Увеличение объемов добычи руд черных и цветных металлов, угля, строительных материалов и других видов минерального сырья с применением новой геотехники большой единичной мощности, а также постоянное усложнение и ухудшение горно-технических и горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых с ростом глубины карьеров требуют создания и внедрения нового электрооборудования и электросетевых устройств с улучшенными техническими и энергетическими характеристиками.
Особенностью электроснабжения открытых горных работ является рассредоточение электроустановок по всей территории и глубине карьеров.
Для распределения электроэнергии по уступам карьеров и подключения карьерных электроустановок к карьерным электрораспределительным сетям наиболее рациональными и эффективными являются схемы электроснабжения с использованием карьерных передвижных распределительных пунктов (КРП) и специальных распредустройств (КРУ), называемых приключательными пунктами (ПП) с вакуумными коммутационными аппаратами с различной компоновкой встраиваемого электрооборудования.
Энергоэффективность применения передвижных КРП обусловлена возможностью быстро перемещать КРП с одного уступа на другой и, следовательно, повысить мобильность и маневренность системы электроснабжения, сократить протяженность внутрикарьерных линий электропередачи напряжением 6 кВ. Применение КРП напряжением 6-10 кВ сокращает также объем строительных и монтажных работ и сроки их сооружения.
В 1999 г. на предприятии «Электроаппаратстрой» разработан, освоен в производстве и прошел промышленные испытания в условиях Восточной Сибири КРП типа БКРУ-6(10)УХЛ1 в мобильном контейнерном исполнении с элементами транспортирования, внешнего освещения и теплоизоляции. Блочные комплектные распределительные устройства типа БКРУ-6(10)УХЛ1 предназначены для работы в сетях трехфазного переменного тока напряжением 6 и 10 кВ., частоты 50 и 60 Гц для систем с изолированной нейтралью, на общепромышленных подстанциях, роторных комплексах, нефтебуровых установках, а также для управления электроприводами ленточных карьерных конвейеров и насосных станций. КРП типа БКРУ выгодно отличаются от ранее применявшихся и имеет следующие технические характеристики:
- номинальное напряжение, 6 кВ;
- номинальный ток главных цепей, 630 А;
- номинальный ток отключения выключателя, 10 кА;
- ток термической стойкости 3 сек., 10 кА;
- ток электродинамической стойкости главных цепей, 25 кА;
- вид изоляции воздушная;
- выключатель вакуумный.
Питание КРП предусмотрено как одностороннее, так и двухстороннее.
КРП с односторонним питанием имеет одну ячейку ввода, одну ячейку трансформатора собственных нужд, одну ячейку трансформатора напряжения и не более шести ячеек отходящих линий.
КРП с двухсторонним питанием состоит из двух ячеек ввода, из двух ячеек трансформатора собственных нужд, из двух ячеек трансформатора напряжения, из одной ячейки секционирования и не более одиннадцати ячеек отходящих линий.
По результатам промышленной эксплуатации установлено, что применение схемы внутреннего электроснабжения карьеров с использованием КРП с вакуумными выключателями обеспечивает снижение продолжительности отказов системы электроснабжения горного участка в 4 раза, что, в свою очередь, снижает простои экскаваторов и буровых станков в 8 раз. Применение в схемах электроснабжения карьеров КРП с вакуумными выключателями снижает затраты на техническое обслуживание и ремонт одной ячейки в 12 раз, затраты на устранение отказов — в 4 раза, затраты, связанные с вынужденными простоями — в 7 раз. В целом суммарные эксплуатационные затраты на обслуживание одной ячейки КРП снижаются в 7,5 раз.
