1490

Рис. 7.14. Принципиальная электрическая схема аппаратов серии АЗУР

ных импульсов, собранного на транзисторе VT4, управляемый вход кото­ рого связан с генератором повышенной частоты через резистор R17 и диод VD14.

Генератор повышенной частоты состоит из колебательного контура TV3, конденсатора С13, резисторов R31, R33, R27, диодов VD23, VD24 и транзистора VT8.

Формирование прямоугольных импульсов происходит за счет работы транзистора VT8 и генератора повышенной частоты в ключевом режиме, который получается при подключении вторичной обмотки индуктивности колебательного контура TV3 генератора повышенной частоты к эмиттербазовому переходу транзистора VT8 указанного генератора. Тогда при от­ крытом состоянии транзистора VT8 транзистор VT4 открывается током по цепи: плюс источника питания генератора (стабилитрон VD15), базаэмиттерный переход транзистора VT7, эмиттер-базовый переход транзи­ стора VT4; резистор R17, диод VD14, эмиттер-коллекторный переход тран­ зистора VT8, минус источника питания генератора (стабилитрон VD16). При закрытом состоянии транзистора VT8 генератора повышенной часто­ ты транзистор VT4 закрыт. Таким образом, транзистор VT4 работает в ключевом режиме с частотой переключения транзистора VT8 генератора повышенной частоты.

Источник оперативного напряжения состоит из трансформатора TV1 (обмотки W3 и W4), диодов VD2 и VD3, конденсаторов С2-С4.

Измерительная схема состоит из элементов сравнения - транзистора VT7, усилителя (составного транзистора VT5, VT6), к выходу которого че­ рез конденсатор С7 подключено исполнительное реле К2.2. Источник опе­ ративного напряжения состоит из двух источников (основного и дополни­ тельного), соединенных последовательно. Основной источник включен в компенсирующую цепь между нулевой точкой присоединительного дрос­ селя-трансформатора TV2 и разделительным конденсатором С12, а допол­ нительный - к выходу RC-фильтра, состоящего из резисторов R18, R19, R23, R24, R25 и конденсатора C l 1.

Источники эталонного и оперативного напряжений подключены встречно к элементу сравнения - транзистору VT7 на входе усилителя VT5, VT6.

Источником питания исполнительного реле К2.2 является заряжен­ ный конденсатор С7. Заряд конденсатора С7 осуществляется по цепи: плюс конденсатора С5, стабилитрон VD7, резистор R13, плюс конденсатора С7, диод VD6, коллектор-эмиттерный переход открытого составного транзи­ стора VT5, VT6, минус конденсатора С5. Разряд конденсатбра С7 осуще­ ствляется по цепи: плюс конденсатора С7, диод VD12, обмотка реле К2.2, резистор R12, коллектор-эмиттерный переход составного транзистора VT2, VT3, минус конденсатора С7.

Когда оперативный ток W p меньше амплитудного значения эталон­ ного тока 1эхал, через переход база-эмитгер усилителя VT5, VT6 протекает

импульсный Т О К , обусловленный разностью 1этал и Ionep. В связи с этим уси­ литель периодически открывается и закрывается, что определяет заряд за­ ряд конденсатора С7. Среднее значение разрядного тока конденсатора С7 через обмотку реле К2.2 обеспечивает срабатывание К2.2. При бесконечно большой величине сопротивления изоляции контролируемой сети опера­ тивный ток 10пер замыкается по цепи: плюс конденсатора С2, резистор R26, килоомметр PR; резисторы R25, R24, R23, R19, R18, параллельное соеди­ нение база-эмитгерных переходов VT5, VT6 и база-коллекторного перехо­ да VT7, замкнутый контакт К4.4, 3, дополнительный заземлитель Дз, рези­ стор R22, рабочая обмотка компенсирующего дросселя L1, минус конден­ саторов СЗ, С4.

Для предотвращения неустойчивой работы исполнительного реле К2.2 при перемежающихся утечках и сопротивлении изоляции, близком к сопротивлению срабатывания аппарата АЗУР-1, разделительный конденса­ тор С12 шунтируется последовательно соединительными контактами К4.3, КЗ.З и дросселем L2.

Устройство автоматичекой компенсации ёмкостной составляющей тока утечки аппарата АЗУР-1 состоит из дроссель-трансформатора TV2, компенсирующего дросселя L1, разделительного конденсатора С 12 и элек­ тронной схемы настройки.

