ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI SLfSKIEJ S e r i a : GÓRNICTWO z . 95
1979 N r k o i . 594
W aldemar KEMPSKI Brunon MAREK Roman PILORZ B o le s ła w STOKOWł
PROBLEMY ZABEZPIECZEŃ OPŁYWOWYCH W SIECIACH KOPALNIANYCH ZASILANYCH Z PRZEMIENNIKÓW CZĘSTOTLIWOŚCI Z FALOWNIKAMI NAPIĘCIOWYMI
S t r e s z c z e n i e : W p r a c y d la u k ła d u modelowego s i e c i k o p a l
n i a n e j p r z e d s ta w io n o w y n ik i pom iarów n a p ię ć fazow ych, p rą d u upływ u o ra z a n a l i z ę z a w a r to ś c i h arm onicznych w y stę p u ją c y c h w s i e c i a c h z a s i l a n y c h z p rzem ien n ik ó w c z ę s t o t l i w o ś c i . Wykazano, że a m p litu d y prądów upływu z n a c z n ie p r z e k r a c z a ją w a r t o ś c i d o p u s z c z a ln e .
1 . W prowadzenie
Jednym z podstaw ow ych warunków g w a r a n tu ją c y c h w ykonanie c o r a z t o w ięk
s z y c h za d ań s ta w ia n y c h p r z e d p o lsk im g órnictw em j e s t w prow adzenie kom plek
sow ej e l e k t r y f i k a c j i i a u t o m a t y z a c ji r o b ó t g ó r n ic z y c h . Wymagany w z ro s t wydo- b y c ia f stw a rz a k o n ie c z n o ść p o s z u k iw a n ia i s to s o w a n ia c o ra z now szych, b a r d z i e j ekonom icznych ro z w ią z a ń napędów maszyn dołow ych. D la te g o w g ó r n ic tw ie r o z waża s i ę m ożliw ość s z e r o k ie g o z a s to s o w a n ia przem ien n ik ó w c z ę s t o t l i w o ś c i do z a s i l a n i a s iln ik ó w e l e k tr y c z n y c h .
Ten ty p z a s i l a n i a u m o ż liw ia p ły n n ą i ekonom iczną r e g u l a c j ę p r ę d k o ś c i o b ro to w e j s i l n i k a napędow ego. Wprowadza je d n a k s z e re g nowych problem ów zw ią
z a n y ch m iędzy innym i z popraw ną p r a c ą z a b e z p ie c z e ń , s z c z e g ó ln ie z a b e z p ie czeń upływow ych. Z a sto so w a n ie te g o ty p u z a s i l a n i a wymaga p rz e p ro w a d z e n ia a n a l i z y nowego problem u zw iązanego z dużym i w a r to ś c ia m i prądów upływ u, wy
n i k a j ą c y c h z o d k s z ta łc o n e g o n a p i ę c i a w yjściow ego p rzem ienników c z ę s t o t l i w o ś c i . ,
2 . A n a liz a p rz e b ie g ó w n a p le ć i prądów p r z y z a s i l a n i u z p rzem ienników c z ę s t o t l i w o ś c i z fa lo w n ik a m i n ap ięc io w y m i
P rz e b ie g n a p i ę c i a fazow ego w p rz e m ie n n ik u c z ę s t o t l i w o ś c i z falo w n ik iem napięciow ym można w pewnym p r z y b l i ż e n i u uważać z a tra p e z o w y o ró ż n y c h stro*»
m o śc ia c h n a r a s t a n i a i z a n ik u zb o czy te g o p r z e b ie g u / r y s . 1 / . W u k ła d a c h r z e c z y w is ty c h zbocze może m ieć c h a r a k t e r o s c y la c y jn y , spowodowany p r z e z z a ł ą -
180 W.Kempski,B .M arek, R.P i l o r z , B. S t okowy
o z e n ie na s ie ć o pewnej p o jem n o ści i in d u k c y Jn o śo i n a p ię ć o d u ż e j stro m o ś- c i n a r a s ta n i a lu b z a n ik u . Strom ość t a , w y n ik ając a z warunków k o m u ta c ji, o ra z am p litu d a n a p ię c ia w yjściow ego d e c y d u ją o w a r to ś c ia c h p rą d u upływu.
