Введение к работе
Актуальность работы. Проблема повышения электробезопасности при эксплуатации электроустановок является одним из наиболее важных вопросов в области электроэнергетики на сегодняшний день. Это связано с физическим и моральным старением большей части электрооборудования, а также низким уровнем технического совершенства устройств защитного отключения в коротких электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В. Условия электробезопасности в значительной мере определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью изоляции фаз относительно земли. Одним из факторов, определяющих безопасность электроустановок с изолированной нейтралью, является сопротивление их изоляции относительно земли. Своевременное выявление и устранение повреждений, сопровождающиеся изменением активной и емкостной составляющих проводимостей изоляции в короткой электрической сети, позволит обеспечить безопасность работ в электроустановках.
В практике эксплуатации электроустановок напряжением до 1000 В необходимо знать действительное состояние изоляции в короткой электрической сети. На основе имеющихся достоверных данных состояния изоляции в электрической сети решаются важные в научном и практическом отношении вопросы, связанные с установлением эксплуатационных норм сопротивления изоляции, разработкой организационных и технических мероприятий по безопасной эксплуатации электроустановок.
По исследованиям устройств защитного отключения и состояния изоляции электрической сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В выполнено ряд работ, которые направлены на повышение уровня электробезопасности в электроустановках.
Развитие теоретических и практических вопросов проблем электробезопасности связано с научными достижениями, которые внесли профессора, доктора технических наук Л.В. Гладилин, М.И. Озерной, P.M. Лейбов, В.И. Щуцкий, Б.Г. Меньшов, Н.Ф. Шишкин, Б.А. Князевский, Е.Ф. Цапенко, В.Г. Соболев, Ю.Г. Бацежев, В.Ф. Бухтояров, А.И. Сидоров, И.Ф. Суворов, кандидаты технических наук Л.С. Тонкошкур, М.И. Бараш, Ю.В. Ситчихин и другие ученые.
Короткие сети напряжением до 1000 В нашли широкое применение в горнодобывающей отрасли. Исследования устройств защитного отключения и состояния изоляции в коротких электрических сетях, в том числе на экскаваторах ЭКГ-8И не производились.
Для обеспечения критериев электробезопасности при эксплуатации электрооборудования в короткой сети напряжением до 1000 В необходимо рассмотреть в комплексе состояние её изоляции и технические возможности используемого устройства защитного отключения.
На основе вышеизложенного следует, что повышение уровня электробезопасности при эксплуатации электроустановок, основанное на теоретическом и экспериментальном исследованиях по выбору и
совершенствованию методов измерения параметров изоляции, по изучению состояния изоляции в короткой сети напряжением до 1000 В, а также оценки устройств защитного отключения в специфических условиях, является актуальной задачей и имеет важное научное и практическое значение.
Связь темы диссертации с государственными программами и с планом работы университета.
Работа выполнялась в соответствии с научной программой лучшего инновационного проекта Акима Павлодарской области "Разработка устройства повышения эффективности защиты от поражения электрическим током человека" по хоздоговорной работе "Разработка метода и средств повышения уровня электробезопасности в сетях напряжением до 1000 В при эксплуатации экскаваторов и буровых станков на угольном разрезе "Екибастузский" ТОО "Ангренсор" и научной целевой комплексной программой Павлодарского государственного университета имени С. Торайгырова по проблеме повышения эффективности систем электроснабжения промышленных и горных предприятий.
Цель работы - получение новых научно обоснованных результатов, которые решают важную научную задачу по техническому обеспечению электробезопасности в коротких сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В путем разработки методов контроля состояния изоляции и средств повышения эффективности устройств защитного отключения в этих сетях.
Идея работы заключается в использовании математических зависимостей определения полной и активной проводимостей изоляции короткой сети от изменения линейного напряжения и напряжения фазы относительно земли после подключения дополнительной активной проводимости между одной из фаз электрической сети и землей; в разработке способа повышения эффективности устройства защитного отключения в короткой сети напряжением до 1000 В путем увеличения емкости фаз относительно земли.