Компенсирующий дроссель L1 представляет собой дроссель насы­ щения, который через присоединительный дроссель-трансформатор TV2 и разделительный конденсатор С 12 подключается параллельно ёмкости сети, образуя с ней параллельный колебательный контур.

Индкутивность компенсирующего дросселя L1 регулируется измене­ нием постоянного тока подмагничивания, протекающего по обмотке управления Wy. Регулирование величины тока управления компенсирую­ щего дросселя L1 выполняется электронной схемой настройки. Настроен­ ный в резонанс параллельный колебательный контур обеспечивает сниже­ ние ёмкостной составляющей токов утечки. Электронная схема настройки состоит из блока измерения ёмкости сети и усилителя постоянного тока (УПТ). УПТ собран на транзисторах VT9, VT10, VT11, в выходную цепь которого включена обмотка управления Wy, зашунтированная диодом VD30. Блок измерения ёмкости сети состоит из генератора повышенной частоты, трансформатора TV4, присоединительного фильтра С 17, С18, С19, катушки индуктивности L3. Присоединительный фильтр подключён к выходу генератора повышенной частоты; вторичная обмотка трансформа­ тора TV4 подключена к эматтер-базовому переходу транзистора VT12, к база-коллекгорному переходу которого подключены выходы эмиттерных повторителей VT13, VT14. Ток от источника питания генератора (стабили­ троны VD15, VD16) проходит через эмитгер-базовый переход транзисто­ ров VT9, VT10 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторителя VT13. Выбором соотношений резисторов R45, R46 регулируется открывание второго VT14 эмиттерного повторителя. Ток

через вход УПТ увеличивается в связи с уменьшением сопротивления в це­ пи источника генератора повышенной частоты, так как резисторы R42, R46 включаются параллельно между собой. Эмиттеры транзисторов VT8, VT11 подключены к источнику питания через резисторы R38-R41, соответствен­ но, которые выполняют роль делителя тока и своим соотношением вели­ чины задают коэффициент усиления составного транзистора VT9, VT10.

При изменении распределительной ёмкости сети меняется собствен­ ная частота колебательного контура, образованного присоединительным фильтром С17-С 19, L3 и первичной обмоткой трансформатора TV4. По мере приближения собственной частоты колебательного контура к частоте задающего генератора VT8 напряжение на вторичной обмотке трансфор­ матора TV4 возрастает. Это напряжение усиливается и подается на вход усилителя УПТ, на выходе которого включена обмотка управления ком­ пенсирующего дросселя L1.

При снижении сопротивления изоляции контролируемой сети до ве­ личины ниже допустимого значения по условиям безопасности амплитуд­ ное значение 1оПр, проходящее через база-коллекторный переход транзи­ стора VT7, превысит амплитудное значение Г^ал, проходящее через базаэмитгерный переход транзистора VT7, и усилитель VT5, VT6 будет нахо­ диться только в открытом состоянии. Поэтому разрядный ток конденсатора С7 уменьшается до нуля. В результате якорь реле К2.2 отпадает и реле своими контактами К2.4 и К2.1 воздействует на промежуточное реле К3.1 и на нулевой расцепитель автоматического выключателя А-3700. Реле К3.1 воздействует контактом КЗ.2 на независимый расцепитель автоматическо­ го выключателя, отключая сеть с повреждённой изоляцией.

Реле напряжения К4.1 присоединено через выпрямительный мост VC к обмоткам трехфазного дросселя трансформатора TV2. При работе аппа­ рата в режиме БРУ через реле напряжения К4.1 ток не проходит, так как отсутствует напряжение на зажимах А2, В2, С2. Работа аппарата в этом режиме аналогична работе в режиме реле утечки. Однако для обеспечения искробезопасности выходных цепей аппарата в режиме БРУ в цепь разряда разделительного конденсатора вводятся резистор R35 и диод VD31, в опе­ ративной цепи предусмотрено шунтирование резисторов R19, R23 для ис­ ключения снижения сопротивления срабатывания аппарата в указанном режиме. Поэтому путь оперативного тока в режиме БРУ отличается от пути в режиме реле утечки прохождением его через размыкающий контакт К4.2 реле напряжения К4.1, резистор R35 и диод VD31. В остальном контроль сопротивления изоляции в режиме БРУ не отличается от контроля сопро­ тивления изоляции в режиме реле утечки.

