Kryteria ochrony przepięciowej przy stosowaniu łączników próżniowych w górniczych sieciach niskonapięciowych

(1)

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 Ś LĄ S K I E J Seria: G Ó R N I C T W O z. 156

__________ 1987 Nr kol. 1025

F l o r i a n K R A S U C K I Z b i g n i e w KO W A L S K I

K R Y T E R I A O C H R O N Y P R Z E P I Ę C I O W E J P R Z Y S T O S O W A N I U Ł Ą C Z N I K Ó W P R Ó Ż N I O W Y C H W G Ó R N I C Z Y C H S I E C I A C H N I S K O N A P I Ę C I O W Y C H

S t r e a z c z e n i e . W p r a c y a n a l i z o w a n o m e c h a n i z n y u s z k o d z e ń izol ac j i m a s z y n p r z e p i ę c i a m i , w y w o ł y w a n y m i s t o s o w a n i e m ł ę c z n i k ó w pró żn i ow y c h . W s k a z a n o na d u ż y rozrzut w a r t o ś c i c h a r a k t e r y s t y c z n y c h o b w o d u i prę- dów u c i ę c i a 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 z y c h o r a z ich w p ł y w na w a r t o ś c i p r z e p i ę ć kom u t a cy j ny c h . A n a l i z o w a n o p r ę d y u c i ę c i a ł ę cz  n i k ó w p r ó ż n i o w y c h o r a z i n d u k c y j n o ś c i i p o j e m n o ś c i fazowe s i l n i k ó w e l e k t r y c z n y c h n a p ę d ó w m a s z y n górn i c z yc h .

S t w i e r d z o n o , że ł ę cznlki p r ó ż n i o w e nie na daję się do łęczenia s i l n i  ków o małej mocy, w w a r u n k a c h z m i e n n y c h k o n f i g u r a c j i sieci, bez o c h r o n n i k ó w p r z e p i ę c i o w y c h k o o r d y n u j ę c y c h p o z i o m izolacji. W J e d n o  fa zowym o b w o d z i e I n d u k c y j n y m a n a l i z o w a n o c h a r a k t e r y s t y c z n y dla si e  ci górniczej u kład ł ę c z e n i o w y - s z e r e g o w o p o ł ę c z o n y c h ł ę c z n i k ó w ma- g n e t o w y d m u c h o w y c h i p r ó ż n i o w y c h ; p o d a n o a l g o r y t m o b l i c z a n i a przep i ę ć w takic h w a r unkach. W y k a z a n o , że m a k s y m a l n a w a r t o ś ć p r z e p i ę c i a na odbio r n i k u , kt ó r e g o o b w ó d Jest p r z e r y w a n y ł ę c z n i k i e m p r ó ż n i o w y m Już po w y ł ę c z e n i u p rędu o b c i ę z e n i a , n i e z a l e ż y od i n d u k c y j n o ś c i o d b i o r n i  ka a j e d y n i e od s t o s u n k u p o j e m n o ś c i linii z a s i l a j ę c e j i o d b i ornika.

W tym a s p e k c i e a n a l i z o w a n o w a r u n k i o p t y m a l i z a c j i p a r a m e t r ó w sieci.

P r z e d s t a w i o n o r ó w n a n i a w y j ś c i o w e do a n a l i z y p r z e p i ę ć w w a r u n k a c h t r a n s p o z y c j i s e k w e n c j i ł ę c z e n i o w y c h w s i e c i a c h t r ó j f a z o w y c h z łęcz- n i k a m i próż nio wymi.

1. W S T Ę P

P r o j e k t o w a n i e i e k s p l o a t a c j a g ó r n i c z y c h s i e c i n i s k o n a p i ę c i o w y c h z łęcz- n i k a m i m a g n e t o w y d m u c h o w y m i (po w i e t r z n y m i n o r m a l n o c i ś n i e n i o w y m i ) w y m a g a j ę s t o s o w a n i a r u t y n o w y c h Już n i e j a k o p r z e d s i ę w z i ę ć w z a k r e s i e o c h r o n y z w a r  ciowej, p r z e c i ę ż e n i o w e j i k o n t r o l i e tanu izolacji.

N a p i ę c i a w y ż s z e od n a j w i ę k s z e g o na p i ę c i a r o b o c z e g o w y s t ę p u j ę w tych s i e  c i ach s p o r a d y c z n i e ; przy c z y n ę ich sę c zy n n o ś c i ł ę c z e n i o w e w c z ę ś c i w y s o k o  n a p i ęci owej o raz z w a r c i a m i ę d z y f a z o w e i d o z i e m n e [l]. P r z e p i ę c i a te maję r ó żne p r z e b i e g i o s t o s u n k o w o d ł u gi m c z a s i e trwania, p r z y czym w a r t o ś c i am  p l i t u d z r e g u ł y nie p r z e k r a c z a j ę kil k a kr o tn e j w a r t o ś c i n a p i ę c i a z n a m i o n o  w e g o i m i e s z c z ę się w g r a n i c a c h n a pi ę ć p r o b i e r c z y c h izolacji. W c za s i e c z y n n o ś c i ł ę c z e n i o w y c h w s ieci a ch n i s k o n a p i ę c i o w y c h z ł ę c z n i k a m i magn e t o- w y d m u c h o w y m i z r eguły n ie w y s t ę p u j ę p r z e p i ę c i a n i e b e z p i e c z n e dla u r z ę d z e ń e l e k t r o e n e r g e t y c z n y c h . Ł u k łęc z e n i o w y g a ś n i e naj c z ę ś c i e j p r z y w a r t o ś c i c hwilowej p r ę d u równej zeru. E n e r g ia pola m a g n e t y c z n e g o w i n d u k c y j n o ś c i a c h

(2)

8 F. K r a s u c k i , Z. K o wa l s k i

o b w o d u Jast równa zeru i nap i ę c i a na p o j e m n o ś c i a c h s i a c i nie w z r a s t a j ę powyżej n a p i ę ć r oboczych.

W obec s y s t e m a t y c z n e g o z w i ę k s z a n i a n o c y z a i n s t a l o w a n e j n a s z y n i n o c y z w a r c i o w y c h s i e c i k o p a l n i a n y c h u z a s a d n i o n e Jest s t o s o w a n i a a p a r a t u r y opartej na nowej technice, za p e w n i a j ę c e j ł ę cz n i k b n dużę t r w a ł o ś ć i z d o l  ność łęcze niowę w s p e c y f i c z n y c h w a r u n k a c h ś r o d o w i s k o w y c h kopalni, p rz y s t o s u n k o w o nałej n a s i ę i n a ł y c h w y m i a r a c h skrę j n y c h . W y m a g a n i o m tym od- p o w i a d a j ę ł ęczni ki p r ó ż n i o w e p r o d u k o w a n e w k raju i zagr a n i c ę . H e r m e t y c z - ność u k ł a d u s t y k o w o - g a e z e n i o w e g o ł ę c z n i k ó w p r ó ż n i o w y c h w z n a c z n y n stopniu o g r a n i c z a p o w s t a w a n i e a g r e s y w n e g o ś r o d o w i s k a k o r o z y j n e g o , co nie jest bez z n a c z e n i a dla k o n s t r u k c j i o s ł o n p r z e c i w w y b u c h o w y c h , a d o w o l n e p o ł o ż e n i e p racy, o d p o r n o ś ć na d rgania i u d a r y p r e f e r u j ę ł ę c z n i k i p r ó ż n i o w e do s t o  so wania na m a s z y n a c h ruchomych.

Ł ę c z n i k i p r ó ż n i o w e maję j e d n a k te n d e n c j ę do g e n e r o w a n i a p r z e p i ę ć , w s k ut e k w y m u s z o n e g o " u cin ania" p rędu łuku w o k o l i c a c h p r z e j ś c i a p r z e z z e ro i "uci

n a n i a " p rę du łuku w w a r u n k a c h t r a n s p o z y c j i s e k w e n c j i ł ę c z e n i o w y c h , przy w s p ó ł p r a c y z łęcz n i k a a i m a t n e t o w y d m u c h o w y m i ( p o w i e t r z n y m i n o r m a l n o c i ś n i e - n i ow yml) w ob w o d a c h indukcyj ny c h . N i e z b ę d n a jest więc z m i a n a w y m a g a ń i k r y t e r i ó w w z a k r e s i e p r o j e k t o w a n i a oraz e k s p l o a t a c j i takich sieci.

Pr z e p i ę c i a k o m u t a c y j n e w y w o ł y w a n e s t o s o w a n i e m ł ę c z n i k ó w p r ó ż n i o w y c h w o b w o d a c h i n d u k c y j n y c h m ogę osięg a ć d u ż e w ar t o ś c i . P o w o d u j e to z a g r o ż e  n ie dla ci ęg ł o ś c i ruchu i b e z p i e c z e ń s t w a w kopalni. M o g ę być b o wiem p r z y  czynę zwarć m i ę d z y f a z o w y c h , doz ie m n y ch , m i ę d z y z w o j o w y c h m a s z y n i urzędzeń.

