Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I ŚLĄS KI E O 19P7
Seria: G Ó R N I C T W O z. 156 Nr kol. 1025
F l o r i a n KRAS UCK I R o man P I L O R Z
P R O B L E M Y Z A B E Z P I E C Z E Ń U P Ł Y W O W Y C H W W A R U N K A C H P R Z E B I E G Ó W O D K S Z T A Ł C O N Y C H
S t r e s z c z e n ie . W p r z e m y ś l e w y d o b y w c z y m c o r a z s z e r s z e z a s t o s o w a n i e znaj duj ą u r z ą d z e n i a e n e r g o e l e k t r o n i c z n e , s ł u ż ą c e do p r z e k s z t a ł c a n i a i s t e r o w a n i a p r z e p ł y w e m e n e r gi i ele k t ry c zn e j oraz d o p a s o w a n i a jej p o s t a c i do o d p o w i e d n i c h odbiorów.
P r zy p o w s z e c h n y m s t o s o w a n i u tych u r z ą d z e ń w g ó r n i c t w i e istotny b ę d z i e p r o b l e m o d k s z t a ł c o n y c h p r z e b i e g ó w p rądu i n apięcia, p o w o d u j ą c y m i ę d z y i n nymi z a k ł ó c e n i a w p r ac y z a b e z p i e c z e ń s t o s o w a n y c h w sieci k o p a l n i a n e j .
Viykazano, że s t o s u j ą c u kł a dy p r z e k s z t a ł t n i k o w e typu f a l o w n i k o w e go małej mocy do z a s i l a n i a m a s zy n i u r z ą d z e ń g ó r n i c z y c h , n a leży u w z g l ę d n i a ć fakt z n a c z n e g o o d k s z t a ł c e n i a i dużych w a r t o ś c i prądu d o z i e m i e n i a w sieci zasilanej z tych układów. C a ł k o w i t a w a r tość te
go p r ą d u (przy d o z i e m i e n i u m e t a l i c z n y m R = O) o k r e ś l o n a z a l e ż n o ścią :
z a l e ż y od w a r t o ś c i w s z y s t k i c h h a r m o n i c z n y c h (n) w y s t ę p u j ą c y c h w p r z e b i e g a c h n apięcia fazowego na w y j ś c i u falo w n i k a U f(n) oraz od r e z y s t a n c j i R i poje m n o ś c i fazowej C sieci w z g l ę d e m ziemi.
S t w i e r d z o n o , że, w p r z y p a d k u gdy p r ą d d o z i e m i e n i a z a w i e ra w i d m o w y ż s z y c h har monic z n y c h , d o t y c h c z a s s t o s o w a n e z a b e z p i e c z e n i a u p ł y w o we nie s p eł niają swoich zadań ze w z g l ę d u na brak m o ż l i w o ś c i k o m p e n sacji składowej po j e m n o ś c i o w e j tego prądu. W z w i ą z k u z tym z a c h od z i k o n i e c z n o ś ć o p r a c o w a n i a n o w y c h m e t o d kontr o l i s t anu izolacji.
W o p r a c o w a n i u p r z e d s t a w i o n o p r o p o z y c j ę s p o s o b u k o n t r o l i s tanu i z o lacji, dos to s o w a n ą do n o w y c h w a r u n k ó w za silania.
K o n i e c z n o ś ć w z r o s t u w y d o b y c i a w ę g l a k a m i e n n e g o z d o s t ę p n y c h złóż w y m a ga stałej m o d e r n i z a c j i w y p o s a ż e n i a t ec h n i c z n e g o , e l e k t r y f i k a c j i i a u t o m a t y zac ji kopalń. W i ą ż e się z tym w z rost z a p o t r z e b o w a n i a na e n e r g i ę e l e k
tryczną o ra z k o n i e c z n o ś ć z a p e w n i e n i a w a r u n k ó w b e z piecznej e k s p l o a t a c j i s i eci i u r z ą d z e ń elektrycznyc h.
gdzie
l. wsTąp
34 F. Kras u c k i , R. P i i or z
W p r z e m y ś l e w y d o b y w c z y m c oraz s z e r s z e z a s t o s o w a n i e z n a j d u j ę u r zę d ze n i a e n e r g o e l e k t r y c z n e , s ł u ż ę c e do p r z e k s z t a ł c a n i a i s t e r o w a n i a p r z e p ł y w e m e n ergii elektry czn ej oraz d o p a s o w a n i a jej p o s t a c i do o d p o w i e d n i c h o d b i o r ników. W y s o k i e w a l o r y t e c h n i c z n o - e k o n o m i c z n e tych urzę d z e ń , c h ar a k t e r y z u - j ęce się głównie: w y s o k ę s p r a w n o ś c i ę en e rg e t y c z n a , p o d a t n o s c i ę do s t e r o w a nia i a u t o m a t y z a c j i , n i e z a w o d n o ś c i ę pracy, s t w o r z y ł y w a r u n k i do i n t e n s y w n ego ich r ozwo ju i w d r a ż a n i a w p r o c e s a c h ur a b i a n i a , t r a n s p o r c i e p oz i om y m i p i o n o w y m o raz wenty l a c j i . P r z e w i d y w a n e jest s t o s o w a n i e s t a c j i f a l o w n i k o wych typu A P S F o m o c a c h r zędu 1 0 0 - 5 0 0 kVa [^5]. U r z ę d z e n i a e n e r g o e l e k t r o - n i c z n e s t o s o w a n e sę Już ob e c n i e do z as i l a n i a n a p ę d ó w m a s z y n w y c ią g o w y c h , w e n t y l a t o r ó w , a w p e r s p e k t y w i e t akże sprężarek.