При снижении сопротивления изоляции магистрального кабеля опе­ ративный ток увеличивается и при достижении им величины амплитудного значения импульсов эталонного тока оперативное реле К2.2 отпадает и не даёт возможности включить автоматический выключатель подстанции и,

следовательно, подать напряжение на магистральный кабель при низком сопротивлении его изоляции.

Аппарат АЗУР-2 состоит из выемной части в металлическом корпусе и панели сигнализации (см. рис.7.13, б).

Килоомметр, кнопка “Проверка”, лампа Н1 и сборка зажимов уста­ навливаются на лицевой панели аппарата.

В аппарат АЗУР-2 входят устройства контроля сопротивления изоля­ ции и устройство автоматической компенсации ёмкостной составляющей тока утечки (аналогичные этим же устройствам аппарата АЗУР-1) и блок тепловой защиты.

Блок тепловой защиты состоит из датчика нагрева R(t) (терморези­ стор), усилителя постоянного тока VT1 (см. рис.7.14), задатчика порога срабатывания УГГГ (резисторы R5, R6, диод VD1, реле К 1.1), интегрирую­ щего конденсатора С1 и ограничителя тока R1 через терморезистор R(t).

При нагреве станции (в месте установки датчика) выше установочной температуры возрастает ток через терморезистор R(t), транзистор VT1 от­ крывается, срабатывает реле К1.1 и своим контактом К 1.2 подключает к источнику питания обмотку 1 исполнительного реле К3.1, которое своим контактом КЗ.2 воздействует на отключающую катушку автоматического выключателя.

Аппаратура АЗУР-З (см. рис.7.13, в, г) состоит из стальной взрыво­ непроницаемой оболочки, блокировочного устройства, выемной части и вводного отделения. На перегородке, разделяющей корпус на два отделе­ ния (аппаратное и вводное), расположены проходные зажимы. На оболочке размещено два кабельных ввода: для подключения цепей управления и се­ ти для подключения дополнительного заземлителя. Передняя крышка ап­ парата снабжена блокировочным устройством в виде блокировочного кольца, закрывающего головки болтов крепления передней крышки при включенном аппарате, блокировочного винта и разъединителя. Блокиро­ вочное устройство препятствует открытию передней крышки при вклю­ ченном разъединителе. Винт блокировочный и скоба имеют отверстие для пломбирования аппарата во включенном положении. На передней крышке располагаются кнопка “Проверка” и смотровое окно для наблюдения за показаниями килоомметра.

Аппаратура АЗУР-З состоит из устройства контроля сопротивления

изоляции и устройства автоматической компенсации ёмкостной состав­ ляющей тока утечки. Оба устройства аналогичны устройствам аппаратуры АЗУР-1, но в трансформаторе VT1 используются отводы для питания через тумблер SA2.1 (в положение 660 и 380) от присоединительного дросселя- трансформатора TV2. Переключение аппарата в режим АЗУР-2 осуществ­ ляется тумблером SA1, расположенным на текстолитовой панели (вводится разъединитель, который на схеме не показан).

Реле утечки РУ-1140.

В КТП типа ТСВП 630/6-1,2 встроены реле утечки РУ-1140, которые состоят из двух блоков: блока защитного отключения БЗО-1140 и блока компенсации ёмкостного и шунтирования поврежденной фазы БКЗ-1140.

РУ-1140 снижает кратковременный ток утечки, т.е. ток через тело человека до нужной величины (блок БКЗ-1140) и отключает КТП при по­ вреждении изоляции, а при отказе выключателя - и высоковольтную ячейку

Подробное описание работы схемы РУ-1140 приведено в [13 ].

Реле утечки в сетях постоянного тока В контактных сетях постоянного тока шахт и рудников с использова­

нием рельсового пути электровозной откатки в качестве токового провода утечка (тело человека) подключается параллельно нагрузке и токи утечек на несколько порядков меньше токов нагрузки. Это создает значительные трудности контроля утечек тока на землю.

Опыт показывает, что наибольшее распространение получают сле­ дующие устройства защиты, основанные на способе разделения каналов потребителей и утечек:

свременным разделением каналов тягового и оперативного тока. Питание двигателей электровозов осуществляется импульсным током, а в паузах между импульсами - контроль утечек оператив­ ным током обратной полярности;

счастотным разделением каналов тягового и оперативного тока. Контроль утечек осуществляется оперативным током повышенной частоты при одновременном заграждении цепей электровозов по оперативному току.