Методика выполнения работы. В ходе выполнения работы над диссертацией использовались методы теории электрических цепей, методы математического анализа исследования функций переменных. Проведен анализ сведений из литературных источников, которые необходимы для решения задач, выполняемых в процессе исследований.
Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
Метод определения параметров изоляции в трехфазной симметричной короткой электрической сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Метод определения проводимости, снижающей уровень изоляции фазы электрической сети при повреждении изоляции этой фазы относительно земли, полной, активной и емкостной проводимостей изоляции в трехфазной несимметричной короткой электрической сети с
изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Методика определения параметров состояния изоляции в трехфазной симметричной короткой электрической сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Методика определения параметров состояния изоляции в трехфазной несимметричной короткой электрической сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Впервые получены числовые значения параметров изоляции в электрической короткой сети напряжением до 1000 В на экскаваторе ЭКГ-8И. При этом установлено, что сопротивление изоляции обусловлено активным сопротивлением, которое характеризует свойства диэлектрика изоляционного материала токоведущих частей проводников относительно земли. Емкостное сопротивление выше активного сопротивления изоляции в короткой сети напряжением до 1000 В..
Установлено, что используемые устройства защитного отключения по своим техническим характеристикам не обеспечивают эффективную защиту от поражения электрическим током человека в короткой сети напряжением до 1000 В, поскольку ток однофазного замыкания на землю в этой сети имеет значение меньше, чем ток уставки срабатывания устройства защитного отключения.
Способ повышения эффективности защитного отключения в короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: обоснованностью исходных положений, вытекающих из основ теории электрических цепей и фундаментальных законов естественных наук; удовлетворительным совпадением качественных характеристик результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных коротких сетях, достаточным объемом и результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна работы заключается в разработке: 1. математических зависимостей определения:
параметров изоляции в симметричной короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В на основе измерений величины модуля напряжения фазы относительно земли до и после подключения между ней и землей активной дополнительной проводимости;
параметров изоляции в симметричной короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В на основе измерений величин модулей линейного напряжения и напряжения фазы относительно земли после подключения между ней и землей активной дополнительной проводимости;
значения активной проводимости, снижающей уровень изоляции между одной из фаз сети и землей, и параметров изоляции в несимметричной короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В на основе измерений величин модулей линейного напряжения и напряжения
фазы относительно земли до и после подключения между ней и землей активной дополнительной проводимости; 2. способа повышения эффективности защитного отключения в короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, основанного на наложении постоянного тока на трехфазную сеть с током фиксированной уставки срабатывания защиты от повреждения изоляции какой-либо фазы относительно земли, где при прикосновении человека к токоведущим частям электрооборудования производится отключение напряжения устройством защитного отключения за счет увеличения емкости фаз относительно земли.
Практическое значение работы состоит в разработке:
способа повышения эффективности защитного отключения в короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, направленного на техническое обеспечение электробезопасности;
методики определения параметров состояния изоляции в трехфазной симметричной электрической короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В;
методики определения параметров состояния изоляции в трехфазной несимметричной электрической короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
Разработанные методики обеспечивают удовлетворительную точность, простоту и безопасность производства работ при определении искомых величин, с учетом которых анализируется состояние электробезопасности при эксплуатации электрооборудования.
Реализация выводов и результатов работы. Разработанная методика определения параметров состояния изоляции в трехфазной симметричной электрической короткой сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В внедрена на угольном разрезе "Екибастузский" ТОО "Ангренсор". Социальный эффект от внедрения результата заключается в техническом обеспечении электробезопасности при эксплуатации трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В на экскаваторах.
Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение: на республиканской научно-теоретической конференции "II Торайгыровские чтения" (Павлодар, 2007); на международной научно-практической конференции "Социально-экономические и исторические предпосылки и приоритеты развития Павлодарского Прииртышья" (Павлодар, 2008); на международной научной конференции молодых ученых, студентов и школьников "VIII Сатпаевские чтения" (Павлодар, 2008); на Международной научно-теоретической конференции "III Торайгыровские чтения" (Павлодар, 2009); на V Международной научно-практической конференции "Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация" (Республика Беларусь, Минск, 2009).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 научных работ, также получено одно положительное решение на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 20 иллюстраций, библиографию из 83 наименований.