P r z y p o w s z e c h n y m s t o s o w a n i u tych u r z ę d z e ń w g ó r n i c t w i e i s t o tn y b ę dzie p r o b l e m o d k s z t a ł c o n y c h p r z e b i e g ó w prędu i napi ę c i a , p o w o d u j ę c y m i ę d z y in
nymi z a k ł ó c e n i a w p r a c y z a b e z p i e c z e ń s t o s o w a n y c h w s ieci k o p a lnianej.
Z uwagi na istotnę rolę b e z p i e c z e ń s t w a e k s p l o a t a c j i u r z ę d z e ń e l e k t r y c z n y c h i pe w n o ś ć z asi l a n i a , po w s t a ł a k o n i e c z n o ś ć o k r e ś l e n i a w p ł y w u tych o d k s z t a ł ceń na d z i a ł a n i e z a b e z p i e c z e ń u p ł y w o w y c h oraz o p r a c o w a n i e n o w y c h z a b e z p i e c z eń p r z y s t o s o w a n y c h do p r a c y w s i e c i a c h z p r z e k s z t a ł t n i k a m i .
2. D O Z I E M I E N I E W S I E C I A C H K O P A L N I A N Y C H Z A S I L A N Y C H Z U K Ł A D Ó W P R Z E K S Z T A Ł T N I K O W Y C H
K o p a l n i a n e w y soko- i n i s k o n a p i ę c i o w e s ieci e l e k t r o e n e r g e t y c z n e sę s i e c iami izo lo w a n y m i w s e nsie p o w i ę z a n i a z ziemię. Sę to sieci, w których nie w y s t ę p u j ę inne c e lowe p o ł ę c z e n i a jej e l e m e n t ó w z z i emię o p r ó c z połę- czeń za p o ś r e d n i c t w e m urz ę d z e ń sł u ż ę c y c h do s y g n a l i z a c j i , p o miarów, z a b e z p i e c z e ń itp. , o dużej impedancji.
J e d n y m z w a ż n y c h p r o b l e m ó w w e k s p l o a t a c j i takich s ieci jest speł ni e j ę - ca o d p o w i e d n i e w y m a g a n i a oc h r o n a p r z ed s k ut k am i j e d n o f a z o w y c h zwarć z ziemię. P r o b l e m ten Jest s z c z e g ó l n i e is t o t n y ze w z g l ę d u na zagrożenia, Jak ie pow o d u j ę d o z l e m i e n i a w w a r u n k a c h ś r o d o w i s k a p o d z i e m i kopalń.
Is tniej e w i e l e r o z w i ę z a ń o c h r o n y u pływowej i z i e m n o z w a r c i o w e j , lecz s k u t e c z n o ś ć ich s t o s o w a n i a nie z a w s z e Jest d o s t a teczna. P r z y c z y n ę tego stanu m oże być: n i e o d p o w i e d n i a k o n s t r u k c j a oraz n i e w ł a ś c i w y d obór [2], D u ż y w p ł y w na n i e z a w o d n o ś ć p r a c y z a b e z p i e c z e ń ma p ełna z n a j o m o ś ć w i e l k o ści c h a r a k t e r y z u j ę c y c h dozi em i e n ie . Jest to i s t o t n e z a r ó w n o w fazie p r o j e ktowani a, Jak i w fazie e k s p l o a t a c j i zabe z p i e c z e ń .
W p r z y p a d k u s t o s o w a n i a u k ł a d ó w p r z e k s z t a ł t n i k o w y c h typu f a l o w n i k o w e g o małej m o c y do za si l a n i a n a p ę d ó w i u r z ę d z e ń g ó r n i c z y c h , n a l e ż y okre śl i ć w p ł y w p ra cy tych u k ł a d ó w na p r z e b i e g p rę d u d o z i e mienia.
F r z e p r o w a d z o n e b adania i a n a l i za p r z e b i e g ó w w y j ś c i o w y c h u k ł a d ó w p r z e k s z t a ł t n i k o w y c h wyk a z a ł y , że n a j w i ę k s z y m o d k s z t a ł c e n i e m k s z t a ł t u p r z e b i e gu napięci a od p r z e b i e g u s i n u s o i d a l n e g o c h a r a k t e r y z u j ę się f alowniki na pięciowe, w m n i e j s z y m s t opni u b e z p o ś r e d n i e p r z e m i e n n i k i c z ę s t o t l i w o ś c i .
P r o b l e m y z a b e z p i e c z e ń u p ł ywowy c h. 35
n atomiast w f a l o w n i k u p r ą d o w y m p r z e b i e g n a p i ę c i a poza z a ł a m a n i a m i k o m u t a cyjnymi Jest p r a k t y c z n i e s i n u s o i d a l n y [3].-
Z a w a r t o ś ć w y ż s z y c h h a r m o n i c z n y c h w b a d a n y c h p r z e b i e g a c h f a l o w n i k a n a p i ę c i o w e g o w y n o s i u h = 30%.