P r z e p i ę c i a k o m u t a c y j n e maję c ha r a k t e r k r ó t k o t r w a ł y c h i m p u l s ó w n a p i ę c i o  w yc h o c zas ie trwa nia od kilku m i k r o s e k u n d do k i l k u m i l i s e k u n d , a a m p l i 

tudy ich o s i ęgaję w a r t o ś c i od k il k u do k i l k u d z i e s i ę c i u t y s i ę c y woltów.

Na p r z e p i ę c i a te s z c z e g ó l n i e n a r a ż o n e sę i z o l a c j a główna i m i ę d z y z w o - Jowa s i l n i k ó w el ektry c z n y c h . W c z as i e normalnej p r a c y na izolację głównę d z ia ła n a t ę ż e n i e pola e l e k t r y c z n e g o w y n i k a j ę c e z napi ę c i a f a z o w e go a na i z o l a c j ę m l ę d z y z w o j o w ę n a t ę ż e n i e pola e l e k t r y c z n e g o , w y n i k a j ę c e z n apięć s ę 8 i e d n l c h zwojów. N a t ę ż e n i e pola e l e k t r y c z n e g o n o ż e z n a c z n i e w z r o s n ę ć w s k u t e k p r z e p i ę ć k o m u t a c y j n y c h o dużej a t r o mo ś c i , g e n e r o w a n y c h p r ze z łęcz

nik i próżn iowe . Na izolacji głównej w s k u t e k s z e r e g o w e g o u w a r s t w i e n i a m a

t e r iału st a ł e g o i p o w i e t r z a p o m i ę d z y k r a w ę d z i a m i b lach a izolację w y s t ę  p u j e w ó w c z a s d u że n a t ę ż e n i e p o l a e l e k tr y c z ne g o. W s z c z e l i n a c h p o w i e t r z  nyc h pow s t a j ę w a r u n k i dla jon i z a c j i , s z c z e g ó l n i e w o t o c z e n i u o dużej wil

gotności.

P o ł ę c z e n i a cz o ł o w e zna j d u j ę się w a n a l o g i c z n y c h w a r u n k a c h , gdyż rozk ł a d p o l a e l e k t r y c z n e g o na p o ł ę c z e n i e c h c zo ł o w y c h Jest n i e j e d n o s t a j n y w w y niku s z e r e g o w e g o u w a r s t w i e n i a st a ł e g o m a t e r i a ł u i z o l a c y j n e g o z p o w i e t r z e m i z a n i e c z y s z c z e ń t w orzęcych d r o gi p r ze w o d z ę c e . Ma to I s t o t n e z n a c z e n i e dla t rw a ł o ś c i i z o l a c j i w w a r u n k a c h g e n e r o w a n y c h p r z e p i ę ć p r z e z łęczn i k i p r ó ż  n iowe, p r z e p i ę ć w y s t ę p u j ą c y c h z dużę czę s t oś c ię .

(3)

Kryteria o c h r o n y p r z e p i ę c i o w e j . 9

M e c h e n i z n p r z e b i c i e e t a ł y c h m a t e r i a ł ó w i z o l a c y j n y c h u d a r a e i p r z e p i ę ć k o m u t a c y j n y c h ma g ł ó w n i e c h a r a k t e r e le k tr y c z n y . Z n i e z c z e n i e m a t e r i a ł u iz o  l a c yj neg o p r z y tych w y ł a d o w a n i a c h z u p e ł n y c h n a e t ę p u j e p r z e z d z i a ł e n i e eił pola e l e k t r y c z n e g o a n i e efektu t e r mi c z n eg o .

W y n ik a to z faktu, że p r ę d k o ś ć n a r a a t a n i a n a p i ę c i a jeet duża 1 d i e l e k t r y k nie z d ę ż y się n a grzać do w y soki e j t e m p e r a t u r y w e k u t e k strat d i e l e k t r y c z  nych, p r z y której traci w ł a s n o ś c i izola c yj n e . M e c h a n i z m w y ł a d o w a ć z u p e ł  nych, s p o w o d o w a n y c h p r z e p i ę c i a m i g e n e r o w a n y m i p r z e z ł ę c z n i k l p r ó żniowe, n i e ma w i ę c c h a r a k t e r u cieplneg o .

I

2. W P Ł Y W P R Z E P I Ę Ć K O M U T A C Y J N Y C H NA I Z O L A C J Ę S I L N I K Ó W E L E K T R Y C Z N Y C H

W y ł a d o w a n i o m z u p e ł n y m s p r z y j a j ę m i k r o u s z k o d z e n i a u k ł a d u i z o l a c y j n e g o , s p o w o d o w a n e o d d z i a ł y w a n i e m e l e k t r o d y n a m i c z n y m p r z e p ł y w a j ą c y c h p r z e z u z w o  j e n ia p r ę d ó w ( przede w s z y s t k i m p r ę d ó w r o z r u c h o w y c h s i l n i k ó w k l a t k o wy c h ) . Z w ł a s z c z a p o ł ę c z e n i a c z o ł o w e s i l n i k ó w e l e k t r y c z n y c h sę n a r a ż o n e na d z i a  łanie s ił e l e k t r o d y n a m i c z n y c h , a w s k u t e k c i e p l n e g o s t a r z e n i a się i zo l ac j i sę o ne p o d a t n e na u s z k o d z e n i a m e c h a n i c z n e w p o s t a c i m l k r o p ę k n i ę ć .

Na d wa s ę s i e d n l e p r z e w o d y w n a j s ł a b s z y m k o n s t r u k c y j n i e e l e m e n c i e , tj.

c z o l e u z w o j e n i a , b ę d z i e d z i a ł a ć s i ł a e l e k t r o d y n a m i c z n a p r o p o r c j o n a l n a do k w a d r a t u p r z e p ł y w a j ą c e g o p r ę d u r oz r uc h o w e g o . S i ł y te sięg a j ę , z a l e ż n i e od m o c y s i l n i k a w u d a rach, do k ilk u t y s i ę c y niut on ó w. C z ę s t e d z i a ł a n i a sił d y n a m i c z n y c h p r o w a d z ę w k o n s e k w e n c j i do u s z k o d z e ń m e c h a n i c z n y c h i z o l a c j i m a s z yn, głównej i m i ę d z y z w o j o w e j , k tó r e u j a w n i a j ę się w p o s t a c i m i k r o p ę k - n i ę ć t w o r z ę c y c h s z c z e l i n y powie t r z n e .

P r z y s z e r e g o w y m u w a r s t w i e n i u s z c z e l i n p o w i e t r z n y c h ze s t a ł y m m a t e r i a ł e m i z o l a c y j n y m , w s z c z e l i n a c h p o w i e t r z n y c h w y s t ę p u j e b a r d z o d u ż e n a t ę ż e n i e p o l a elektry c z n e g o , w w a r u n k a c h n a p i ę ć r o b o c z y c h m a t e r i a ł m o ż e utrzymać (mimo i s t n i e n i a m l k r o p ę k n i ę ć ) p r z e z b a r d z o d ługi o k r e s s w o j e w ł a s n o ś c i i z o la c y j n e , n a w e t . w w a r u n k a c h w y s t ę p o w a n i a j o n i z a c j i - w p r z y p a d k u gdy n a t ę ż e n i e p o l a e l e k t r y c z n e g o w tych s z c z e l i n a c h p r z e k r o c z y w y t r z y m a ł o ś ć p o w i etrz a. W y n i k a to stęd, że z w i ę z a n e z j o n i z a c j ę w y ł a d o w a n i a p o w o d u j ę t ylko z w i e r a n i e s a m y c h szczelin.

N i e m niej j o n i z a c j a jest z w i ę z a n a z p r z e p ł y w e m p r ę d u e l e k t r y c z n e g o , k t ó r e  go o b w ó d z a m y k a się p r z e z d i e l e k t r y k stały. S t a ł y m a t e r i a ł i z o l a c y j n y aa d u ż ę w y t r z y m a ł o ś ć e l e k t r y c z n ę w p o r ó w n a n i u z po w ie t r z e m . O b w ó d p r ę du z a  m y k a się p r z e z p o j e m n o ś ć d i e l e k t r y k u stałego. S z c z e l i n y p o w i e t r z n e s t a

n o w ię n i e j a k o p r z e w o d z ę c e o k ład zi n y .

W w y n i k u "uci ęcia" p r ę d u p r z e z ł ę c z ni k p r ó ż n i o w y , e n e r g i a z a w a r t a w p o l u m a g n e t y c z n y m n ie jest o c z y w i ś c i e r ówna zeru. E n e r g i a ta jest ź r ó d ł e m p r z e b i e g u n a p i ę c i a na p o j e m n o ś c i a c h o b w o d u - n a p i ę c i a o dużej s t r o m o ś c i n a r as t a n i a . M o ż e to d o p r o w a d z i ć d o w y ł a d o w a n i a z u p e ł n e g o , z n i s z c z e n i a o s ł a b i o n e g o u k ł a d u i z o l a c y j n e g o i w k o n s e k w e n c j i do z warć m i ę d z y f a z o w y c h , d o z i e m n y c h lub m i ę dzy zwoj owy.cn.