БКРУ по воздействию климатических факторов внешней среды предназначены для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом, при этом для умеренного климата температура окружающей среды должна быть не выше 40 градусов (при эффективной температуре не выше 45 градусов) и не ниже минус 40 градусов, высота над уровнем моря не более 1000 м, относительная влажность окружающего воздуха не более 98% при плюс 25 градусах, без конденсации влаги на встроенных в БКРУ элементах. Для холодного климата температура окружающей среды должна быть не выше 40 градусов (при эффективной температуре не выше 45 градусов) и не ниже минус 60 градусов, высота над уровнем моря не более 1000 м, относительная влажность окружающего воздуха не более 98% при температуре 25 градусов, без конденсации влаги на встроенных в БКРУ элементах.
Окружающая среда эксплуатации БКРУ невзрывоопасная. Допустимое содержание коррозионно-активных агентов:
- сернистого газа — от 20 до 110 мг/м сут.;
- хлоридов менее 0,3 мг/м сут., а также допускается запыленность окружающего воздуха до 10 мг/м.
По воздействию механических факторов внешней среды БКРУ, предназначенные для работы на экскаваторах и нефтебуровых установках, обеспечивают нормальную работу в следующих условиях:
- вибрационные нагрузки с максимальным ускорением до 0,5g в диапазоне частот от 1 до 35 Гц;
- одиночные удары с ускорением до 3g длительностью 2-20 мс;
- крен и дифферент до 15 градусов.
БКРУ, предназначенные для работы в стационарных условиях, в части воздействия механических факторов выдерживают нагрузки, имеющие место при транспортировании.
КРП типа БКРУ-6(10)УХЛ1 изготавливаются в контейнерах-блоках, которые по заказу изготавливаются с теплоизоляцией. Внутри контейнера предусмотрен отсек для установки силового трансформатора для собственных нужд мощностью до 63 кВА.
Для подключения карьерных электроприемников к карьерным электрораспределительным сетям (КРС) применяются приключательные пункты (ПП) типа ЯКНО-6(10)У1В. На большинстве горных предприятий применяются ПП устаревшей конструкции и с масляными выключателями, которые имеют низкую эксплуатационную надежность, не обеспечивают надлежащую безопасность при обслуживании и эксплуатации.
Основными недостатками масляных выключателей являются:
- значительные электрокоррозийные разрушения контактов под действием больших токов в масляной среде;
- окисление и загрязнение масла;
- взрывоопасность и пожароопасность масла;
- неодновременность замыкания контактов и т.д.
Использование масла в качестве дугогасящей и изолирующей среды отрицательно сказывается на надежность выключателей и безопасность их обслуживания.
Перечисленные недостатки масляных выключателей носят принципиальный характер и позволяют характеризовать масляный выключатель как ненадежный элемент приключательного пункта и требующий больших эксплуатационных затрат на поддержание его работоспособности. Эксплуатационные характеристики ПП значительно могут быть улучшены путем замены в них масляных выключателей вакуумными.
Вакуумные выключатели обладают следующими достоинствами:
- быстрое восстановление электрической прочности;
- погашение дуги при первом переходе тока через нуль;
- не требуется уход за контактами;
- нетоксичность; взрыво и пожаробезопасность;
- широкий диапазон температуры окружающей среды от +50°С до -50°С;
- большой срок службы без ревизии и ремонтов;
- высокая надежность;
- низкие эксплуатационные затраты.
Существенные недостатки имеются также в конструкции самих ПП, а также в схемных решениях. Существующие конструкции ПП не отвечают современным требованиям условий эксплуатации. Оболочки ПП не обеспечивают надежной защиты встроенной в них аппаратуры от воздействия окружающей среды, вследствие чего около 25% отказов ПП происходит по причине перекрытия загрязненных изоляционных конструкций. Существующие ПП имеют недостаточную жесткость и механическую прочность, что приводит к их частым поломкам.
Конструкторские, компоновочные и схемные решения приключательных пунктов требуют повышенной степени защищенности их от ошибочных или неквалифицированных действий обслуживающего персонала.
Источником оперативного напряжения для схем управления и освещения в этих ПП служат трансформаторы напряжения НАМИ (ЗНОЛ), НОЛ-11 или же однофазный силовой трансформатор ОМП-10.