R ys. 1 . r r z e o i e g i n a p i ę c ia fazowego na w y jś c iu falo w n ik a d la kątów p rzew odzenia ty ry s to ró w głównych: a / . ^ _ 2jj-
bj
Z p rzeprow adzonej a n a liz y te o r e ty c z n e j te g o problem u [
3
] w ynika, że p rz y o k re ślo n y c h p a ra m e tra c h s i e c i i w arunkach z a s i l a n i a p r ą d t e n z n a c z n ie p rz e k ra c z a w a r to ś c i d o p u sz c z a ln e .I s t n i e j e rów nież możliwość sto so w a n ia do napędów maszyn dołowych f a lowników nap ięcio w y ch z m odulacją s z e ro k o ś c i impulsów. A n a liz u ją c Jednak p r z e b ie g n a p ię c ia w yjściow ego te g o ty p u falow ników można s tw ie r d z ić , iż n ie z a le ż n ie od r o d z a ju i g łę b o k o ś c i m o d u la c ji n ie i s t n i e j e żadna p raw id ło -, wość w u d z ia le p o sz cz eg ó ln y c h harm onicznych w tym p r z e b ie g u . W ystępują s i l ne z w ię k sz e n ia am p litu d n ie k tó r y c h w yższych harm onicznych, co b ard z o n ie k o r z y s t n i e wpływa na a m p litu d ę prądów upływu. D lateg o t e ż z p u n k tu w id z e n ia am p litu d y prądów upływu do z a s i l a n i a s iln ik ó w dołowych są p refero w an e u k ła dy p r o s t s z e , w ywołujące p rz y s t a ł y c h p a ra m e tra c h s i e c i m n ie jsz e p rąd y u p ły wu. Jednak są one źródłem p o w sta n ia momentów p a s o ż y tn ic z y c h w s i l n i k u nap ę
dowym.
P roblem y z a b e z p i e c z e ń . . . . 181
3 . W yniki pomiarów w u k ła d z ie modelowym s i e c i k o p a in la n e .l
Celem sp ra w d z e n ia rozw ażań te o r e ty c z n y c h jjfj przeprow adzono b a d a n ia w u k ła d z ie modelowym s i e c i k o p a l n i a n e j , z a s i l a n e j z fa lo w n ik a n a p ię c io w e g o . Duże w a r to ś c i prądów upływu p rz y z a s i l a n i u z przem ienników c z ę s t o t l i w o ś c i w y n ik a ją z o d k s z ta łc o n e g o p r z e b ie g u ic h n a p i ę c i a w y jścio w eg o . W ro z w a ż a n ia c h te o r e ty c z n y c h p r z y j ę t o dwa przykładow e p r z e b i e g i n a p i ę c i a w yjściow ego f a i o - w y n ik a . Celem sp raw d ze n ia ic h rz e c z y w is te g o k s z t a ł t u zbudowano u k ła d do r e
j e s t r a c j i n a p ię ć fazow ych, p r z e d s ta w io n y n a r y s . 2 .
R y s. 2 . Schem at ideowy u k ła d u r e j e s t r a c j i n a p ię ć fazowych
P r z e b i e g i t e d la ró ż n y c h w a r to ś c i n a p i ę c i a i c z ę s t o t l i w o ś c i p r z e d s t a w iono na r y s . 3 / a - d / .
C h a ra k te ry s ty c z n ą cech ą n a p ię ć fazow ych p rz e d s ta w io n y c h n a o s c y lo g ra - mach J e s t b a rd z o duża stro m o ść n a r a s t a n i a i z a n ik u zboczy p rz e b ie g u n a p ię c i a , k t ó r a d ec y d u je o w a r t o ś c i prądów upływ u.
W c e lu o k r e ś l e n i a Jakościow ego i ilo ś c io w e g o u d z i a łu p o s z c z e g ó ln y c h harm oni
cz n y ch przeprow adzono a n a l i z ę n a p i ę c ia w yjściow ego f a lo w n ik a .