(4)

10 F. K r a a u c k i , Z. Kowal s ki

W w y n i k u a i k r o p ę k n i ę ć szer e g o w y u kład I z ol a cy j n y dwóch d i e l e k t r y k ó w , n a  wet o t yc h saaych s tałych d i e l e k t r y c z n y c h i n a t ę ż e n i u pola w d i e l e k t r y  kach, p r z e k s z t a ł c a się w u k ła d s z e r e g o w o - r ó w n o l e g ł y , gdy w j e d n y m z di

e l e k t r y k ó w pow s t a j e n i k r o p ę k n i ę c i e i o b j ę to ś ć ta wype ł n i a p o w i e t r z e , lub w u kład r ó w n o l e g ł y (gdy a i k r o p ę k n l ę c i e izol a c j i w y s t ę p l w obu d i e l e k t r y  kach i s z c z e l i n y te w y p e ł n i p o wietrze).

W tya o s t a t n i m p r z y p a d k u w y t r z y m a ł o ś ć u kł a d u z a l e Z y tylko od d i e l e k t r y k u o na jmniejszej w y t r z y m a ł o ś c i i na n i m n a s t ę p i p r z e s k o k lub p r z ebicie.

W p i e r w s z y m p rzy p a d k u n a t ę ż e n i e p o la r o zk ł a d a się na d i e l e k t r y k a c h s t a  łych { j i £ 2 w z nanym sto s u n k u K 1/ K 2 2 ^ 1 * p °w i " t rz® ° m niejszej w y t r z y m a ł o ś c i obniZa w y t r z y m a ł o ś ć c a ł e g o układu. Na nim w y s t ę p l n a j w i ę k  sze natę ż e n i e pola e l e ktrycz n eg o , k t ór e d o p r o w a d z i do w y ł a d o w a n i a i w k o n s e k w e n c j i kas ka d o w e g o z n i s z c z e n i a izola c ji d i e l e k t r y k u n i e u s z k o d z o n e g o m e ch anicznie . N i e z a l e ż n i e od p r z e d s t a w i o n e g o m e c h a n i z m y u s z k o d z e n i a izo

lacji n a s t ę p u j e o b n i ż e n i e w y t r z y m a ł o ś c i e l ek t r y c z n e j u k ł a d u na przep i ę c ia k o m u t a c y j n e g e n e r o w a n e łęcz ni k a m i p r ó ż n i o w y m i w s z ę d z i e tam, g d z i e w y s t ę  p u j e s z er egow e p o ł ę c z e n i e s t a ł e g o m a t e r i a ł u i z o l a c y j n e g o z p o w i et r ze m , ws k u t e k zł ego w y p e ł n i e n i a m a t e r i a ł e m nas y ca j ę c y m , będż w y s t ę p o w a n i a s z c z e  lin p o w i e t r z n y c h lub pęcherzy.

w p r a k t y c e mamy d o czy n i e n i a n a j c z ęś c ie j z u w a r s t w i e n i e m ukośnym. Z tych w z g l ę d ó w ukła dy r z e c z y w i s t e c e c h u j e m a ł a o d p o r n o ś ć na p r z e p i ę c i a k o m u t a  cyjne. G ł ó w n ę p rz y c z y n ę sę w y ł a d o w a n i a śl i z g o w e na duży c h p ł a s k i c h po  w i e r z c h n i a c h d i ele ktryku, z a b r u d z e n i a i z a w i l g o c e n i a tych p o w i e rzchni.

3. C H A R A K T E R Y S T Y K A O B W O D Ó W N I S K O N A P I Ę C I O W Y C H W Y Ł Ą C Z A N Y C H ŁĄ C Z N I K A M I P R Ó Ż N I O W Y M I

Omó w i o n y m e c h a n i z m o b n i ż a n i a w y t r z y m a ł o ś c i ele k t r y c z n e j ukła d u i zo l a

cyjnego zwi ę k s z a pod a t n o ś ć m a s z y n na u s z k o d z e n i a w s i eciach, w k tó rych sę s t o s o w a n e łęcznikl próżniowe. E ne r g i a ź r ó d e ł g e n e r u j ę c y c h p r z e p i ę c i a w o k r e ś l o n y c h k o n f i g u r a c j a c h sieci, p r z y d użych w a r t o ś c i a c h p r ę d ó w "ucię

cia", m o ż e u s zko dzić u kłady i zo l a c y j n e d o b r a n e p r a w i d ł o w o - o d p o w i e d n i o do w y m a g a ń s tatycznej w y t r z y m a ł o ś c i n a p i ę c i e m p r o b i e r c z y m w o k r eś l on y c h n ormami w a r u n k a c h badań, OuZa c zę s t o ś ć łęcz eń a p a r a t ó w m a n e w r o w y ch , s t e  ruj ą c y c h pracę m a szyn górnic z y c h, zw i ę k s z a p r a w d o p o d o b i e ń s t w o w y s t ę p o w a  nia d u życ h w a r t o ś c i prz e p i ę ć kom u t ac y jn y c h .

W gó rn i c z y c h siec iach n i s k o n a p i ę c i o w y c h z w i ę k s z a się też u d z i a ł l ic z b y p r z y r z ę d ó w p ó ł p r z e w o d n i k o w y c h o r a z a p a r a t u r y p o m iarowej i z a b e z p i e c z e n i o  wej , włęczanej b e z p o ś r e d n i o lub p o ś r e d n i o p r z e z p r z e k ł a d n i k i p r ę d o w e i napięciowe.

W y ł a d o w a n i a zu p e ł n e w d i e l e k t r y k a c h i p r z y r z ę d a c h p ó ł p r z e w o d n i k o w y c h s p o w o d o w a n e p r z e p i ę c i a m i ko m ut a c y j n y m i , g e n e r o w a n y m i p r z e z łęczniki p r ó ż  n i o w e p r z y w y ł ę c z a n i u obwodu, sę s z c z e g ó l n i e n i e b e z p i e c z n e w w a r u n k a c h

(5)

K r y t e r i a o c h r o n y p r z e p i ę c i o w e j . 11

z w i ę k s z o n e g o z a g r o ż e n i a 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 w p o d z i e m i a c h kopalń.

W tych o k o l i c z n o ś c i a c h p o n o w n e z a ł ę c z e n i e o b w o d u b ę d z i e z a ł ę c z e n i e m n a  p i ę c i a na u s z k o d z o n y o d c i n e k sieci. P r z e p i ę c i a g e n e r o w a n e p r z e z łączniki1 p r ó ż n i o w e p r z y z a ł ą c z a n i u sę zw i ę z a n e z o d s k o k a m i s p r ę ż y s t y m i , a c z ę st o ść w y s t ę p o w a n i a jest za l e ż n a od ilośc i i c z a su t r w a n i a odsk o k ó w .

A n a l i z a p a r a m e t r ó w górnicze j s i ec i n i s k o n a p i ę c i o w e j o i z o l o w a n y m putfcar cle z e r o w y m w s k a z u j e na d uży r o z rz u t p o j e m n o ś c i p o s z c z e g ó l n y c h faz w z g l ę  d e m u z iemione j o b u d o w y i fazowej i n d u kc y j n oś c i. Dla s i l n i k ó w o m o c y od 2 , 8 kW do 1 3 2 k W [ 5 ], p r z y n a p i ę c i u 5 0 0 V, gó rna w a r t o ś ć p o j e m n o ś c i po- s z c z e g ó l n y c h faz w z g l ę d e m z iem i k s z t a ł t u j e się w g r a n i c a c h od 3 . 10 .O F

~9 -9 -9

do 24 . 10 F, a d olna w a r t o ś ć od 1 . 10 F do 8 . 10 F, p r z y c z y m s i l n i k i o m n iej szej m o c y maję m n i e j s z ę p o j e m n o ś ć a s i l n i k i o m o c y w i ęk szej - więks zę.

I n d u k c y j n o ś ć fazowa p r z y n a p i ę c i u 5 0 0 V, w y z n a c z o n a z p o m i a r ó w p r ę d u s t a  nu j a ł o w e g o sil n i k ó w , k s z t a ł t u j e s i ę w g r a n i c a c h od 0 , 2 5 0 H d o 0 , 0 1 5 H, p r z y czym s i l n i k i m niejszej m o c y maję w i ę k s z ę i n d u k c y j n o ś ć , a s i l n ik i w i ęk szej m o c y - m n i e j s z ę [4],

T a k a z a l e ż n o ś ć p o j e m n o ś c i i i n d u k c y j n o ś c i u z a s a d n i a p o g l ę d , ż e s i l ni k i małej m o c y sę g ł ó w n y m i ź r ó d ł a m i p r z e p i ę ć w s i e c i a c h g ó r n i c z y c h . P r z e p i ę  cia w sie c i a c h , w k t ó r y c h s i l n i k i w y ł ę c z a n e sę ł ę c z n i k a m i p r ó ż n i o w y m i , o s i ę g a j ę w a r t o ś c i r z ę d u k i l k u n a s t u do k i l k u d z i e s i ę c i u kil o w o l t ó w . Ł ę c z n i - ki p r ó ż n i o w e n ie n a daję się do ł ę c z e n i a s i l n i k ó w o małej m o c y - bez d o d a t  k o w y c h o c h r o n n i k ó w p r z e p i ę c i o w y c h k o o r d y n u j ę c y c h p o z i o m izolacji.