Существующие схемы главных соединений практически всех типов приключательных пунктов обеспечивают возможность включения освещения и проведения работ по присоединению высоковольтного кабеля к выводным контактам силового выключателя и работ по обслуживанию оборудования в отсеке выключателя только при включении вводного разъединителя и отключении его заземляющих ножей, т.е. при наличии высокого напряжения на трансформаторе напряжения, на верхних контактах силового выключателя и на других аппаратах и токоведущих частях приключательного пункта, расположенных до силового выключателя.
Включение разъединителя и подача напряжения на трансформатор напряжения при открытой задней двери невозможно из-за наличия механической блокировки между силовым выключателем и разъединителем не допускающей включение разъединителя при открытой двери отсека силового выключателя и при отключенных заземляющих ножах разъединителя.
Следовательно, при существующих схемах главных соединений приключательных пунктов типа ЯКНО появляется возможность сознательного нарушения обслуживающим персоналом требований безопасности заключающегося в том, что обслуживающий персонал при производстве работ в отсеке силового выключателя, вынужден выводить из работы блокировку двери отсека силового выключателя, открывать дверь, включить разъединитель для подачи напряжения на трансформатор напряжения и тем самым обеспечить наличие оперативного напряжения и внутреннего освещения приключательного пункта.
При этом обслуживающий персонал вынужден работать при наличии высокого напряжения внутри корпуса ПП, и, что самое опасное, при наличии высокого напряжения на верхних контактах силового выключателя, расположенных в непосредственной близости от места подключения отходящего кабеля. Малейшая неосторожность при проведении работ в отсеке силового выключателя может привести к поражению обслуживающего персонала электротоком.
Во избежание этого при разработке новых конструкторских и схемных решений приключательных пунктов была предусмотрена установка трансформатора напряжения до высоковольтного разъединителя на вводе в шкаф ПП, что исключила возможность нарушения требований безопасности при обслуживании ПП.
Но при появлении замыкания высоковольтной обмотки на «землю» в одном из трансформаторов напряжения срабатывают защиты от замыканий на «землю» во всех присоединенных к линии приключательных пунктах, т.к. трансформатор подключен непосредственно к линии без разъединителя. Для обнаружения поврежденного трансформатора напряжения приходится снимать напряжение со всей питающей линии, отсоединять трансформатор в одном из при-ключательных пунктов, испытывать его изоляцию и устанавливать его на место, если он исправен.
Такую операцию необходимо проводить поочередно в каждом приключательном пункте до тех пор, пока не будет обнаружен поврежденный трансформатор напряжения.
Это связано с большими потерями из-за простоя технологических электропотребителей, присоединенных к линии приключательными пунктами. Поэтому трансформаторы напряжения, чаще всего повсеместно, заранее выводятся из работы.
Отсюда следует, что единственной мерой безопасной эксплуатации приключательных пунктов ЯКНО может быть подведение к ним линии низкого напряжения от постороннего источника питания, обеспечивающего освещение внутри шкафа и вокруг него независимо от положения вводного разъединителя в приключательных пунктах, особенно, при проведении работ по присоединению отходящего от ПП кабеля при наличии напряжения на вводе.
В специфических условиях карьеров подвод линии низкого напряжения к ЯКНО является сложной задачей и практически не применяется.
С учетом этого в настоящее время предприятие «Электроаппаратстрой» разработало и освоило в производстве новый тип одиночного высоковольтного приключательного пункта типа ЯКНО-(6)10У1В-9.
Упомянутый приключательный пункт комплектуется только вакуумными выключателями с электромагнитным приводом типа: ВВ/ТЕL-10-20/1000У2, ВВТЭ-10-20/630У2, ВБЭМ-10-20/1000УХЛ2, ВБСК-10-12,5/639УХЛ2 .
