания, а также нагрев элементов цепи не способны воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся взрывчатую смесь.
Связь между параметрами электрической цепи и воспламеняющей способностью электрических разрядов, возникающих при её коммутации, определяется целым рядом факторов: переходными процессами в цепи, возникшим разрядом, процессом нагревания смеси до необходимой темпе ратуры и т.д.
Эти явления связаны сложными функциональными зависимостями, которые нельзя полностью описывать уравнениями, пригодными для рас чёта искробезопасных параметров цепей. Однако ясно, что для искробезо пасности необходимо: ограничивать ток и напряжение в цепи; принуди тельно сокращать длительность разряда; снижать действующую индуктив
ность и ёмкость цепи, применяя эффективные способы шунтирования; за менять переменный ток постоянным или выпрямленным пульсирующим. Все эти меры должны уменьшить энергию и длительность разрядов.
Зависимости между параметрами электрических цепей, условиями коммутации и условиями поджигания смесей устанавливаются экспери ментальным путем с помощью искрообразующих механизмов в специаль ной камере.
Электрическая цепь признается искробезопасной, если средняя час тота взрывов равна или меньше одного на 1000 искрений (при общем их числе не менее 16000), т.е. вероятность возникновения взрывов в камере не должна превышать 10'3
8.3. Классификация и маркировка рудничного электрооборудования
Взрывчатые смеси разделяются на две основные категории: I и II. Категория II подразделяется на три разновидности: ПА (окись углерода и др.), ПВ (этилен и др.), ПС (водород и др.), которые согласно ГОСТ 12.1.011-78 рассматриваются как самостоятельные категории. В основе разделения на категории лежат значения отношения МВТ смеси к МВТ метано-воздушной смеси. Эти значения составляют для категорий: I - 1,0; ПА - 0,8; ПВ - 0,5-0,8; ПС - 0,45.
Наряду с категориями, ГОСТ 12.1.011-78 классифицирует промыш ленные газы по шести уровням: от Т1 до Тб. Для групп: Т1температура самовоспламенения 450 °С; Т2 - 300-450 °С; ТЗ - 200-300 °С; Т4 - 135-200 °С; Т5 - 100-135 °С; Тб - 85-100 °С.
Рудничный метан относится к категории I и группе Т1.
В соответствии с ГОСТ 12.2.020-76 взрывозащищенное электрообо рудование в зависимости от области применения подразделяется на две группы:
I - рудничное взрывозащищённое электрооборудование, предназна ченное для подземных выработок шахт и рудников, опасных по газу и пы ли;
II - взрывозащищённое электрооборудование для внутренней и на ружной установки (кроме рудничного взрывозащищённого электрообрудования).
Электрооборудование группы П с видами взрывозащиты взрывоне проницаемая оболочка и искробезопасная электрическая цепь подразделя ется на подгруппы ПА, ПВ и ПС в зависимости от параметров взрывозащи ты, принимаемых для взрывоопасных смесей категорий, имеющих анало гичные обозначения.
Рассмотренные выше виды взрывозащиты определяют её качествен ную характеристику. Для количественной характеристики используется понятие уровня взрывозащиты, который определен как степень взрывоза щиты электрооборудования (электротехнического устройства) при уста
новленных нормативными документами условиях. По ГОСТ 12.2.020-76 установлены следующие уровни взрывозащиты: нормальное рудничное ис полнение, повышенная надежность против взрыва, взрывобезопасный, особовзрывобезопасный. Уровень взрывозащиты рудничного электрообо рудования определяется принятыми в нем средствами взрывозащиты.
Для рудничного электрооборудования, предназначенного для экс плуатации в условиях предприятий, не опасных по газу и пыли, устанавли вается знак уровня взрывозащиты PH - рудничное нормальное.