M o c z n a m i o n o w a s i l n i k a i n d u k c y j n e g o s t a n o w i i s t o t n e k r y t e r i u m p r o j e k  t o wani a i e k s p l o a t a c j i g ó r n i c z y c h s i e c i n i s k o n a p i ę c i o w y c h . W t a b l i c y 1 p o d a n o w y b r a n e p r z e c i ę t n e p a r a m e t r y o b w o d ó w p r z e p i ę c i o w y c h (rys. l) od-

T a b l i c a 1 W y b r a n e p a r a m e t r y o b w o d ó w p r z e p i ę c i o w y c h o d b i o r n i k ó w ( s ilników) t r ó j f a z o  w y c h o p o j e m n o ś c i a c h w ł a s n y c h C w i i n d u k c y j n o ś c i a c h U, w y ł ą c z a n y c h ł ą c z 

n i k a m i p r ó ż n i o w y m i w s i e c i a c h 5 0 0 V

P n f

W y ł ą c z a n i e : I st a d i u m W y ł ą c z a n i e : II s t a d i u m

Z 1A z i b =

§ V Ę

Z 2B

kW kHz i o 3 a i o 3 & i ° 3 a

2,8 6 9 , 7 4 ,8 9 , 7

11 ,0 7 3 , 5 1.7 3, 5

55, 0 8 1 , 7 0,9 1 , 7

132 ,0 8 0, 8 0 ,4 0,8

(6)

12 F. Kraa u c k i , Z. K o wa l sk i

£ i O Œ «N

« S X

H O Ü o c «

*« H N X

0 X 8 0

C ■ *4- V.

B O S

« J Í X O

■n O H O - >• C Q .H C « O n N O « O

B H « • O' O H

X 5 .*

.N O H

« X g f->

•HO O

S 3 O C

a i a CT t)

^ x • s S O « B O N »

> H «

C © *4- • O C r j t ł N 0 ) 0 C

L. m jL «

« 6 h S

•f» O

O f i 3 ß .* « -O «

« h a> t. -¥ l . O)

n a o - I C L.

n « a O H ß «- C H

00

C N «

•n fi O -H

>■ > « - c s ^ «

o>

c I

SH O O H Ł.

X *->

• « c o c o c • o

«

H CM - H O 'Ui

o cn

• X a o L

« *-> « O H H S »H

« « O

h L.

H ß H 3 C X 3 O H O O H « S > O « C O i—i« « O O X 3 C H W Q.©

H 3

« - X O"

L H C O 3 0 ' « «

O) H X « cn

**- o « c C H « H O H « X O s X o

« a n

« H © S H 3 > «

« O H I « c c s « «

H O O • H O S U X 3 H o > s © « «

3 C S O > O X

X 3 L. H H cC O ) « ® « 4-> H « H ^«^C^{H O ©} ^•

H N « O C H O S X « t_03 C C

>• t-iiH ß « « «

S -O « >» « B U H

O t . N O « L.« N h « « * « © 3 h

« Ht-, X H O X

* C 3 a o

■ n Q. N i a « «

• O U I H « 1 « E t . > H « o a h H r-> O « Ł. O X H tu ay Q X L. a 6 U t - , L. H X 1 O)

V (O' aj H O C

H r > H • 9 H JC « S Ul -1 * C f i H H H ( f l O X 6

C H H O h «

O W N E « L.

O « O > > 9 0 0) H N 6 Í H O X O X 3 O H C H U

X H « o « a

O H » rH 3 H *H C CM3 X H *H X N H O ’ a c o o c

H 6 H « «

> 6H Q. 0>

C H >* X « C O) N S B H O H C

O S O O H X H

> 0 H H S « O H

L. C JŁ C H

H « N H H H H

Ü O c H H S

« H O s 3 «

rH C O. O O >*

O Ł- L H W

O f i « h a c X H © o a o

• o X H « 3 X S X JC o « c

X O H N X •

o c « I - c a

X N u o «

• o o o • S X H > » H O C

C H a n

• « •

« « B

>. z i z ( S B C U_ « H

(7)

K r y t e r i a o c h r o n y pr z e p i ę c i o w e j 13

b i o r n i k ó w t r ó j f a z o w y c h o p o j e m n o ś c i w ł a sn e j i i n d u k c y j n o ś c l L, w y  ł ą c z a n y c h ł uczn i k a m i p r ó ż n i o w y m i - dla p o d s t a w o w e g o z a k r e s u m o c y s i l n i k ó w e l e k t r y c z n y c h s t o s o w a n y c h w g ó r n i c z y c h s i e c i a c h n i s k o n a p i ę c i o w y c h 5 0 0 V (przy z a ł o ż e n i u w a r u n k ó w e k s t r e m a l n y c h - b r a ku w tych o b w o d a c h p o j e m n o ś c i linii z s 8llaj ęcej C p ) i z a ł o ż e n i a c h u p r a s z c z a j ą c y c h m o d e l s i e c i o r a z w a  r u n ki p o c z ę t k o w e p r z e b i e g u w y ł ę c z a n i e p rę d u o b c i ę ż e n i a silnika. Z a ł o ż e n i a te p r z e d s t a w i o n o w r o z d z i a l e 5. P o d a n e m o ce P p sę r e p r e z e n t a t y w n e dla s i l n i k ó w I n s t a l o w a n y c h w s i e c i a c h o n a p i ę c i u 5 0 0 V. S t o s o w n i e do w y n i k ó w t e o r e t y c z n y c h a nsl iz, p u l s a c j a w ł a s n a • 271 f Jest j e d n a k o w a w p o s z c z e  g ó ln ych o b w o d a c h dla p i e r w s z e g o (i) i d r u g i e g o (XX) s t a d i u m w y ł ę c z a n i a prę- d ó w w s i e c i t r ójf azo wej (rozdz. 7). P r z e c i ę t n e o z ę s t o t l i w o ś c i w ł a s n e (f) w y ł ę c z a n y c h o b w o d ó w w s i e c i 5 0 0 V z a w i e r a j ę s i ę w g r a n i c a c h 6 - 8 kHz.

Ola s i l n i k ó w " n a j m n i e j s z y c h m o c y" i m p e d a n c j e c h a r a k t e r y s t y c z n e (zl A . Z 1B » Z 1C> Z 2 S » Z 2(,) sę p o n a d 1 0 - k r o t n i e w i ę k s z e n i ż dla s i l n i k ó w o "naj

w i ę k s z y c h mocach ". W tym też s t o s u n k u k s z t a ł t u j ę się g e n e r o w a n e ł ę c z n i k a m i p r ó ż n i o w y m i p r z e p i ę c i a w tych obwo da c h .

O b e c n o ś ć w s i e c i p o j e m n o ś c i Cp z w i ę z a n y c h z p r z e w o d e m i i k a b l a m i linii z a s i laj ęcej w p ł y w a w s p o s ó b i s t o t n y na p a r a m e t r y o b w o d ó w p r z e p i ę c i o w y c h , z m n i e j s z a j ę c c z ę s t o t l i w o ś c i i w a r t o ś c i a m p l i t u d prze p i ę ć . N a l e ż y jednak s t w ie r d z i ć , ża p r z y o k r e ś l o n y c h s e k w e n c j a c h ł ę c z e n i o w y c h , w ł a ś c i w y c h g ó r  n i c z y m s i e c i o m n i s k o n a p i ę c i o w y m e n e r g i a pola e l e k t r y c z n e g o z a w a r t a w p o  j e m n o ś c i a c h linii z a s i l a j ę c e j C p m oż e być ź r ó d ł e m n a p i ę c i a s w o b o d n e g o i prz e p i ę ć , g e n e r o w a n y c h p r z e z m a n e w r o w e łę c z n l k i p r ó ż n i o w e , o d u ży c h w a r  tościach.

4. P R Ą D U C I Ę C I A D A K O K R Y T E R I U M W Y Ł Ą C Z A N I A O B W O D Ó W I N D U K C Y J N Y C H Ł Ą C Z N I K A M I P R Ó Ż N I O W Y M I

S k ł o n n o ś ć ł ę c z n i k ó w p r ó ż n i o w y c h do " u ci n a n ia " p r ę d u w o k o l i c a c h n a t u  r a ln ego p r z e j ś c i a p r z e z zero, z w i ę z a n a z ich m a n e w r o w y m i w a r u n k a m i p r a c y i d użę częs t o ś c i ę łęczeń, n a k ł a d a o k r e ś l o n e w y m a g a n i a dla p r o j e k t o w a n i a 1 eks plo a t a c j i . D l a t e g o i s t n i e j e p o t r z e b a z d e f i n i o w a n i a p r ę d u "ucięcia"

J a k o p a r a m e t r u c h a r a k t e r y s t y c z n e g o , p o z w a l a j ę c e g o p r o g n o z o w a ć z a k r e s o d  d z i a ł y w a n i a ł ę c z n i k ó w p r ó ż n i o w y c h na n a pi ę ci a w s i e c i 1 p o d e j m o w a ć s ku  t e cz ne z a b e z p i e c z e n i a pr z e p i ę c i o w e . P r j d "uci ęc i a " jest z m i e n n ę losowa da- l a c g s ^ ę a ofg jcaymować r o z k ł a d o m t e o r e t y c z n y m normalnym.

