środek profilaktyczny jest właściwą drogą do osiągnięcia podstawowego celu ochrony, którym jest wysokie bezpieczeństwo elektryczne ludzi i urządzeń.

Podobne dokumenty
Ciągła kontrola stanu izolacji sieci zasilających i sterowniczych

Bezpieczeństwo Niezawodność

Energia odnawialna. Specjaliści od zarządzania bezpieczeństwem. Niezawodne i efektywne wykorzystanie mocy natury

str. 1 Temat: Wyłączniki różnicowo-prądowe.

Kontrola izolacji odbiorników odłączonych od napięcia. Maciej Sałasiński Biuro Projektów i Usług Inwestorskich PRO-MAC

Zarządzanie bezpieczeństwem elektrycznym w inteligentnych budynkach

Ochrona instalacji elektrycznych niskiego napięcia przed skutkami doziemień w sieciach wysokiego napięcia

Maciej SAŁASIŃSKI Biuro Projektów i Usług Inwestorskich PRO-MAC. Zarządzanie bezpieczeństwem elektrycznym w obiektach przemysłowych

Poznanie budowy, sposobu włączania i zastosowania oraz sprawdzenie działania wyłącznika różnicowoprądowego i silnikowego.

a) zasady budowy, działania oraz warunków technicznych obsługi urządzeń, instalacji i sieci:

WYŁĄCZNIKI RÓŻNICOWOPRĄDOWE SPECJALNE LIMAT Z WBUDOWANYM ZABEZPIECZENIEM NADPRĄDOWYM FIRMY ETI POLAM

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

Załącznik Nr 2 do SIWZ. Zestawienie parametrów technicznych Zestawu zasilającego IT

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Lekcja 56. Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektrycznych na napięcie powyżej 1 kv

Katalog Techniczny - Aparatura Modułowa Redline (uzupełnienie do drukowanej wersji Aparatura modułowa i rozdzielnice instalacyjne )

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

Kurs serwisowania samochodów elektrycznych i hybrydowych. Budowa układu napędowego samochodu hybrydowego i elektrycznego;

Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym

Pomiary rezystancji izolacji

Zasadniczą funkcją wyłącznika różnicowoprądowego jest ochrona przed porażeniem porażeniem prądem elektrycznym. Zadaniem wyłącznika różnicowoprądowego

WERSJA SKRÓCONA ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego Państwowy Instytut Badawczy

Praca przy obsłudze i konserwacji urządzeń elektroenergetycznych

Opis techniczny. 1. Przepisy i normy. 2. Zakres opracowania. 3. Zasilanie.

Instytut Elektrotechniki i Automatyki Okrętowej. Część 11 Ochrona przeciwporażeniowa

Trójfazowy wymuszalnik Wysokiego Napięcia " EMEX 2,5 kv " Instrukcja obsługi

4.1. Kontrola metrologiczna przyrządów pomiarowych 4.2. Dokładność i zasady wykonywania pomiarów 4.3. Pomiary rezystancji przewodów i uzwojeń P

ZASILACZE BEZPRZERWOWE

Zasilacz UPS na szynę DIN Phoenix Contact QUINT-UPS/ 1AC/1AC/500VA, 120 V/AC / 230 V/AC, 120 V/AC / 230 V/AC, 5.2 A

2. ZASILANIE ELEKTRYCZNE KOTŁOWNI

Problemy wymiarowania i koordynacji zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych

LOKALIZATOR PRZENOŚNY KDZ-3C.

Dokumentacja układu automatyki SZR PA1001-KM

Kryteria doboru wyłącznika różnicowoprądowego

MIERNIK DOZIEMIENIA MD-08 URZĄDZENIA POMIAROWO MONITORUJĄCE

6. URZĄDZENIA OCHRONNE RÓŻNICOWOPRĄDOWE

PRZYKŁADOWE ZADANIE. Do wykonania zadania wykorzystaj: 1. Schemat elektryczny nagrzewnicy - Załącznik 1 2. Układ sterowania silnika - Załącznik 2

LOKALIZATOR PRZENOŚNY KDZ-3C. 1. WSTĘP. 2. Zastosowanie. 3. Budowa. System kontroli doziemienia KDZ-3. ZPrAE Sp. z o.o. 1

PL B1. Sposób i układ tłumienia oscylacji filtra wejściowego w napędach z przekształtnikami impulsowymi lub falownikami napięcia

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

Miejscowość:... Data:...

