РД 05-387-00 Инструкция по выбору и проверке электрических аппаратов, кабелей и устройств релейной защиты в участковых сетях угольных шахт напряжением 3000 (3300) В
Госгортехнадзор России
НТЦ «Промышленная безопасность»
Серия 05
Нормативные
документы по безопасности,
надзорной и разрешительной деятельности
в угольной промышленности
Выпуск 4
БЕЗОПАСНОСТЬ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Сборник документов
ИНСТРУКЦИЯ
ПО ВЫБОРУ И ПРОВЕРКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ,
КАБЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
В УЧАСТКОВЫХ СЕТЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ НАПРЯЖЕНИЕМ 3000 (3300) В
РД 05-387-00
Москва
Государственное
унитарное предприятие
«Научно-технический центр по безопасности в промышленности
Госгортехнадзора России»
2003
Ответственные составители-разработчики:
А.И. Субботин, В.Д. Чигрин, Л.А. Беляк, Ю.П. Миновский, В.И. Серов, А.С. Залогин
В настоящий Сборник включены нормативно-технические документы Госгортехнадзора России, разработанные для реализации в угольной отрасли требований Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-ФЗ и постановления Правительства Российской Федерации «О применении технических устройств на опасных производственных объектах» от 25.12.98 № 1540.
Включенные в Сборник документы разработаны в целях нормативного обеспечения безопасности при эксплуатации электрических сетей напряжением 3000 (3300) В на угольных шахтах. В настоящее время получены первые результаты эксплуатации импортного электрооборудования, работающего под напряжением 3000 (3300) В, которые подтвердили ряд преимуществ над широко применяющимся в настоящее время напряжением до 1200 В.
Представленные инструкции предназначены для использования при проектировании электроснабжения и эксплуатации электросетей и электрооборудования напряжением 3000 (3300) В на угольных шахтах.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Определение токов короткого замыкания . 2 2. Выбор и проверка электрических аппаратов и кабелей по режиму короткого замыкания . 4 3. Выбор и проверка установок тока срабатывания реле защиты от токов короткого замыкания . 5 4. Выбор и проверка уставок тока срабатывания реле максимального тока и плавких вставок предохранителей для защиты трансформаторов . 8 |
Утверждена
постановлением Госгортехнадзора
России от 02.10.00 № 56 .
Вводится в действие с 01.03.01 г.
постановлением Госгортехнадзора
России от 02.10.00 № 56
ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫБОРУ И ПРОВЕРКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, КАБЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ В УЧАСТКОВЫХ СЕТЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ НАПРЯЖЕНИЕМ 3000 (3300) В
РД 05-387-00
1 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
1 . Расчет эффективных значений токов короткого замыкания (к.з.) в сетях напряжением 3000 (3300) В осуществляется в целях определения максимального значения тока трехфазного короткого замыкания, необходимого для проверки коммутационной аппаратуры на отключающую способность и кабелей на термическую стойкость, а также минимального значения тока двухфазного короткого замыкания, необходимого для проверки уставок средств защиты.
Расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания для любой точки сети I (3)к.з (А) может быть определен по формуле
( 1 )
где U нн - номинальное низшее (НН) напряжение трансформатора передвижной участковой трансформаторной подстанции (ПУПП), В;
К от - коэффициент, определяющий изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора ПУПП при использовании отпаек на первичной обмотке этого трансформатора; в зависимости от положения отпаек принимает следующие значения:
отпайка -10 % -5 % 0 +5 %;
К от 1,1 1,05 0 0,95;
R (3)к.з , Х(3)к.з - соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи трехфазного короткого замыкания, Ом.