W w y n i k u prac n o r m a l i z a c y j n y c h w tym z a k r e s i e [2 ] p o d j ę t o próbę z d e f i n i o  w a nia p rędu "ucięcia", m e t o d b a d a ń i o b w o d u p r o b i e r c z e g o . B a d a n i a p r ę d ó w

"ucię cia" w y k o n y w a n o na p r z e s t r z e n i o s t a t n i c h lat w r ó ż n y c h u k ł a d a c h p r o  bierc zyc h, z a r ó w n o dla ł ę c z n i k ó w n o w y c h z p r o d u k c j i s e r y j n e j . Jak i e k s  pl o a t o w a n y c h , g ł ó w n i e p r o d u k c j i kraj o w e j (typu SV-5, SV-7, SV-8).

A n a l i z a w y n i k ó w p o z w a l a s f o r m u ł o w a ć k i lk a i s t o t n y c h dla p r o j e k t o w a n i a 1 e k s p l o a t a c j i wniosków.

(8)

14 F. K r a s u c k i , Z. K o wa l sk i

W a r t o ś ć m a k s y m a l n a p r ę d u " ucięcia" Jest z b l i ż o n a do w a r t o ś c i ś r e d ni c h m i  n i m a l n e g o p r ę d u s t a b i l n e g o p a l e n i a się łuku i z n a c z n i e o d b i e g a od w a r t o  ści p rędu "ucięcia" podawa ne j w k a r t a c h k a t a l o g o w y c h ł ę c z n i k ó w p r ó ż n i o  w y ch i p r z yjmo wan ej dla p r o j e k t o w a n i a zabe z p i e c z e ń .

W ta b l i c y 2 p odano p r z y k ł a d w y n i k ó w b a d ań p r ę d ó w "ucięcia" (wartości ś r e d n i e I, n a j w i ę k s z e I-ax i o d c h y l e n i a s t a n d a r d o w e 6 ) z d e f i n i o w a n y c h J ako prąd "ucięcia" g órny lU B a x . pr ę d "ucięcia" d o l n y Iu m in i m i n i m a l  ny pręd s t a b i l n e g o pa l e n i a się łuku [ 2 ]-

T a b li c a 2 W yn iki b adań p r ę d ó w "u cięcia" s t y c z n i k ó w p r ó ż n i o w y c h typu

SV-5, S V - 7 i S V - 8

Typ s t y c z  nika

Iumax Iumin *min

I 6 Imax 1 6 ^max I 6 *max

- A - A A - A A - A

SV-5 5.4 1.77 1 1 , 0 1,5 0 , 9 4 4.5 11,2 1.7 14,8

SV-7 5,6 1,96 11,9 1,7 1,09 5.2 11,8 1,33 14,1

SV-8 5.9 1,86 11.8 1.9 1 , 1 0 5 . 4 12.8 1.79 15,6

Z p o r ó w n a n i a p o d a n y c h w a r t o ś c i w y z n a c z o n y c h w o b w o d a c h o r ó ż n y c h p a r a m e  trach wyni ka, że w z a l e ż n o ś c i od u k ł a d u p o m i a r o w e g o i metody, o t r z y m u j e się r óżn e w a r t o ś c i p r ę d u "ucięcia". U z a s a d n i a to k o n i e c z n o ś ć p r z y j ęc i a J e d n o l i t y c h w ym a g a ń , m etod badań, u k ł a d u p o m i a r o w e g o 1 z n o r m a l i z o w a n i a w a r t o ś c i p a r a m e t r ó w p rędu "ucięcia". W a r t o ś c i p r ę d ó w "ucięcia" różnie zd e f i n i o w a n e , m i e r z o n e ró ż n y m i m e t o d a m i i w r ó ż n y c h u k ł a d a c h pom i a r ow y ch , z r e g u ł y n ie sę w y ż s z e od n a j wi ę ks z e j w a r t o ś c i m i n i m a l n e g o p rędu s t a b i l  n ego pa l e n i a się łuku. W a r t o ś ć ta m o ż e być u z n a n a za m a k s y m a l n ę , do k t ó  rej a s y m p t o t y c z n i e z b liżaję się r z e c z y w i s t e w a r t o ś c i p r ę d ó w " u c i ę c i a “ i p r z y j ę t a za p o d s t a w ę w p r o j e k t o w a n i u o c h r o n y p r z e p i ę c i o w e j , w o p ar c iu o d ezyderat tec hn i c z n y , by p r z e p i ę c i a k o m u t a c y j n e nie p r z e k r o c z y ł y napięć p r o b i e r c z y c h i z olacji m a s z y n i urzędzeń.

W s z c z e g ó l n y c h w a r u n k a c h u k ł a d o w y c h i s e k w e n c j i ł ę c z e n i o w y c h , łęcznlki p r ó ż n i o w e (z u w agi na dużę w y t r z y m a ł o ś ć p r z e r w y zest y k o w e j 1 szybkość o t w i e r a n i a ) m og ę p r z e r y w a ć p r ę d y w y n i k a j ę c e z n a p i ę ć s w o b o d n y c h , któr y ch ź r ó d ł e m jest en e r g i a pola e l e k t r y c z n e g o za w a r t a w p o j e m n o ś c i a c h linii, nawet p r z y w a r t o ś c i a c h szc zy towych. G e n e r o w a n e w ó w c z a s w a r t o ś c i p r z e p i ę ć n a jczęście j nie p r z a k r a c z a j ę w y t r z y m a ł o ś c i e l e k t rycznej p r z e r w y z e s t y k o  wej, n a t omi ast m o ż e w ó w c z a s dojść do w y ł a d o w a n i a z u p e ł n e g o w s ł ab s zy c h i z o l a c y j n i e p u n k t a c h sieci.

(9)

K r y t e r i a o c h r o n y p r z epięciowej. 15

5. Z A Ł O Ż E N I A A N A L I Z Y P R Z E B I E G Ó W N A P I Ę C I O W Y C H W O B W O D A C H W Y Ł Ą C Z A N Y C H Ł Ą C Z N I K A M I P R Ó Ż N I O W Y M I

W r o z d z i a l e p o d a n o o g ó l n e z a ł o ż e n i a przyb l iż o n e j a n a l i z y p r z e b i e g ó w n a pi ęć, g e n e r o w a n y c h w o b w o d a c h i n d u k c y j n y c h j e d n o f a z o w y c h i t r ó j f a z ow y ch p r z e z ł ą c z n i k i p r ó ż n i o w e w s k u t e k w y m u s z o n e g o " ucinania" p r ą d u łuku w o k o  l i c a c h p r z e j ś c i a p r z e z zero i " u c i n a ni a " p r ąd u w obwo d a c h z n a p i ę c i a m i s w o b o d n y m i w w a r u n k a c h t r a n s p o z y c j i s e k w e n c j i ł ę c z e n i o w y c h , p r z y w s p ó ł  p r a c y z ł ę c z n i k a m i p o w i e t r z n y m i n o r m a l n o c i ś n i e n i o w y m i . D o k o n a n o p r zy tym n a s t ę p u j ę c y c h z a ł o ż e ń u p r a s z c z a j ą c y c h .

1. S t a ł a t ł u m i e n i a r ówna się zeru. W a r u ne k ten s p e ł n i a j ą o b w o d y o ba r  dzo małej r e z y s t a n c j i i małej p o j e m n o ś c i . E ne r gi a p r z e p i ę c i o w a z a w a r t a w p o l u m a g n e t y c z n y m c ewek o i n d u k c y j n o ś c l L o b w o d u Jest w c a ł o ś c i z a m i e  niona na e n e r g i ę pola e l e k t r y c z n e g o w p o j e m n o ś c i a c h s i eci C. S t r a t y e n e r  gii w y d z i e l o n e w p o s t a c i c iepła na r e z y s t a n c j a c h łado w a n i a p o j e m n o ś c i s i e  ci nie i stni eją i w o b e c tego r e z y s t a n c j e s z e r e g o w e mogą być w a n a l i z i e o b  w o d ó w p o mini ęte.

Z a ł o ż e n i e jest d o p u s z c z a l n e dla a n a l i z y w a r t o ś c i a m p l i t u d y p i e r w s z e g o pół- o k r e s u p r z e b i e g u na p i ę c i a po w y ł ą c z e n i u p rą d u o b c i ą ż e n i a ł ą c z n i k i e m p r ó ż  niowym.