P r z y k ł a d o w e o s c y l o g r a m y w y j ś c i o w y c h p r z e b i e g ó w n a p i ę ć fazo w y c h przed- staw iaj ę rys. la,b,c.
Rys. 1. Rys. 1. O s c y l o g r a m y p r z e b i e g ó w n ap i ę ć f az o w y c h na w y j ś c i u
a) f a l o w n i k a n a p i ę c i o w e g o , b) f al o w n i k a p r ą d o w e g o , c) b e z p o ś r e d n i e g o p r z e
m i e n n i k a c z ę s t o t l i w o ś c i
Fig. 1. O s c i l l o g r a p h re c o r d s of p h a s e v o l t a g e s w a v e s on the output of a) a v o l t a g e in verter, b) a c u rr e n t i nverter, c) an i m m e d i a t e f r e qu e nc y
i n v e r te r
A n a l i z a z a w a r t o ś c i w y ż s z y c h h a r m o n i c z n y c h w p r z e b i e g a c h n a p i ę ć w y j ś c i o w y c h u k ł a d ó w p r z e k s z t a ł t n i k o w y c h w y k a z a ł a i s t n i e n i e w i d m a w y ż s z y c h h a r m o n i c z n y c h o w a r t o ś c i bezwzg l ę d n e j p o r ó w n y w a l n e j z w a r t o ś c i a m i 5, 7 11... h a r m o n i c z n e j (rys. 2a,b,c).
36 F. K r a s u c k i , R. Pilorz
20 I0 9H f
f = 30 Hz
Rys. 2. R e j e s t r o g r a m y na p i ę c i a fazowego na w y j ś c i u a) falow n ik a n a p i ę c i o w e g o
Fig. 2, R e c o r d e r r ecor ds of the p h as e v o l t a g e on the output of a) a v o l t a g e inverter
W artość prędu z w arcia d o z i e m n e g o w p r z y p a d k u o d k s z t a ł c o n e g o p r z e bi e g u n a p i ę c i a fazowego w ynosi:
■ & * » > ' .
* n *1
I2 (n) = 3 U f (n) ♦ ( n u C ) 2 ,
g d z i e :
n - rzęd wyższej h a r m o n i c z n e j ,
Iz (n) - w a r t o ś ć p rędu d o z i e m i e n i a n-tej harm o n i c z n e j w p r z y p a d k u do- z i e m i e n i a m e t a l i c z n e g o (R^ = O),
R ,C - r e z y s t a n c j a i p o j e m n o ś ć fazowa s ieci w z g l ę d e m ziemi, U ^(n) - w a r t o ś ć skut e c z n a n-tej h a r m o ni c zn e j n a p i ę c i a fazowego na
w y j ś c i u u kładu falownika.
2 z a l e ż n o ś c i tych wynika. Ze c a ł k o w i t a w a r t o ś ć s k u t e c z n a p rędu zw a rcia d o z i e m n e g o z a l e ż y od w a r t o ś c i w s z y s t k i c h h a r m o n i c z n y c h w y s t ę p u j ą c y c h w tym prędzie. Jadania p r z e b i e g ó w p r ę du d o z i e m i e n i a wyko'nano w s i eci m o d e lowej , zasilanej z r z e c z y w i s t y c h u k ł a d ó w p r z e k s z t a ł t n i k o w y c h (rys. 3), s ymuluj ęc d o z i e m i e n i a lub o b n i ż e n i e po z i o m u r e z y s t a n c j i i z o l a c j i jednej z faz w s t o s u n k u do ziemi. S p a d ki n a p i ę c i a na r e z y s t a n c j a c h R z » 1 £2 i R z = 1 k Q o k r e ś l a j ę s p o d z i e w a n e w a r t o ś c i p rędu d o z i emienia. 1
P ro b l e m y z a b e z p i e c z e ń upływo w y c h . . 37
Rys. 2.Rejestrogramynapięciafazowegonawyjściu b)falownikaprędowego,c)bezpośredniegoprzemiennikaczęstotliwości Fig. 2.Recorderrecordsofthe phase voltageonthe outputof b)a currentinverter,c)animmediatefrequencyinverter
38 F. K r asucki, R. Pilor z
Rys. 3. Schemat ideowy u k ładu do a n a l i z y i r e j e s t r a c j i p r z e b i e g ó w p r ędu do z i e m i a n i a
Fig. 3. S c h e m a t i c d i a g r a m of the syste m s e r y i n g for the a n a l y s i s and re- c o r d i n g of the c o u r s e of e a r t h i n g current
P r z y k ł a d o w e o s c y l o g r a m y tych p r ę d ó w p r z e d s t a w i a rys. 4, nato m i as t na rys. 5 p o k a z a n o p r z y k ł a d o w e r e j e s t r o g r a m y p r ę d ó w d o z i e mienia.
P r z e p r o w a d z o n e badania wy k a z a ł y , źe w p r z y p a d k u d o z i e m i e n i a w linii łączącej siln ik n a p ę d o w y z u k ł a d e m p r z e k s z t a ł t n i k a , w p r ę d z i e d o z i em i e n ia o pró cz h a r monic zne j podstawow e j w y s t ę p u j e w i d m o w y ż s z y c h h a r m o n i cz n yc h , k tór ych rodzaj i w a r t o ś ć zale ż ę od o d k s z t a ł c e ń w y j ś c i o w y c h p r z e k s z t a ł t n i k a i p a r a m e t r ó w linii.
