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;

F_i , 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 F_i ;

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 F_i , 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 , и_к.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 и_к.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 × с^1/2 × 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 × с^1/2 × 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 (К_о) 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).