Układy przekładników napięciowych

Sposoby ochrony przeciwporażeniowej i przeciwpożarowej w urządzeniach energoelektronicznych

BADANIE WYŁĄCZNIKA RÓŻNICOWOPRĄDOWEGO

Organizacja pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych

SKUTECZNOŚĆ CZUJNIKÓW PRZEPŁYWU PRĄDU ZWARCIOWEGO PODCZAS ZWARĆ DOZIEMNYCH OPOROWYCH

Środki ochrony przeciwporażeniowej część 2. Instrukcja do ćwiczenia. Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa. Ćwiczenia laboratoryjne

WYKONYWANIE ODBIORCZYCH I OKRESOWYCH SPRAWDZAŃ INSTALACJI NISKIEGO NAPIĘCIA ORAZ WYKONYWANIE INNYCH POMIARÓW

Lekcja Zabezpieczenia przewodów i kabli

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-150RB-xx SPBZ

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

Układ samoczynnego załączania rezerwy

EDS460/490 EDS461/491

Wskazówki dotyczące eksploatacji generatora fotowoltaicznego PV z uziemieniem

Lekcja Układy sieci niskiego napięcia

PL B1. POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL BUP 17/17. JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL WUP 03/18

Oferta badawcza Politechniki Gdańskiej dla przedsiębiorstw

Wykonanie prototypów filtrów i opracowanie ich dokumentacji technicznej

STUDIA I STOPNIA STACJONARNE ELEKTROTECHNIKA

Przemienniki częstotliwości i ich wpływ na jakość energii elektrycznej w przedsiębiorstwie wod.-kan.

WARUNKI TECHNICZNE ODBIORU

Pomiary Elektryczne. Nr 1/E I/VI/2012

Analiza dzia³ania centralnych zabezpieczeñ up³ywowych z pomocniczym Ÿród³em pr¹dowym pracuj¹cych w uk³adzie omomierza szeregowego

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Przedmowa do wydania czwartego Wyjaśnienia ogólne Charakterystyka normy PN-HD (IEC 60364)... 15

Wpływ mikroinstalacji na pracę sieci elektroenergetycznej

Środek ochrony Izolacja podstawowa części. Przegrody lub obudowy Przeszkody. Umieszczenie poza zasięgiem ręki

Zasady wykonania instalacji elektrycznych do zasilania urządzeń teleinformatycznych Zasilanie Serwerowni Szkolnych i Punktów Dystrybucyjnych 1

7. WYŁĄCZNIKI PRZECIWPORAŻENIOWE RÓŻNICOWOPRĄDOWE I WARUNKI ICH STOSOWANIA

Spis treści SPIS TREŚCI

1. Wiadomości ogólne 1

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-201B, PWS-201RB

PROBLEMY ŁĄCZENIA KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH

Karta Opisu Przedmiotu

Zabezpieczenia ziemnozwarciowe. Kryteria, dobór oraz własności

ĆWICZENIE NR 5 BADANIE ZABEZPIECZEŃ ZIEMNOZWARCIOWYCH ZEROWO-PRĄDOWYCH

Kompensacja mocy biernej maszyny wyciągowej

bezpieczeństwo elektryczne dla e-mobility

BHP.pl. Utworzono : 04 grudzieĺ Model : KaBe Egzamin kwalifikacyjny elektryka w pytaniach i odpowiedziach. Producent : KaBe, Krosno

MAŁA PRZYDOMOWA ELEKTROWNIA WIATROWA SWIND 3200

PROTOKÓŁ SPRAWDZEŃ ODBIORCZYCH/OKRESOWYCH INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH

ALGORYTMY OBLICZENIOWE - wykorzystanie danych pomiarowych z liczników bilansujących na stacjach SN/nn

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-150RB

BADANIE IZOLOWANEGO STANOWISKA

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-100RB-2

Trójfazowy wymuszalnik Wysokiego Napięcia. " EMEX 10 kv " Instrukcja obsługi. wydanie 1. GLIWICE 2008 r.

Zalety rozdzielnic SN typu MILE wyposażonych w wyłączniki o napędzie magnetycznym

VIESMANN. Instrukcja montażu. Zestaw uzupełniający AM1. Wskazówki bezpieczeństwa. dla wykwalifikowanego personelu

Andrzej Boczkowski. Wymagania techniczne dla instalacji elektrycznych niskiego napięcia w budynkach. Vademecum

Karta Opisu Przedmiotu

Rozdzielnice potrzeb własnych standard Evolution

Przekaźnik napięciowo-czasowy

Elektroniczne Systemy Przetwarzania Energii

Przykładowe rozwiązanie zadania dla zawodu technik elektryk

Ochrona przeciwporażeniowa przez samoczynne wyłączanie zasilania aktualne wymagania, sprawdzanie, obwody z przekształtnikami.

