РАЗДЕЛ 2
Исследование условий искробезопасного применения
индуктивности в цепи заземления брони шахтного
телефонного кабеля
2.1. Выбор параметров индуктивности в цепи заземления брони шахтного кабеля для
работы в системах аварийного радиооповещения
Как было уже указано выше, вследствие заземления брони и экранов шахтных
кабелей возникают затруднения при внедрении подземной радиосвязи, обусловленные
снижением излучательной способности такой линии и возрастанием потерь при
распространении радиосигнала.
Проблему можно решить, заземляя броню (экран) через высокочастотные дроссели
или резонансные трансформаторы. Из условия высокочастотной развязки брони
(экрана) от цепи заземления при рабочих частотах связи 200-325 кГц и волновом
сопротивлении 20-300 Ом индуктивность дросселей должна быть в пределах 0.02-2
мГн [30]. Дроссель должен быть выполнен из провода, позволяющего выдерживать
токи замыкания фазы силовой сети (Iф=0.7 А при U=1140 В и Iф=35 А при U=6 кВ
[37]) через местный заземлитель при нарушениях сети общешахтного заземления и
касании брони кабеля связи корпуса электрооборудования, оказавшегося под
напряжением и незаземленного. Поскольку ПБ требуют, чтобы сопротивление
заземления, измеренное у любой электроустановки, не превышало 2 Ом, то величина
индуктивности дросселя для токов промышленной частоты не должна превышать 7
мГн.
Индуктивность обмотки связи резонансного трансформатора, включаемого в цепь
заземления брони кабеля, должна быть в пределах 0,02-0.1 мГн. Требования к
проводу этой обмотки такие же, что и к высокочастотному дросселю. Индуктивность
резонансной обмотки трансформатора в данном частотном диапазоне будет
составлять 0,6-3 мГн, но такая обмотка размещается на магнитопроводе отдельно
от обмотки связи и может быть выполнена из провода меньшего диаметра.
Конструктивно такой трансформатор должен быть выполнен согласно ГОСТ 22782.5
[32] единым неразборным блоком.
При заземлении брони (экрана) кабеля связи через высокочастотные дроссели и
трансформаторы в случае попадания напряжения силовой сети на броню из-за
переходных процессов эффективность заземления может кратковременно снизиться
(на время до 0,2 с до момента срабатывания защиты силовых сетей от утечек
тока). Такие нарушения, поскольку они укладываются в промежуток времени
срабатывания защиты от утечек тока на землю, нисколько не ухудшают
эффективность защиты от поражения электротоком. Однако перенапряжение на
индуктивности при коммутационных процессах в ее цепи приводит к увеличению
мощности искры и повышению опасности цепи в отношении воспламенения и взрыва
рудничного газа. Для защиты индуктивных цепей от перенапряжений и снижения
мощности искры при коммутациях принято индуктивность шунтировать нелинейными
элементами (полупроводниковыми диодами, стабилитронами).
Поскольку уровни радиосигналов, наводимых и передаваемых по кабельным линиям
связи, в т.ч. и по броне (экрану), невелики (до 1 В), то шунтирование
включенной в цепь заземления индуктивности встречно-параллельно соединенными
диодами не повлияет на условия передачи и излучения линией радиосигнала, но
позволит снизить мощность искры при переходных коммутационных процессах.
2.2. Оценка энергетических параметров индуктивности в цепи заземления шахтного
кабеля связи как источника напряжения
Включение индуктивности в цепь заземления шахтного кабеля, безусловно,
отразится на характере коммутационных процессов в этой цепи при её повреждениях
и появлении искрообразования.
В данном подразделе исследуются энергетические параметры дросселя, как
источника напряжения, необходимые при анализе уровня безопасности
коммутационных процессов в цепи заземления. Наиболее вероятны следующие случаи
искрообраэования:
* при контакте корпуса электроустановки, подключённой к общешахтному
заземлению, с бронёй кабеля, заземлённой на металлокрепь через дроссель с
шунтирующими диодами;
* при замыкании брони, заземлённой через дроссель с шунтирующими диодами, и
имеющей контакт с заземлённым корпусом электроустановки, с протяжёнными
металлическими предметами, имеющими хороший контакт с землёй и низкое
сопротивление растеканию, в частности с рельсом;
* броня кабеля заземляется через дроссель с диодным шунтом на металлокрепь,
электроустановка заземлена на местный заземлитель или общешахтную сеть, корпус
электроустановки имеет контакт с металлокрепью, а у брони кабеля появляется
перемежающийся контакт с рельсом, имеющим низкое сопротивление растеканию
тока.
На рис. 2.1 изображена обобщённая схема искрения для указанных случаев. На
рисунке обозначены: - фазное напряжение; - сопротивление общешахтного
заземления; и - эквиваленты сопротивления искрового промежутка; - имитатор
коммутации; - сопротивление шунтирующих диодов; - входное сопротивление
металлокрепи; - ЭДС самоиндукции дросселя; - полное сопротивление дросселя; -
напряжение на дросселе; ; - сопротивление изоляции кабеля; - напряжение на
участке дроссель - металлокрепь.
Рассмотрим энергетические параметры дросселя в обобщённой схеме искрения как
источника напряжения. Временные диаграммы коммутационных процессов приведены на
рис. 2.2.
До коммутации (переключатель замкнут) через дроссель протекает ток
где , так как Ом;
кОм; (где - активное и реактивное сопротивление изоляции линии подачи
напряжения
При этом в дросселе накоплена энергия
После коммутации (переключатель разомкнут) ток в цепи дросселя по первому
закону коммутации в начальный момент равен
Наведенная в дросселе ЭДС самоиндукции
где ,
- активное сопротивление дросселя .
Если , то ток в цепи дросселя
- Київ+380960830922