Представителями класса устройств с временным разделением кана­ лов являются зашиты типа УЗО, в которых току утечки дополнительно придаётся полярный знак, а также защита с синхронной коммутацией це­ пей нагрузок. На рис.7.15 приведена схема УЗО-2, поясняющая принцип Действия защиты с временным разделением каналов [13,15].

Аппаратура УЗО-2 предназначена для контроля утечек при питании контактной сети пульсирующим с определённой скважностью напряжени­ ем с использованием двухтактного выпрямителя. В паузах между импуль-

Рельсобый пут *

Рис. 7.15. Электрическая схема защиты УЗО-2

Рис. 7.16. Упрощенная схема опережающего отключения

Рис. 7.17. Структурные схемы соединений функциональных цепей защитных устройств автоматического выключателя АБВ-250У5 совместно с ПМК, обеспечивающих опережающее отключение:

БУ М К - блок управления полупроводниковы м м оторны м короткозамыкателем; ГК - головной короткозамыкатель; П М К - полупроводниковы й моторный

короткозамы катель

сами питающего напряжения состояние изоляции контролируется посто­ янным оперативным током противоположной полярности. Для устранения влияния электровоза на работу защиты цепь по оперативному току заграж­ дается диодным заградителем VD1. Диод VD3, шунтирующий тяговый двигатель, служит для сглаживания пульсаций. Через диод VD2 к контакт­ ному проводу и рельсовому пути подключено реле Kl. С помощью фильт­ ра обратного тока Ф и сопротивлений Яф и R<> обмотка реле связана с трех­ фазной питающей сетью. Диод VD2 включен встречно напряжению кон­ тактной сети, поэтому на обмотке реле ток контактной сети не проходит. По этой цепи протекает обратный ток, который является оперативным то­ ком контроля изоляции контактного провода относительно рельсов и зем­ ли. Реле К1 срабатывает и своим контактом замыкает цепь контакторной катушки К, в результате чего срабатывает контактор и включается рабочее напряжение. Последовательно с нагрузкой электровоза включен заграж­ дающий диод VD4, закрытый для оперативного напряжения и открытый для тока нагрузки. При снижении сопротивления изоляции контактного провода Ryr вследствие шунтирующего действия цепи утечки снижается величина оперативного напряжения на обмотке реле К1, что приводит к отключению напряжения питания контактной сети. Схема позволяет кон­ тролировать утечки проводимостью (1,5 - 6)1O'4 Ом.

При применении источника питания сети в виде шестипульсного вы­ прямителя отключение обеспечивается при R>Tили сопротивлении тела че­

Принцип частотного разделения каналов для контроля утечки тока на землю реализован в устройствах защиты типа РУКС на оперативном токе с заграждением цепей потребителей их собственным индуктивным сопро­ тивлением или пассивными индуктивно-емкостными фильтрами, а также типа АЧЗ с компенсированной схемой заграждения или с активными по­ тенциальными заградителями. Схемы защит этого класса описаны в [ 14,15].

7.4.4. Опережающее отключение

Опережающее отключение - это способ обеспечения безопасности горного электрооборудования, заключающийся в предотвращении образо­ вания опасной электрической дуги (в месте повреждения электрической цепи или изоляции) путём быстррго отключения (или энергетической изо­ ляции) повреждённого участка цепи или электрооборудования при опасной концентрации метанаСущность опережающего отключения состоит в том, чтобы при возникновении аварийной ситуации, например при коротком замыкании в кабеле, быстро отключить электроустановку от источника пи­ тания и разрядить запасённую энергию в отключённой электрической сис­ теме путём искусственного закорачивания всех фаз её между собой рань­

ше, чем образуется электрическая дута и воспламенится метано-воздушная взрывная смесь [13,15].

В силовых электрических сетях опережающее отключение осуществ­ ляется за счёт применения нового способа коммутации (рис.7.16). Сущ­ ность этого способа заключается в том, что в коммутируемую электриче­ скую сеть вводятся два сопротивления. Одно из них состоит из металличе­ ского 1 и полупроводникового головного 2 короткозамыкателей, по вели­ чине сопротивления близких к нулю. В цепь оно вводится параллельно и предназначено для снятия напряжения с потребителя Д. Другое (выключа­ тель 3) переменное сопротивление стремится в конце периода коммутации к бесконечно большой величине. В цепь оно вводится последовательно до первого сопротивления и предназначено для отключения потребителя.