DLA ELEKTROMONTERÓW SPRZĘTU ELEKTRYCZNEGO O NAPIĘCIU DO 1kV ZATRUDNIONYCH W RUCHU PODZIEMNYCH ZAKŁADÓW GÓRNICZYCH

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-500B

Wyłączniki różnicowoprądowe FRCmM

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWR-10B-12

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 129 Maciej Sałasiński, Jarosław Mielczarek Biuro Projektów i Usług Inwestorskich PRO-MAC, Łódź NOWE PODEJŚCIE DO PROBLEMU ZAKŁÓCEŃ W SIECIACH PRZEMYSŁOWYCH NISKIEGO NAPIĘCIA NEW APPROACH TO DISTORTION IN LOW VOLTAGE INDUSTRIAL NETWORK Abstract: This article describes problem caused by low insulation resistance and methods continuous monitoring of residual currents in earthed industrial networks or insulation resistance in unearthed networks. Especially phenomenon caused by energoelectronic converters are taken into account, like DC leakage currents, large earth capacitances, high harmonic distortions. Methods are described separately for earthed (TN, TT) and for unearthed (IT) systems. Additionally article shows possibility of continuous insulation condition control of unsupplied motors, to keep them on standby. 1. Wstęp Stałe dążenie do poprawy bezpieczeństwa ludzi i urządzeń oraz pewności zasilania zaowocowało nowymi rozwiązaniami, nadającymi się do zastosowania w przemyśle. Ważną rolę pełni w nich kontrola stanu oraz lokalizacja uszkodzeń izolacji elektrycznej przemysłowych sieci zasilających, sterowniczych i sygnalizacyjnych. W polskich zakładach przemysłowych następuje coraz szersze zrozumienie dla konieczności wdrażania nowoczesnej techniki bezpieczeństwa oraz skutecznej poprawy pewności zasilania. Świadomość możliwych skutków i dotkliwości strat w produkcji wywołanych awariami i niespodziewanymi wyłączeniami użytkowanych instalacji powodują, że liczba tych zakładów z roku na rok wzrasta. Dynamika wzrostu wydaje się jednak za mała wobec konieczności zwiększania konkurencyjności przemysłu rodzimego wobec standardów europejskich. Jedną z przyczyn takiej sytuacji jest zbyt mały krąg fachowców elektryków znających dzisiejsze możliwości techniczne poprawy bezpieczeństwa przemysłowych instalacji elektrycznych niskiego napięcia. Celem artykułu jest przekazanie w skondensowanej formie wiadomości przydatnych dla projektantów i przyszłych użytkowników rozległych sieci przemysłowych, szczególnie tych obarczonych zakłóceniami wynikającymi z coraz częstego stosowania energoelektronicznych układów przekształtnikowych. 2. Znaczenie rezystancji izolacji dla zapewnienia odpowiedniej ochrony Awaria systemu energetycznego powstaje w wyniku działania splotu okoliczności stanowiących elementy ryzyka w łańcuchu zdarzeń. Wystarczy często wyeliminować jedno - najsłabsze ogniwo tego łańcucha, aby szkodzie zapobiec. Stan i jakość izolacji elektrycznej jest takim newralgicznym ogniwem. Konsekwentne działania konserwacyjne i profilaktyczne zasadniczo poprawiają ten stan. Podczas eksploatacji, w wyniku działania różnorodnych zagrożeń, izolacja traci stopniowo swoje właściwe parametry elektryczne i mechaniczne. Do zagrożeń pochodzenia elektrycznego zaliczyć należy przepięcia, przetężenia, zmiany częstotliwości, udary piorunowe oraz wpływ pola magnetycznego. Zagrożeniem mechanicznym mogą być udary, drgania, zginanie, zgniatanie oraz wnikanie ciał obcych (np. gwoździ). Wpływ otoczenia poprzez oddziaływanie wilgotności, temperatury, chemii, agresywnych oparów i zabrudzeń również przyczynia się w znacznym stopniu do degradacji izolacji. W poważnym stopniu zagrażają jej także rośliny i zwierzęta, w tym powodujące szereg uszkodzeń gryzonie oraz ptaki. Odzwierciedleniem działania wymienionych zagrożeń jest w praktyce wartość rezystancji izolacji, która w całym okresie eksploatacji sieci stopniowo maleje. Po osiągnięciu wartości krytycznej lub uszkodzeniu izolacji, zadziałaniem wyłączających układów ochrony nad- lub różnicowoprądowej jest nagła i niespodziewana przerwa w zasilaniu. Niespodziewane zadziała-