2. M o d e l a n a l i t y c z n y s i l n i k a k l a t k o w e g o nie u w z g l ę d n i a t ł u m i ą c e g o d z i a  łania k l a t k i wir n i k a , strat w ż e l a z i e i z a k ł a d a p r z e b i e g n a pięć na z a c i  s k ach l i n i o w e g o o b w o d u ' b e z s p r z ę ż e ń i n d u kc y jn y c h .

W s t ę p n e b a d a n i a o b w o d ó w r z e c z y w i s t y c h , w a r t o ś c i a m p l i t u d i r o z k ł a d u n a  p i ęć g e n e r o w a n y c h p r z e z łąc z n i k i p r ó ż n i o w e w y k a z u j ą m a ł e r ó ż n i c e m i e r z o  n y ch w a r t o ś c i p r z e p i ę ć w sto s u n k u do w a r t o ś c i w y n i k a j ą c y c h z p r z y j ę t e g o modelu. 0 ile d a l s z e b adania p o t w i e r d z ą d o t y c h c z a s o w e s p o s t r z e ż e n i a , u p r a s z c z a j ą c y an a l i z ę t e o r e t y c z n ą m o d e l m ó g ł b y być w y k o r z y s t a n y dla o b l i  c z a n i a w a r t o ś c i p r z e p i ę ć w r ó ż n y c h s p o t y k a n y c h w p r a k t y c e o b w o d a c h e l e k  t r y c z n y c h - w p r o j e k t o w a n i u i e k s p l o a t a c j i s i e ci g ó r n i c z y c h z ł ą c z n i k a m i p r ó ż n i o w y m i .

3. Ź r ó d ł e m en e r g i i w o b wodach , w k t ó r y c h ł ą c z n i k i p r ó ż n i o w e w y ł ą c z a j ą p r ą d y w w a r u n k a c h t r a n s p o z y c j i s e k w e n c j i ł ą c ze n i o w y c h . Jest p o l e e l e k t r y c z  ne. E n e r g i a za w a r t a w p olu m a g n e t y c z n y m jest r ówna zeru.

Z a ł o ż e n i e to d o t y c z y s z e r e g o w e g o p o ł ą c z e n i a ł ą c z n i k a m a g n e t o w y d m u c h o w e g o ( w y ł ą c z a j ą c e g o p r ą d y o b c i ą ż e n i a p r z y s t e r o w a n i u z a b e z p i e c z e n i o w y m ) z łącz

n i k i e m p r ó ż n i o w y m . P r z e s t a w i e n i e ł ą c zn i k a p r ó ż n i o w e g o w tych w a r u n k a c h z o s t a j e w c z a s i e p r z e s u n i ę t e (po w y ł ą c z e n i u p r ą d ó w o b c i ą ż e n i a o d b i o r ni k a ) do o b w o d ó w z n a p i ę c i a m i swobod n ym i .

4. I n d u k c y j n o ś c i s z e r e g o w e r o z ł o ż o n e linii z a s i l a j ą c e j i odbi o r cz e j , z u w a g i na k r ó t k i e o d c i n k i k ab l i i p r z e w o d ó w s i ec i g ó r n i c z e j , są bard z o małe. S ieć ma w y ł ą c z n i e p a r a m e t r y s k u p i o n e LC.

(10)

16 F. K r a s u c k i , Z. K o w a l s k i

5. W u k ł a d z i e trójf a z o w y » w w a r u n k a c h w y m u s z o n e g o g a s z e n i a łuku p rzed p r z e j ś c i e m p rądu przez zero w y s t ę p u j ą dwa s t a n y w y ł ą c z a n i a p r ą d ó w o b c i ą  żenia łą cz n i k i e m próżniowym, u w z g l ę d n i a j ą c e k o m u t a c j ę siec i o w ą . Ł u k g a ś  nie w p r z e r w i e zestykowej z a w s z e w o k o l i c a c h p i e r w s z e g o p r z e j ś c i a p rądu prz ez z e r o w każdej fazie.

I stan s tano wią w a r u n k i po w y ł ą c z e n i u p r ą d u w jednej fazie. Ł u k gaśnie w p r z e r w i e ze stykowej w p o b l i ż u p i e r w s z e g o p r z e j ś c i a p r ą d u p rz e z z e ro w bi e g u n i e łącznika.

II stan sta n o w i ą w a runki po z r ó w n o w a ż e n i u u k ł a d u j e d n o f a z o w e g o i w y ł ą c z e  niu pr ądu o bci ą ż e n i a w p o z o s t a ł y c h dwóch fazach. Łuk g a ś n i e w pr z e r w i e zestykowej r ó w n o c z e ś n i e w o b u b i eg u n a c h w p o b l i ż u k o l e j n e g o p i e r w s z e  go p rz ejś cia prądu p r z e z zero.

P o m i n i ę t o wa r u n k i p r z e j ś c i o w e m i ę d z y s t a ne m I a s t a n e m II, w y n i k a j ą c e z ni e r ó w n o c z e s n o ś c i o t w i e r a n i a s t y kó w o r a z w p ł y w p r z e b i e g u n a pięć s tanu I na w a r u n k i w y łąc zania p r ą d ó w w z r ó w n o w a ż o n y m u k ł a d z i e j e d n o f a z o w y m i na pr zebiegi n a p i ę ć stanu II.

6. P R Z E P I Ę C I A K O M U T A C Y J N E W W A R U N K A C H T R A N S P O Z Y C J I SEK W E N C J I Ł Ą C Z E N I O W Y C H

K o n f i g u r a c j a g órniczej s i e c i n i s k o n a p i ę c i o w e j s t a n o w i w elem en t a r ne j p o s t aci s z e r e g o w e p o ł ą c z e n i e s t a c j i transformatorowej, o d b i o r n i k a , w y ł ą c z  nika z a b e z p i e c z e n i o w e g o m a g n e t o w y d m u c h o w e g o lub o g r a n i c z n i k a i łącznika m a n e w r o w e g o p r ó ż n i o w e g o - ze z w a r c i o w ą w z d ł u ż n ą k o o r d y n a c j ą zab e z pi e cz a ć . W y ł ą c z e n i e prądu p rzez o g r a n i c z n i k lub w y ł ą c z n i k z a b e z p i e c z e n i o w y s p o w o 

duje, że łącznik m a n e w r o w y p r ó ż n i o w y w w y n i k u w s p ó ł d z i a ł a n i a z a b e z p i e c z e ń z w a r c i o w y c h lub z a n i k u n a pi ę c ia b ę d z i e p r z e r y w a ł obwód, w k t ó r ym ź r ó d ł e m en ergii jest energia pola e l e k t r y c z n e g o z aw a rt a w p o j e m n o ś c i a c h . P o w s t a j e o bwód o s c y l a c y j n y LC s k ł a d a j ą c y się z n a ł a d o w a n y c h p o j e m n o ś c i linii, od

b iornika, in d u k c y j n o ś ę i o d b i o r n i k a i łączn i ka p r ó ż n i o w e g o . W przy p ad k u , gdy o t w a r c i e obwodu ł ą c z n i k i e m p r ó ż n i o w y m n as t ą p i p r z y w a r t o ś c i s z c z y t o  wej p rądu lub w jego okolic ac h , a mała w ar t oś ć n a p i ę c i a n i e s p o w o d u j e z a  pale nia łuku, to p o w r a c a j ą c a w y t r z y m a ł o ś ć p r z e r w y z e s t y k o w e j w próżni u n i e m o ż l i w i n ajczęściej jej p r z e b i c i e p o j a w i a j ą c y m się u d a r e m napi ę ci o w y m.

Na p o j e m n o ś c i o d b i o r n i k a p o w s t a n i e pr z ep i ę c i e , k t ó r e g o w a r t o ś ć b ęd z i e z a  l eżna od w a r u n k ó w p o c z ą t k o w y c h i p a r a m e t r ó w obwodu. Z d a r z a s i ę również, że w s k u t e k "ucięcia" p rądu e ne r g i a ź ró d eł g e n e r u j ą c y c h p r z e p i ę c i a jest tak duża, że n a s t ę p u j e p r z e b i c i e p r z e r w y zest y k o w e j łącz n i k a po u p ł y w i e dłu ż s z e g o czasu od w y ł ą c z e n i a p r ą d u obc i ą że n ia . W o k r e ś l o n y c h s y t u a c j a c h m oże w ię c pows tać z a g r o ż e n i e rażen i o w e, p o ż a r o w e i w y buchowe.