Приключательный пункт типа ЯКНО-(6)10У1В-9 — это традиционная и привычная для горных предприятий конструкция шкафа двухстороннего обслуживания с воздушным или кабельным вводом и кабельным выводом, со стационарной установкой высоковольтного электрооборудования (без выкатных элементов, плохо работающих в передвижных электроустановках).
Приключательный пункт может поставляться предприятиям как с салазками, так и без них.
Отличительной особенностью конструкции этого приклю-чательного пункта является более совершенная схема главных соединений, которой предусмотрено наличие, кроме трансформатора напряжения НАМИ (ЗНОЛП), дополнительного трансформатора собственных нужд (ТСН) мощностью от 0,8 до 3,75 кВА, установленного в обособленном отсеке корпуса и подсоединенного к вводу через отдельный разъединитель.
Такое конструктивное и схемное решение исключает все упомянутые выше конструкторские, компоновочные и схемные недостатки всех существующих в настоящее время одиночных приключательных пунктов и обеспечивает надежность, экономичность и безопасность энергообеспечения технологических электропотребителей карьеров.
Кроме того, наличие дополнительного трансформатора собственных нужд решает вопрос автоматического обогрева шкафа при низких температурах.
Конструктивно и схемой главных соединений на выводах силового выключателя предусмотрена установка нелинейных ограничителей перенапряжений типа ОПН-КР/ТЕL, защищающих кабель и присоединяемое к ним оборудование от коммутационных перенапряжений. Рисунок 1.
Предусмотрена по требованию заказчика установка высоковольтного приборного кабельного разъема РВШ-6(10)УХЛ1 на отходящей кабельной линии, что исключает необходимость доступа в высоковольтный отсек для отключения и присоединения отходящего кабеля.
Конструкция воздушного ввода питающей линии в корпус ПП выполнена в виде съемного короба из листового металла, на котором установлены проходные изоляторы и кронштейн с линейными разрядниками РВО (ОПН), входящими в комплект поставки приключательного пункта.
Это конструктивное решение исключает необходимость установки проходных изоляторов на крыше ПП и установки сетчатого ограждения.
Недостатком сетчатого ограждения высоковольтного ввода является то, что сетка снижает скорость движения воздушного потока внутри ограждения и, как следствие, установленные на крыше ПП проходные изоляторы и шины к ним покрыты слоем снега, намного превышающим среднее значение толщины снежного покрова.
По требованию заказчиков защита вводной линии выполняется ограничителями грозовых перенапряжений ОПН-КС/ТЕL-6(10)УХЛ1, устанавливаемыми внутри шкафа на вводных контактах вводного разъединителя или на вводном коробе.
В верхней части приключательного пункта с фасадной стороны установлена сигнальная лампа с желтым светофильтром, сигнализирующая об аварийном отключении силового выключателя защитой от замыкания на «землю» и видимая на большом расстоянии от него.
Для увеличения жесткости конструкции ячеек, толщина материала корпуса увеличена до 3 мм, применена сварка в среде углекислого газа, конструкция сетчатых ограждений отсеков вводных высоковольтных разъединителей выполнена в виде несъемных сетчатых дверей.
На ряду с новой разработкой предприятием выпускается девять типоисполнений ЯКНО-6(10)У1В, позволяющие реализовать различные типы подключений питающей линии и электропотребителей.
Выпускаемые предприятием «Электроаппаратстрой» КРП типа БКРУ и ПП типа ЯКНО имеют сертификат соответствия Госстандарта России и разрешение на применение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № РРС 00-23858
Продолжаются работы по дальнейшему совершенствованию БКРУ и приключательных пунктов типа ЯКНО на основе внедрения модулей микропроцессоров, модуля управления и модуля бесперебойного питания, направленные на повышение электробезопасности обслуживающего персонала, снижение затрат на ремонт и техническое обслуживание и сокращение потерь от вынужденных простоев технологического оборудования карьеров из-за перерывов энергообеспечения.
С. Н. БАШМАКОВ,
директор ЗАО ПКО «Электроаппаратстрой».