Уровень взрывозащиты повышенной надежности против взрыва (маркировка PH) обеспечивается:
взрывонепроницаемой оболочкой, обеспечивающей взрывозащиту только в нормальном режиме работы (в электрооборудовании с нормально искрящими контактами); искробезопасностью электрических цепей только в признанном нормальном режиме работы электрооборудования;
дополнительными мерами и средствами, затрудняющими возник новение опасных искр, электрических дут и нагрева (в электрооборудовании или его части, не имеющем нормально искрящих частей).
Уровень взрывозащиты взрывобезопасный (маркировка РВ) обеспе чивается:
взрывонепроницаемой оболочкой, предотвращающей передачу взрыва в окружающую среду при воспламенении взрывоопасной смеси внутри оболочки при нормальном режиме работы и при признанных вероятных повреждениях; искробезопасностью электрических цепей в нормальном и в ава
рийном состояниях при двух повреждениях, если в искробезопасной цепи имеются открытые нормально искрящие контакты, иди при одном повреждении, если нормально искрящих контактов нет; заполнением оболочки негорючим жидким диэлектриком;
заполнением оболочки с токоведущими частями кварцевым Пес ком; автоматическим отключением напряжения с токоведущих частей
при разрушении защитной оболочки за время, исключающее вос пламенение взрывоопасной среды; сочетанием одного или нескольких видов взрывозащиты (по
ГОСТ 12.2.020-76) с автоматическим отключением напряжение и одновременным закорачиванием источника э.д.с. при повре^де. нии оболочки силовых кабелей, вызывающих замыкание основ. ных жил между собой и на землю за время не более 2,5 мс с На. дежностыо выполнения функции отключения и закорачивал^ каждым из устройств, обеспечивающих указанное быстродействие не менее 15000 ч наработки на отказ;
специальными средствами взрывозащиты, основанными на прин ципах, отличных от приведенных выше, но признанных достаточ ными для обеспечения взрывобезопасности электрооборудования.
Уровень взрывозащиты особовзрывобезопасный (маркировка РО) обеспечивается:
сочетанием средств взрывозащиты, признаным достаточным ис пытательными организациями (например, сочетанием взрывоне проницаемой оболочки с кварцевой взрывозащитой, заливкой эпоксидным компаундом искоопасных элементов), при этом должна обеспечиваться искробезопасность отходящих присоеди нений; искробезоасностью электрических цепей в нормальном и аварий
ном состояниях при любом числе повреждений, если в искробезо пасной цепи есть открытые нормально искрящие контакты, или при двух повреждениях, если нормально искрящих контактов нет.
Конструктивные или схемные решения, обеспечивающие взрывоза щиту электрооборудования в соответствии с ГОСТ 12.2.020-76, классифи цируются по следующим видам взрывозащиты: взрывонепроницаемая обо лочка (IB, 2В, ЗВ, 4В); искробезопасная электрическая цепь (Иа, Иь, Ис); защита вида “е” (П); масляное заполнение оболочки (1М, 2М, ЗМ, 4М); кварцевое заполнение ободочки (IK, 2К, 2КЭ); автоматическое защитное отключение (А); специальный вид взрывозащиты (С).
Начальные цифры при букве В (вид взрывозащиты - взрывонепрони цаемая оболочка) характеризует электрооборудование по номинальному напряжению и максимальному току к.з. Обозначения IB, 2В, ЗВ, 4В соот ветствуют напряжению до 65, 127, 660, 6000 В и току к.з. до 100, 450, 10000 и 15000 А. Оболочки электрооборудования на напряжение 1140 В по виду взрывозащиты отнесены к исполнению ЗВ. Обозначение 1В имеет электрооборудование, взрывозащита которого выполнена без учета дугово го к.з. внутри оболочки. Рудничные светильники во взрывонепроницаемой оболочке маркируются знаком 1В независимо от величин напряжения и тока к.з. Обозначения 2В, ЗВ, 4В имеет электрооборудование, взрывозащи та которого выполнена с учетом дугового к.з. внутри оболочки.