Na rys. 2 p r z e d s t a w i o n o o b w ó d j e d n o f a z o w y z p o j e m n o ś c i ą linii z a s i l a  jącej Cp , o d b i o r n i k i e m o i n d u k c y j n o ś c i L i o p o j e m n o ś c i C w , w k t ó r y m

(11)

K r y t e r i a o c h r o n y p rze p i ę c i o w e j . . . 17

Rys. 2. O b w ó d e l e k t r y c z n y z j e d n o f a z o w y * o d b i o r n i k i e m i n d u k c y j n y m L o p o  je m n o ś c i własn ej o d b i o r n i k a C* i l inii zasil a j ą c e j C p - z J e d n o b i e g u n o - w y m ł ą c z n i k i e m p o w i e t r z n y m n o r m a l n o c i ś n i e n i o w y m Ol, j e d n o b i e g u n o w y m łącz

n i k i e m p r ó ż n i o w y m Q 2 i s t e r o w n i k i e m i m p u l s o w y m SE p r o g r a m o w a n i a s e k we n c ji ł ą c z e n i o w y c h

Fig. 2. C i rcuit w i t h i n d u c t i v e e i n g l e - p h e s e r e c e i v e r L w i t h r e c e i v e r ca

p a c i t a n c e C*, p o w e r e u p p l y l in e C p w i t h s i n g l e - p o l e air m a g n e t i c blow- - out s w i t c h Ql, s i n g l e - p o l e v a c u u m e w i t c h Q 2 and p u l s e c o n t r o l l e r SE for

p r o g r a m m i n g the t ime d i e t a n c e e b e t w e e n s w i t c h i n g s e q u e n c e s

(12)

18 F. K r a s u c k l , Z. K o w a l s k i

t r anspozyc ję s e kwencji łączeniowej, z i l u s t r o w a n e w d wóch k o l e j n y c h s t a

nach I 1 II , od wzo r o w u j e łącznik p o w i e t r z n y n o r n a l n o c i ś n i e n i o w y 01 p o l e  czony z ł ą czn iki em p r ó ż n i o w y m Q 2 o o p ó ź n i o n y m o t w a r c i u w z g l ę d e m łecz n ik a 01. W ob w o d z i e po p ł y n i e p rp d pod w p ł y w e m siły e l e k t r o m o t o r y c z n e j źródła zas ilania

e (t ) = E coso> t , m o (l )

g d z i e :

E - amp l i t u d a sen źród ł a zasil a ni a ,_m u - p u l s a c j a pods t a w o w a (sieci).

Z r ó wnań r o z pły wu p r ą d ó w w y z n a c z o n a z o s t a j e funkcja c z a sowa n a p i ę c i a u(t) na p o j e m n o ś c i a c h C p i po w y ł ą c z e n i u p r e d u ł ą c z n i k i e m Q1 (i s ta d i u m)

(C + C ) d-j v ł) +

f

fu(t )dt + i. (0) = 0 (2)

p w dt L ^J L

□ la

t=0; u (0) - E , m i, (0) L (3)

Po w y ł ą c z e n i u prądu łącz n i k i e m 01 funkcję czas o w e n a p i ę c i a na p o j e m n o  ściach 0^ i Cw op i s u j e równanie:

u. * E costut , g dzi e = — --- . 1 (4 )

1 " V«-(cp ♦ C j '

W d rug im s t adium (I I ) - J e ż e l i łęcznik p r ó ż n i o w y Q 2 o t w o r z y o b w ó d w chwili, k iedy cała energia b ę d z i e z a w a r t a w p o l u m a g n e t y c z n y m w c ew c e o i n d u k c y j n o ś c i L, tj, p r z y u(t) - 0 (a w i ę c po c z a s i e s t a n o w i ą c y m ^ o k resu w y n i k a j ą c e g o z p u l s a c j i ), p r e d zostanie p r z e r w a n y przy w a r t o ś c i szczytowej Iq . Energia za w a r t a w polu m a g n e t y c z n y m z a m i e n i się w e n e r  gię pola elek try cznego, ładujęc p o j e m n o ś ć do w a r t o ś c i n a pi ę c i a , w myśl z asa dy z ach o w a n i a energii,

5 L ‘ 5 Ui!CW (5)

o d z i e :

w = j n h . c j -

stęd

U m ■ Em

V 1 + ^

⁽⁶⁾

(13)

K r y t e r i a o c h r o n y p r z e p i ę c i o w e j . 19

P o j e m n o ś ć u r z ą d z e n i a o d b i o r c z e g o z o s t a j e n a ł a d o w a n a do m a k s y m a l n e g o n a p i ę c i a

W t a b l i c y 3 z e s t a w i o n o z m i a n y m a k s y m a l n y c h napi ę ć na p o j e m n o ś c i w ł a s  nej o d b i o r n i k a C^, w z a l e ż n o ś c i od p o j e m n o ś c i linii z a s i l a j ą c e j Cp .

Ta b l i c a 3 C h a r a k t e r y s t y c z n e w a r t o ś c i m a k s y m a l n y c h p r z e p i ę ć U o d n i e s i o n e do w a r t o  ści m a k s y m a l n e j sem ź r ó d ł a z a s i l a n i a Em , w z a l e ż n o ś c i od s t o s u n k ó w p o j e m  n o ś c i linii z a s i l a j ą c e j Cp do p o j e m n o ś c i w ła snej o d b i o r n i k a C w dla p r z e r w a n i a p r ę d u p r z e z łącznik p r ó ż n i o w y w o b w o d z i e , w k t órym źródłem e n e r g i i Jest e n e r g i a pola e l e k t r y c z n e g o z a w a r t a w p o j e m n o ś c i a c h ( oc = j)

c /c

_{p' w} _V _Em _{c „/u}_{p' w} _{U m / E m}_{m m}

0

1

99 10

1

V ? 399 20

2 V3

... _ . ..

899 30

8 3

1599

⁴⁰

15

4

2499

5 0

24

5 co CO

P r z y zał o ż o n e j s e k w e n c j i łącz e n io w ej n a j w i ę k s z a w a r t o ś ć p r z e p i ę c i a na p o  j e m n o ś c i o d b i o r n i k a Cw nie z a l e ż y od j e g o i n d u k c y j n o ś c i L a J e d y n i e od s t o s u n k u p o j e m n o ś c i l inii z a s il a j ą c e j i o d b i o r n i k a C p / C w> Z p r z e p r o  w a dzonej a n a l i z y w y n i k a j ą is t o t n e w n i o s k i dla p r o j e k t o w a n i a i ę ks p l o a t a - cj i.

S t o s u n e k p o j e m n o ś c i linii zas i l a j ą c e j C p do p o j e m n o ś c i u r z ą d z e n i a o d  b i o r c z e g o C w nie p o w i n i e n być w i ę k s z a od 2. W ó w c z a s n a p i ę c i e na p o j e m  n o ś c i u r z ą d z e n i a o d b i o r c z e g o nie b ę d zi e w y ż s z e od w a r t o ś c i ^{O ffi.} {u - w a r  tość s k u t e c z n a n a p i ę c i a z n a m i o n o w e g o s i e c i) i s p e ł n i o n y z o s t a n i e p o d s t a  w o w y dez y d e r a t tec hn i c z n y , d o t y c z ą c y na pięć p r o b i e r c z y c h izolacji.

P r z e p r o w a d z o n ą a n a l i z ę m o ż na z w e r y f i k o w a ć r o z w i ą z u j ą c .równanie dla d o  wolnej c h w i l i o t w a r c i a ł ą czn i ka p r ó ż n i o w e g o 0 2 1 " ucięcia" prądu, p r z y k ą  cie oc p r z e d p r z e j ś c i e m p r z e z zero.

P r z e b i e g n a p i ę c i a na p o j e m n o ś c i a c h C 1 C _P _W p r z e d o t w a r c i e m łącznika p r ó ż n i o w e g o 0 2 o p i s u j e r ó wna ni e :

* E^cosCcjt - oc). (8)

(14)

20 F. Kraa u c k i , Z. K o w a l s k i

Fu n k c j a c z aso wa n a p i ę c i a u r na p o j e m n o ś c i u r z ę d z e n i a o d b i o r c z e g o C w po w y ł ę c z e n i u p rą du łącz n i k i e m 0 2 z o s t a j e w y z n a c z o n a z r ó w n a n i a (9), p r z y czy m a r gu men t f r e p r e z e n t u j e nową s k a l ę c za s u

du r ! ⁱ

C w 3 F ł L j u* d T = 0 (9)

W a r u n k i p o cz ątkow e:

u(0) « E^COSoC (10)

E_sinoC

i (o) « -- ----

L co

P o p r z e r w a n i u p r ądu łącz n i k i e m 0 2 p r z y d o w o l n y m k ącie oc p o p r z e d z a j ą c y m p r z e j ś c i e p rą du p rzez z ero funkcję c z as o w ą na p i ę c i a na p o j e m n o ś c i C o d b i o r n i k a p r z e d s t a w i a równanie:

rr—i E SinoC

u i T ) ■ E ^ C O S o C C O S iJ ^ X, L--- s i n o i ^ T ( l l )

g d z i e :

u i . = - 7= r. U) ■=

.

y ^ , V^l'^{c d} ♦ c y

W przy p a d k u , gdy p r z e r w a n i e p r ą d u n a s t ą p i p r z y w a r t o ś c i s z c z y t o w ej , tj.

dła oc « 2, n a p i ę c i e na p o j e m n o ś c i o d b i o r n i k a b ę d z i e z a l e ż a ł o w y  łącznie od e nergi i zawartej w polu m a g n e t y c z n y m c ewki o i n d u k c y j n o ś c i L i p r z e b i e g a ć b ę dzie w e d ł u g za l e ż n o ś c i :

^

^E

d : sinŁ'ir - (1 2 )

W a r t o ś ć m a k s y m a l n a n apięcia w o b w o d z i e w y s t ą p i dla

(15)

Kryteria o c h r o n y p rz e p i ę c i o w e j . 21

I d enty czne rów n a n i a o t r z y m a n o a n a l i z u j ą c o b w ó d p r z y p r z e r w a n i u w a r t o ś c i szczytowej p r ę d u ł ącz n i k i e m p r ó ż n i o w y m 02 w o p a r c i u o z a s a d ę z a c h o w a n i a e n e r g i i .