P r z e b i e g i c z a s o w e p rędu d o z i e m i e n i a maję c h a r a k t e r i m p u l s ó w o o b w ie d n i z bliżonej k s z t a ł t e m do p r z e b i e g u s i n u s o i d a l n e g o lub sę p r z e b i e g a m i s i n u s o id alnymi , na które n a k ł a d a j ę się i m p u ls y p o c h o d z ę c e od p r o c e s ó w komuta- cyj nych.
A m p l i t u d y i m pulsów w p r z e b i e g a c h p r ę d u d o z i e m i e n i a z n a c z n i e pr z e k r a c z a - ję wa r t o ś ć s k u t e c z n ę p rędu d o z i e m i e n i a [ 3 ]..
R o z p a t r u j ę c o t r z y m a n e w y n i k i b a d a ń w a s p e k c i e z a g r o ż e ń , j a k i e stwarza:
d o z i e m i e n i e w w a r u n k a c h p o d z i e m i k o p a l ń ,. n a l eż y o d n o s i ć je do p r z y j ę t y c h w tych s p raw ach kryteriów. D o t y c z ę one g ł ó w n i e o g r a n i c z a n i a do minimum' m o c y i czasu p r z e p ł y w u p r ę d u doziemienia...
D o z i e m i e n i e s t warza m i ę d z y in nymi d uż e z a g r o ż e n i e p o r a ż e n i a pręd em elek tryczn ym. S k u t k i p r z e p ł y w u p r ę d u p r z e z o r g a n i z m ludz k i sę r óż n o r o d n e i z a l e ż ę od n a t ę ż e n i a i ro d z a j u prędu, c z a su i d rogi p r z e p ł y w u oraz w ł a ś c i woś ci organ izm u. O k r e ś l o n e w o d p o w i e d n i c h p r z e p i s a c h i p u b l i k a c j a c h do-, p u s z c z a l n e w a r t o ś c i p rędu raż enia d o t y c z ę p rę d u p r z e m i e n n e g o o c z ę s t o t l i w oś ci 50 Hz.
W ba d a n y m p r z y p a d k u m amy do c z y n i e n i a z o d k s z t a ł c o n y m i p r z e b i e g a m i pr ędu o zmiennej c z ę s t o t l i w o ś c i , c h a r a k t e r u i m p u l s o w e g o o a m p l i t u d z i e im
p u l s ó w o s i ęga jęcej w a r t o ś c i kilk us e t mA. T ak i s z c z e g ó l n y c h a r a k t e r p rędu d o z i e m i e n i a nie p oz wala j e d n o z n a c z n i e o k r e ś l i ć (przy a k t u a l n y m s ta n i e ba-
P r o b l e m y z a b e z p i e c z e ń u p ł y w o w y c h . . . 39
■40 F. Kras u c k i , R. Pilorz
dan ' jego w p ł y w u na o r g a n i z m ludzki [2j. M a j ą c na u w a d z e fakt, że o r e a k cji na o r gan izm ludzki d ecy d u j e m e wa r t o ś ć s k u t e c z n a n a t ę ż e n i a prędu, lecz jego amplit uoa, a nawet w a r t o ś ć m i ę d zy s z c z y t owa ^lj. n a l e ż y uznać pr o b l e m ten za s z c z e g ó l n i e istotny. W y m ag a on p o d j ę c i a b a d a ń nad środkami oc h r o n y pr z e c i w p o r a ż e n i o w e j w p r z y p a d k u st o s o w a n i a u k ł a d ó w p r z e k s z t a ł t n i kowych.
3. O CENA M O Ż L I W O Ś C I 3T0S0V.’A N I A I S T N I E J Ą C Y C H Z A B E Z P I E C Z E Ń U P Ł Y W O W Y C H V. SI E C I A C H Z A S I L A N Y C H Z P R Z E K S Z T A Ł T N I K Ó W
C echę c h a r a k t e r y s t y c z n ę więk s z oś c i r o z w i ą z a ń z a b e z p i e c z e ń u p ł y w o w y c h jest sto s o w a n i e o g r a n i c z e n i a w a r t o ś c i p r ędu d o z i e m i e n i a do c zasu w y ł ą c z e nia u s z k o d z o n e g o odcinka si eci p r z e z k o m pe n s a c j ę składowej p o j e mn o ś c i o w e j tego prędu. S p o s ó b ten jest d y s k u s y j n y nawst p r z y z a s i l a n i u n a p i ę c i e m o c z ę s t o t l i w o ś c i 50 Hz, gdyż w o b w o d z i e k o m p e n s a c j i mamy do c z y n i e n i a ze stanami przej śc i o w y m i , n i e s y m e t r i ę r e z y s t a n c j i izolacji i p o j e m n o ś c i do- z e m n e j faz.