130 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 nie zabezpieczeń może spowodować przerwanie produkcji, utratę danych i utratę produktu. Szkody i koszty osiągają wtedy znaczne rozmiary. Zapobiec temu można poprzez ciągłą kontrolę stanu izolacji i jak najwcześniejsze wykrywanie i lokalizowanie miejsc, w których zachodzą niekorzystne zmiany. Jedynie stałe monitorowanie stanu izolacji sieci jest w stanie dać wystarczająco wcześnie informację ostrzegawczą o zachodzących zmianach, a przez to umożliwić podjęcie odpowiednio szybko działań zapobiegawczych i niedopuszczenie do osiągnięcia stanu, przy którym konieczne jest działanie zabezpieczeń i przerwa w dostawie energii. Ten środek profilaktyczny jest właściwą drogą do osiągnięcia podstawowego celu ochrony, którym jest wysokie bezpieczeństwo elektryczne ludzi i urządzeń. 3. Skutki doziemień w sieciach z uziemionym i izolowanym punktem neutralnym Pierwsze doziemienie w sieciach pracujących z uziemionym punktem neutralnym (układ TN i TT) wywołane uszkodzeniem izolacji powoduje przepływ dużego prądu ograniczonego jedynie rezystancją uziomu i rezystancją miejsca uszkodzenia. Jeżeli prąd ten jest większy od prądu zadziałania bezpiecznika, mamy do czynienia z nagłą i nieprzewidzianą przerwą zasilania, czemu zwykle towarzyszą nie planowane, często znaczne koszty dodatkowe. Duże prądy doziemieniowe grożą porażeniem ludzi i uszkodzeniem kosztownych nieraz urządzeń. Z tego powodu w sieci TN stosuje się uziomy o niskiej rezystancji, co jest kosztownym i często trudnym do realizacji przedsięwzięciem. Z kolei jeżeli prądu doziemienia jest ograniczony przez dostatecznie wysoką rezystancję doziemną i bezpiecznik nie zadziała, pojawia się zagrożenie pożarowe. W sprzyjających warunkach do inicjacji płomienia wystarczy zaledwie 60W mocy ciągłej traconej na rezystancji doziemienia (w sieci 230V odpowiada to prądowi doziemnemu około 260mA). W sieciach izolowanych (układ IT) przy pierwszym doziemieniu wywołanym uszkodzeniem izolacji płynie prąd, który jest ograniczony całkowitą pojemnością aktywnych części sieci względem ziemi, rezystancją miejsca uszkodzenia oraz rezystancją uziemienia. Wartość pojemności zwykle nie przekracza pojedynczych mikrofaradów i tylko w specyficznych warunkach (bardzo rozległe sieci przemysłowe, rozbudowane instalacje pokładowe dużych jednostek pływających czy rozległe sieci kopalniane) może dochodzić do kilkudziesięciu, a nawet kilkuset mikrofaradów. Z powodu małej wartości doziemnego prądu pojemnościowego zabezpieczenia nadprądowe zwykle nie działają i sieć mimo pełnego doziemienia może być nadal eksploatowana. Zagrożenie porażeniowe i pożarowe jest dużo mniejsze niż w sieci TN i TT. Należy przy tym pamiętać, że po pierwszym doziemieniu sieć IT przekształca się w sieć uziemioną TN lub TT a więc drugie doziemienie nieuchronnie prowadzi do wyłączenia sieci z pełnymi tego faktu konsekwencjami. Dlatego też to pierwsze doziemienie, czyli powstanie pierwszego uszkodzenia izolacji i