Электрооборудование технологических установок горных предприятий

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
УСТАНОВОК ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 
Учебник 
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
1 

УДК 622.012.2:621.316 
ББК 33:31.26 
Э45 
Рекомендовано ученым советом ГОУВПО 
«Донецкий национальный технический 
университет»  в качестве учебника для 
студентов высших учебных заведений,  
протокол № 6 от 04.09.2015 г.  
А в т о р ы :  
К. Н. Маренич, В. В. Калинин, Ю. В. Товстик, И. Я. Лизан, В. В. Коломиец 
Р е ц е н з е н т ы :  
заведующий кафедрой восстанавливаемых источников энергии 
ГВУЗ «Национальный горный университет» (г. Днепропетровск)  
д-р техн. наук, проф. Ф. П. Шкрабец; 
заведующий отделом проблем управления магнитным полем  
Научно-технического центра магнетизма технических объектов (г. Харьков)  
Национальной академии наук Украины д-р техн. наук, проф. Б. И. Кузнецов; 
заместитель директора ГУ «Макеевский НИИ 
по безопасности работ в горной промышленности» (г. Макеевка, Донецкая обл.)  
д-р техн. наук, проф. В. П. Коптиков  
Э45  
Электрооборудование технологических установок горных предприятий : 
учебник / [К. Н. Маренич и др.]. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 272 с. : 
ил
 
., табл.  
ISBN 978-5-9729-0790-8
Изложены основные положения относительно применения электрооборудования,  
вопросы электробезопасности и средств защиты, а также вопросы проектирования, расчёта  
и выбора электрооборудования для предприятий с особо опасными условиями труда. Освещены вопросы обеспечения взрывозащиты рудничного электрооборудования и защиты персонала предприятия от электропоражения. 
Для студентов, изучающих горную электротехнику. Может быть полезно инженернотехническим работникам, занимающимся вопросами электроснабжения горных предприятий. 
УДК 622.012.2:621.316 
ББК 33:31.26 
ISBN 978-5-9729-0790-8 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

СОДЕРЖАНИЕ  
Предисловие  .......................................................................................... 6 
Раздел 1. Основные положения по применению  
электрооборудования 
......................................................... 8 
1.1 Опасности, связанные с применением электрооборудования .. 8 
1.2 Нормативная документация по применению 
электрооборудования 
.................................................................. 12 
1.3 Классификация электроустановок и электрооборудования 
.... 15 
1.4 Предупреждение взрывов от электрического тока .................. 20 
1.5 Предупреждение пожаров от электрического тока 
.................. 24 
Раздел 2. Защита человека от поражения электрическим  
током  
.................................................................................. 29 
2.1 Общие сведения  ......................................................................... 29 
2.2 Действие электрического тока на организм человека ............. 31 
2.3 Условия поражения человека электрическим током  
при прикосновении к токоведущим частям 
.............................. 35 
2.4 Влияние состояния изоляции на безопасность и надёжность  
эксплуатации электрооборудования 
.......................................... 40 
2.5 Защитное шунтирование на землю повреждённой фазы ........ 45 
2.6 Защита от утечек тока на землю ................................................ 47 
2.7 Защита от утечек тока на землю в системах электроснабжения  
с частотным управлением электроприводами  
горных машин 
.............................................................................. 59 
2.8 Защита от утечек тока на землю в электросети  
с выпрямителями 
......................................................................... 71 
2.9 Условия поражения человека током при касании  
нетоковедущих элементов электроустановок .......................... 73 
2.10 Устройство защитного заземления на поверхности ................ 81 
2.11 Устройство заземления в подземных выработках ................... 85 
2.12 Защитное зануление 
.................................................................... 87 
Раздел 3. Средства защиты от аварийных и ненормальных  
режимов работы электроустановок ............................. .96 
3.1 Аварийные и ненормальные режимы работы  
электрооборудования 
.................................................................. 96 
3.2 Требования к устройствам защиты ........................................... 98 
3 