W sytuacji, gdy prąd d o z i e m i e n i a z a w ie r a w i d m o w y ż s z y c h h a r m o n i c z n y c h o w a r t o ś c i a c h b e z w z g l ę d n y c h p o r ó w n y w a l n y c h z w a r t o ś c i ą h a r m o n i c z ne j p o d stawowej, k ompe n s a c j a nie sp e ł n i a s w o i c h zadań. N a l e ż a ł o b y b o wiem z b u d o wać taki układ kompe n s a c j i n a d ę ż n e j , który o g r a n i c z a ł b y s k u t e c z n i e wai—
tosc p rę du d o zi emienia, p r z y i s tn i e n i u dla każdej w a r t o ś c i c z ę s t o t l i w o ś c i p odstawowej p rac y p r z e m i e n n i k a w i d m a w y ż s z y c h h a r m o n i c z n y c h .
P r ó b y ogr ani c z a n i a prędu d o z i e m i e n i a p rzez s t o s o w a n i e u k ł a d ó w f i l t r u jących [4 ] nie sę środkami s k u t e c z n y m i , gdyż:
- układy f ilt rów n i e z n a c z n i e t ylko z m n i e j s z a j ą w a r t o ś ć tego prędu.
- p ojawiają się p r o b l e m y z o d p r o w a d z a n i e m c ie p ł a w y d z i e l a n e g o na e l e m e n tach filtrów, które muszę być u m i e s z c z o n e w o s ł o n i e o g n i o s z c ze l n ej p r z e k s z t a ł t n i k a instalo w a n e g o w p o m i e s z c z e n i a c h z z a g r o ż e n i e m w y b u c h o wym ,
- mogę w y s t ą p i ć dod a t k o w e o b c i ą ż e n i a p r z e k s z t a ł t n i k a p r z e z filtry, s z c z e g ó l n i e w p r z y p a d k a c h rezonansów,
VV tych waru n k a c h , przy braku sku t ec z ne j k o m p e n s a c j i s kładowej p o j e m n o ściowej prędu d o ziemienia, która p r z e w a ż a w tym prądz i e , p r z y małej e f e k t y wn ości s tos o w a n i a filtrów oraz k o n i e c z n o ś c i k o n t r o l i s tanu izola c j i dla u kła du p r z e k s z t a ł t n i k - sieć z a s i l a j ą c a s i l n i k i s t n i e j ą c e z a b e z p i e c z e n i a u pł y w o w e nie s p ełn iają swoich zada ń , tzn. nie z m n i e j s z a j ą w a r t o ś c i m o cy p r zenoszo nej p r zez u s z k o d z e n i e do c zasu w y ł ą c z e n i a z a silania.
Prąd doz ie m i e n i a w s i e c i a c h z a s i l a n y c h z p r z e k s z t a ł t n i k a b ę d z i e z n a c z nie p r z e k r a c z a ł w a r t o ś c i do p u s z c z a l n e , a p o w s t a ł e z a g r o ż e n i e m ożna o g r a ni czać p r z e z s k racanie czasu Jego prze p ł y wu . P o j a w i e n i e się w tej sieci dozie m i e n i a w ymaga szy b k i e g o o d łą c z e n i a n a p i ę c i a z a s i l a j ą c e g o , z a b lo k ow a -
P r o b l e m y z a b e z p i e c z e ń u p ł y w o w y c h 41
nia i m p u l s ó w b r a m k o w y c h t y r y s t o r ó w o ra z r o z ł a d o w a n i a e n e r g i i z g r o m a dz o ne j w e l e m e n t a c h r e a k t a n c y j n y c h p r z e k s z t a ł t n i k a .
4. K O N C E P C 3 A S P O S O B U K O N T R O L I S T A N U IZOL A C3 I S I E C I A C H Z P R Z E K S Z T A Ł T N I K A M I
K o n c e p c j a k o n t r o l i s tanu i z o la c j i w n i s k o n a p i ę c i o w y c h s i e c i a c h g ó r n i c zych z a s i l a n y c h z p r z e k s z t a ł t n i k ó w t y r y s t o r o w y c h p o w i n n a u w z g l ę d n i a ć n a s t ę p u j ę c e c zy n n i k i :
- o g r a n i c z e n i e e n e r g i i wydzi e l a n e j w m i e j s c u u s z k o d z e n i a m o żna u z yskać p r a k t y c z n i e t ylko p r z e z s k r a c a n i e c z a s u trwa n ia d o z i e m i e n i a ,
- m o ż l i w o ś ć p o w s t a n i a u s z k o d z e n i a nie tylko w linii zasi l a j ą c e j p r z e k s z t a ł t n i k , lecz ń ó w n i e ż w t r a n s f o r m a t o r z e p r z e k s z t a ł t n i k o w y m i w p r z e k s z t a ł t n i k u ,
- o p r a c o w a n a m e t o d a k o n t r o l i startu i z o la c ji p o w i n n a być s k u t e c z n a , n i e z a l e ż n i e od r o d z a j u z a s t o s o w a n e g o p r z e k s z t a ł t n i k a .