Значения R (3)к.з и Х(3)к.з определяют по формулам:
( 2)
( 3)
где R , X - соответственно активное и индуктивное сопротивление распределительной сети шахты до сборных шин РПП-6, от которых получает питание ПУПП, Ом;
F в , L в. min - соответственно сечение основных (силовых) жил (мм2) и длина (км) кабеля на напряжение 6 кВ от РПП-6 до ПУПП;
К т - коэффициент трансформации для междуфазных напряжений трансформатора ПУПП:
( 4 )
здесь U вн - номинальное высшее (ВН) напряжение трансформатора ПУПП, В;
Х тр - индуктивное сопротивление трансформатора ПУПП, приведенное к вторичной обмотке трансформатора, Ом;
Fi , L i - соответственно сечение основных (силовых) жил (мм2) и длина (км) последовательно включенных i -х кабелей, составляющих радиальную линию от ПУПП до точки трехфазного короткого замыкания;
п - количество кабелей длиной L i и сечением Fi ;
0 ,375 - активное сопротивление основной жилы 1 км кабеля с номинальным сечением 50 мм2 при температуре 20 °С, Ом/км;
х ki - индуктивное сопротивление 1 км кабеля на напряжение 3000 (3300) В сечением Fi , Ом/км; указывается в технической информации (технических условиях) на кабели, а при отсутствии справочных данных может быть принято равным 0,08 Ом/км.
Значения R и X определяют в соответствии с Инструкцией по выбору и проверке электрических аппаратов напряжением выше 1200 В (к § 497 ПБ).
Для расчета I (3)к.з значение L в. min принимают минимальным исходя из наименьшего удаления ПУПП от РПП-6, предусмотренного схемой подготовки выемочного участка.
Значение Х тр определяют из выражения
( 5)
где U нн , и к.з - соответственно номинальное напряжение на стороне НН (кВ) и напряжение короткого замыкания (%) трансформатора ПУПП номинальной мощностью S ном , кВА.
2 . Расчетный минимальный ток двухфазного короткого замыкания для любой точки сети I (2)к.з (А) может быть определен по формуле
( 6 )
где R (2)к.з , Х (2)к.з - соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи двухфазного короткого замыкания, Ом.
Значения R (2)к.з и Х (2)к.з определяют по формулам:
( 7)
( 8)
где F в , L в - соответственно сечение основных (силовых) жил (мм2) и длина (км) кабеля на напряжение 6 кВ от РПП-6 до ПУПП; для расчета I (2)к.з значение L в принимают исходя из фактического удаления ПУПП от РПП-6 в соответствии с технологической схемой ведения горных работ на выемочном участке; 0,423 - активное сопротивление основной жилы 1 км кабеля с номинальным сечением 50 мм2, пересчитанное для температуры нагрева 65 ºС, Ом/км.
3 . При двухфазном коротком замыкании на зажимах вторичной обмотки силового понижающего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к сети напряжением 3000 (3300) В, расчетный минимальный ток короткого замыкания в сети 3000 (3300) В I (2)к.з.т (А) может быть определен по формуле
( 9 )
где R (2)к.з.т , X (2)к.з.т - соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи двухфазного короткого замыкания в сети 3000 (3300) В при двухфазном коротком замыкании на зажимах вторичной обмотки этого трансформатора, Ом.
Значения R (2)к.з.т и X (2)к.з.т определяют по формулам:
( 10 )
где R (2)к.з , X (2)к.з - соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи двухфазного короткого замыкания в сети 3000 (3300) В до зажимов первичной обмотки силового понижающего трансформатора, Ом, определяют по формулам ( 7) и ( 8);
R т.п , X т.п - соответственно активное и индуктивное сопротивление этого трансформатора, приведенное к первичной обмотке, Ом.
Значения R т.п и X т.п могут быть определены по формулам:
( 11 )
( 12 )
где Р к.з.т.п, U вн.т.п , ик.з.т.п - соответственно потери короткого замыкания (Вт), номинальное напряжение на стороне ВН (кВ) и напряжение короткого замыкания (%) трансформатора номинальной мощностью S ном.т.п , кВА; U вн.т.п = 3 (3,3) кВ.