3.3 Особенности процесса короткого замыкания ........................ 102 
3.4 Защита от токов короткого замыкания ................................... 108 
3.5 Максимальная токовая защита рудничных  
низковольтных аппаратов ........................................................ 115 
3.6 Дифференциальная токовая защита ........................................ 119 
3.7 Температурная защита электрооборудования 
........................ 121 
3.8 Защита от самопроизвольного включения машин  
и механизмов ............................................................................. 124 
3.9 Защита от токовой перегрузки 
................................................. 127 
3.10 Устройства защитного отключения электродвигателя  
при стопорении 
.......................................................................... 133 
 
Раздел 4. Компоновка и электрооборудование подстанций  
и распределительных устройств  
на поверхности шахт ..................................................... 136   
4.1 Типы подстанций и распределительных устройств 
............... 136 
4.2 Система сборных шин .............................................................. 140 
4.3 Реакторы..................................................................................... 146 
4.4 Защита от перенапряжений ...................................................... 149 
 
Раздел 5. Взрывозащита рудничного электрооборудования ... 160  
5.1 Уровни взрывозащиты электрооборудования 
........................ 160 
5.2 Виды взрывозащиты электрооборудования ........................... 164 
5.3 Область применения электрооборудования ........................... 182 
 
Раздел 6. Трансформаторы и комплектные  
трансформаторные подстанции  ................................. 185 
6.1 Общие положения ..................................................................... 185 
6.2 Трансформаторы и комплектные трансформаторные  
подстанции для электроустановок поверхности  ................... 187 
6.3. Рудничные взрывобезопасные трансформаторы и КТП ......... 190 
 
Раздел 7. Коммутационные аппараты ......................................... 197  
7.1 Основные понятия и определения ........................................... 197 
7.2 Автоматические выключатели  
................................................ 202 
7.3 Разъединители и выключатели нагрузки  ............................... 206 
7.4 Выключатели высокого напряжения 
....................................... 208 
7.5 Комплектные распределительные устройства (КРУ)  
общего назначения 
.................................................................... 214 
4 
 

7.6 Взрывозащищённые комплектные распределительные  
устройства  
................................................................................... 217 
7.7 Контакторы ................................................................................ 222 
7.8 Магнитные пускатели 
............................................................... 227 
7.9 Станции управления  ................................................................ 237 
7.10 Устройства плавного пуска асинхронных двигателей .......... 240 
7.11 Устройства управления двухскоростными двигателями ...... 243 
7.12 Комплектные распределительные устройства 
участковых трансформаторных подстанций .......................... 244 
 
Раздел 8. Шахтные кабели  ............................................................ 248 
8.1 Общие сведения  ....................................................................... 248 
8.2 Бронированные кабели ............................................................. 252 
8.3 Гибкие и особо гибкие кабели ................................................. 254 
8.4 Присоединение и соединение кабелей .................................... 257 
 
