Środki ochrony przeciwporażeniowej część 2

Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa
Ćwiczenia laboratoryjne
Instrukcja do ćwiczenia
Środki ochrony
przeciwporażeniowej
część 2
Autorzy:
dr hab. inż. Piotr GAWOR, prof. Pol.Śl.
dr inż. Sergiusz BORON
Gliwice, październik 2011 r.
-1-
1. Zasada działania środków ochrony przy uszkodzeniu w kopalnianych sieciach IT
W podziemiach kopalń, gdzie stosowane są w zasadzie sieci o izolowanym punkcie neutralnym (sieci
IT), ochrona przy uszkodzeniu realizowana jest przez zastosowanie systemu uziemiających przewodów
ochronnych (SUPO), w połączeniu z ciągłą automatyczną kontrolą stanu izolacji doziemnej i zabezpieczeniami ziemnozwarciowymi.
System uziemiających przewodów ochronnych polega na połączeniu części przewodzących dostępnych
(metalowych obudów i osłon) urządzeń elektrycznych ze zbiorem uziomów kopalnianych za pomocą
sieci przewodów ochronnych.
Uziom kopalniany jest to przedmiot metalowy umieszczony w górotworze (w wyrobisku) i tworzący
przewodzące (elektryczne) połączenie z ziemią. Uziomy wykonuje się z prętów, płyt, taśm lub innych
przedmiotów stalowych umieszczonych w skałach (uziomy w skale) lub w zbiornikach wodnych, rząpiach szybów, ściekach kopalnianych (uziomy w wodzie).
W kopalni powinny być wykonane dwa uziomy centralne (w rząpiach szybów lub zbiornikach wodnych)
i uziomy lokalne – przy każdej rozdzielnicy 6 kV oraz każdej przewoźnej stacji transformatorowej i prostownikowej. Wszystkie uziomy połączone są z sobą i z częściami przewodzącymi dostępnymi wszystkich urządzeń elektrycznych siecią przewodów ochronnych, na którą składają się:
• żyły ochronne kabli i przewodów oponowych górniczych,
• ekrany ochronne kabli i przewodów oponowych,
• pancerze stalowe kabli o izolacji z tworzyw sztucznych,
• pancerze stalowe i powłoki ołowiane kabli tradycyjnych (o izolacji papierowo-olejowej),
• gołe linki uziemiające prowadzone wzdłuż tradycyjnych kabli 6 kV.
Uproszczony schemat SUPO w podziemiach kopalń przedstawiono na rys. 1.
Zadaniem SUPO jest ograniczanie wartości napięć dotykowych pojawiających się podczas zwarć doziemnych do wartości dopuszczalnych. Jest to możliwe wówczas, gdy:
a) rezystancja uziemienia każdego z dwóch uziomów centralnych nie przekracza wartości (0,5÷
÷1,5) Ω,
w zależności od wartości prądu ziemnozwarciowego w sieci 6 kV,
b) rezystancja uziemienia każdego uziomu lokalnego nie przekracza 50 Ω,
c) wypadkowa rezystancja uziemienia całego SUPO spełnia nierówność
Rws ≤
U dd
I doz
(1)
w której
Udd – dopuszczalna wartość napięcia dotykowego,
Idoz – wartość prądu ziemnozwarciowego rozpatrywanej sieci.
d) zachowana jest (kontrolowana) ciągłość połączeń wszystkich uziomów.
Dopuszczalne wartości napięć dotykowych zależne są od warunków środowiskowych (rzutujących
w znacznym stopniu na wartość rezystancji ciała człowieka) i dla podziemi kopalń przyjmowane są:
(Udd)AC = 25 V - w niskonapięciowych sieciach prądu przemiennego,
(Udd)AC = f(tz) = (25 ÷50)V – w sieciach średniego napięcia (> 1 kV),
(tz – czas działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych
wyłączających uszkodzoną sieć spod napięcia).