sieci trzeba jak najszybciej wykryć, zlokalizować i usunąć. Służą do tego urządzenia do kontroli stanu izolacji i lokalizacji doziemień. Ze względu na swoje przeznaczenie wszelkiego rodzaju sieci sterownicze, sygnalizacyjne i zabezpieczające są wyjątkowo ważnymi elektrycznymi instalacjami przemysłowymi. Od ich niezawodności zależy właściwy przebieg produkcji, pewność pracy urządzeń oraz bezpieczeństwo obsługi. Istnieją także sieci zasilające, w których niezawodność jest sprawą priorytetową, np. sale operacyjne i OIOM, górnicze sieci podziemne, oświetlenie ewakuacyjne. Ze względu na niewrażliwości na pojedyncze doziemienie w takich właśnie sieciach szczególnie zalecane jest stosowanie układu IT z ciągła kontrolą stanu izolacji. 4. Metody kontroli stanu izolacji Do ciągłego nadzoru stanu izolacji w sieciach systemu IT wykorzystuje się przekaźniki kontroli stanu izolacji. Ich zadaniem jest ciągły pomiar rezystancji między siecią a ziemią. Realizuje się je poprzez przyłożenie napięcia pomiarowego i analizy pojawiającego się prądu jest to tzw. metoda czynna pomiaru. Stosowana jeszcze do dzisiaj metoda bierna bazująca na wykrywaniu zmiany symetrii rozkładu napięć w wyniku doziemienia jest niewrażliwa na doziemienia symetryczne a stosując ją nie jesteśmy w stanie podać wartości rezystancji izolacji. Dlatego też obecnie normy dopuszczają stosowanie jedynie przekaźników kontroli stanu izolacji wykorzystujących metodę czynną.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 131 O możliwościach zastosowania określonego przyrządu w konkretnej instalacji decyduje zastosowana metoda pomiarowa. Podczas pomiaru należy bowiem uwzględnić pewne zjawiska występujące w sieci kontrolowanej, zakłócające pomiar. Są to: - składowe stałe napięć w sieci - pojemności doziemne - zmiany napięcia i częstotliwości. Wykorzystywanie przekształtników energoelektronicznych powoduje szczególne nasilenie wymienionych zjawisk. Ich wpływ można wyeliminować stosując odpowiedni kształt napięcia pomiarowego. W najprostszym przypadku może to być napięcie stałe. Specyfika tego rozwiązania powoduje, że przekaźnik może być stosowany jedynie przy sinusoidalnym zasilaniu z sieci prądu przemiennego. Jeżeli do sieci dołączony zostanie prostownik i po stronie stałoprądowej wystąpi doziemienie, to do sieci przedostanie się składowa stała napięcia, która wpłynie na napięcie pomiarowe. Jeżeli napięcia się zsumują, wtedy doziemienie zostanie zasygnalizowane zbyt wcześnie, jeżeli się odejmą zbyt późno. Izometry wykorzystujące napięcie pomiarowe stałe nie mają więc zastosowania w sieciach DC a więc np. typowych sieciach sterowniczych i zabezpieczeniowych stosowanych w energetyce i przemyśle. Także w typowych przetwornicach częstotliwości energia przekształcana jest za pośrednictwem bloku DC mogącego, w przypadku uszkodzenia izolacji, być źródłem napięcia stałego o wysokiej wartości. Dlatego w instalacjach napędowych zalecane jest stosowanie przekaźników stanu izolacji niewrażliwych na składowe