Искробезопасные электрические цепи разделяются на три уровня Иа - особовзрывобезопасный; Иь “ взрывобезопасный; Ис - повышенная надеж ность против взрыва. В зависимости от того, какой уровень взрывозащиты должна обеспечить искробезопасная электрическая цепь, различаются и требования к данной цепи по числу повреждений в аварийных режимах, при которых должна быть обеспечена искробезопасность. Число повреж дений в зависимости от уровня искробезопасной цепи приведено в таблице
8. 1.
Цифры перед знаком М обозначают подгруппу масляного заполне
ния.
Н аличие (отсутствие) откры |
Ч исло повреж ден и й в аварийны х реж им ах в зависи |
||
ты х норм ально искрящ их |
м ости от уровня и ск р обезоп асн ой цепи |
||
контактов |
И а |
Иь |
Ис |
О тсутствую т |
2 |
1 |
Н е создаю тся |
И м ею тся |
В се возм ож н ы е |
2 |
Н е создаю тся |
|
повреж дения |
|
|
Индексы IK, 2К и 2КЭ обозначают защитный слой заполнителя, расчитанного, соответственно, по условиям искрового разряда и по условиям дугового короткого замыкания. Буква Э обозначает наличие экрана.
Примеры маркировки рудничного электрооборудования приведены в таблице 8.2.
Таблица 8.2
Э л ектрообор удо |
|
|
|
|
|
|
|
|
вание по уровню |
В и д взры возащ иты |
|
|
М аркировка |
||||
взры возащ иты |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р удн ич ное |
повы |
|
|
|
|
|
п |
|
ш енной надеж н о |
Защ ита вида “е” |
|
|
|
РП |
|
||
сти против взрыва |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т о ж е, и взры вонепроницаем ая оболоч к а |
Р П |
П 1В |
|
|||
|
|
Т о ж е, и искробезопасная электрическая цепь |
Р П |
.пи |
|
|||
Р удн ич ное |
взры |
В зры вонепроницаем ая оболоч ка (подгрупп а 1В) |
Р В |
1В |
|
|||
вобезоп асн ое |
В зры вонепроницаем ая оболоч ка (подгруп п а ЗВ ) |
Р В |
З В |
|
||||
|
|
В зры вонепроницаем ая оболоч ка (п одгруп п а ЗВ ) |
|
|
|
|||
|
|
и кварцевое зап олнен ие |
(защ итны й |
сл ой расчи- |
Р В |
З В 2 К Э |
||
|
|
тан по условиям дугов ого к.з., экранированны й) |
|
|
|
|||
|
|
В зры вонепроницаем ая |
оболоч ка |
и |
и ск р обезо |
|
|
|
|
|
пасная электрическая цепь |
|
|
РВ |
ЗВ |
Ив |
|
|
|
К варцевое зап олнение (защ итны й слой зап олни |
Р В |
1К |
|
|||
|
|
теля рассчитан по условиям искрового разряда) |
|
|
|
|||
|
|
М асляное зап олнение (подгруп п а ЗМ ) |
Р В |
З М |
|
|||
|
|
В зры вонепроницаем ая |
оболоч ка |
и |
автом атиче |
Р В |
З В |
А |
|
|
ское защ итное отклю чение |
|
|
|
|
|
|
Р удн ич ное |
о с о |
И скробезопасная электрическая цепь |
РО |
Иа |
|
|||
бовзр ы вобезопас |
|
|
|
|
|
иас |
||
н ое |
|
Специальны й, внеш ние электрические цепи ис |
РО |
кробезопасны
Если в составе электрооборудования имеются оболочки с разными уровнями взрывозащиты, общий уровень взрывозащиты такого электро оборудования устанавливается по оболочке, имеющей наиболее низкий
уровень. Например, источник электроснабжения для сети 1140 В - пере движная трансформаторная подстанция ТСВП-630/6-1,2 имеет маркировку
РВ! ЗВ 4В И
Это расшифровывается так:
РВ - уровень взрывозащиты всех оболочек, входящих в состав под станции;
ЗВ - знак вида взрывозащиты оболочки распределительного устрой ства низшего напряжения 1140 В (РУНН);
4В - знак вида взрывозащиты оболочки распределительного устрой ства высшего напряжения 6 кВ (РУВН);
И - внешние цепи управления искробезопасные.