ПРИЛОЖЕНИЯ  .............................................................................. 262 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  
............................................................. 268 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Условием эффективной работы предприятий угольной промышленности является широкое применение электромеханических комплексов технологических установок шахт. Важное место в этом занимает автоматизация горно-технологических процессов. Именно 
применение технических средств автоматизации способствует улучшению условий и повышению уровня безопасности труда, увеличению его производительности. Таким образом, автоматизация горнотехнологических процессов является одним из важнейших факторов 
обеспечения высоких показателей добычи угля – важнейшего энергетического ресурса государства.   
Решение задач автоматизации технологических процессов в значительной степени определяется качеством подготовки специалистов 
в области разработки и эксплуатации средств промышленной автоматизации. В подавляющем большинстве функции автоматического 
контроля и управления касаются электрических аппаратов и электротехнических комплексов – силового электрооборудования технологических машин и установок промышленных предприятий. Поэтому 
специалист в области автоматизации горно-технологических процессов должен быть хорошо осведомлён в вопросах построения и применения силового электрооборудования технологических установок 
шахт, других родственных энергоёмких производств. Это тем бóлее 
важно, поскольку речь идёт о безопасной и эффективной эксплуатации рудничного электрооборудования в потенциально опасных условиях горных предприятий. 
Учитывая это, в учебнике особое внимание уделено освещению 
вопросов обеспечения взрывозащиты рудничного электроборудования, защиты персонала предприятия от электропоражения при эксплуатации силовых электрических аппаратов и устройств в условиях 
шахты. В учебнике содержится актуальная научно-техническая информация относительно рудничного электрооборудования как применяемого в промышленности, так и его перспективных разработок 
отечественных и ведущих зарубежных производителей. Всё это создаёт возможность формирования у студентов системы знаний по 
теории электроснабжения горных предприятий и особенностей 
устройства и применения рудничного электрооборудования. 
Подготовка учебника основана на многолетнем опыте преподавания учебных дисциплин по изучению к общепромышленного  
6 
 

и рудничного электрооборудования преподавателями кафедры «Горная электротехника и автоматика им. Р. М. Лейбова» (К. Н. Маренич, 
В. В. Калинин, Ю. В. Товстик) Донецкого национального технического университета (ДонНТУ, г. Донецк) и электротехнического факультета* (И. Я. Лизан, В. В. Коломиец) Украинской инженернопедагогической академии при подготовке специалистов по направлению «Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии». 
Раздел 2.6 учебника подготовлен к.т.н., доцентом Дубининым Сергеем Васильевичем **(ДонНТУ). 
_____________________ 
* сведения по состоянию на 2009 г. – год издания базовой версии данного учебника
** с 2014 г. – доцент Белорусского национального технического университета
7 

РАЗДЕЛ 1 
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
  
Учебной целью раздела является рассмотрение особенностей 
опасных состояний, являющихся специфическими при эксплуатации 
электроэнергетического оборудования. Результатом освоения студентами материала раздела является умение классифицировать 
электроустановки и электропомещения в соответствии со спецификой их эксплуатации, знание принципов предупреждения взрывов метано-воздушной смеси и пожаров на горных предприятиях вследствие возникновения аварийных состояний электрооборудования. 
 
1.1 ОПАСНОСТИ, СВЯЗАННЫЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ  
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
 
Применение электрооборудования сопряжено с опасностями: 
поражения человека электрическим током, взрыва газовых, пылевоздушных смесей (при достаточной их концентрации), пожара (вследствие воспламенения горючих материалов). К опасностям от применения электрооборудования следует отнести также механическое 
травмирование людей при внезапном непредвиденном включении 
машин и механизмов из-за повреждения цепей управления силовыми 
коммутационными аппаратами. 
В условиях ведения подземных горных работ степень и последствия опасностей, связанных с эксплуатацией рудничных электроустановок существенно повышаются. Это требует создания более 
безопасного электрооборудования и систем электроснабжения. 
Опасность взрыва обусловлена тем, что электрооборудование 
размещается в выработках с высокой вероятностью образования 
взрывоопасных концентраций метана либо угольной пыли в воздухе. 
Большую опасность представляют пожары в шахтах. Значительная протяжённость кабельных линий в выработках с интенсивной 
вентиляцией и отсутствие постоянного надзора за каждой подземной 
электроустановкой, состоянием кабельных сетей способствует быстрому развитию пожара. Возникает опасность обрушения выработок 
вследствие выгорания деревянных элементов крепи, смертельного 
отравления персонала угарным газом.  
8 
 