stałe. Kolejnym zjawiskiem utrudniającym przeprowadzenie pomiaru jest pojemność doziemna kontrolowanej sieci. Pewna część prądu sieci i prądu pomiarowego upływa przez te pojemności. W Europie jako parametr oceny stanu izolacji przyjmuje się wartość rezystancji a nie całej impedancji izolacji. Dlatego w czasie pomiaru należy rozpatrywać jedynie część czynną prądu upływowego izolacji. Zastosowana metoda pomiarowa powinna w swoim algorytmie uwzględniać fakt powstawania prądu pojemnościowego i być w stanie dokonać poprawnego pomiaru rezystancji izolacji w szerokim zakresie wartość pojemności doziemnej sieci kontrolowanej. Uwzględniając energoelektroniczne układy przekształtnikowe należy pamiętać, że powszechnie stosowane filtry przeciwzakłóceniowe wykorzystują kondensatory połączone do ziemi. Dlatego nawet stosunkowo mała sieć z wieloma przekształtnikami wyposażonymi w filtry RFI może mieć dużą pojemność doziemną. Kolejnym czynnikiem zakłócającym pomiar są zmiany napięcia i częstotliwości w sieci kontrolowanej. Zjawisko to jest istotne zwłaszcza w przypadku układów przekształtnikowych, wprowadzających szczególnie dużo zakłóceń do sieci kontrolowanej. Wpływają one niekorzystnie na układy pomiarowe izometrów i wymagają filtrowania prądu pomiarowego, zwykle mającego niewielką wartość. Tu istotne są zwłaszcza zakłócenia o wysokich częstotliwościach. Jednak problemy mogą spowodować także zakłócenia o częstotliwościach niskich. Wymaganie odporności izometru na składowe stałe i uniezależnienie pomiaru od pojemności doziemnej sieci najłatwiej uzyskać stosując zmienne napięcie pomiarowe. Może się jednak okazać, że okresowe wahania napięcia sieci mogą mieć tę samą częstotliwość, co zmienne napięcie pomiarowe, powodując rozstrojenie układów pomiarowych i błędne odczyty. Algorytm pomiarowy musi więc uwzględniać mechanizmy obrony przed takimi sytuacjami. 5. Lokalizacja doziemień w sieciach IT Jak już wspomniano, po wykryciu pierwszego doziemienia należy jak najszybciej zlokalizować je i usunąć, tak aby następne nie doprowadziło do przerwy w zasilaniu, pożaru lub porażenia. Zastosowanie najbardziej nawet wyrafinowanego technicznie izometru nie wystarczy, jeżeli kontrolowana sieć jest rozległa i zawiera dziesiątki lub setki odpływów. Nakład czasu i kosztów przy tradycyjnej metodzie lokalizacji doziemionego odpływu jest w takim przypadku bardzo wysoki, bowiem sprowadza się w końcu do wyłączenia całości sieci lub jej poszczególnych odgałęzień, co w konsekwencji powoduje czasowe wyłączenie kolejnych odbiorów i wstrzymanie produkcji na mniejszym lub większym odcinku. W pełni uzasadnione jest więc przewidzenie na etapie projektowania lub jeżeli mamy do czynienia z układem już pracującym w czasie eksploatacji, automatycznej lokalizacji doziemień poprzez zastosowanie odpowiedniego systemu. W układzie sieci IT przy pierwszym uszkodzeniu izolacji płynie prąd doziemienia, którego wartość zależy głównie od pojemności sieci. Zasada lokalizacji uszkodzonego odpływu po-