Schemat ideowy u k ła d u do a n a liz y n a p ię ć fazowych p rz e d s ta w ia r y s . ń , n a to m ia s t w y n ik i t e j a n a liz y zam ieszczono na r e J e s tr o g ra m a c h - ry s u n k i 5 , 6 , 7 , 8 .
P orów nując r e je s tr o g r a m y n a p i ę c i a fazowego d la ró ż n y c h w a r to ś c i n a p i ę c i a w yjściow ego i p rz y ró ż n y c h Jego c z ę s t o t l i w o ś c i a c h można s tw i e r d z i ć , że n i e z a l e ż n i e od ty c h zmian w y stę p u je te n sanj r o d z a j harm o n iczn y ch . U d z ia ły po
sz c z e g ó ln y c h harm onicznych w n a p i ę c iu fazowym są ze sobą porównywalne we w s z y s tk ic h p rz y p a d k a c h ,
W a rto ś c i prądów upływu o r a z Jego p r z e b i e g i czasowe o k re ś lo n o w u k ła d z ie Ja k na r y s . 9 .
Zamoaelowaną s ie ć k o p a ln ia n ą n is k i e g o n a p i ę c i a z a s i l a n o z p rz e m ie n n ik a c z ę s t o t l i w o ś c i . Dla ró ż n y c h c z ę s t o t l i w o ś c i n a p i ę c i a w yjściow ego z d j ę to o sc y - 1 ogramy prądów upływ u.
182 W.Kemp s k i , B .M a re k ,R .P ilo rz ,B .Stokowy
R ys. 3 . / a - d / . Oscylogram y napięd fazo w y cti
P roblem y z a b e z p ie c z e ń .. 183
R y s .4 . Schemat ideowy u k ła d u do a n a l i z y u d z i a łu h arm onicznych w n a p i ę c i u fazowym
R y s .5 . R e je s tro g ra m n a p i ę c i a fazowego d la : U-200 V, f» 2 0 Hz
Z oscylogram ów prądów upływ u, p rz e d s ta w io n y c h na r y s . 10 / a - d / wynika, że o s i ą g a j ą one maksymalne w a r to ś c i w c h w i l i k o m u ta c ji, k ied y w ystęp u je duża strom ość zm ian n a p i ę c i a fazow ego.
A m plituda p rą d u upływu z a le ż y od w a r t o ś c i n a p i ę c i a p o śre d n icz ą ce g o ob
wodu p rą d u s t a ł e g o , s tr o m o ś c i zm ian n a p i ę c i a fazow ego, p ara m etró w s i e c i , z a ś p r a k ty c z n ie n i e z a le ż y od c z ę s t o t l i w o ś c i w y jś c io w e j.
Z p rz e d s ta w io n y c h oscylogram ów prądów upływu w y n ik a ,' ż e prądy t e zn a czn ie p r z e k r a c z a j ą w a r t o ś c i d o p u sz c z a ln e o k r e ś lo n e , a k tu a ln ie obow iązującym i p rze
p is a m i.
164 ¥ .Kempski,B .M arek.R.P i l o r z ,B,Stokowy
Rys. 6 . R e je stro g ra ra n a p i ę c i a fazowego d la s U-200 V, f« 5 0 Hz
Rys. 7 . R e je stro g ra m n a p i ę c ia fazowego d la : U=400 V, f*50 Hz
P roblem y z a b e z p i e c z e ń . . . . 185
R y s .8 . R e je stro g ra m n a p i ę c ia fazowego d la s U=400 V, f=20 Hz
186 Vf. K em pski, 3 .M a r e k ,R .P ilo r z ,B . Stokowy
a / U « 200 V
Î m
20 HzU = 2 0 0 .V í = 50 Hz
i
c / U « 400 V f = 50 Hz
d / U = 400 V f « 50 Hz
Rvs. 10 / a - d / . O scylogram y prądów upiywu
■ «>
'«’* . \ ' t . .:'>*< y **
*
P roblem y z a b e z p i e c z e ń ., . 187
3 . W nioski końcowe
1 . Z a sto so w a n ie p rzem ienników c z ę s t o t l i w o ś c i , k o r z y s tn e z p u n k tu w id z e n ia ek o n o m ik i n a p ę d u , pow oduje je d n a k p r
2
y t y c h samych p a r a m e tra c h s i e c i i n a p i ę c i a w yjściow ego z n a c z n ie w ię k sz e w a r t o ś c i p rą d u upływ u.2 . Zmienna c z ę s to tliw o ś ć w y jścio w a i o d k s z ta łc o n y p r z e b ie g n a p i ę c i a w y jś c io wego f a lo w n ik a w yklucza m ożliw ość s to s o w a n ia k o m p e n sa c ji p rą d u pojem n o ś- c iow ego.