Idea p r o p o n o w a n e j k o n c e p c j i k o n t r o l i s tanu i z o l a c j i oparta jest na s t o s o w a n y c h w p o l s k i m g ó r n i c t w i e z a b e z p i e c z e n i a c h typu C Z U W i pole g a na p o m i a r z e zastępcz ej r e z y s t a n c j i dozi e m n ej ukła d u: p r z e k s z t a ł t n i k - sieć za
s i l a j ą c a silnik. R e z y s t a n c j ę tę m i e r z y się p o ś r e d n i o m e todę o k r e ś l e n i a w a r t o ś c i p r ę d u o b c i ą ż a j ą c e g o p o m o c n i c z e Ź r ó d ł o n a p i ę c i o w e , w ł ę c z o n e m i ę d z y z a b e z p i e c z a n y u k ł a d a ziemię. P o n i e w a ż p r ę d d o z i e m i e n i a ma c h a r a k t e r p o j e m n o ś c i o w y 1 n ie ma m o ż l i w o ś c i j e go k o m p e n s a c j i , n a l e ż y dężyć do z m i n i m a l i z o w a n i a c z asu z a d z i a ł a n i a z a b e z p i e c z e n i a .
E l em e n t e m , na k t ó h y b e z p o ś r e d n i o o d d z i a ł u j e b a d a n y p r ę d d o z i e m ie n ia , jest cz u j n i k p r ę d u d o z i e m i e n i a . I s t o t n e z n a c z e n i e dla s k u t e c z n o ś c i kon
troli s tanu iz o l a c j i ma s p o s ó b w ł ę c z e n i a c z u j n i k a do o b w o d u c h r o n i o n e g o , w k t ó r y m n a l e ż y w y z n a c z y ć o d p o w i e d n i e p u n k t y p o mi a r o w e . R o z m i e s z c z e n i e p u n k t ó w k o n t r o l n y c h w p r z y p a d k u s t o s o w a n i a f a l o w n i k a n a p i ę c i o w e g o oraz s p o s ó b w ł ę c z e n i a c z u j n i k a p rędu d o z i e m i e n i a p r z e d s t a w i a rys. 6a,b.
O o z i e m i e n i e lub o b n i ż e n i e p o z i o m u i z o l a c j i w d o w o l n y m p u n k c i e z a b e z p i e c z o n e g o u k ł a d u p o w o d u j e wzros t p r ę d u w o b w o d z i e p o m i a r o w y m , p o j a w i e n i e się sy g n a ł u w y j ś c i o w e g o c z ujni ka , k t ó r y p o p r z e z c z ł o n y s t e r u j ę c e i w y k o n a w c z e od ł ę c z a n a p i ę c i e zasi l a n i a , b l o k u j e i m p u ls y b r a m k o w e t y r y s t o r ó w o r a z p o w o d u j e r o z ł a d o w a n i e en e r g i i z g r om a d z on e j w e l e m e n t a c h r e a k t a n c y j - n y c h układu.
C a ł k o w i t y czas z a n i k u p rędu d o z i e m i e n i a z a l e ż y w i ę c od:
- c z a s u w ł a s n e g o d z i a ł a n i a c z uj n i ka ,
- z w ł o k i czaso wej w d z i a ł a n i u s t y c z n i k a lub w y ł ę ę z n i k a , - c z asu p o t r z e b n e g o do z a b l o k o w a n i a i m p u l s ó w bram k o w y c h ,
- stałej czasowej o b w o d u r o z ł a d o w a n i a e n e r g i i na e l e m e n t a c h r e a k t a n c y j - nych.
42 F. K r a s u c k i , R. P i l o r z
Rys. 6. S c hemat i deowy k o nc e p c j i s p o s o b u k o n t r o l i stanu i z o l a cj i a) s p osób p o d ł ą c z e n i a czu j n i k a p rądu do z ie m i e n i a , b) r o z m i e s z c z e n i e p u n k
tów k o n t r o l n y c h w p r z y p a d k u s t os o w a n i a falo w n i k a n a p i ę c i o w e g o
Fig. 6. S c h e m a t i c d i a g r a m of the idea of a c on t r o l m e t h o d of the s tate of i n s u l a t i o n
a) m e t h o d of c o n n e c t i o n of the e a r t h i n g c u rrent gauge, b) lay-out of co n trol p o i n t s when a p p l y i n g a v o l t a g e inverter
Pr o b l e m y z a b e z p i e c z e ń u p ł y w o w y c h . . . 43
Rys. 7.Schematideowy czujnikaprądu doziemieniaorazjegosposóbpodłączeniadobezpośredniegoprzemien nikaczęstotliwości Fig.7.Schematicdiagramofthe earthingcurrentgauge aswellasthe methodofconnectiontoanimmediate
44 F. K r a s u c k i , R. P i lo r z
Sc hemat ideowy czu j n i k a p rę d u d o z i e m i e n i a oraz s p o s ó b jego p o ł ą c z e n i a do b e z p o ś r e d n i e g o p r z e m i e n n i k a c z ę s t o t l i w o ś c i p r z e d s t a w i a rys. 7. W u k ł a d z i e p o m i a r o w y m p r ę d u d o z i e m i e n i a z a s t o s o w a n o s t a ł e ź r ó d ł o n a p i ę c i a p o m o c n i czego, w s p ó ł p r a c u j ę c e z f i l t re m skła d ow e j zerowej n a p i ę c i a u t w o r z o n y m z r e z y s t o r ó w R.