W p r z y p a d k u p r z e r w a n i a p rądu w o b w o d z i e ł ą c z n i k i e m p r ó ż n i o w y m Q2. pr z y d o w o l n y m innym k ąci e oc p o p r z e d z a j ą c y m p r z e j ś c i e p r z e z zero, w a r t o ś ć m a  k s ym aln a n a p i ę c i a w o b w o d z i e b ę dz i e z a w s z e m n i e j s z a ed w y z n a c z o n e j dla kąta oc =

W a r t o ś ć m a k s y m a l n a n a p i ę c i a U b ę d z i e z a l e ż e ć od s u m y e n e r g i i zawartej w p ol u e l e k t r y c z n y m p o j e m n o ś c i C w i w polu m a g n e t y c z n y m c ewki o induk- c y j n o s c i L w c hwi li p r z e r w a n i a p rądu p rz y k ąc i e cC .

G d y ^oc^{< ^} suma e n e r g i i pola e l e k t r y c z n e g o zawar t e j w p o j e m n o ś c i i e n ergii pola m a g n e t y c z n e g o zswartej w c e w ce o i n d u k c y j n o ś c i L będz i e m n i e j s z a od e n e r g i i w p r z y p a d k u p r z e r w a n i a p r ą du p r z y k ą c i e ^cc = — - o w a r t o ś ć e n e r g i i p o z o s t a ł e j w p o lu e l e k t r y c z n y m p o j e m n o ś c i l inii z a s i l a j ą  cej C p . Stąd

M a k s y m a l n a w a r t o ś ć n a p i ę c i a w tych p r z y p a d k a c h wynosi:

U = E coscccos [arctg (7— tgoc)l +

moc m L cu 3 J

W o g ó l n y m p r z y p a d k u , r ó w n a n i e o p i s u j ą c e p r z e b i e g n a p i ę c i a na p o j e m n o ś c i o d b i o r n i k a z a w i e r a dwa s k ładnik i : j e de n w y n i k a j ą c y z e n e r g i i zawartej w i n d u k c y j n o ś c i , d r u g i z e nergii zawartej w p o j a m n o ś c i a c h obwodu. O b a te s k ł a d n i k i w r ó ż n y s p o s ó b d ecydu j ą o w a r t o ś c i p r z e p i ę c i a . P i e r w s z y jest i l o c z y n e m i m p e d a n c j i < V F > o bwodu 1 pr ądu " u c i ę c i a ’’, d rugi n a t o m ia s t s k ł a d n i k z a l e ż y od w a r t o ś c i n a p i ę c i a E m .cosoc, do której n a ł a d o w a n e były p o j e m n o ś c i Cp i C^, p r z y w y ł ą c z e n i u prądu.

Z a n a l i z y i r o z w a ż a ń w p ł y w u tych s k ł a d n i k ó w na w a r t o ś ć g e n e r o w a n e g o p r z e p i ę c i a w yni ka k o l e j n y p o s tu l a t t e c h n i c z n y dla p r o j e k t o w a n i a i ek s  p l o a t a c j i g ó r n i c z y c h s ieci n i s k o n a p i ę c i o w y c h , w s z c z e g ó l n o ś c i d o t y c z ą c y s z e r e g o w e g o ł ą c z e n i a ł ą c z n i k ó w i ich s e k w e n c j i ł ą c z e n i o w y c h w w a r u n k a c h z a b e z p i e c z e n i o w y c h i manewr o w y c h .

P r o b l e m w y m a g a d a l s z y c h b ad ań dla u s t a l e n i a k r y t e r i ó w p r o j e k t o w a n i a , k t óre u w z g l ę d n i ą r z e c z y w i s t e w tym z a k r e s i e p o t r z e b y w y n i k a j ą c e z r o z k ł a  dów s t a t y s t y c z n y c h i w s p ó ł c z y n n i k ó w k o r e l a c j i p r z e p i ę ć w y s t ę p u j ą c y c h w r ó ż n y c h r e j o n a c h s ie ci trójfazowej.

(16)

22 F. Kras u c k i . 2. K o w a l s k i

7. P R Z E P I Ę C I A K O M U T A C Y J N E W O B W O D A C H I N D U K C Y J N Y C H T R Ó J F A Z O W Y C H S K O J A R Z O N Y C H W G W I A Z D Ę

Z j a w i s k a p r z e p i ę c i o w e w s ieci trój fa z ow e j maję bardziej z ł o ż o n y c h a r a k  ter niż w obw o d a c h J e d nofaz o w yc h . I n d u k c y J n o ś c i i p o j e m n o ś c i fazowe sę w z a j e m n i e s k oj arzone, co ma i s t ot n y w p ł y w na p r z e b i e g n a p i ę ć w o bw o da c h w y ł ą c z a n y c h ł ą cznikami próż n i ow y mi .

W oparciu o p odane W rozdz. 5 z a ł oż e n i a, w u k ł a d z i e t r ó j f a z o w y m można w y r ó ż n i ć dwa s t a n y c h a r a k t e r y s t y c z n e w y ł ą c z a n i a p r ą d ó w r o b o c z y c h silnika.

P i e r w s z y stan c h a r a k t e r y s t y c z n y (I) w y s t ę p u j e po z g a s z e n i u łuku z e s t y  k o wego w j ednym b i e g u n i e łącz n i ka i w y ł ą c z e n i u p rądu t r ó j f a z o we g o .

O rugi stan charak'tervstvozny i II ) w y s t ę p u j e po z r ó w n o w a ż e n i u układu, z g a s z e n i u łuku z e s t y k o w e g o vy ótiu b i e g u n a c h łącznika i w y ł ą c z e n i u p rądu J ednofazowego.

Na rys. 1 p r z e d s t a w i o n o s c h e m a t y idęowe o b r a z u j ą c e c h a r a k t e r y s t y c z n e s t a  ny w y ł ą c z a n i a p r ą d ó w rob o c z y c h u k ł a du t r ó jf a z o w e g o .

Przy założe niu, że łuk ł ą c z e n i o w y w ł ą c z ni k a c h p r ó ż n i o w y c h g a ś n i e przy kącie ^ol p o p r z e d z a j ą c y m n a t u r a l n e p r z e j ś c i e p r ą d u p r z e z z e r o w każdej fa

zie u k ład u tr ójf az o w e g o , w o b wo d ac h t a z o w y c h będą g e n e r o w a n e p r z e p i ę c i a ł ą c z e n i o w e za l e ż n e od en e r g i i pola m a g n e t y c z n e g o zawartej w cewkach, e nergii pola e l e k t r y c z n e g o zawartej w p o j e m n o ś c i a c h obwodu, n a p i ę c i a z a  silania o raz od p o j e m n o ś c i linii z a si l aj ą c e j i p o j e m n o ś c i o d b i o r n i k a C . W p r zyp adk u, gdy p o j e m n o ś ć linii zas i la j ą c e j Jest b a rdzo mała lub równa zeru, p rz y u w z g l ę d n i e n i u p o d a n y c h w rozdz. 5 o g r a n i c z e ń , p r z e b i e g i napięć na p o j e m n o ś c i a c h f a zo w yc h m o ż na o b l i c z y ć z o d p o w i e d n i c h r ó w na ń dla I i II stanu w y ł ą c z e n i a prądów' r o b o c z y c h (rys. la).

O b l i c z o n e i m p e d a n c j e i p u l s a c j e w ł a s n e o b w o d ó w z e s t a w i o n o w t a b l i c y 4.

T a b l i c a 4 Z e s t a w i e n i e im ped a n c j i Z i p u l s a c j i w ł a s n y c h ^cj dla o b w o d ó w p r z e p i ę  ciowych t r ó j f a z o w e g o o d b i o r n i k a o r a z p i e r w s z e g o (i) i d r u g i e g o (li) s tanu w y ł ą c z e n i a p rądu t r ó j f a z o w e g o (dla p o j e m n o ś c i linii zasi l a j ą c e j C = 0)

W y ł ą c z e n i e I - stan

<t-łN

Z 1B * Z 1C ^u> - W

1A I B

"ic

/ L. 1

W y ł ą c z e n i e II - stan

Z 2A Z 2B = Z 2C • V 2A 03 II

li

O ...

0

y F

_{• . w} ^0.

y ? v

w