-2-
Rys. 1. Uproszczony schemat systemu uziemiających przewodów ochronnych
-3Kontrola stanu izolacji w sieciach niskonapięciowych realizowana jest przez centralne zabezpieczenia upływowe (CZU) i blokujące zabezpieczenia upływowe (BZU).
Centralne zabezpieczenia upływowe powinny:
a) dokonywać ciągłego pomiaru wypadkowej rezystancji izolacji doziemnej wszystkich odcinków
sieci będących pod napięciem (całej sieci zasilanej z transformatora),
b) spowodować samoczynne, bezzwłoczne wyłączenie sieci spod napięcia, gdy wartość wypadkowa
rezystancji izolacji doziemnej obniży się poniżej wartości granicznej.
Rezystancja zadziałania centralnego zabezpieczenia upływowego nie powinna przekraczać:
4 kΩ w sieci o napięciu znamionowym ≤ 127 V,
7 kΩ w sieci o napięciu znamionowym 220 V,
15 kΩ w sieci o napięciu znamionowym 500 V,
30 kΩ w sieci o napięciu znamionowym 1000 V,
Dodatkowo, centralne zabezpieczenia upływowe mogą dokonywać kompensacji doziemnych prądów
pojemnościowych.
Do podstawowego wyposażenia CZU należą:
• miernik wyskalowany w kiloomach, pozwalający określić wypadkową wartość rezystancji izolacji
(zabezpieczenia przeznaczone do sieci o napięciu do 220V mogą nie posiadać miernika),
• układ do sprawdzania sprawności eksploatacyjnej zabezpieczenia realizowanego przez wykonanie
sztucznego jednofazowego uszkodzenia izolacji,
• układ sygnalizacji i blokady po zadziałaniu,
• urządzenie pozwalające na plombowanie.
Pomiar rezystancji izolacji doziemnej sieci odbywa się prądem stałym o wartości nie większej niż 10 mA,
przy czym źródło prądu pomiarowego włączone jest pomiędzy punkt neutralny sieci i ziemię. Centralne
zabezpieczenia upływowe instalowane są w każdej przewoźnej stacji transformatorowej zasilającej maszyny i urządzenia przodkowe i pomocnicze.
Blokujące zabezpieczenia upływowe przeznaczone są do kontroli stanu izolacji sieci wyłączonej
spod napięcia, a więc uzupełniają działanie centralnych zabezpieczeń upływowych. Rola BZU polega na:
a) samoczynnym pomiarze rezystancji izolacji odcinka sieci wyłączonego spod napięcia,
b) zablokowaniu możliwości załączenia pod napięcie odcinka sieci o uszkodzonej izolacji.
Zabezpieczenie powinno być wyposażone w:
• układ do przeprowadzania kontroli sprawności eksploatacyjnej wykonywanej poprzez wywołanie
sztucznego uszkodzenia izolacji,
• układ sygnalizacji zadziałania.
Blokujące zabezpieczenia upływowe instalowane są we wszystkich łącznikach manewrowych (ŁM) służących do sterowania maszynami górniczymi, a także jako dodatkowy człon blokujący w centralnych
zabezpieczeniach upływowych.
Miejsca zainstalowania i zasadę współpracy centralnych i blokujących zabezpieczeń upływowych przedstawiono na rys. 2.
-4-
Rys. 2. Kontrola stanu izolacji w niskonapięciowej sieci kopalnianej
2. Program ćwiczenia
2.1. Pomiar prądu zwarcia z ziemią, napięć dotykowych i prądu rażeniowego przy
doziemieniu w sieci IT
W modelowym układzie jak na rys. 3 dokonać pomiaru prądu zwarcia z ziemią Idoz (amperomierz
A2), napięcia dotykowego UD (woltomierz V) oraz prądu rażeniowego Ir (amperomierz A1) dla różnych
wartości pojemności doziemnej C0, rezystancji izolacji Riz oraz rezystancji wypadkowej SUPO Rws. Napięcie strony wtórnej transformatora Tr powinno wynosić 500 V. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.