Реализация этого способа коммутации основана на применении бы­ стродействующих устройств, отключающих питание цепи при возникнове­ нии тенденций повреждения электрооборудования или кабелей. Опере­ жающее отключение кабелей осуществляется при повреждении защитной (шланговой) оболочки за счёт соединения заземлённых экранов ЭК, имеющих малое сопротивление, с силовыми жилами кабеля или в резуль­ тате обрыва (замыкания) искробезопасных цепей управления. При этом срабатывают быстродействующие защитное ЗУ и коммутационное К (за­ корачивающее и отключающее) устройства, а также моторный полупро­ водниковый короткозамыкатель 4, энергетически изолируя место повреж­ дения. При этом короткозамыкатель 4 гасит э.д.с. свободного выбега элек­ тродвигателя Д.

Примером использования аппаратуры опережающего отключения может служить комплект электрооборудования, применяемый при разра­ ботке крупных пластов, опасных по внезапным выбросам руды (угля) и га­ за. В комплект входят: разделительный трансформатор ТСШВ-630/6-6, трансформаторная подстанция ТСВП-160/6КП или ТСВП-400/6КП, быст­ родействующий автоматический выключатель АБВ-250У5, быстродейст­ вующие короткозамыкатели ПМК или ПМКВ, пускатели ПВИО-250У5 и специальный кабель ГВШОП.

Трансформаторы ТСВП 160-600/6КП конструктивно отличаются от подстанций серии ТСВП наличием в РУНН короткозамыкателя на базе силового контактора, который служит для гашения обратной э.д.с. отклю­ ченных электродвигателей. Короткозамыкатели контакторного типа встроены, по аналогии с выключателями АБВ-250, и в пускатели серии ПВИО.

При междуфазных замыканиях основных жил кабеля и -замыканиях основной жилы на землю (экран кабеля) срабатывают входящие в состав выключателя быстродействующая максимальная защита и реле утечки. Они выдают сигнал на срабатывание головного (установленного в автома­ тическом выключателе) и моторных (установленных на электродвигателе) полупроводниковых короткозамыкателей, а также подают сигнал в цепь

управления электромеханического выключателя и металлического короткозамыкателя. Полное время срабатывания от момента повреждения до закорачивания поврежденного кабеля при трёх-, двуходнофазных к.з., св я за н н ы х с землей через сопротивление экрана кабеля, составляет не бо­ лее 2,5 мс.

Силовые электрические цепи головного и моторного полупровод­ никовых короткозамыкателей одинаковы и состоят из трёхфазных выпря­ мительных мостов, на выходе которых включены силовые тиристоры. При подаче импульсов в цепи управления тиристоров последние срабатывают и создают искусственные трёхфазные к.з. на входе указанных мостов, лока­ лизуя указанный участок кабеля от поступления электроэнергии со сторо­ ны источника питания и электродвигателя. Время срабатывания коротко­ замыкателей равно времени включения тиристоров. Короткозамыкатели ПМК встраиваются в вводные коробки электродвигателей, в электрические блоки и пр. Короткозамыкатели ПМКВ устанавливаются непосредственно у электродвигателя или сочленяются с ним посредством фланцев.

Структурные схемы функциональных основных цепей защитных уст­ ройств автоматического выключателя АБВ-250У5, обеспечивающие совме­ стно с полупроводниковым короткозамыкателем ПМК в аварийных режи­ мах опережающее отключение повреждённого кабеля с временем быстро­ действия не более 2,5 мс, приведены на рис.7.17

В структурной схеме нс показан короткозамыкатель пускателя ПВИО-250, который срабатывает одновременно с головным короткозамы­ кателем ГК выключателя АБВ-250.

Быстродействующая защита от замыкания на землю обеспечивает отключение напряжения за время до 2,5 мс при сопротивлении замыканий в пределах 0-100 Ом. Однако при больших сопротивлениях её срабатыва­ ние нс гарантировано. В связи с этим применяется реле утечки, действую­ щее по обычному принципу и осуществляющее общесетевую защиту от однофазных утечек тока на землю (с сопротивлением изоляции кабеля до 15 кОм при напряжении 660 В) и от симметричных трёхфазных утечек тока на землю (с сопротивлением изоляции кабеля до 30 кОм/фаза при напря­ жении 660 В), когда быстродействующая'защита не срабатывает.