Badani a c zu j n i k a p rędu d o z i e m i e n i a w u k ł a d z i e r z e c z y w i s t y m p o t w i e r d z i ły m o ż l i w o ś ć z a s t o s o w a n i a do z a b e z p i e c z a n i a s i e c i zssi l a n e j z p r z e k s z t a ł t n i k ó w tyr yst o r o w y c h . I n d y w i d u a l n y d o bó r p a r a m e t r ó w c z u j n i k a p o z w a l a w p ł y wać na czas z a d z i a ł a n i a o r a z na p o z i o m r e z y s t a n c j i kon t r o l o w a n ej sieci, poniżej której cz u j n i k zad z i a ł a [3 , 6].
C e l o w e sę d al sze m o d y f i k a c j e c z u j n i k a o ra z s t o s o w a n i e i n nego r o dz a ju ź r ó d ł a n a p i ę c i a pomocn i c z e g o . P r ó b y i ba d a n i a p r a c y c z u j n i k a w ł ę c z o n e g o w o b w ó d p r z e m i e n n i k a c z ę s t o t l i w o ś c i z f a l o w n i k i e m n e p i ę c i o w y m , z b u d o w a n e go w o p a r c i u o e l e m e n t y s c e l o ne , z z a s t o s o w a n i e m ź r ó d ł a p o m o c n i c z e g o o p r z e b i e g a c h p r z e m i e n n y c h niskiej c z ę s t o t l i w o ś c i , p o t w i e r d z i ł y m n i e j s z ę z a l e ż n o ś ć w a r t o ś c i r e z y s t a n c j i z a d z i a ł a n i a c z u j n i k a o d c z ę s t o t l i w o ś c i w y j ściowej p r z e k s z t a ł t n i k a o r a z m i e j s c a d o zi e mi e n i a .
5. Z A K O Ń C Z E N I E
S t o s u j ę c p r z e k s z t a ł t n i k i t y r y s t o r o w e m a ł y c h m o c y typu f a l o w n i k o w e g o do z a s i l a n i a n a p ę d ó w m a s z y n i u r z ę d z e ń g ó r n i c z y c h trze b a u w z g l ę d n i ć fakt z n a c z n e g o o d k s z t a ł c e n i a i d u ż y c h w a r t o ś c i p r ę d u d o z i e m i e n i a w s ieci z a s i lanej z t ych układów.
Brak m o ż l i w o ś c i k o m p e n s a c j i skład o we j po j e m n o ś c i o w e j tego p r ę du w ym a ga o p r a c o w a n i a n o w y c h m e t o d k o nt r ol i s ta n u izolacji.
W n i n i e j s z y m o p r a c o w a n i u p r z e d s t a w i o n o p r o p o z y c j ę s p o s o b u k o n tr o li s tanu i z o l a c j i p r z y tego typu u k ł a d a c h z a s i l a j ę c y c h , k tóra w y m ag a d a l s z y c h b a d a ń i udo sko n a l e ń .
L I T E R A T U R A
[1] K r a s u c k i F . : T e o r e t y c z n e i t e c h n i c z n e k r y t e r i a b e z p i e c z e ń s t w a w e l e k t r o e n e r g e t y c z n y c h s i e c i a c h g ó r n i cz y ch . P r a c a d o k t o r s k a , G l i w i c e 1969.
[2 ] K r a s u c k i F. : Z a g r o ż e n i a e l e k t r y c z n e w górn i c t w i e . W y d a w n i c t w o "ślęsk", K a t o w i c e 1984.
[ 3 ] P i l o r z R . : W p ł y w p r a c y p r z e k s z t a ł t n i k ó w t y r y s t o r o w y c h na z a b e z p i e c z e nia z i e m n o z w a r c i o w e i u p ł y w o w e w s i e ci kopa l n i a n e j . P raca d o k t o rs k a, G l i w i c e 1982.
[4 ] M a r e k B. , P i l o r z R . , Z y gm u nt 0. : B a d a n i e m o ż l i w o ś c i o g r a n i c z a n i a w a r tości p r ędu d o z i e m i e n i a w s ieci kop a l ni a ne j zasi l a n e j z falo wn i ka n a
p i ę ciow ego. Z e s z y t y N a u k o w e Pol. śl. seria G ó r n i c t w o , z. 107/1981.
[ 5 J S z c z u c k i F . : U r z ę d z e n i a e n e r g o e l o k t r o n i c z n e w gór n i c t w i e . W y d a w n i c t w o
"ślęsk", K a t o w i c e 1984.
P r o b l e m y z a b e z p i e c z e ń u p ływow y c h. 45
[6] P r a c a n a u k o w o - b a d a w c z a IEiAG. B a d a ni a s t r u k t u r y i c h a r a k t e r u z a k ł ó c e ń o r a z o p t y m a l i z a c j a s y s t e m ó w z a b e z p i e c z e ń z i e m n o z w a r c i o w y c h . G l i w i c e
W p ł y n ę ł o do R e d a k c j i w s t y c z n i u 1 9 8 7 r.
auripoc PAbOTi» 3au#ih ot ytehAd npii H£ciił;ycoiiAAJibHłix tokax
P e 3 a m e
3 yrjieAoSuEaBmea npoMuajieHHocTu Bce naąe n p m j e K A D T C a sBeprosjieKipoBHue ycT po ń o i B a , n p e A H a s B a a e B H H e ajib ijpeoópa30 BaBHa h y n p a B A e H H B n o i O K O u saeK- T p o o B e p r H H f a Tan*e a a b corjiaooBaBHH ee b ha a o cooTBeicTByioJUHMH TOKo n p a - eMHHKS.MH .
ripH m a p o K o u p a c u p o c T p a H e B H H 3thx ycTpoiłCTB b yrojiBHoti npoMumae H H O C TH , BaacHoe 3aa<ieBHe luteeT npofijieMa H C K ax e a H a ochobbłdc rapM O B H K TOKa h a a np a a e - HHH, HTO B H a C T H O C T H H a B O A H T IIOMeXH B p a ÓO i e 3amHIbI m a X T H 08 CeTH.