Tabela 1. Wyniki badań przy doziemieniu w modelu sieci kopalnianej IT
C0
Riz
∞
0 µF
100 kΩ
7 kΩ
∞
1 µF
100 kΩ
7 kΩ
Rws
1Ω
5Ω
1Ω
5Ω
1Ω
5Ω
1Ω
5Ω
1Ω
5Ω
1Ω
5Ω
Idoz [A]
Ud [V]
Ir [mA]
-5-
Rys. 3. Schemat układu do pomiaru prądu zwarcia z ziemią, napięcia dotykowego i prądu rażeniowego
przy doziemieniu w sieci IT
2.2. Sprawdzenie działania centralnych zabezpieczeń upływowych (urządzeń kontroli stanu izolacji) w układzie modelowym sieci IT
Dla centralnego zabezpieczenia upływowego wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie należy
przeprowadzić następujące próby i pomiary:
a) sprawdzenie działania za pomocą przycisku „PRÓBA”,
b) pomiar rezystancji zadziałania,
c) sprawdzenie wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej jednej fazy,
d) sprawdzenie wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej wszystkich
trzech faz.
Układ pomiarowy przedstawiono na rys. 4.
Po naciśnięciu przycisku „PRÓBA” znajdującego się na płycie czołowej centralnego zabezpieczenia upływowego należy opisać zachowanie się układu.
Pomiar rezystancji zadziałania przeprowadzić należy używając opornicy dekadowej włączonej pomiędzy jedną fazę i ziemię. Zmniejszając stopniowo wartość rezystancji należy ustalić z dokładnością do
0,1 kΩ wartość rezystancji zadziałania zabezpieczenia.
Sprawdzenia wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej dokonuje się
przez porównanie tych wskazań z wartościami przyłączonych do jednej lub wszystkich trzech faz modelu
sieci IT rezystorów Riz, modelujących rezystancję izolacji. Pomiar należy zacząć od włączenia wszystkich rezystorów połączonych szeregowo dla danej fazy, a następnie kolejno je wyłączać zaczynając od
największych wartości. Wyniki pomiarów należy zestawić w tabeli 2.
-6-
Rys. 4. Schemat układu do sprawdzania centralnego zabezpieczenia upływowego
Taela 2. Wyniki badania centralnego zabezpieczenia upływowego
Typ zabezpieczenia:.................................. Napięcie znamionowe sieci, Un=....................
Zachowanie się zabezpieczenia przy naciśnięciu przycisku „PRÓBA”:
...................................................................................................................................................
Pomiar rezystancji zadziałania zabezpieczenia
Wybrane wartości
Wskazania kiloomomierza, kΩ
Rezystancji nastawionej Rdek, kΩ
lub zachowanie się zabezpieczenia
...
...
Sprawdzenie wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej sieci
Riz(L1)
Riz(L2)
Riz(L3)
Riz wyp
Wskazania
KΩ
kΩ
kΩ
kΩ
kiloomomierza, kΩ
...
...
...
...
3. Sprawozdanie z ćwiczenia
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
• Opis przebiegu ćwiczenia.
• Schematy układów pomiarowych zrealizowanych podczas ćwiczenia.
• Wyniki wykonanych w ramach ćwiczenia pomiarów i badań ujęte w tablicach.
• Własne uwagi i wnioski wynikające z ćwiczenia.
...
-7-
4. Pytania kontrolne
•
•
•
•
Co to jest SUPO, jakie jest przeznaczenie i budowa?
Jakie jest przeznaczenie centralnego i blokującego zabezpieczenia upływowego?
Od czego zależy wartość prądu zwarciowego oraz napięcia dotykowego podczas doziemienia
w sieci IT?
Jak sprawdza się sprawność centralnego zabezpieczenia upływowego?