Значения Р к.з.т.п и ик.з.т.п должны быть указаны в инструкции (руководстве) по эксплуатации выемочного комбайна, на котором установлен трансформатор, а при их отсутствии можно принять равными нормированным значениям напряжения и потерь короткого замыкания рудничных трансформаторов соответствующей мощности, приведенных в табл. 1 Инструкции по выбору и проверке электрических аппаратов напряжением выше 1200 В (к § 497 ПБ).
2 . ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И КАБЕЛЕЙ ПО РЕЖИМУ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
4 . Выбор электрических аппаратов и кабелей на напряжение 3000 (3300) В производят по номинальному напряжению и рабочему току цепи без учета токов кратковременных перегрузок, а их проверку - по режиму короткого замыкания.
5 . Проверку электрических аппаратов на коммутационную способность в целях обеспечения надежного отключения максимальных токов короткого замыкания, которые могут возникнуть в защищаемом присоединении, производят исходя из условия
I o ³ 1,2I(3) к . з , ( 13)
где I o - предельно отключаемый ток защитного аппарата, А;
I (3)к.з - расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания на выходе этого аппарата, А; определяют по формуле ( 1 ).
Отключение максимальных токов короткого замыкания на выходе контакторов на напряжение 3000 (3300) В, установленных на комбайне, для которых условие ( 13) не выполняется, должен осуществлять выключатель (контактор) в распредустройстве низшего напряжения ПУПП (комплектном устройстве (станции) управления).
6 . Проверку кабелей по термической стойкости в целях обеспечения пожаробезопасности кабелей при дуговых коротких замыканиях в подземных выработках посредством выбранных защитных аппаратов с заданным быстродействием отключения максимальных токов трехфазного короткого замыкания производят исходя из условия
I пр ³ 1,2I(3) к . з , ( 14)
где I пр - предельно допустимый кратковременный ток короткого замыкания в кабеле, А;
I (3)к.з - расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания в начале проверяемого кабеля (на выводе аппарата), А; определяют по формуле ( 1 ).
Значения тока I пр определяют по формуле
( 15 )
где с - коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева жил кабеля при коротком замыкании, А × с1/2 × мм-2;
F - принятое сечение основной (силовой) жилы кабеля, мм2;
t п - приведенное время отключения короткого замыкания, с.
Значение коэффициента с для кабелей с резиновой изоляцией принимают равным 105 - 143 (соответственно при допустимой температуре нагрева жил - длительной 75 - 90 °С и кратковременной 150 - 250 °С), для кабелей с ПВХ изоляцией - 115 А × с1/2 × мм-2.
Для выключателей напряжением 3000 (3300) В, установленных в распредустройстве низшего напряжения ПУПП, и контакторов на это напряжение, установленных в комплектных устройствах (станциях) управления (магнитных станциях, пускателях, многоконтакторных центрах и т.п. - далее по тексту «комплектные устройства (станции) управления») с защитой от токов к.з., время t п определяют как
t п = t отк , ( 16)
где t отк - время отключения токов короткого замыкания, включая время действия основной защиты, установленной у ближайшего к месту короткого замыкания выключателя (контактора), и полное время отключения этого выключателя (контактора) с учетом времени горения дуги, с.
Значение времени t отк указывается в инструкции по эксплуатации (техническом описании) ПУПП, комплектных устройств (станций) управления напряжением 3000 (3300) В, а при их отсутствии принимают равным 0,2 с.
Кабели на напряжение 3000 (3300) В при их присоединении к ПУПП мощностью 1250 - 2000 кВА с временем отключения защитой от токов короткого замыкания не более 0,2 с удовлетворяют требованиям по термической стойкости, если сечение их основных (силовых) жил принято не меньшим чем 25 мм2.