^ o K a m a s o , m o BpaMe H e a n e HBBepiopBhoc n p e o 0 p a 3OBaiejieił uaAotł mosihocth A ab riHTaHHB M a m H H h p y A H H B B o r o oóop yA O Ba H H a, ipeóyeT y H T e a u a 3BaanTe ałeo ro H C Ka z e B H B H ÓOAbH!HX TOKOB 3a M U K a B H B Ba 3eUJU0 B CeTH BMiaeMOtt OT 3THX yc- TpOiłOTB.
Oómaa BeAHBHBa 3ioro(TOKa npH MeiajiABBecKOM saMUKaHKH Rd « O) onpeAeae-
aa
no (fopityjie
s aB HCHT ot BeAHHKBbi Bcex r apMO BH K (n), BucTynaionHx B $ a 3 H 0 M H a n p a x e HB H aa BiccoAe H H B e p i o p a U f ( n ) , a Taxxe ot pesHCTaaiiHH R b $ a 3 B o 8 euKociH C ceru O T H O C H i e A b H O 3 6 M J I H«
06Bap y x e a o , n o ecau t o k sauuK a B B B aa aeMjuo c o A e p m T c n e K T p b h c h i h x rap- m o h h k, t o npHMe KBe Mue a o o h x nop aamaihi o t y T e a K H ae b h u o a h a j o t c b o h x saAaa H 3 - 3 a O T C y i C T B B B B0 3MO X B 0 C T H K O U ne H Ca U H H eMKOCTBOtt COCTaBJIBlOIuefi 3T0T0 TOKa.
B C BB3H C TeM B 0 3 H H K a e T Be O Ó X O A H U O C T B p a3 p a Ó O T K H BOBŁOĆ M e T O A O B KOBTpOAB o o c t o b b h b H30ABUHH. B p a a p a Ó O T K e A a eT C B n p eA A O K e B H e c n o c o ó a k o b t p o a b coctob- BBB B 3 0 A B U H H npHCnoCOÓJieHBOrO K H O BUM y C A O B H B M n H T a H H B .
1979.
R e c e n z e n t : Prof. W ł a d y s ł a w G L U Z I Ń S K I
t a o
46 F. K r a 9 u c k i , R. P i l o r z
P R O B L E M S OF L E AK C U R R E N T P R O T E C T I O N S WORK A T D E F O R M E D W A V E S
S u m m a r y
In the e x t r a c t i v e i n d u s t r y p ow e r e n g i n e e r i n g e l e c t r o n i c s d e v i c e s s e r v i n g for c o n v e r s i o n and c o ntrol of the flow of e l e c t r i c e n e r g y as w e l l as m a t c h i n g of its form to s u i t a b l e e n e r g y c o n s u m e r s are a p p l i e d in an i n c r e a s ing range.
T he w i d e s p r e a d a p p l i c a t i o n of t hose d e v ic e s in the m i n i n g will c a u s e p r o b l e m s of de f o r m e d current an d v o l t a g e waves, w h i c h c a u s e a m o n g other t h ings d i s t u r b a n c e s in the w ork of e l e c t ri c al p r o t e c t i o n s a p p l i e d in m i n i ng e n ergy s u p p l y networks.
It has been proved, that w hen a p p l y i n g m a t c h i n g s y s t e m of flow p ower i n ve rter types for feeding of m i n i n g d e v i ce s a n d m a c h i n e s , s i g n i f i c a n t w a v e d e f o r m a t i o n and high e a r t h i n g curre n t v a l u e s in the n e t w o r k fed from those s ystems w ill appear.
The total v a l u e of this current (at a m e t a l l i c e a r t h i n g s y s t e m Rd = 0) d e t e r m i n e d by the equation:
v o l t a g e U^(n) on the output of the i n v e r t e r as w e l l as on the r e s i s t a n ce R and p ha se c a p a c i t y C of the n e t w o r k agai n s t earthing.
It was found that in a c ase the ea r t h i n g current v a l u e c o n t a i n s a s p e c trum of h ighe r h a r m o n i c s the h i t h e r t o a p p l i e d leak c u r r e n t p r o t e c t i o n s do not fulfil their duty b e c a u s e of lack of the p o s s i b i l i t y to c o m p e n s a t e the c a p a c i t i v e component of this current. C o n s e q u e n t l y n e w m e t h o d s of c o n trol of the 9 ta te of i n s u l a t i o n have to be w o r k e d out.
In this w ork a s u g g e s t i o n c o n c e r n i n g c o n t r o l m e th o d of the s tate of i n s u l a tion a c c o m o d a t e d to the new f e e di n g c o n d i t i o n s is p r e sented.
A
w h e r e :
de p e n d s on the total v a l u e of all h a r m o n i c s (n) o c c u r i n g in the p h as e