Опасность поражения человека электрическим током в шахте 
обусловлена стеснённостью пространства, сыростью, агрессивностью 
окружающей среды, интенсивной запылённостью. Насыщение рудничного воздуха агрессивной влагой затрудняет поддержание хорошего состояния изоляции электроустановок. В этих условиях повышены вероятность контакта человека с их элементами, находящимися 
под напряжением и тяжесть последствий электротравмы. Опасность 
электротравматизма усугубляется переводом электроприводов технологических установок шахты на более высокие уровни напряжений в 
связи с повышением мощностей горных машин.   
Повышенная опасность применения электрооборудования в 
шахте обусловлена специфическими условиями и режимами работы 
машин и электроустановок. К важнейшим факторам, оказывающим 
влияние на безопасность применения электрооборудования, относят 
следующие [1, 2, 3, 4]. 
1. Высокая вероятность образования взрывоопасной атмосферы (метана в смеси с воздухом, взвешенной в воздухе угольной пыли) 
происходит при нарушении режима проветривания выработок. Интенсивно концентрация метана нарастает при внезапных выбросах 
угла и газа, суфлярных выделениях и ведении взрывных работ.  
2. Ограниченность пространства, обусловленная размерами 
горных выработок, приводит к созданию условий массового соприкосновения людей с оболочками электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждения изоляции и, 
следовательно, повышению опасности поражения человека электрическим током. Вследствие ограниченности пространства вблизи мест 
компактного расположения электрооборудования могут находиться 
горючие материалы: уголь, деревянная крепь и т.п., что повышает 
пожароопасность. При установке электрооборудования в выработках 
с ограниченным пространством существует вероятность его повреждения рабочими органами горных и транспортных машин, либо 
вследствие обрушений кровли, боковых пород.  
3. Факторы внешней окружающей среды: 
x высокая относительная влажность, достигающая 100 % при 
температуре воздуха +40 qС, наличие капежа и сильная обводнённость горных выработок; 
x большая химическая агрессивность шахтной атмосферы, содержащей окислы серы и азота, сероводород, углекислый газ и воды, имеющей естественную кислотную или щелочную реакцию; 
9 
 

x высокая запылённость воздуха, приводящая к оседанию пыли 
на оболочках электрооборудования и проникновение ее 
внутрь оболочек. 
Эти факторы вызывают повышенный нагрев электрооборудования, ускоренное старение изоляции, смазочных и резиновых материалов, коррозию металлических частей. Вследствие влияния указанных 
факторов снижается сопротивляемость организма человека действию 
электрического тока. 
4. Постоянное или периодическое перемещение или передвижение машин и электроустановок, обусловленное технологией ведения 
горных работ, приводит к значительным механическим воздействиям 
на объекты электрооборудования, необходимости их многократного 
монтажа и демонтажа в стеснённых подземных условиях, что снижает ресурс последних. 
5. Повышенные вибрационные или ударные нагрузки (при доставке или жёсткой стыковке электрооборудования с корпусами горных машин) вызывают отказы различных элементов электроустановок, ослабление затяжки креплений их силовых шин. 
6. Влияние биологических факторов. При высокой температуре и 
влажности на изоляции и металлических частях электрооборудования 
возможно образование плесени, грибков и т.д., снижающих его 
надёжность и безопасные свойства. 
7. Плохая освещённость работ затрудняет выполнение качественного монтажа и ремонта электрооборудования, надлежащего 
надзора за его работой. 
8. Специфические условия трудовой деятельности горнорабочих связаны с физическими перегрузками, наличием личного снаряжения, требуемого по условиям безопасности, обусловливают необходимость выполнения работ в позах, неестественных для человека 
(лежа или на коленях). Это приводит к нарушению точности, замедлению движений, ослаблению внимания к опасностям. 
9. Непрерывная работа установок, обеспечивающих безопасные условия труда в шахте (вентиляторные, водоотливные и подъёмные установки, а также подстанции и распределительные пункты,  
от которых они питаются). 
Безопасность эксплуатации электроустановок на шахтах обеспечивают соответствующими техническими решениями их конструкций, высоким качеством изоляции (в соответствии с нормативными 
документами), квалифицированным монтажом, обслуживанием, ре10