3 . ВЫБОР И ПРОВЕРКА УСТАНОВОК ТОКА СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
7 . Величину уставки тока срабатывания защиты от токов короткого замыкания для токовых реле мгновенного действия (без выдержки времени) определяют исходя из следующих условиий:
а) для токовых реле, у которых значения тока уставки проградуированы на шкале или устанавливают на электронном индикаторе (экране дисплея) по первичному току срабатывания защиты I у ,
I у ³ I р .max , ( 17)
где I р. max - максимальный рабочий ток защищаемого присоединения, А;
б) для токовых защит, у которых значения тока уставки проградуированы на шкале по собственному току срабатывания реле I у 2 (вторичному току),
I у = K тт I у 2 ; ( 18)
( 19 )
где K тт - коэффициент трансформации трансформаторов тока;
К н - коэффициент надежности защиты, принимают равным 1,2.
в) для токовых защит, у которых на шкале проградуированы значения кратности тока отсечки (Ко) реле защиты от токов короткого замыкания по отношению к уставке защиты от перегрузки (по первичному току) I у.п ,
I у = K о I у.п ³ I р. max . ( 20)
Если значения тока уставки от перегрузки устанавливают по шкале с учетом поправочных коэффициентов в зависимости от номинального тока трансформаторов тока, к которым подключены токовые защиты, I у.п.шк , значения I у.п определяют по формуле
I у.п = K шк K попр I у.п.шк , ( 21)
где K шк =
здесь I тт - номинальный ток трансформатора тока, к которому подключены защиты от токов короткого замыкания и перегрузки, А;
I тт.норм - номинальный ток трансформатора тока, по которому проградуирована шкала значений тока срабатывания реле защиты от перегрузки, А;
K попр - поправочный коэффициент масштабности.
Уставки от перегрузки I у.п.шк с учетом поправочных коэффициентов K шк и K попр выставляют по шкале реле защиты от перегрузки в соответствии с инструкцией, прилагаемой к руководству по эксплуатации выемочного комбайна.
Значения тока I р. max могут быть определены по формулам:
а) для защиты присоединений к ПУПП, которые питают выемочный комбайн и лавный скребковый конвейер напряжением 3000 (3300) В
( 22 )
( 23 )
где I ком.пуск - начальный пусковой ток одного из электродвигателей исполнительных органов выемочного комбайна при раздельном пуске этих двигателей, А;
- сумма номинальных токов всех остальных электроприемников (электродвигателей), подключенных к тому же присоединению, что и выемочный комбайн или лавный конвейер, А;
- сумма начальных пусковых токов одновременно включаемых электродвигателей скребкового лавного конвейера, подключенных к данному присоединению, А.
При раздельном пуске этих двигателей
( 24)
Для ПУПП с одним выключателем на два присоединения принимают большее из значений I р. max по (22) - (24); для ПУПП с двумя выключателями значения I р. max определяют по формулам ( 22) и ( 23) или ( 24) для каждого присоединения.
Если от ПУПП получает питание только выемочный комбайн или только лавный скребковый конвейер, I р. max определяют по формулам:
I р. max = I ком.пуск , ( 25)
или
или ( 26)
При одновременном включении нескольких электродвигателей скребкового конвейера, сумма начальных пусковых токов которых превышает 1000 А, допускается при определении тока I р. max по формулам ( 23) и ( 26) в расчет принимать сумму фактических пусковых токов этих электродвигателей.
8 . Выбранная уставка тока срабатывания реле проверяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в защищаемом присоединении. При этом отношение (кратность) расчетного минимального тока двухфазного короткого замыкания к уставке тока срабатывания реле должно удовлетворять условию
( 27 )
где K ч = 1,5 - коэффициент чувствительности защиты.
9 . Выбор и проверку уставки тока срабатывания реле защиты с ограниченно зависимой от тока выдержкой времени и токовой отсечкой мгновенного действия, у которых значения тока уставки от перегрузки проградуированы на шкале по первичному току срабатывания защиты от перегрузки I у.п , производят исходя из условия:
I у = K о I у.п ³ I р. max ; ( 28)
( 29 )
( 30 )
где K о - кратность тока отсечки реле защиты;
I у.п - уставка тока срабатывания реле защиты от перегрузки по первичному току, А;
K п - принятая кратность тока перегрузки (%) относительно рабочего тока электроприемников I р в защищаемом присоединении, А.
