Применение приборов контроля сопротивления изоляции для цепей управления
приводами кранов магистральных газопроводов
и других исполнительных механизмов
Режим работы изолированной от земли электросети (режим изолированной нейтрали, IT-системы) часто применяется в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особо опасных по условиям электропоражения. К таким электроустановкам относятся системы энергоснабжения железнодорожных предприятий, медицинских учреждений, судов, горной и нефтедобывающей промышленности, испытательного производства и другие.
В электрических сетях и электроустановках, изолированных от земли, условия электробезопасности и надежности энергоснабжения в основном определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью относительно земли. Также, этот вопрос безусловно является важным и для цепей измерения, управления и сигнализации средств автоматизации объектов газотранспортной системы (ГТС). Для обеспечения необходимого уровня сопротивления в цепях автоматизации и телемеханизации требуется ведение постоянного мониторинга сопротивления изоляции, осуществляемого эксплуатирующим персоналом при помощи различных устройств контроля изоляции. В особенном внимании нуждаются протяжённые кабели КИП, проложенные в сложных болотистых условиях, на водных переходах, а также отремонтированные при помощи муфт кабели, ранее неосторожно повреждённые нерадивыми подрядными организациями.
Функции устройства контроля изоляции средств автоматизации, применяемых на магистральных газопроводах, заключаются в измерении сопротивления изоляции цепей под рабочим напряжением, оценке результатов измерения путём сравнения с величиной уставки и, в случае необходимости, включении сигнализации оповещения эксплуатирующего персонала о неблагополучном состоянии изоляции оборудования.
В связи с этим, можно полноправно утверждать, что устройство контроля сопротивления изоляции способствует стабильной работе средств автоматизации объектов магистральных газопроводов путём ведения непрерывного измерения сопротивления изоляции цепей управления, измерения и сигнализации с целью поддержания их значений, регламентированных соответствующими нормативными документами.
Разработанный специалистами компании АО «Хакель Рос» прибор контроля сопротивления изоляции ПКСИ-24М представляет собой прибор непрерывного контроля сопротивления изоляции положительной и отрицательной шин сетей постоянного тока (от 12 до 36 В) с изолированной нейтралью относительно шины защитного заземления (PE) с высокой скоростью оценки и сигнализации (рис.1).
Состояние сопротивления изоляции проверяемой электросети и самого прибора отображается на дисплее. ПКСИ-24М обладает возможностью оперативной перенастройки параметров прямо с лицевой панели или через цифровой интерфейс RS-485 по типовому протоколу обмена PROFIBUS. Также, он снабжен сигнальными реле для удаленного контроля и сигнализации любыми средствами телемеханизации, эксплуатируемыми в ПАО «Газпром».
Рисунок 1 — Внешний вид ПКСИ-24М
Прибор ПКСИ-24М размещен в пластмассовом корпусе двухмодульного размера 2M (36 мм) класса защиты IP20. Устройство оснащено дисплеем для индикации числового значения сопротивления изоляции, отображаемого для обеих шин системы (R+ и R-). Кроме того, устройство имеет кнопки для настройки параметров, а также LED индикаторы, информирующие о состоянии контролируемой системы электропитания и самого устройства.
Для проведения натурного тестирования ПКСИ-24М был выбран один из контролируемых пунктов телемеханики МГ «Грязовец-Выборг-3,4н.» Волховского ЛПУ МГ (рис.2), где в рамках опытной эксплуатации был установлен данный прибор. Он был выбран с учетом технических параметров и особенностей эксплуатации оборудования телемеханики, эксплуатируемого на подобных объектах. Установка оборудования проводилась совместно со специалистами АО «Хакель Рос» с учетом их рекомендаций.
Рисунок 2 — Контролируемый пункт телемеханики
Прибор был подключен к двум жилам кабеля КИП (протяжённостью более 500 м) узла управления ЭПУУ-5 производства ООО Завод «Калининградгазавтоматика», который предназначен для дистанционного и местного (ручного) управления операциями по открытию и закрытию шарового крана с пневмогидравлическим приводом.