132 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 lega na tym, aby w możliwie krótkim czasie zamknąć obwód prądu doziemieniowego poprzez określoną oporność. Spowoduje to przepływ prądu probierczego, który wykorzystany zostaje jako sygnał pomiarowy. W celu uniknięcia przypadkowych awarii urządzeń i powstania dodatkowych zakłóceń, co jest szczególnie ważne w nowoczesnych sieciach sterowniczych, prąd probierczy powinien być tak ograniczony, aby nie powodować nieprzewidzianych zadziałań elementów sterowniczych. W układach elektroenergetycznych nie zawierających czułych elementów sterowniczych dopuszczalne są wyższe wartości prądu probierczego. Bardzo cennym uzupełnieniem istniejących urządzeń kontroli izolacji jest przenośny system lokalizacji doziemień: może stanowić dopełnienie systemu stacjonarnego w przypadku bardzo rozgałęzionych odpływów a także pełnić samodzielną funkcję jako urządzenie umożliwiające lokalizowanie uszkodzonych odpływów. Jest uniwersalny i może realizować swoje funkcje pomiarowe zarówno w sieci z uziemionym jak i izolowanym punktem neutralnym. W pierwszym przypadku służy do lokalizacji doziemień w sieciach IT, w drugim dokonuje pomiarów prądów różnicowych w poszczególnych obwodach sieci TN lub TT. 6. Kontrola izolacji off-line Odbiorniki odłączone na pewien krótszy lub dłuższy czas od sieci, których praca po załączeniu musi być niezawodna, jak na przykład silniki pomp czy też zaworów uruchamianych w czasie awarii i klęsk żywiołowych powinny być nadzorowane w stanie beznapięciowym przez stosowne urządzenia kontroli izolacji. Kontrolę tę zwaną kontrolą off-line zapewniają specjalne izometry. Ich stosowanie jest coraz częściej wymagane przez towarzystwa ubezpieczające obiekty przemysłowe. Izometr do pracy off-line natychmiast po odłączeniu odbioru od zasilania rozpoczyna ciągły pomiar rezystancji izolacji i alarmuje w przypadku obniżenia się jej wartości poniżej nastawy progowej. Może również uniemożliwić załączenie odbiornika, jeżeli stan jego izolacji jest zły. 7. Kontrola stanu izolacji w sieciach TN Zdecydowana większość przemysłowych sieci elektrycznych pracuje w systemie TN lub TT, a więc ma uziemiony punkt neutralny. Kryterium oceny stanu izolacji stanowi tu wartość prądu upływu do ziemi. Urządzeniami do jego monitorowania są wyłączniki i przekaźniki różnicowoprądowe W typowych instalacjach standardem jest stosowanie wyłączników różnicowoprądowych jako zabezpieczenia przeciwporażeniowego. Próba zabezpieczenia w ten sposób sieci, w której pojawia się energoelektroniczy układ przekształtnikowy napotyka jednak na przeszkody. Najczęściej problemy odczuwają użytkownicy przetwornic częstotliwości. Zwykle przy zastosowaniu tradycyjnych wyłączników różnicowoprądowych klasy A w chwili załączenia zasilania następuje zadziałanie wyłącznika. Spowodowane jest to tym, że w pierwszej chwili ładowane są liczne pojemności doziemne wbudowane w przetwornicę (np. kondensatory w filtrze RFI). Ponieważ pojemności te mają różną wartość w stosunku do poszczególnych faz, co wynika chociażby z tolerancji produkcyjnej powszechnie stosowanych elementów, dlatego prądy ładowania w poszczególnych fazach nie równoważą się co powoduje zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego. Aby tego zjawiska uniknąć, aparat kontrolujący prąd różnicowy musi być selektywny a więc nieczuły na krótkotrwałe zakłócenia pomiarowe. W aparatach przeznaczonych do współpracy z przetwornicami częstotliwości zwłoka ta powinna wynosić przynajmniej kilkadziesiąt milisekund. Kolejnym problemem, który trzeba w tej instalacji rozwiązać jest konieczność reakcji zabezpieczenia na różne rodzaje prądów różnicowych. W zależności od miejsca, w którym wystąpi doziemienie, prąd różnicowy może mieć kształt sinusoidalny (doziemienie na wejściu przetwornicy), pulsujący lub gładki stały (doziemienie na szynie DC) oraz silnie odkształcony z bardzo dużą zawartością harmonicznych (wyjście przetwornicy). Zagrożenie porażeniowe pojawia się niezależnie od kształtu prądu i dlatego, aby kontrola była skuteczna, musi reagować jednakowo przy pojawieniu się każdego z tych prądów lub przez ich kombinację. To wymaganie pokazuje, że do budowy takich zabezpieczeń powinny być stosowane jedynie aparaty różnicowoprądowe typu B jednakowo czułe na dowolne prądy różnicowe. Kolejnym problemem napotykanym przy kontroli prądów upływu jest fakt, że instalacje z przekształtnikami energoelektronicznymi często wyposażane są w filtry przeciwzakłóceniowe powodujące znaczący wzrost prądu