При эксплуатации электроустановок калийных предприятий могут возникнуть различные виды повреждений, в том числе: двух- и трехфазные к.з.; двойные и тройные замыкания на землю; перегрузки; неполнофазный режим работы; однофазные замыкания и утечки тока на землю; обрыв или недопустимое увеличение сопротивления цепи заземления и т.д.
Повреждение электрооборудования и кабелей приводит к опасности поражения людей электрическим током, к пожарам или взрывам.
Для предотвращения повреждений и ненормальных режимов работы в электроустановках используются следующие виды защиты:
оттоков к.з.; от утечек на землю;
от перегрузок и от работы в неполнофазном режиме; от превышения допустимого значения сопротивления цепи заземления; минимальная защита; нулевая защита.
Особое место в системе безопасности эксплуатации электрооборудования занимает аппаратура системы автоматической газовой защиты [1,13,15].
9.1. Защита электроустановок поверхностного комплекса
9.1.1. Электроустановки напряжением до 1000 В
Зашита от токов к.з. встроена в коммутационную аппаратуру (магнитные пускатели и автоматические выключатели) в виде плавких предохранителей, электромагнитных токовых реле и максимальных расцепителей.
Для электроустановок поверхности, работающих в сетях с заземлённой нейтралью, защита плавкими предохранителями имеет трехфазное исполнение.
Самым распространённым средством защиты электроустановок от токов к.з. являются электромагнитные токовые реле. По способу включения воспринимающего органа токовые реле делятся на первичные и вторичные. У первичных реле воспринимающий орган (электромагнит) включен в цепь защищаемой установки непосредственно, у вторичных реле
через измерительные трансформаторы тока. По способу воздействия исполнительного органа (якоря) на устройство отключения выключателя токовые реле делятся на реле прямого и косвенного действия. У реле прямого действия исполнительный орган управляет механизмом
выключателя непосредственно, у реле косвенного действия исполнительный орган управляет лишь цепью оперативного тока отключающей катушки выключателя или катушки контактора.
В настоящее время наибольшее распространение получили токовые защиты со следующими характеристиками: мгновенного действия (рис. 9.1, а ); с независимой выдержкой времени (рис.9.1, б ); с зависимой выдержкой времени (рис.9.1, в ); с ограниченно зависимой выдержкой
времени (рис.9Л, г ) |
[13,14]. |
|
Зашита от |
перегрузки |
осуществляется тепловыми реле, |
размещаемыми в магнитных пускателях в двух или трех фазах. В качестве рабочих элементов токовых реле используют биметаллические пластинки и легкоплавкие сплавы. При эксплуатации электрохозяйства поверхности шахт и рудников тепловые реле рекомендуются для защиты электродвигателей с продолжительным режимом работы.
Защита от перегрузки может быть также осуществлена температурными устройствами, к которым относятся различные температурные реле, а также устройства с использованием полупроводниковых датчиков: термисторов и позисторов, встраиваемых внутрь защищаемого двигателя и благодаря этому контролирующих его тепловое состояние более точно, чем токовые устройства.
Температурное реле крепится к лобовым частям обмоток со стороны противоположной расположению вентилятора или к корпусу двигателя. Для обеспечения защиты при обрыве одного из линейных проводов реле следует располагать в двух или трех (предпочтительнее) фазах. Эксплуатация реле показала, что они не способны обеспечить защиту при
больших токах |
перегрузки и пусковых токах ненормальной |
продолжительности. |
|
Этот недостаток устранен в температурно-токовом реле, |
|
реагирующем на |
тепло от двух источников: непосредственно от обмоток |
Рис. 9.1. Время-токовые характеристики максимальных токовых защит: 1р
• ток реле; Ц - время его срабатывания; Iq, - ток срабатывания; IqKor ток, соот ветствующий установке отсечки