Для имитации утечек тока на землю через изоляцию жил кабеля КИП узла управления к тестируемым жилам напрямую был подключён магазин сопротивлений (рис.3).
Рисунок 3 — Подключение магазина сопротивлений к кабелю КИП узла управления ЭПУУ-5
Внутри блок-бокса контролируемого пункта телемеханики кранового узла находится шкаф телемеханики, где при помощи DIN рейки был смонтирован прибор контроля сопротивления изоляции ПКСИ-24М (рис.4).
Рисунок 4 — Внешний вид шкафа телемеханики при раскрытых дверях
Прибор подключен согласно принципиальной схеме к двум жилам контрольного кабеля, проложенного к крановому узлу (рис.5). Также на схеме указаны резисторы временно подключаемого магазина сопротивлений, которые имитируют утечку тока на землю через изоляцию кабеля.
Рисунок 5 — Принципиальная схема подключения ПКСИ-24М
При включении дисплея ПКСИ-24М видно, что замыканий или утечек на землю контролируемой линии нет – сопротивление изоляции стремится к бесконечности (рис.6).
Рисунок 6 — Изначальные показания ПКСИ-24М
Сымитируем утечку изоляции одного из проводов (плюс или минус) на землю, изменив параметры резистора из магазина сопротивлений. Прибор немедленно покажет изменение сопротивления изоляции одного из проводов (рис.7).
Рисунок 7 — Изменение показаний ПКСИ-24М при имитации утечки изоляции на первом проводе
Сделаем то же самое для второго провода и убедимся в аналогичном отображении ситуации на дисплее (рис.8).
Рисунок 8 — Изменение показаний ПКСИ-24М при имитации утечки изоляции на втором проводе
Попробуем уменьшить подключенное сопротивление из магазина сопротивлений приблизительно в два раза. ПКСИ-24М отреагирует соответствующе (рис.9). Также сработало сигнальное реле, запрограммированное на уставку 60 кОм.
Рисунок 9 — Изменение показаний ПКСИ-24М при уменьшении сопротивлений в два раза
В реальной ситуации сигнал об аварии сопротивления изоляции будет передан на пункт управления телемеханики диспетчерского пункта ЛПУ МГ.
По итогам опытно-промышленной эксплуатации в период с октября 2017 по июль 2018 года от эксплуатирующей организации был получен отзыв об основных достоинствах оборудования:
1. Простота монтажа и подключения проводов.
2. Малые габариты и крепление на DIN-рейку.
3. Возможности «гибкой» настройки, в том числе величины уставки срабатывания сигнала «авария сопротивления изоляции».
4. Возможность настройки прибора без использования дополнительных устройств (ноутбука, HART коммуникатора и т.д.).
5. Возможность самотестирования прибора.
6. Наличие дисплея.
7. Широкий диапазон отображаемых значений сопротивления (5-990 кОм).
8. Наличие интерфейса RS-485.
9. Питание прибора осуществляется непосредственно от контролируемой линии.
10. Простота и надёжность в эксплуатации.
За время эксплуатации ПСКИ-24М на объекте телемеханизации – отказов в работе, выхода из строя и ложных срабатываний выявлено не было.
Таким образом, простейшие тесты и успешный период эксплуатации на рабочем объекте показывают работоспособность данного прибора ПКСИ-24М и свидетельствуют о возможности его применения в дальнейшем на объектах автоматизации и телемеханизации газотранспортной системы при необходимости мониторинга контроля сопротивления изоляции смонтированных кабелей (в данном случае, кабелей КИП).
Балашов Н.Б. (АО «Хакель Рос»), Русин И.А.
Перечень нормативных документов:
ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы.
СО–153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.
ГОСТ IEC 61643-21-2014 Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединённые к телекоммуникационным и сигнализационным сетям. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний.
ГОСТ Р 50571-4-44 Электроустановки низковольтные. Требования по обеспечению безопасности. Защита от отклонений напряжения и электромагнитных помех.
СТО Газпром 2-1.11-290-2009 Положение об обеспечении электромагнитной совместимости производственных объектов ОАО “Газпром”.
Технические материалы АО «Хакель Рос».