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 133 upływu całej instalacji. Wynika to z dużych pojemności doziemnych wprowadzanych przez kable zasilające i silnikowe (często ekranowane) oraz kondensatory filtrów zakłóceń. Szczególnie dla składowych prądu o wyższych częstotliwościach pojemności te stanowią ścieżkę upływu o niskiej impedancji. Co gorsza, obliczenie poziomu tego prądu upływu przed uruchomieniem instalacji jest praktycznie niemożliwe zależy on od długości, jakości i sposobu ułożenia kabli, parametrów elementów filtra RFI, częstotliwości pracy przekształtnika. Aby właściwie ustawić poziom sygnalizacji ostrzegawczej należy więc najpierw określić ustalony poziom prądu upływu instalacji a następnie ustawić poziom zadziałania w stosunku do wartości ustalonej, pojawiającej się przy poprawnej pracy sieci. Wynika stąd kolejne wymaganie: możliwość nastawiania wartości alarmowej. Rozwiązaniem praktycznym układu do kontroli stanu izolacji w sieci uziemionej może być dobór selektywnego przekaźnika różnicowoprądowego klasy B, który, łącznie z odpowiednio pod względem mocy i szybkości działania dobranym wyłącznikiem, może także stworzyć zespół wyłącznika różnicowoprądowego selektywnego, reagującego na dowolny kształt prądu różnicowego i mającego możliwość nastawiania wartości wyzwalającej. Również w sieciach uziemionych jest wskazany, a często wręcz niezbędny stały nadzór nad jakością izolacji. Funkcję tę pełnią nowoczesne przekaźniki różnicowo- prądowe nowej generacji o nastawialnych w szerokich granicach progach zadziałania alarmu. Są one przystosowane do wszystkich rodzajów prądów (także wygładzonego prądu stałego) i występujących coraz częściej w sieciach zakłóceń spowodowanych wyższymi harmonicznymi. Jak wiadomo, stosowanie w sieciach z zakłóceniami typowych wyłączników lub przekaźników różnicowo-prądowych o charakterystyce typu A mija się z celem i prowadzi z reguły do zbędnych wyłączeń i mylnych informacji. Wykrycie gładkich prądów stałych oraz eliminację zakłóceń impulsowych od pracujących w sieci falowników i przetwornic tyrystorowych umożliwiają przekaźniki o charakterystyce typu B. Przekaźniki te mają wbudowane układy mikroprocesorowe oraz współpracują z odpowiedniej konstrukcji przekładnikami pomiarowymi, eliminującymi zakłócenia płynące z sieci. Kontrola polega na sygnalizowaniu wszelkich przekraczających progi alarmowe prądów różnicowych bez wyłączania monitorowanej sieci, co dostarcza odpowiednio wcześnie niezbędnych i ważnych informacji oraz zabezpiecza urządzenia przed uszkodzeniami. Przekaźniki te w odróżnieniu od klasycznych wyłączników różnicowoprądowych nie wyłączają natychmiast kontrolowanych obwodów, a jedynie dostarczają informacji wyprzedzającej o pogarszaniu się jakości izolacji, co pozwala personelowi eksploatacyjnemu na wcześniejszą reakcję i niedopuszczenie do sytuacji krańcowej, jaką jest wyłączenie sieci. 8. Lokalizacja uszkodzeń izolacji w sieciach TN Dla rozległych i skomplikowanych sieci uziemionych może mieć zastosowanie stacjonarny system lokalizacji uszkodzeń izolacji. Umożliwia on centralne nadzorowanie prądów różnicowych, roboczych, błądzących i innych w rozległych sieciach przemysłowych. Dzięki temu można śledzić stopniowe pogarszanie się stanu izolacji a wykorzystując indywidualnie nastawiane dla każdego kanału ostrzeżenia i alarmy prowadzić planową polityką remontową lub precyzyjnie kierunkować akcję serwisową, w przypadku awarii. 9. Podsumowanie Ciągły nadzór stanu izolacji jest jednym z podstawowych środków zapobiegawczych przed nagłymi wyłączeniami instalacji elektrycznych. Właściwie dobrane elementy i systemy monitoringu pozwalają nie tylko wykryć osiągnięcie stanu awaryjnego, ale także dostarczyć informację wyprzedzającą, pozwalającą na podjęcie zapobiegawczej akcji serwisowej. Przy doborze urządzeń i systemów monitorujących należy jednak zawsze pamiętać o zjawiskach, jakie występują w sieciach kontrolowanych aby uzyskana z nich informacja była rzetelną podstawą do oceny stanu instalacji. Opisane urządzenia i całościowe systemy sprawujące nadzór nad stanem izolacji sieci przemysłowych są już od kilku lat stosowane w polskich obiektach przemysłowych. Realizowana poprzez ciągłą kontrolę sieci strategia dająca priorytet wczesnemu ostrzeganiu o możliwości utraty zasilania lub powstania niebezpieczeństwa dla ludzi i maszyn daje wymierne efekty. Zapewnienie bezpieczeństwa oraz pewności zasilania pozwala uniknąć znacznych szkód i związanych z tym wysokich

134 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 kosztów wynikających z nagłych i nie przewidzianych przerw w zasilaniu spowodowanych działaniem klasycznych urządzeń ochronnych. 10. Literatura [1]. Hofheinz W.: Schutztechnik mit Isolationsüberwachung, VDE-Verlag GmbH-Berlin-Offenbach [2]. Hofheinz W.: Fehlerstrom-Überwachung in elektrischen Anlagen, VDE-Verlag GmbH-Berlin- Offenbach [3]. Feigl H. J., Schumann W.: Urządzenia wyszukujące uszkodzenia izolacji w uziemionych i izolowanych układach sieci o napięciu znamionowym do 1000 V (tłumaczenie z języka niemieckiego referatu promocyjnego firmy Dipl.Ing. W. Bender GmbH & Co KG) [4] Materiały seminaryjne i dane techniczno-handlowe urządzeń firmy Dipl.Ing. W. Bender GmbH & Co KG