Значение рабочего тока I р определяют как
( 31)
где - сумма номинальных токов электроприемников (электродвигателей), подключенных к защищаемому присоединению, А.
Численные значения кратности тока отсечки (дискретные или в % от тока уставки I у.п ) указываются в инструкции по эксплуатации (техническом описании) ПУПП, комплектных устройств (станций) управления или приводятся в технической характеристике аппарата защиты. Для фазочувствительных реле, различающих ток короткого замыкания и пусковой ток наибольшего по мощности электродвигателя, кратность тока отсечки K о следует принимать не менее 2.
Значение тока уставки защиты от токов короткого замыкания I у указывают на схеме электроснабжения участка в условном обозначении ПУПП, комплектного устройства (станции) управления, а также обозначают четкой надписью на самих ПУПП и коммутационных аппаратах.
При изменении параметров схемы электроснабжения участка (удлинении или изменении (уменьшении) сечения кабелей, питающих РПП-6, РПП-3 (3,3) кВ или электродвигатели забойных машин) принятое значение тока уставки проверяют по формуле ( 27).
4 . ВЫБОР И ПРОВЕРКА УСТАВОК ТОКА СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА И ПЛАВКИХ ВСТАВОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
10 . Защита вторичной обмотки (обмоток) силового понижающего трансформатора и участка цепи от зажимов этой обмотки до подключенного к ним защитного аппарата (выключателя) от минимальных токов короткого замыкания должна осуществляться аппаратом защиты, установленным со стороны первичной обмотки этого трансформатора.
Защита этого трансформатора и указанного участка цепи напряжением до 1200 В может осуществляться как реле максимального тока, так и предохранителями.
11 . Выбор и проверку уставок тока срабатывания реле максимального тока производят по формулам:
( 32 )
( 33)
где I у - уставка реле максимального тока, А; указывается в инструкции (руководстве) по эксплуатации выемочного комбайна;
I вн.т.п - номинальный ток на стороне первичной обмотки силового понижающего трансформатора, А;
I пуск - начальный пусковой ток наиболее мощного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, присоединенного к вторичной обмотке этого трансформатора, А;
K т.п - коэффициент трансформации для междуфазных напряжений:
( 34 )
здесь U вн.т.п , U нн.т.п - соответственно номинальное высшее (ВН) и низшее (НН) напряжение трансформатора, кВ; U вн.т.п = 3 (3,3) кВ;
I (2)к.з.т - расчетный минимальный ток двухфазного короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора, приведенного к первичной стороне, А; определяют по формуле ( 9 ).
При отсутствии каталожных (справочных) данных можно принять:
для трансформатора номинальной мощностью S ном.т.п (кВА)
( 35 )
для электродвигателя с короткозамкнутым ротором
I пуск = 6,5 I ном , ( 36)
где 6,5 - кратность пускового тока;
I ном - номинальный ток электродвигателя, А.
12 . Номинальный ток плавкой вставки предохранителей, установленных со стороны первичной обмотки силовых понижающих трансформаторов для защиты вторичной обмотки (обмоток) от минимальных токов двухфазного короткого замыкания, определяют исходя из условия
( 37 )
где I в - номинальный ток плавкой вставки, А;
2 ,5 - коэффициент, обеспечивающий неперегорание плавкой вставки при редких пусках и быстром разворачивании электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Для установки принимается плавкая вставка со значением ее номинального тока, ближайшим к расчетному; указывается в инструкции (руководстве) по эксплуатации выемочного комбайна.
13 . Отношение (кратность) расчетного минимального тока двухфазного короткого замыкания на вторичной обмотке (обмотках) трансформатора, приведенного к первичной стороне, к номинальному току плавкой вставки должно удовлетворять условию
( 38 )
где ток I (2)к.з.т определяют по формуле ( 9).