3 . P roblem dużych w a r t o ś c i prądów upływu w s i e c i a c h k o p a ln ia n y c h n is k i e g o n a p i ę c i a , z a s i l a n y c h z p rzem ienników c z ę s t o t l i w o ś c i , w y k lu cz a m ożliw ość sto s o w a n ia i s t n i e j ą c y c h z a b e z p ie c z e ń upływowych. Z ac h o d z i w ięc k o n ie c z n o ść o p rac o w a n ia nowego u k ła d u k o n t r o l i s ta n u i z o l a c j i , dostosow anego do s p e c y f i k i p r a c y s i e c i p r z y nowych w arunkach z a s i l a n i a .B a d a n i a nad tym problem em s ą kontynuow ane.
LITERATURA
Bożek W.: Z a b e z p ie c z e n ia upływowe k o p a ln ia n y c h s i e c i e l e k t r o e n e r g e t y cz n y ch n is k i e g o n a p i ę c i a . M a te r ia ły sz k o len io w e S l i l G , K atow ice 1 9 7 3 r.
'*1 G im ojan G .G ., Lejbow R.M .: R e l i e j n a j a z a s z c z i t a podziem nego e l e k t r o - L- J o b o ru d o w a n ija i s i e t i e j , " N ie d ra " , Moskwa 1970 r .
I 3 j P i l o r z R ., Stokowy B .: N ie k tó re problem y z a b e z p ie c z e ń upływowych w k o - p a l n i a c h s i e c i a c h n i s k i e g o n a p i ę c i a , z a s i l a n y c h z p rzem ienników c z ę s t o t l i w o ś c i . Z e sz y ty Naukowe P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j , G ó r n ic tw o ,z .8 2 , 1 9 7 7 r.
[V]
T u n ia H ., W in ia r s k i B .: P odstaw y e n e r g o e l e k t r o n i k i . WNT Warszawa 1 9 7 5 r.ilPOEJISMN 3AĘHTH OT TTEREK TOKA B EAXTHbIX CET£X JIHTAEMEK IIEP0EPA30BATEJIS:JH HACTOTH C ItHBEPTOPAlUi HAIIKSCEHHH
B c ia iŁ e fljia MoseJiŁHOił cacTeun mazTEoS c e r a npuBOAETCJi pesyjiBTaTH H3MepeHHfl $a30BHX HanpHsteHHfi, yie^KE TOKa, a TaKsce flaH aHanH3 rapnOHinec- khx coAejntaH5T0,BHCTyna!oąHZ b ceiHX nETaeiocc o t npeofipasoBaTeJiefi 'taciOTU.
ioKa3aHo, q io aisnjiHTyxu yieneK TOKa cypeciBeHHO npeBbimaJoT flonyeTHMŁie 3 Haa eEiia.
Naukowo-Badawcza I.E iA .G . N B-257/RG -1/76 /n ie p u b lik o w a n a /
Fe3mne
188 W.Kemp s k i ,B .M arek,R .P ilo rz ,B .S to k o w y
LEAKAGE SAFEGUARDING IN MINE NETWORKS FED FROM FREQUENCY CONVERTERS AND VOLTAGE INVERTERS
Summary
P hase v o lta g e s , c u r r e n t l e a k s and harm onice a n a l y s i s r e s u l t s have • been p r e s e n te d f o r a model c o a l mine n etw ork fe d from fre q u e n c y c o n v e r te r s . I t has been shown th e le a k c u r r e n t s a m p litu d e s exceed by f a r p e r m is s ib le v a l u e s .
